คู่มือการเลือกวัสดุสำหรับการตีขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์

สรุปสั้นๆ

การเลือกวัสดุสำหรับชิ้นส่วนยานยนต์ที่ขึ้นรูปด้วยแรงอัดอย่างเหมาะสม จำเป็นต้องพิจารณาโลหะต่างๆ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าผสม อลูมิเนียม และไทเทเนียม โดยพิจารณาจากปัจจัยด้านสมรรถนะที่สำคัญ การตัดสินใจนี้ต้องชั่งน้ำหนักระหว่างอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก ความต้านทานต่อความร้อน ความเหนียว และต้นทุน เพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนต่างๆ เช่น เพลาข้อเหวี่ยงและเฟือง มีความทนทานและเชื่อถือได้ การเลือกวัสดุที่เหมาะสมจึงเป็นพื้นฐานสำคัญในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ที่มีสมรรถนะสูง ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพ

พื้นฐานของการขึ้นรูปชิ้นส่วนยานยนต์ด้วยแรงอัด

การตีขึ้นรูปเป็นกระบวนการผลิตที่ใช้แรงอัดเฉพาะจุดเพื่อขึ้นรูปโลหะ โดยใช้วิธีการตี การกด หรือการกลิ้ง ซึ่งแตกต่างจากการหล่อที่ต้องเทโลหะเหลวลงในแม่พิมพ์ การตีขึ้นรูปจะเปลี่ยนรูปร่างของชิ้นงานโลหะที่อยู่ในสถานะของแข็ง ทำให้โครงสร้างเม็ดผลึกภายในได้รับการปรับปรุง โดยกระบวนการนี้จะจัดเรียงทิศทางของเม็ดผลึกให้สอดคล้องกับรูปร่างของชิ้นส่วน ซึ่งช่วยเพิ่มความแข็งแรง ความเหนียว และความต้านทานต่อการล้าของวัสดุอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ ความสมบูรณ์แข็งแรงของโครงสร้างจึงทำให้การตีขึ้นรูปเป็นวิธีที่นิยมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ที่สำคัญ ซึ่งต้องรับแรงกระทำที่สูงและภาระแบบหมุนเวียน

ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ความต้องการรถที่มีน้ำหนักเบา แข็งแรง และประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้น ทำให้กระบวนการตีขึ้นรูป (forging) มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง ชิ้นส่วนที่ผ่านการตีขึ้นรูปมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่ดีกว่าชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยวิธีอื่น ส่งผลให้น้ำหนักรถโดยรวมลดลง โดยไม่กระทบต่อความปลอดภัยหรือสมรรถนะ ชิ้นส่วนหลักๆ ของเครื่องยนต์ ระบบส่งกำลัง และระบบกันสะเทือนในรถยนต์มักผลิตด้วยวิธีตีขึ้นรูป เพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือภายใต้สภาวะการใช้งานที่เข้มงวด

กระบวนการตีขึ้นรูปสามารถแบ่งประเภทได้โดยทั่วไปตามอุณหภูมิที่ใช้ในการดำเนินการ ได้แก่ การตีขึ้นรูปแบบร้อน อุ่น หรือเย็น การตีขึ้นรูปแบบร้อนจะทำที่อุณหภูมิสูงกว่าจุดเรคัสตัลไลเซชันของโลหะ ทำให้วัสดุมีความเหนียวและขึ้นรูปเป็นรูปร่างซับซ้อนได้ง่าย ในขณะที่การตีขึ้นรูปแบบเย็นจะทำที่อุณหภูมิห้องหรือใกล้เคียง ซึ่งจะเพิ่มความแข็งแรงของโลหะจากการทำงานของแรงดึง (strain hardening) แต่ต้องใช้อุปกรณ์ที่มีกำลังมากกว่า ส่วนการตีขึ้นรูปแบบอุ่นเป็นทางเลือกที่ผสมผสานระหว่างสองวิธีนี้ โดยให้ความสมดุลระหว่างความแม่นยำและความสามารถในการขึ้นรูป

เกณฑ์สำคัญสำหรับการคัดเลือกวัสดุ

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานด้านชิ้นส่วนยานยนต์แบบตีขึ้นรูปเป็นการตัดสินใจที่สำคัญอย่างยิ่ง ซึ่งมีผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน และต้นทุนของชิ้นส่วนนั้น การเลือกวัสดุต้องคำนึงถึงความสมดุลระหว่างข้อกำหนดทางวิศวกรรมและความเป็นไปได้ในการผลิตเป็นอย่างดี มีหลายเกณฑ์หลักที่จำเป็นต้องพิจารณาเพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนสุดท้ายจะสามารถตอบสนองต่อการใช้งานตามวัตถุประสงค์ได้

• อัตราความแข็งแรงต่อความหนักเบา: นี่เป็นสิ่งสำคัญยิ่งในงานออกแบบยานยนต์ยุคใหม่ ซึ่งการลดน้ำหนักรถยนต์มีความสำคัญอย่างมากต่อการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและการควบคุมรถ วัสดุอย่างอลูมิเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมมีความแข็งแรงสูงเมื่อเทียบกับน้ำหนัก ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่เน้นสมรรถนะและงานที่ได้รับแรงบันดาลใจจากระบบอากาศยาน
• ความทนทานต่อความร้อน: ชิ้นส่วนภายในระบบเครื่องยนต์และไอเสียมีการสัมผัสกับอุณหภูมิสูงมาก วัสดุจึงต้องคงความแข็งแรงและความสมบูรณ์ของโครงสร้างไว้ได้แม้อยู่ในสภาวะร้อน โลหะผสมเหล็กและไทเทเนียมมักถูกเลือกใช้เนื่องจากมีความสามารถในการทนต่อสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงโดยไม่เสื่อมสภาพ
• ความเหนียวและความแข็งแรง: ความเหนียว หมายถึง ความสามารถของวัสดุในการเปลี่ยนรูปร่างภายใต้แรงดึงโดยไม่เกิดการแตกหัก ในขณะที่ความแข็งแรงคือ ความสามารถในการดูดซับพลังงานและเกิดการเปลี่ยนรูปร่างแบบพลาสติกโดยไม่หัก การมีทั้งสองคุณสมบัตินี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงกระแทกหรือแรงกดหนักอย่างฉับพลัน เช่น ชิ้นส่วนระบบกันสะเทือนและก้านต่อ
• ความต้านทานการกัดกร่อน: ชิ้นส่วนยานยนต์มีการสัมผัสกับความชื้น เกลือถนน และองค์ประกอบกัดกร่อนอื่นๆ สแตนเลสเหล็ก อลูมิเนียม และเหล็กผสมบางชนิดที่มีชั้นเคลือบป้องกัน จะถูกเลือกใช้เนื่องจากมีความสามารถในการต้านทานสนิมและการเสื่อมสภาพจากสิ่งแวดล้อม เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือระยะยาว
• ความสามารถในการตัดเฉือน: หลังจากการขึ้นรูปด้วยแรงอัด ชิ้นส่วนจำนวนมากจำเป็นต้องผ่านกระบวนการกลึงเพิ่มเติมเพื่อให้ได้ขนาดสุดท้ายที่แม่นยำ ความสามารถในการกลึงของวัสดุมีผลต่อระยะเวลาและต้นทุนของการดำเนินการตกแต่งเหล่านี้ วัสดุผสมบางชนิดจึงถูกออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อให้ง่ายต่อการตัดและการขึ้นรูป
• ค่าใช้จ่าย: ราคาของวัตถุดิบและระดับความซับซ้อนของกระบวนการขึ้นรูปด้วยแรงอัดเป็นปัจจัยสำคัญ ถึงแม้ว่าโลหะผสมประสิทธิภาพสูงอย่างไทเทเนียมจะมีคุณสมบัติที่เหนือกว่า แต่เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไมโครอัลลอยด์มักจะเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าที่สุดสำหรับการผลิตในปริมาณมาก โดยไม่ต้องเสียสมรรถนะที่จำเป็น

การบริหารจัดการข้อแลกเปลี่ยนเหล่านี้ต้องอาศัยความเชี่ยวชาญอย่างลึกซึ้ง สำหรับบริษัทที่ต้องการเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตชิ้นส่วน การร่วมมือกับผู้เชี่ยวชาญเฉพาะด้านสามารถสร้างประโยชน์ได้อย่างมาก เช่น ผู้ให้บริการ โซลูชันการขึ้นรูปด้วยแรงอัดขั้นสูง สามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเลือกวัสดุและการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ ตั้งแต่การต้นแบบไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก เพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนจะเป็นไปตามมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เข้มงวด เช่น IATF 16949

คู่มือวัสดุการขึ้นรูปด้วยแรงอัดทั่วไปและแอปพลิเคชัน

อุตสาหกรรมยานยนต์พึ่งพาโลหะกลุ่มเฉพาะที่รู้จักกันดีในด้านคุณสมบัติและคุณลักษณะการใช้งานภายใต้แรงเครียด ซึ่งการเลือกวัสดุจะขึ้นอยู่กับการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง ตั้งแต่ชิ้นส่วนภายในเครื่องยนต์ไปจนถึงชิ้นส่วนโครงตัวถัง

เหล็กกล้าคาร์บอน

เหล็กกล้าคาร์บอนเป็นวัสดุหลักในอุตสาหกรรมการตีขึ้นรูป เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง ทนต่อการสึกหรอ และมีต้นทุนที่คุ้มค่า คุณสมบัติของมันขึ้นอยู่กับปริมาณคาร์บอนเป็นหลัก เหล็กกล้าคาร์บอนต่ำมีความยืดหยุ่นสูง เหมาะสำหรับชิ้นส่วนอย่างสกรู ขณะที่เหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางให้สมดุลที่ดีสำหรับเพลาข้อเหวี่ยงและก้านสูบ ส่วนเหล็กกล้าคาร์บอนสูงใช้ในงานที่ต้องการความแข็งและความต้านทานการสึกหรอสูงสุด เช่น สปริงและเครื่องมือที่ใช้งานหนัก

ข้อดี:

• มีต้นทุนที่คุ้มค่าสำหรับการผลิตจำนวนมาก
• มีสมดุลที่ดีระหว่างความแข็งแรงและความเหนียว
• ทนต่อการสึกหรอและการขัดสี

ข้อเสีย:

• มีแนวโน้มเกิดการกัดกร่อนหากไม่มีการเคลือบป้องกัน
• มีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักต่ำกว่าโลหะผสมขั้นสูง

เหล็กอัลลอย

เหล็กกล้าผสมถูกสร้างขึ้นโดยการเติมธาตุต่างๆ เช่น โครเมียม นิกเกิล โมลิบดีนัม และแมงกานีส ลงในเหล็กกล้าคาร์บอน การเติมสารเหล่านี้ช่วยเพิ่มคุณสมบัติ เช่น ความแข็งแรง ความแข็ง ความเหนียว และความต้านทานต่อความร้อนและการกัดกร่อน ความหลากหลายนี้ทำให้เหล็กกล้าผสมมีความจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่ต้องการสมรรถนะสูง เช่น ฟันเฟือง เพลา และข้อต่อแอกเซียล ซึ่งต้องการคุณสมบัติทางกลที่เหนือกว่า

ข้อดี:

• ความแข็งแรงและความเหนียวที่เหนือกว่า
• ความต้านทานต่อความร้อนและการกัดกร่อนที่ดีขึ้น
• คุณสมบัติที่สามารถปรับแต่งได้สูงผ่านธาตุผสมที่แตกต่างกัน

ข้อเสีย:

• มีต้นทุนสูงกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน
• อาจต้องใช้กระบวนการอบความร้อนที่ซับซ้อนมากขึ้น

เหล็กกล้าไร้สนิม

รู้จักกันดีในเรื่องความต้านทานการกัดกร่อนที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากมีโครเมียมไม่น้อยกว่า 10.5% เหล็กสเตนเลสใช้สำหรับชิ้นส่วนที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ในภาคอุตสาหกรรมยานยนต์ มักพบได้ในระบบไอเสีย วาล์ว และแบริ่ง ซึ่งยังคงรักษาความแข็งแรงไว้ได้ที่อุณหภูมิสูงและให้รูปลักษณ์ที่สะอาดสวยงาม

ข้อดี:

• ต้านทานสนิมและการกัดกร่อนได้อย่างยอดเยี่ยม
• ทนทานและสามารถทนต่ออุณหภูมิสุดขั้วได้
• อายุการใช้งานยาวนาน ดูแลรักษาง่าย

ข้อเสีย:

• มีราคาสูงกว่าคาร์บอนและเหล็กกล้าส่วนใหญ่
• อาจมีความท้าทายมากกว่าในการกลึง

อลูมิเนียม

อลูมิเนียมเป็นที่ต้องการเนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำและต้านทานการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม การขึ้นรูปอลูมิเนียมด้วยกระบวนการฟอร์จจะช่วยเพิ่มความแข็งแรง ทำให้เหมาะสมกับการใช้งานที่ต้องการลดน้ำหนักเป็นหลัก เช่น ชิ้นส่วนระบบกันสะเทือน (แขนควบคุม ข้อต่อ), ล้อแม็ก และชิ้นส่วนเครื่องยนต์บางชนิด เช่น ลูกสูบ การผสมธาตุต่างๆ เช่น ทองแดงและแมกนีเซียมยังช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของอลูมิเนียมให้ดียิ่งขึ้น

ข้อดี:

• น้ำหนักเบา ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงและพัฒนาสมรรถนะการขับขี่
• ทนทานต่อการกัดกร่อนสูง
• การนําไฟฟ้าและความร้อนที่ดี

ข้อเสีย:

• มีความแข็งแรงต่ำกว่าเหล็ก
• ต้นทุนวัสดุสูงกว่า

ไทเทเนียม

ไทเทเนียมมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูงที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับโลหะทั่วไปอื่น ๆ นอกจากนี้ยังมีความต้านทานต่อการกัดกร่อนและอุณหภูมิสูงได้อย่างยอดเยี่ยม ในวงการยานยนต์ การใช้งานไทเทเนียมมักจำกัดอยู่ในรถสมรรถนะสูงและรถแข่ง เนื่องจากราคามีค่อนข้างสูง แอปพลิเคชันทั่วไปได้แก่ ก้านต่อ วาล์ว และชิ้นส่วนไอเสีย ซึ่งผลตอบแทนด้านสมรรถนะสามารถชดเชยค่าใช้จ่ายได้

ข้อดี:

• อัตราความแข็งแรงและน้ําหนักที่ไม่ธรรมดา
• ทนต่อการกัดกร่อนและความร้อนได้ดีเยี่ยม
• อายุการใช้งานก่อนเกิดการแตกหักจากการใช้งานซ้ำ ๆ ดีมาก

ข้อเสีย:

• มีราคาแพงกว่าเหล็กหรืออลูมิเนียมอย่างมาก
• ยากต่อการกลึงและแปรรูป

ชิ้นส่วนแบบหล่อขึ้นรูปในยานยนต์ยุคใหม่: จากเครื่องยนต์ไปจนถึงโครงแชสซี

การหล่อขึ้นรูปมีบทบาทสำคัญต่อความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และสมรรถนะของยานยนต์ยุคใหม่ กระบวนการนี้ถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสำคัญจำนวนมากในทุกระบบหลักของรถยนต์ โดยเฉพาะในจุดที่ต้องการความแข็งแรงและความทนทานอย่างจำเป็น ด้วยการพิจารณาจากระบบต่าง ๆ เหล่านี้ เราจะเห็นได้ว่าชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการหล่อขึ้นรูปทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักทางวิศวกรรมยานยนต์

ภายใน เครื่องยนต์ , ชิ้นส่วนที่รับแรงเครียดสูงสุดบางส่วนจะถูกขึ้นรูปด้วยกรรมวิธีการตีขึ้นรูป ลูกเบี้ยว (Crankshafts) ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่เชิงเส้นของลูกสูบให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุน จะถูกตีขึ้นรูปจากเหล็กคาร์บอนหรือเหล็กไมโครอัลลอยเพื่อให้สามารถทนต่อแรงบิดและแรงดัดอย่างต่อเนื่องได้ คันสูบ (Connecting rods) ซึ่งทำหน้าที่เชื่อมต่อลูกสูบกับเพลาลูกเบี้ยว ก็จะถูกตีขึ้นรูปเช่นกัน เพื่อรับแรงอัดและแรงดึงมหาศาลที่เกิดขึ้นในแต่ละรอบการเผาไหม้ สำหรับเครื่องยนต์สมรรถนะสูง จะใช้วัสดุเช่น เหล็กอัลลอยที่ผ่านการตีขึ้นรูป หรือไทเทเนียมสำหรับชิ้นส่วนเหล่านี้ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงสูงสุด ขณะเดียวกันก็ลดน้ำหนักให้ต่ำที่สุด

The ระบบส่งกำลังและเกียร์ พึ่งพาชิ้นส่วนที่ตีขึ้นรูปเป็นหลักในการถ่ายโอนกำลังจากเครื่องยนต์ไปยังล้อ ฟันเฟือง เพลา และคลัตช์ จำเป็นต้องทนต่อแรงบิดและแรงสึกหรอสูง ฟันเฟืองจากเหล็กที่ตีขึ้นรูปและเหล็กอัลลอยมีความเหนียวและทนต่อการเหนื่อยล้าได้ดีกว่าฟันเฟืองที่หล่อหรือกลึง ทำให้มั่นใจได้ถึงอายุการใช้งานที่ยาวนานและเชื่อถือได้ ความแข็งแรงนี้ช่วยป้องกันการหักของฟันเฟือง และรับประกันการส่งถ่ายกำลังอย่างต่อเนื่องภายใต้สภาวะการขับขี่ที่หลากหลาย

ใน ระบบกันสะเทือนและโครงถัง , ความปลอดภัยคือสิ่งที่ให้ความสำคัญเป็นอันดับแรก ส่วนประกอบต่างๆ เช่น คันควบคุม (control arms), ข้อต่อทรงกลม (ball joints), ฮับล้อ (wheel hubs) และคานเพลา (axle beams) ต้องเผชิญกับแรงกระแทกจากผิวถนนอยู่ตลอดเวลา การขึ้นรูปชิ้นส่วนเหล่านี้ด้วยเหล็กกล้าหรือโลหะผสมอลูมิเนียมจะช่วยให้มีความแข็งแรงและทนต่อแรงกระแทกเพียงพอ เพื่อป้องกันการเสียหายอย่างรุนแรง โครงสร้างเม็ดผลึกที่ละเอียดขึ้นของชิ้นส่วนที่ผ่านกระบวนการตีขึ้นรูปทำให้มีความทนทานและยืดหยุ่นต่อการสึกหรอจากแรงกระทำซ้ำๆ นับล้านครั้งตลอดอายุการใช้งานของยานพาหนะ

การออกแบบเพื่อความสะดวกในการผลิต (DFM) สำหรับกระบวนการตีขึ้นรูป

แม้การเลือกวัสดุที่เหมาะสมจะมีความสำคัญ แต่การออกแบบชิ้นส่วนเองก็มีบทบาทสำคัญไม่แพ้กันต่อความสำเร็จของกระบวนการตีขึ้นรูป Designing for Manufacturability (DFM) คือชุดหลักการที่มุ่งเน้นการปรับแต่งการออกแบบให้เหมาะสมต่อการผลิตได้ง่าย ซึ่งจะช่วยลดต้นทุน เพิ่มคุณภาพ และลดระยะเวลาการผลิต สำหรับกระบวนการตีขึ้นรูปนั้น DFM จะเน้นที่การไหลของโลหะภายในแม่พิมพ์ เพื่อสร้างชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงและปราศจากข้อบกพร่อง

หนึ่งในหลักการ DFM หลักสำหรับการตีขึ้นรูป คือ การใช้รัศมีโค้งที่เหมาะสม รัศมีของมุมและส่วนโค้งมน มุมภายในที่แหลมคมสามารถขัดขวางการไหลของโลหะ ทำให้เกิดจุดรวมความเครียด และนำไปสู่ข้อบกพร่อง เช่น รอยแตก หรือการเติมแม่พิมพ์ไม่เต็ม ด้วยการออกแบบชิ้นส่วนให้มีการเปลี่ยนผ่านอย่างเรียบลื่นและโค้งมน วิศวกรสามารถมั่นใจได้ว่าวัสดุจะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระและสม่ำเสมอทั่วทั้งช่องแม่พิมพ์ ส่งผลให้ได้ชิ้นส่วนที่แข็งแรงกว่าและมีโครงสร้างเม็ดเกรนที่สม่ำเสมอมากขึ้น ในทำนองเดียวกัน ควรหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงความหนาของหน้าตัดอย่างฉับพลัน เพื่อป้องกันปัญหาการไหลของวัสดุ

อีกปัจจัยสำคัญคือ มุมร่าง ซึ่งเป็นการเอียงเล็กน้อยที่ด้านข้างแนวตั้งของชิ้นส่วน การเอียงนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการช่วยให้สามารถนำชิ้นส่วนออกจากแม่พิมพ์ปั้นขึ้นรูปได้อย่างง่ายดายหลังจากที่ขึ้นรูปเสร็จเรียบร้อยแล้ว หากไม่มีมุมเอียงที่เหมาะสม ชิ้นส่วนอาจติดอยู่ในแม่พิมพ์ ทำให้เกิดความล่าช้าในการผลิต และอาจก่อให้เกิดความเสียหายทั้งต่อชิ้นส่วนและอุปกรณ์ได้ เส้นแบ่งชิ้นส่วน (parting line)—ระนาบที่สองครึ่งของแม่พิมพ์ปั้นขึ้นรูปมาบรรจบกัน—จำเป็นต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบ เพื่อลดการเกิดแฟลช (วัสดุส่วนเกิน) และเพื่อให้การดำเนินงานตัดแต่งในขั้นตอนถัดไปง่ายขึ้น

ในท้ายที่สุด DFM เกี่ยวข้องกับการออกแบบเพื่อให้ได้ รูปแบบก่อนหรือชิ้นงานต้นแบบที่เหมาะสมที่สุด . ชิ้นส่วนโลหะเริ่มต้นมักถูกขึ้นรูปให้มีลักษณะใกล้เคียงกับชิ้นงานสุดท้าย ก่อนดำเนินการตีขึ้นรูปหลัก การออกแบบรูปแบบเบื้องต้นที่มีประสิทธิภาพจะช่วยลดปริมาณวัสดุที่ต้องใช้ และลดจำนวนขั้นตอนการตีขึ้นรูปลงโดยตรง ส่งผลต่อต้นทุนและประสิทธิภาพการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ การทำงานร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านการตีขึ้นรูปในช่วงการออกแบบเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการนำหลักการเหล่านี้มาประยุกต์ใช้ และเพื่อให้มั่นใจว่าชิ้นส่วนนั้นเหมาะสมอย่างยิ่งต่อการผลิตจำนวนมากอย่างมีความน่าเชื่อถือ