DFMA面向制造和装配的精益产品设计

课程背景：

随着市场竞争的加剧和客户需求的多样化，产品设计和开发已成为企业成功的关键因素之一。然而，传统的产品设计方法往往只关注功能和性能，而忽略了制造和装配过程中的实际需求和限制。这导致了产品开发周期延长、制造成本增加、装配效率低下等一系列问题。为了解决这些问题，企业需要引入一种新的设计方法——DFMA（面向制造和装配的精益设计）。

DFMA是一种系统化的产品设计方法，它强调在产品开发初期就考虑制造和装配的需求和限制，以确保产品具有良好的可制造性和装配性。通过应用DFMA，企业可以优化产品设计，减少制造和装配过程中的问题和成本，提高产品的可靠性和性能。

本课程将深入探讨DFMA的核心理念和实践方法，包括：

• DFMA的基本概念和原则：介绍DFMA的定义、目的和应用范围，阐述DFMA在产品设计中的重要性。
• DFMA的设计原则：详细介绍DFMA的设计原则，包括消除冗余、减少特殊工艺需求、降低装配难度等。通过案例分析和实际操作，使学员深入理解这些原则的应用方法和实际效果。
• DFMA在产品开发中的应用：从塑料件、钣金件、压铸和机加工零件以及公差分析切入，充分结合实际案例，介绍如何在产品开发过程中实施DFMA，包括设计评审、优化改进、可制造性分析等环节。同时，分享企业在实施DFMA过程中遇到的问题和解决方法。

课程收益：

1. 掌握DFMA（面向制造与装配的精益设计）的核心概念和原则，了解如何在产品开发过程中应用DFMA以降低制造成本和改进产品上市时间。
2. 了解如何分析产品设计以识别潜在的制造和装配问题，并掌握相应的解决方法和技巧。
3. 掌握如何使用塑料件、压铸件、钣金件及机加工零件的可制造性设计技巧，进行产品设计的优化，提高产品的可制造性和装配性。
4. 掌握基于产品功能与可制造性结合的公差分析技巧， 利用公差分析工具对产品进行优化，提高产品的质量和可靠性。

课程时间：2天，6小时/天

课程对象：研发经理、研发工程师、新品导入经理、主管和工程师、生产技术部经理、工艺经理、工艺主管、工艺师、品质管理相关人员

课程方式：理论讲授+案例分析+小组研讨

课程模型：

课程大纲

课程破冰：学习型团队组建

一、产品结构设计总论 - 核心理念与原则

1.设计的重要性

1）设计决定了产品成本

2）产品设计决定了产品质量

3）产品设计决定了产品的开发周期

2.DFMA概念

1）产品设计的定义

2）面向制造和装配的产品设计(Design for Manufacturing and Assembly 简称DFMA):

（1）可制造性:制造工艺对零什的设计要求

（2）可装配性:装配工艺对产品的设计要求

3.DFMA的价值

1）宏观方面：（1）社会价值；（2）经济价值；（3）生态价值；（4）文化价值

2）微观方面：充分考虑部件制造和整机装配的要求，第一次就把事情作对

案例：某品牌同一系列的产品共规划了2款外观，4个型号的产品，一款最终产品顺利量产，另一款模具报废，重新设计开模。

（1）减少设计修改：产品开发后期，设计修改越难、灵活性越低、成本越高

（2）缩短产品开发周期：相比传统产品开发周期缩短39%

（3）降低成本：成本领先战略是卓有成效的竞争战略

案例1：在20世纪世界最有影响力汽车（英文）的全球性投票，凭借福特汽车在美国的市占率超过60%，累计销量1500万辆，其中福特T型车荣登榜首。

案例2：特斯拉汽车一体压铸技术使原本需要70个零部件集成为1个，同时依靠简约、多功能集成化设计，将汽车零部件数量由传统的3万多个压缩到了1万多个，而且还在持续下降，特斯拉才可以持续降价

（4）提高产品质量

案例：在设计阶段充分考虑注射工艺对零件的设计要求。

4.DFMA的实施

1）实施DFMA的关键                     

（1）转变思想：我们设计，你们制造 → 我们设计+你们制造+设计充分考虑制造的要求

（2）组建DFMA团队：队长、设计工程师、制造工程师、服务经理、装配工程师、操作人员、质量经理、成本经理

（3）实施DFMA开发流程：概念设计 → 制造和装配设计 → 详细设计

（4）开展DFMA培训

（5）使用DFMA检查表

（6）瀑布式开发流程 VS. DFMA开发流程

（7）DFMA检查表详解

2）DFMA - 功能分析：构建功能部件及相互之间关系的完整视图

案例：圆珠笔功能分析示例。

3）DFMA - 确定功能需求，减少零件数量，并确认

（1）部件是否必须相对于已安装在组件中的其他部件移动？

（2）零件必须由不同的材料制成吗？

（3）零件必须与其他零件分开吗？

4）DFMA - 减少紧固件的数量和类型

（1）选用同一种类型的紧固件

（2）使用卡扣、折边等代替紧固件

（3）避免紧固件过于分散，提高装配销量

（4）使用自攻螺钉代替机械螺钉

（5）把螺柱和螺母作为最后的选项

5）DFMA - 确定零部件最理想的装配方式

（1）叠放和卡位设计，避免零件缠绕、卡住

（2）避免太大或太小

（3）对称性设计，降低定位难度

6）DFMA - 零件容易被抓取

（1）避免零件太小、太重、太滑、太黏、太热或太柔弱

（2）设计适当的抓取特征

（3）避免零件的锋利边角

7）DFMA - 减少装配方向

（1）零件装配方向越少越好

（2）避免自下向上装配

8）DFMA - 防错设计

（1）防错设计的好处：防止用错部件、漏装；减少时间浪费、不必要检查

（2）好的防错设计：具有唯一正确的装配位置、相似零件具备醒目的防错特征

9）DFMA - 导向与定位

（1）导向特征：斜角、圆角、导向柱、导向槽

（2）导向特征应先于零件的其它部分与对应的装配件接触

（3）先定位后固定

10）DFMA - 装配干涉

（1）设计阶段，在三维设计软件中进行装配过程、运动部件动态模拟，避免出现干涉

（2）了解辅助工具的尺寸及其工作原理，为其提供足够的空间

11）DFMA - 公差设计

（1）严格的公差设计意味：更高成本、更长的生产周期、更高的操作技能

（2）在满足功能和质量的前提下，应采用宽松的零件公差、装配公差

（3）简化产品装配关系：减少尺寸链中的尺寸数量，减小累积公差

（4）运用特征定位：如对定位柱、止位槽等的公差进行管控

（5）可以使用点或线与局部平面配合的方式，代替大面积的平面与平面配合

12）DFMA - 装配中的人机工程学

（1）避免视线受阻

（2）避免装配受阻

（3）避免操作人员受到伤害

（4）减少工具的使用种类，避免使用特殊工具

13）DFMA - 线缆的布局

（1）优化产品内部结构、使用板对板连接、合并印刷电路板等减少线缆

（2）合理布局线缆走向，减少线缆种类、数量和长度

（3）对线缆进行保护，风险区域增加塑胶护线套

（4）线缆防错：应用防呆型连接器接口

（5）为线缆装配提供充足空间

14）DFMA - 零件标准化

（1）零部件标准化的好处：缩短开发周期、成本优势、质量可靠

（2）如何实现标准化？

15）DFMA - 模块化

（1）定义：把产品中多个相邻的零件合并成一个子组件或模块

（2）模块化产品设计的好处：缩短开发周期，提高装配效率；容易替换，利于维护

二、塑料件的设计

1.塑料的定义：可以籍加热使其熔化、加压力使其流动、冷却使其固化，而形成各种形状

2.塑料的特性：低强度与低韧性、原料丰富，价格低廉、成型容易，易加工成复杂形状等等

3.塑料分类：

1）从物理特性上分：

（1）非结晶塑料、

（2）结晶塑料

2）从应用上分：

（1）通用塑料；

（2）工程塑料；

（3）高性能工程塑料

4.材料的选择：

1）塑料材料的分类；

2）物性表；

3）零件的功能要求；

4）使用环境要求；

5）价格；

6）装配要求；

7）尺寸稳定性；

8）外观；

9）安规要求

5. DFMA - 零件壁厚设计：

1）零件壁厚必须适中；

2）尽量减小零件壁厚

6. DFMA - 避免尖角设计：

1）避免零件外部尖角；

2）避免在塑胶熔料流动方向上产生尖角；

3）避免在零件连接处产生尖角

7. DFMA - 脱模斜度设计：

1）决定脱模斜度的因素：

（1）收缩率

（2）尺寸精度

（3）咬花面与复杂面等等

2）脱模斜度的大小和方向不能影响零件的功能实现

8. DFMA - 加强筋的设计：

1）加强筋的尺寸：

（1）筋的厚度

（2）筋的高度

（3）筋的根部圆角

（4）脱模斜度

（5）筋的间距

2）加强筋的设计原则：

（1）壁厚均匀

（2）筋的方向与塑胶熔料方向一致

9. DFMA - 支柱的设计：

1）支柱的尺寸：

（1）外径与内径

（2）厚度

（3）高度

（4）根部圆角

（5）根部厚度

（6）脱模斜度

2）支柱的设计原则：

（1）壁厚均匀

（2）保持与零件壁的连接

（3）单独支柱四周增加加强筋补强

10. DFMA - 孔的设计：

1）孔的深度尺寸：不能太深(若太深，采用阶梯孔成型)

2）孔与孔的间距及孔与零件边缘的尺寸：大于孔径或零件壁厚的1.5倍以上

3）避免盲孔根部太薄

4）零件上的孔尽量远离受载荷部位

5）孔的边缘增加凸缘以增加强度：增加强度、防止变形

6）避免与零件脱模方向垂直的侧孔：简化模具结构

7）长孔的设计：应该与塑胶熔料的流动方向一致

8）风孔的设计：圆孔时模具型芯为圆柱形，加工容易，模具成本低

11. DFMA - 提高塑胶件强度的设计：

1）通过添加加强筋而不是增加壁厚来提高零件强度

2）加强筋的方向要考虑载荷的方向

3）多个加强筋比单个较厚或较高的加强筋好

4）设计零件增强剖面

5）增加侧壁

6）避免零件应力集中

7）避免零件在熔接痕区域承受载荷

8）玻纤增强塑料常用来代替普通塑胶材料来提高塑胶件强度

12. DFMA - 提高塑胶件外观的设计：

1）选择合适的塑胶材料：

（1）合适的零件壁厚：在零件壁厚较厚处所对应的零件外表面一般会发生缩水

（2）通过设计掩盖缩水：表面断差、表面咬花等

（3）“火山口”设计

2）合理设置浇口位置

3）预测零件变形，设计减少变形

（1）合适的零件壁厚：在零件壁厚较厚处所对应的零件外表面一般会发生缩水

（2）通过设计掩盖缩水：表面断差、表面咬花等

（3）“火山口”设计

4）在外观零件之间设计美工沟

5）避免外观零件表面出现熔接痕

6）合理选择分模线，避免零件重要外观面出现断差或者毛边

7）避免将顶针设计在零件重要外观面

13. DFMA - 降低塑胶件成本的设计：

1）设计多功能零件：多个塑胶件在有些时候也可以合并成一个塑胶件

2）降低零件材料成本：通过加强筋而不是增加壁厚的方法提高零件强度

3）简化零件设计，降低模具成本：KISS原则（keep it simple，stupid）

4）避免零件严格的公差：公差越严格，零件制造成本越高

5）避免倒扣：

（1）外侧倒扣可以通过重新设计分模线而避免；

（2）减少使用侧向抽芯机构

6）降低模具修改成本：

（1）零件的可注塑性设计；

（2）减少产品设计修改次数；

（3）避免添加材料的模具修改

7）使用卡扣代替螺钉等固定结构：

14. DFMA - 注塑模具可行性设计：

1）产品设计需要考虑注射模具结构的可行性和模具寿命

2）卡扣等结构应为斜销（或滑块）预留足够的退出空间

3）避免模具出现薄铁以及强度太低的设计

15. DFMA - 塑胶件的装配：

1）各种装配方式的优缺点：

（1）卡扣；

（2）机械紧固件；

（3）热熔；

（4）焊接

2）卡扣装配：

（1）卡扣的分类：直壁卡扣；圆周卡扣；L型卡扣；U型卡扣

（2）卡扣的尺寸：厚度；根部圆角；高度；装配导入角；拆卸角度

（3）卡扣根部增加圆角

（4）卡扣均匀分布：均匀在零件的四周，均匀承受载荷

（5）使用定位柱辅助卡扣装配、提高装配精度

（6）优化卡扣设计、简化模具结构

（7）模具修改便利性：卡扣尺寸可先做小，以保证修模的方便性

2）机械固定，自攻螺钉：

（1）自攻螺钉的种类：螺纹切削自攻螺钉；螺纹成型自攻螺钉

（2）自攻螺钉支柱设计注意事项：

- 装配次数：一般不超过3次

- 支柱的深度至少比螺钉长度高0.5mm

- 支柱顶部增加斜角或沉孔

- 支柱四周增加加强筋、根部添加圆角

- 合理的驱动扭矩，过大会造成支柱破裂

16. DFMA - 超声波焊接：

1）导熔线设计：

（1）无定型塑料；

（2）半结晶型塑料

2）焊接面设计：

（1）平面式焊接；

（2）阶梯式焊接；

（3）沟槽式焊接

3）设计定位特征

4）焊接面在同一平面上

5）美工沟设计

6）增加塑胶焊接面与焊接头的面积

7）把近程焊接作为第一选择

工具1：注塑件设计DFMA检查表

工具2：塑料件装配方式设计DFMA检查表

三、钣金件的设计

1.钣金概念：用冲压工艺制成的，依据钣金件复杂程度的不同，通常需要一副到多副模具

2.冲压工艺：利用冲压模具，对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的钣金件的一种成形加工方法

3.冲压工艺分类：

1）冲裁又叫做分离工序：使坯料的一部分与另一部分沿一定的轮廓线相互分离的工序

2）成形也叫变形工艺：使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序

4.钣金材料：

1）普通冷轧板SPCC；

2）镀锌钢板SECC；

3)热浸镀锌钢板SGCC;

4)不锈钢SUS301;

5)不锈钢SUS304

5.DFMA - 冲裁：是冲孔、落料、切断、切口、割切等多种分离工序的总称,以直接冲制出所需的成品零件，也可以为其他冷冲压工序制备毛坯

1）避免钣金外部、内部尖角：R≥0.5T，R≥0.8mm

（1）原因一：安全因素，外部尖角很锋利，容易刮伤手指，造成伤害

（2）原因一：冲压模具因素，模具凹模上的尖角加工困难，热处理时易开裂，凸模的尖角处易崩刃和过快磨损，模具寿命显著降低

2）避免过长的悬臂和狭槽

3）避免孔距离钣金折弯边或成形特征距离太近

4）避免冲裁间隙过小或材料干涉

6.DFMA - 折弯：

1）折弯高度：应为钣金厚度的2倍加上折弯半径

2）折弯半径：应大于材料最小折弯半径

3）折弯方向：应尽量垂直于金属材料纤维方向

4）避免因折弯根部不能压料而造成折弯失败

5）避免折弯干涉：预留折弯间隙，以防干涉而造成折弯失败

6）保证折弯强度：折弯附着在较长的边上

7）减少折弯工序

8）避免复杂折弯

9）避免多重折弯：孔难对齐，公差较大

7.DFMA - 拉深：

1）浅拉深可以一次成型；深拉深需要多次冲压

2）拉深形状：尽量简单，对称，避免急剧的轮廓变化

3）拉深转角：相邻转角预留适当圆弧过渡

4）拉深精度：不宜过高

8.DFMA - 凸包：

1）凸包深度：不超过钣金厚度的3倍

2）凸包斜度：一般不小于15°

3）凸包转角：应以圆角过渡

4）凸包与周围特征的距离：至少保证2个钣金厚度以上距离

9.DFMA - 止裂槽：

1）宽度：应大于钣金厚度的1.5倍

2）长度：应超过变形区

10.DFMA - 飞边：

1）飞边的高度：≤0.1t

2）飞边方向及需要压毛边的边：（1）暴露的断口；（2）经常触摸到的锐边；（3）过线缆的孔或槽；（4）有相对滑动的部位

11.DFMA - 钣金件设计 - 提高强度：

1）避免平板：通过加强筋、折弯、翻边反折压平，增加起伏成形的凸包等

2）折弯边自铆或者通过拉钉等方式连接成一体

12.DFMA - 钣金件设计 - 降低成本：

1）形状：利于排样，尽量减少废料

2）尺寸：避免狭长结构、避免展开后呈十字形

3）工序：避免复杂折弯；避免反折压平；

4）合理选择装配方式，成本梯度：卡扣 ≤ 拉钉 ≤ 自铆 ≤ 点焊 ≤ 普通螺钉 ≤ 手动螺钉

5）结构：合理利用钣金结构，减少零件数量

6）标准化：尽量使用标准孔、槽等特征，选用标准厚度的材料

13.DFMA - 钣金件设计 - 装配：

1）卡扣    

2）拉铆    

3）自铆    

4）点焊   

 5）螺钉    

6）铆合螺母+螺钉 

 7）装配方式对比

四、压铸件的设计

1.压铸概念：高压作用下，使液态金属或半液态金属以极高的速度充填到压铸型腔内，并在压力下成形和凝固

2.压铸特点：高压、高速、高温

3.压铸优点：

（1）效率高

（2）尺寸精度高，表面质量高

（3）力学性能较高

（4）可压铸复杂薄壁零件

4.压铸独特优势：

1）相比塑胶件：强度高，具有导电性、热传导性和防电磁辐射型

2）相比板金件：零件形状更加复杂，壁厚可以变化，可简化产品结构

3）相比机加工件：压铸件质量轻、加工成本低；

4）相比其他铸造件：尺寸精度高、表面质量好、生产效率高；

5.压铸的缺点：

1）压铸件中易产生气孔

2）不适宜小批量生产

3）压铸高熔点合金时，模具寿命较低

6. DFMA - 压铸件设计 - 材料：

1）常用压铸材料：铝合金、锌合金、镁合金

2）铝合金的应用：

（1）汽车、摩托车零件；

（2）电工工具配件；

（3）电子电器配件

3）锌合金的应用：

（1）结构用途；

（2）装饰用途

3）镁合金的应用：

（1）笔记本电脑；

（2）手机；

（3）数码相机

7. DFMA - 压铸件设计 - 零件壁厚：

1）合适的零件壁厚：

（1）太薄：填充困难，容易出现充填不良

（2）太厚：内部晶粒粗大，产生缩孔、气孔等缺陷；外表面缺陷，机械性能下降；增加重量，成本高

2）均匀壁厚设计，壁厚变化处做过渡

3）压铸件最小孔

4）避免局部过薄：过薄，模具强度低，高温下易变形、折断，缩短模具寿命

8. DFMA - 压铸件设计 - 加强筋：

1）加强筋的尺寸：

（1）根部厚度t；

（2）脱模斜度θ；

（3）根部圆角R；

（4）高度H

2）避免平板式设计，易变形，增加加强筋提高零件强度

3）增加加强辅助熔化金属的流动，加强筋的方向与熔化金属的流向一致，提高充填性能

4）加强筋的分布位置合理，尽量对称、均匀

5）避免加强筋连接处避免局部太厚

9. DFMA - 压铸件设计 - 脱模斜度和圆角：

1）脱模斜度：铝合金、锌合金、镁合金具有不同的脱模斜度

2）避免外部尖角：

（1）易发生充填不良，金属组织不致密，强度低

（2）带来安全问题

3）内部圆角设计：对零件的性能和质量、模具寿命有非常大作用

10. DFMA - 压铸件设计 - 支柱：

1）避免支柱离壁太近或柱之间距离太近

2）尽量降低支柱的高度：太高，强度低、不易充填

3）支柱四周增加加强筋

4）重新设计支柱以简化模具结构

11. DFMA - 压铸件设计 - 字符：

1）字符凸出与零件的表面较优

2）字符的相关尺寸：

12. DFMA - 压铸件设计 - 螺纹：

1）外螺纹避免全螺纹设计：全螺纹设计，分模线处很难对齐

2）内螺纹不宜直接铸出：一般使用机加工

13. DFMA - 压铸件设计 - 为飞边和浇口的去除提供方便：

1）避免零件壁与分型面呈锐角

2）简化零件，避免复杂的分型面形状

3）避免严格的飞边和浇口的去除要求：减少工序，降低成本

14. DFMA - 压铸件设计 - 公差：

1）压铸件公差

（1）在满足零件使用性能的情况下，尽量使用宽松的公差

（2）过高的公差，会缩短压铸模寿命

（3）为维持严格的零件公差，压铸模须经常性维护、替换

（4）过高的公差，压铸件不良率高

2）合理选择分模线，提高重要零件尺寸的精度

15. DFMA - 压铸件设计 - 简化模具结构：

1）避免零件内部凹陷：侧凹需要通过抽芯机构或二次加工来获得，增加模具或零件成本

2）避免零件外部凹陷

3）避免抽芯机构受阻

4）避免压铸分型面带圆角

5）合理选择分型面

16. DFMA - 压铸件设计 - 机械加工：

1）避免机械加工：

（1）压铸件能够达到较高的尺寸精度和外观表面质量

（2）压铸件表面坚实致密，机加工可能会破坏压铸件的表面致密层

（3）机械加工会大幅增加零件成本

2）压铸件设计便于机械加工和减少机械加工面积

3）机械加工余量越小越好

4）表面机械加工余量参考表格

17. DFMA - 压铸件设计 - 使用压铸件简化产品结构，降低产品成本：

1）使用压铸件代替机械加工零件：利用压铸工艺成本低于机加工工艺成本

2）使用压铸件减少零件数量，简化产品结构：利用压铸件的防电磁辐射性能

3）使用压铸件代替钣金件：利用压铸件的复杂结构性

五、机械加工件的设计

1.机械加工的概念：

1）广义上：一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程（锻造、冲压、焊接等都可以属于）

2）狭义上：指采用不同的机床(如车床、铣床、刨床、磨床、钻床等)对工件进行切削加工

2.机械加工的优缺点

1）优点：（1）加工精度高；（2）表面质量高；（3）小批量生产时，具有成本优势

2）缺点：（1）需要熟练的技术人员；（2）材料浪费严重；（3）生产效率低

3.DFMA - 机械加工件的设计 - 设计指南

1）尽量避免使用机械加工：用其他加工方式来替代机械加工，如：注射加工、冲压加工、压铸加工等

2）毛坯的选择：铸件、锻件、型材、焊接件

3）宽松的零件公差

4）简化产品和零件结构

5）降低加工难度：合理设计，降低加工难度

6）保证位置精度：在一次装夹中加工，减少装夹次数

7）保证零件热处理后的质量:阶梯轴的轴肩根部应设计成圆角，轴端及轴肩上要有倒角

8）零件结构要有足够的刚度：减小其在夹紧力或切削力作用下的变形

9）采用标准化参数：可使用标准的刀、夹、量具，减少专用工装的设计

10）零件便于装夹：准确定位、可靠夹紧

11）减少装夹次数：降低装夹误差，减少辅助工时

12）减小机械加工面积：减少加工工时

13）减少走刀次数

14）不同要求的表面明显分开：用以改善刀具的工作条件

15）零件结构应便于刀具工作：加工部位的结构应便于刀具正确地切入及退出

4. DFMA - 机械加工件的设计 - 车削件的设计：

1）车削件设计准则

（1）应避免细长件(长径比≤8)

（2）卡盘固定的毛坯圆柱形表面应当没有分型线

（3）避免车削零件的焊接、分型线和飞边区域，以提高刀具寿命

（4）避免车削加工处尖角

（5）盲孔底部增加预制钻孔

5. DFMA - 机械加工件的设计 - 钻削件的设计：

1）钻削件设计准则

（1）钻削成本太高，可以考虑一级工艺直接成形

（2）对于大孔，可预铸孔

（3）通孔比不通孔好

（4）小而深的孔应当避免：长径比≤3，或使用阶梯孔

（5）零件边缘钻孔，确保零件75%的孔在零件边缘内

（6）孔的轴线应与进口和出口的端面垂直:避免在曲面或斜壁上钻孔

6. DFMA - 机械加工件的设计 - 铣削件的设计：

1）铣削件设计准则

（1）铣削的加工区域不宜过深，深宽比不应过3:1

（2）铣削沉凹结构的转角应留有最小的转角半径：应与标准铣刀直径一致

（3）减少铣削加工面积：当零件整个平面的平面度要求较高时，可使用凸台的设计

（4）铣削加工零件外部用斜角而不是倒角

工具1：机械加工DFMA检查表（设计指南1）

工具2：机械加工DFMA检查表（设计指南2）

六、公差分析

1.DFMA - 公差的定义：是零件尺寸所允许的偏差值，设定零件的公差即设定零件制造时尺寸允许的偏差范围

2.DFMA - 公差的产生：1）加工制程的差异；2）装配制程的差异

3.DFMA - 公差的本质

1）是产品设计工程师和制造工程师沟通的桥梁和纽带

2）是保证产品以优异的质量、优良的性能和较低的成本进行制造的关键

3）在产品设计中，应当合理选择和设定零件和产品的公差

4）公差的设计既要满足产品的功能和质量要求，又要满足产品制造成本的要求

4.DFMA - 公差和成本

1）零件公差越严格，零件制造成本就越高

2）但并不是公差越严格，产品的质量越高

3）严格的零件公差要求意味着:

（1）更高的模具费用

（2）更精密的设备和仪器

（3）更长的生产周期

（4）更高的不良率和返工率

（5）要求更熟练的操作员和对操作员更多的培训

5.DFMA - 宽松的零件公差要求

1）设计合理的间隙：防止零件过约束，避免对零件尺寸的不必要的公差要求

2）简化产品装配关系，缩短装配尺寸链

3）使用定位特征

4）使用点或线或小平面与平面配合代替平面与平面配合

6.DFMA - 公差分析

1）公差分析：是指在满足产品功能、性能、外观和可装配性等要求的前提下，合理定义和分配零件和产品的公差，优化产品设计，以最小的成本和最高的质量制造产品

2）公差分析的目的：

（1）合理设定零件和产品的公差，以降低产品制造和装配成本

（2）判断零件的可装配性，判断零件是否会在装配过程中发生干涉

（3）判断零件装配后产品关键尺寸是否满足外观、质量以及功能等要求

（4）优化产品的设计

7.DFMA - 公差分析

1）公差分析的常见错误方法：常见的是遇见可靠性问题就降低公差

案例：O形圈密封效果公差分析与调整

2）典型公差分析的错误做法示例：

（1）在产品详细设计完成后才开始进行公差分析

（2）没有缩短尺寸链的长度

（3）公差的设定没有考虑零件制程能力

（4）计算模型采用极值法

（5）公差的设定没有考虑到成本

（6）没有通过优化设计的方法，而是通过提高零件尺寸精度要求的方法

（7）对尺寸公差没有进行制程管控

（8）零件制造后，没有利用真实的零件制程能力来验证设计阶段的公差分析

8.DFMA - 公差分析的步骤

1）定义公差分析的目标尺寸及其公差

2）定义尺寸链：

（1）尺寸链是指在产品的装配关系中，由互相联系的尺寸按一定顺序首尾相接排列而成的封闭尺寸组

（2）尺寸链两大特点:一是封闭性;二是关联性，

3）判断尺寸链中尺寸的正负

4）将非双向对称公差转换为双向对称公差

5）公差分析的计算：

（1）极值法；

（2）均方根法

6）极值法与均方根法的差异：

（1）对计算模型的假设不同

（2）计算结果不同

（3）对设计要求不同

（4）局部与全局的差异

（5）适用范围的差异

9.DFMA - 公差分析的三大原则

1）宽松的零件公差要求

2）公差的一致性：

（1）零件的制造工艺能力决定了公差分析中的公差设定，不是随意设定的

（2）对公差分析中的尺寸进行制程管控

3）当公差设计的结果不满足要求时

（1）不推荐的做法：调整尺寸链中的尺寸公差大小/增加关键尺寸的公差

（2）推荐的做法：调整尺寸链中尺寸的大小/较少尺寸链的长度/使用定位特征

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