1、DFMA面向制造和装配的产品设计 2023 ChiShui.DFMA培 训 目 的抛砖引玉引导养成良好的面向制造和装配的设计的系统思维习惯学以致用据此持续优化现有开发流程，从研发端提高产品的竞争力课题落地选中具体的落地项目，按照面向制造与装配的产品设计的理念进行产品开发教学相长在培训过程中积极互动，提高培训效果DFMA目录第一部分 总论设计的重要性DFMA概念DFMA的价值u宏观、微观方面的价值；u减少设计修改u缩短产品开发周期u降低产品成本u提高产品质量DFMA的实施u实施DFMA的关键步骤uDFMA与传统开发流程对比uDFMA检查表uDFMA实施uDFX附1：产品生命周期管理实例附2：参考
2、文献第二部分 塑胶件的设计定义与特性分类材料塑胶件设计u零件壁厚u避免尖角u脱模斜度u加强筋的设计u支柱的设计u孔的设计u提高塑胶件强度的设计u提高塑胶件外观的设计u降低塑胶件成本低设计u注塑模具可行性设计u塑胶件的装配u卡扣装配u卡扣的设计u机械固定，自攻螺钉u超声波焊接u塑胶件DFMA检查表第三部分 钣金件的设计钣金概念钣金材料类型钣金设计u冲裁u折弯u拉深u凸包u止裂槽u飞边u提高强度u降低成本u装配及对比第四部分 压铸件的设计压铸件概念及优缺点材料类型压铸件设计u零件壁厚u最小孔u加强筋u脱模斜度和圆角u支柱u字符u螺纹u飞边和浇口u公差u简化设计u机械加工u简化产品结构，降低产品成本
3、第五部分 机械加工件的设计通用机械加工件的设计车削件的设计钻削件的设计铣削件的设计机械加工DFMA核查表第六部分 公差分析公差的定义及产生公差的本质公差和成本公差分析的常见错误方法公差分析的步骤极值法与均方根法的差异公差设计的三大原则DFMA第一部分 总论DFMA一、设计的重要性5%50%15%30%75%15%5%5%0%10%20%30%40%50%60%70%80%设计材料劳动力管理产品开发投入成本对产品成本的影响2、产品设计决定了产品质量，质量从哪里来?质量是检验出来的?事后把关，挑出不合格;质量是制造出来的?仅仅是实现设计要求;质量是设计出来的?设计决定产品基因Taguchi:产品质
4、量首先是设计出来的，然后才是制造出来的。德国人对质量的定义:优秀的产品设计加上精致的制造。二八原则:80%左右的产品质量问题是由设计造成的。1、设计决定了产品成本产品设计阶段的成本仅仅占整个产品开发投入成本的5%。产品设计决定了75%的产品成本。产品设计在很大程度上决定了材料、劳动力和管理的成本，如果没有产品设计的优化，材料、劳动力和管理对于降低产品成本影响很小。3、产品设计决定了产品的开发周期面向制造和装配的产品开发相对于传统的产品开发在各个阶段的设计修改次数如图所示。两者最大的差异是前者将设计修改前置到设计阶段，通过设计阶段的方案创造、修改和优化，实现部件易制造，整机易装配，售后易维修，回
5、收易拆解等。设计修改集中在产品设计阶段，追求一次就做对，同时降低修改的经济成本、时间成本和口碑损失成本等。设计,20%制造,80%产品质量问题产品设计产品制造DFMA 设计：根据设计师Victor Papanek的定义设计是为构建有意义的秩序而有意识付出的努力。更详细的定义如下：第一步：理解用户的期望、需要、动机，并理解业务、技术和行业上的需求和限制。第二步：将这些所知道的东西转化为对产品的规划（或者产品本身），使得产品的形式、内容和行为变得有用、能用，令人向往，并且在经济和技术上可行。（这是设计的意义和基本要求所在）DFMA：面向制造和装配的产品设计(Designfor Manufactur
6、ingandAssembly 简称DFMA):在考虑产品外观、功能和可靠性等前提下通过提高产品的可制造性和可装配性，从而保证以更低的成本、更短的时间和更高的质量进行产品设计。可制造性:制造工艺对零什的设计要求，确保零什容易制造、制造成本低、质量高等。可装配性:装配工艺对产品的设计要求，确保装配效率高、装配不良率低、装配成本低、装配质量高等。二、DFMA概念乐高积木斯堪尼亚卡车军用航空发动机DFMA宏观方面，具有以下几方面的价值：l 社会价值：推动社会的进步和发展。如人类社会最大的卫生贡献疫苗和清洁的饮用水，这两个是使人类寿命大幅提高的主要原因。这些都有人类有意识的努力。再如马斯克的移民火星计划
7、等等。l 经济价值：设计能够创造出品牌价值和形象价值，它们具有无法替代的经济价值，为国家在国际竞争中创造出得天独厚的无形的综合优势。l 生态价值：绿色律令书中对“设计伦理”、“设计的精神”、“设计生态学”、“设计教育”等问题进行了深入的讨论，其中设计生态学接近今天的可持续发展理念。我们要崇尚简约、低碳和闭环循环的设计。践行循环经济模式。如海尔承建的“全国家电行业数字化回收平台”建设。实体灯塔工厂可拆解家电200万台。（全球制冷、洗衣、空调及大型厨电年销量7亿件左右）l 文化价值：设计文化作为文化载体是以创造物质文化为根本，并融合了精神文化和物质文化双重意义，同时可以超越人种和语言，全球传播。三
8、、DFMA的价值希腊克里特岛科罗索斯王宫（公元前1900年，此时中国为夏代）遗址中手持水具的侍女壁画3.366.486.967.067.126.686.95024682015年 2016年 2017年 2018年 2019年 2020年 2021年2015-2021年全球大家电市场销量统计销量（亿件）DFMAl 微观方面：面向制造和装配的产品设计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。具有四大优点：l 案例：C品牌同一系列的产品共规划了2款外观，4个型号的产品。其中双模产品在快件样机开发阶段，各个环节评审共计38个问题，研发组内部评审62个问题。正是研发组的超高标准，严格要求，将
9、问题在模具制作前全部找出，最终产品顺利量产。单模产品由于设计不合理，最终产品在量产后一次下线合格率太低，最终产品模具报废，重新设计开模，仅模具费就损失260万元。三、DFMA的价值0%10%20%30%40%50%60%70%80%缩短产品上市时间减少产品维修次数减少装配不良率减少单独的紧固件减少装配工序减少装配时间降低产品成品降低装配成本减少零部件数量DFMA的价值DFMA制造和装配设计制造和装配设计对质量、成本、时间的影响对质量、成本、时间的影响1、减少产品设计修改3、降低产品成本2、缩短产品开发周期4、提高产品质量制造：20-30%设计：70-80%DFMA三、DFMA的价值1、减少设计
10、修改：产品具有很好的可制造性和可装配性，产品制造和装配顺利，设计修改少把设计修改集中任产品设计阶段，第一次就把事情做对。产品设计阶段修改容易、灵活性高、修改时间短、成本低；越到产品开发后期，设计修改越难、灵活性越低、成本越高。传统设计DFMA设计制造装配量产设计修改的灵活性DFMA传统设计修改次数DFMA三、DFMA的价值2、缩短产品开发周期：在产品设计阶段投入较多的时间和精力，第一次就把事情做对；第一次就把事情做对，相比传统产品开发周期缩短39%产品开发时间构成 其中面向制造和装配的设计时间在整个产品开发周期中起到了“牛鼻子”的作用，这个阶段投入的时间长，工作做得细，能实现模具结构更简单，部
11、件生产简单高效，整机装配更合理，降低生产引起的质量不良等，减少设计导致的实验不合格等。从整个环节，多个节点节省时间，缩短整个开发周期。在产品设计还没有完善前，匆匆忙忙进行模具设计和制造，结果智能是事倍功半、适得其反。节省39%时间周期（天）说明产品设计90-360模具开发及更改60-360由模具设计、机加工、装配及模具精细化等构成。样机制作取决于部件材质、制造设备及工装器具、制造工艺、组件装配工艺等因素。样机装配由组装工序（如焊接、喷粉、搪瓷）和复杂程度决定。实验测试包括外部强制认证、能效认证、节能认证和特殊认证及内部的型式试验和可靠性实验周期。试制转量产如手工样机、工艺样机、小批样机等各阶段
12、时间。案例：（以家电行业为例）内资品牌：H品牌：2007年4月26日启动1000天流程再造，通常A类300天-540天；B类180天-240天 M品牌：通常A类360天-540天；B类180天 外资品牌：A品牌（美资）：正常产品开发周期A类540天-720天；B类240-360天（来源于第三方渠道）L品牌（日资）：正常产品开发周期A类360天-720天；B类240-360天（来源于第三方渠道）DFMA三、DFMA的价值3、降低成本 竞争力大师迈克尔波特（Michael E.Porter）在其1980年出版的竞争战略（Competitive Strategy）一书中提出了三种卓有成效的竞争战略，
13、它们是成本领先战略、差别化战略和专一化战略。其中，成本领先战略处于至关重要的首要地位。放眼全球商品及服务，随着时间的推移，绝大多数都最终归结为总成本领先战略。好的设计是全链条、全节点成本最优，是综合成本最优。成本构成修改成本制造成本材料成本模具成本人工成本回收成本装配成本维修成本在设计阶段进行成本分析，满足功能的前提下，选择合适的材料和最经济的制造工艺，降低成本；减少设计修改，降低成本。在开发周期里，设计修改的灵活性随着时间的推移越来越低，修改所导致的费用呈10倍增长；简化零件设计、减少零件数量，降低制造复杂度，降低成本；选择合适的装配工序、保证产品的可装配性，使装配简答、有效率、人性化，减少
14、装配工序和装配时间，降低装配成本；降低产品不良率，减少成本浪费。DFMA三、DFMA的价值降低成本案例1：第一辆成品T型车诞生于1908年9月27日，位于密歇根州底特律市的皮科特Piquette）厂。该车的价格降低到290美元/辆，福特工人日薪5美元，半年可以买一辆。依靠成本，福特汽车在美国的市占率超过60%。累计销量1500万辆。在20世纪世界最有影响力汽车（英文）的全球性投票之中，福特T型车荣登榜首。降低成本案例2：特斯拉也在干同样的事情，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，且还在持续下降。一体压铸技术使特斯拉原本需要70个零部件集成为1个。正是由
15、于良好的设计，特斯拉才可以持续降价，以ModelY长续航版车型为例，从最初的48.8万元，降到目前的30.99万元，降幅达36.5%。特斯拉ModelY价格走势图（单位/万元）时间后轮驱动长续航高性能幅度时间后轮驱动长续航 高性能幅度2020.7.1348.82022.3.15-37.5941.79涨1.8、2.02021.3.24/34.7937.79涨0.82022.3.1731.69-涨1.52021.9.11/-38.79涨1.02022.6.17-39.49-涨1.92021.11.2428.07-涨0.47 2022.10.2428.8935.7939.79降2.8、3.7、220
16、21.12.3130.18-涨2.12023.1.625.9930.9935.99降2.9、4.8、3.82022.3.10-35.7939.79涨1.02023.2.1026.19-涨0.2 2021年1月1日，据特斯拉中国官网：特斯拉Model Y长续航版起售价为30.99万元，此前为48.8万元，下调14.81万元。特斯拉Model Y Performance 高性能版起售价为36.99万元，此前为53.5万元，下调16.51万元。DFMA三、DFMA的价值4、提高产品质量：通过DFMA，产品具有很好的可制造性和可装配性，产品设计在产品开发阶段就得到了优化和完善，避免产品在后期制造和装配
17、产生中的质量问题，大大提高了产品的质量。案例：在设计阶段充分考虑注射工艺对零件的设计要求，进行掏空设计，避免壁厚太大，保证了零件壁厚均匀，不出现缩水、变形、汽包等问题，零件质量更好。错误的设计：壁厚不均、缩水、变形正确的设计：合理避空、均匀壁厚DFMA四、DFMA的实施为提高产品质量、缩短开发周期、降低开发成本，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 重制造，轻设计加大对设计的投入，支持DFMA2、组建DFMA团队：3、实施DFMA开发流程4、开展DFMA培训5、使用DFMA检查表DFMA团队成员应具有从设计到生产多个学科的相关知识和经验
18、核心团队将在整个开发期间保持稳定，可根据需要引入其他成员概念设计制造和装配设计详细设计团团队长队长DFMATeam设计设计工程师工程师制造制造工程师工程师成本经成本经理理服务经服务经理理质量经质量经理理操作人操作人员员装配装配工程师工程师DFMA四、DFMA的实施DFM面向测试的设计模具设计材料及工艺选择成本分析论证DFA设计雷区自查定义产品规格概念设计设计评审快件样机功能测试手工样机工艺样机型检模拟等小批制造量产量产优化N样品制作产品设计产品制造和装配l 瀑布式开发流程：l DFMA开发流程：DFMA与传统开发流程对比 优劣模式特点设计修改开发成本开发周期产品质量瀑布式开发我们设计，你们制造
19、，设计不考虑制造的要求；反反复复修改直到把事情做对多高长低DFMA我们设计，你们制造，设计充分考虑制造的要求；第一次就把事情做对少低短高DFMAPDCA动态优化动态优化P问题定义到行动计划C 检查评估结果D 实施A 处理标准化及推广设计评审快件样机功能测试手工样机工艺样机型检模拟等小批制造量产量产优化产品规格定义产品设计DFMADFMA检查表 装配工序面向装配的设计检查把冰箱打开把大象装进去把冰箱门关上零件标准化1.五金零件标准化2.重复利用其他项目零件产品模块化设计一个稳定的基座1.最理想的装配是金字塔式的装配2.设计一个稳定的基座3.避免把大的零件置于小的零件之上零件容易被抓取1.避免零件
20、过小、过滑、过热、过软2.设计抓取特征3.避免零件锋利的边、角避免零件缠绕1.避免零件百相缠绕2.避免零件在装配中卡住减少零件装配方向1.装配方向越少越好2.最理想的装配方向是从上至下设计导向特征先定位后固定避免装配干涉1.避免零件过程干涉2.避免运动件运动过程干涉为辅助工具提供空间为重要零部件提供装配止位宽松的零件公关要求1.合理设计零件间隙2.为关键尺寸缩短尺寸链3.使用定位特征四、DFMA的实施DFMA检查表DFMADFMA检查表 装配工序面向装配的设计检查把冰箱打开把大象装进去把冰箱门关上避免零件欠约束或过约束1.避免零件欠约束2.避免零件过约束防错的设计1.零件仅具有唯一正确的装配位
21、置2.零件的防错特征越明显越好3.相似零件合并，如不能则夸大零件的不相似性4.零件完全对称，如不能则夸大零件的不对称性5.设计明显防错标识6.最后的选择:通过制程防错装配中的人机工程学1.避免视线受阻的装配2.避免装配操作受阻3.避免操作人员受到伤害4.减少工具的种类和特殊工具5.设计特征辅助装配线缆布局1.合理的线缆布局2.为线缆提供保护可靠性测试1.防水/防尘IP65/跌落2.散热设计(芯片温度)工程安装设计其他总分设计更改建议四、DFMA的实施DFMA检查表DFMA1、DFMA功能分析：构建功能部件及相互之间关系的完整视图圆珠笔功能分析示例进行功能分析的好处：全面检查产品的预期用途，以更
22、好地了解用户和客户需求 在选择最佳设计方案之前，有助于调动创造性思维进行创新 能够识别和定义模块功能，促进模块化和组件的设计模型设计四、DFMA的实施DFMA2、DFMA确定功能需求，减少零件数量，并提问：部件是否必须相对于已安装在组件中的其他部件移动？只有当运动对产品功能至关重要时，它才是唯一的 零件必须由不同的材料制成吗？只有当材料类型对产品的适合性、形状或功能至关重要时，它才是唯一的 零件必须与其他零件分开吗？只有在使用中调整或更换有分离要求时，它才是唯一的零件清单四、DFMA的实施减少零部件数量，以降低库存和装配难度1下臂接头1.1 底座部件-下臂1.2 下臂盖1.3 铆钉2上臂接头2
23、.1 上臂2.2 上臂盖2.3 铆钉3弹簧4支点创新&创造创新部件数理论最小数量实际最小数量实际理论DFMA3、DFMA减少紧固件的数量和类型：选用同一种类型的紧固件：卡扣/爪塑料折弯铆接螺钉紧固 使用卡扣、折边等代替紧固件 避免紧固件过于分散，提高装配销量 使用自攻螺钉代替机械螺钉 把螺柱和螺母作为最后的选项四、DFMA的实施减少紧固件类型减少螺柱规格避免太过分散的设计利用折边减少紧固件数量DFMA4、DFMA确定零部件最理想的装配方式：叠放和卡位设计，避免零件缠绕、卡住 避免太大或太小l 对称性设计，降低定位难度避免小部件，需要精准放置非对称结构对称设计对称性设计消除定位问题，降低装配难度
24、四、DFMA的实施避免缠绕避免卡住DFMA5、DFMA零件容易被抓取：避免零件太小、太重、太滑、太黏、太热或太柔弱 需要几只手？需要握紧吗？部件的对称结构对装配有什么影响？部件容易对齐或定位吗？设计适当的抓取特征：如折边避免零件的锋利边角：防止对操作人员或消费者造成人身伤害尺寸 光滑尖锐 柔软四、DFMA的实施DFMA6、DFMA减少装配方向：零件装配方向越少越好：零件只有一个装配方向为佳 装配方向过多，移动、旋转、翻转等，降低装配效率，操作人员易疲惫 装配方向过多，可能造成零件发送碰撞而损坏注意事项：避免自下向上装配，这需要克服零件的重力，在零件固定前需要施加外力保持正确位置，费时、费力，易
25、造成质量问题四、DFMA的实施DFMA7、DFMA防错设计：墨菲定律：可能出错的事，就会出错。防错设计的好处：防止用错部件、漏装部件、部件 方向错误 减少时间浪费、不必要检查 消除返工 提高人性化、可操作性好的防错设计：零件仅具有唯一正确的装配位置 相似零件具备醒目的防错特征、明显的不对称性四、DFMA的实施易造成装配方向错误的设计好的防错设计DFMA8、DFMA导向与定位：导向特征：斜角、圆角、导向柱、导向槽 导向特征应先于零件的其它部分与对应的装配件接触四、DFMA的实施DFMA8、DFMA导向与定位：先定位后固定：在固定零件之前自动对齐到正确位置，减少装配调整，提高装配效率l 四周限位l
26、 定位柱、止位槽四、DFMA的实施DFMA9、DFMA装配干涉：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，避免零部件在装配、运动过程中出现干涉 在产品设计中要了解辅助工具的尺寸及其工作原理，为其提供足够的空间，使之能够顺利完成装配工序四、DFMA的实施DFMA10、DFMA公差设计，严格的公差设计意味着：在满足功能和质量的前提下，应允许宽松的零件公差、装配公差：合理的间隙设计，防止过约束或欠约束 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 运用特征定位：如对定位柱、止位槽等的公差进行管控 当零件之间通过平面与平面配合并具有相对运动关系时，可以使用点或线与平面配合的方
27、式代替，避免平面变形或者平面较高的粗糙度阻碍零件的顺利运动，从而可以不对零件的平面度和表面粗糙度提出严格的公差要求。四、DFMA的实施更高的模具费用更精密的设备、仪器更多的加工工序更长的生产周期更高的不良和返工更高的操作技能更高的原材料质量和成本质量管控要求更高装配不良更改装配效率更低装配成本更高DFMA11、DFMA装配中的人机工程学：避免视线受阻 避免装配受阻 避免操作人员受到伤害 减少工具的使用种类，避免使用特殊工具四、DFMA的实施DFMA12、DFMA线缆的布局：减少线缆的种类和数量，优化产品内部结构、使用板对板连接、合并印刷电路板等 合理布局线缆走向，减少线缆种类、数量和长度，采用
28、线夹、束线带或部件特征来辅助控制线缆走向 对线缆进行保护，线缆走向上的钣金件压飞边、反折压平或增加塑胶护线套 线缆防错：单根线缆的连接器应只有一个正确的插入方向；多根线缆的连接器接口应当不同，防止插错 为线缆装配提供充足空间四、DFMA的实施DFMA13、DFMA零件标准化：永远不要设计从产品目录中买不到的零件。零部件标准化、避免定制零部件的好处：l 减少新零件开发时间和精力浪费，缩短开发周期l 标准化零部件的规模性具备成本优势l 标准化零部件已被广泛使用，质量可靠如何实现标准化：制订常用零件标准库、优选表，在不同产品间实行标准化策略 收集整理各种五金零件供应商的产品目录，建立常用标准件三维数
29、据库；五金零件，如螺钉、螺柱、导电泡棉等选用供应商的标准零件四、DFMA的实施DFMA14、DFMA模块化：把产品中多个相邻的零件合并成一个子组件或模块。模块化产品设计的好处：l 缩短开发周期，提高装配效率l 在不同模块间合理使用人工或机械，提高装配灵活性l 模块化的子组件在装配前进行质量检验，更早、更容易发现质量问题，提高装配效率和质量l 子模块出现质量问题时，容易替换，利于维护，避免产品报废，利于降低成本l 可靠零件/模块最先装配、易出问题的零件/模块最后装配，提高产品可拆卸性和可维修性l 容易实现“按单定制”，快速满足个性化需求四、DFMA的实施DFMA卓越设计：设计（DFX）不止于“装
30、配”（DFA）或“制造”（DFM），还有其他类型，如：DFA：Design for Availability 可用性设计。保证设备运行时，业务或功能不可用的时间尽可能短。DFC：Design for Compatibility 兼容性设计。保证产品符合标准、与其他设备互连互通，以及自身版本升级后的兼容性。DFC：Design for Compliance 顺从性设计。产品要符合相关标准/法规/约定，保障市场准入。DFC：Design for Cost 面向成本的设计。是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低产品成本。DFD：Design for Diagnosability 可诊断性设计。提高
31、产品出错时能准确、有效定位故障的能力。DFD：Design for Disassembly 可拆卸性设计。产品易于拆卸，方便回收。DFD：Design for Discard 可丢弃性设计。用于维修策略设计，部件故障时不维修，直接替换。DFE：Design for Environment 环保设计。减少产品生命周期内对环境的不良影响。DFE：Design for Extensibility 可扩展性设计。产品容易新增功能特性或修改现有的功能。DFEE：Design for Energy Efficiency 能效设计。降低产品功耗，提高产品的能效。DFF：Design for Flexibil
32、ity 灵活性设计。设计时考虑架构接口等方面的灵活性，以适应系统变化 DFF：Design for FabricaTlon of the PCB为 PCB 可制造而设计。PCB 设计需要满足相关可制造性标准。DFH：Design for Humanity/Ergonomics 人性化设计。强调产品设计应满足人的精神与情感需求。.四、DFXDFMA附：产品生命周期管理实例市场企划确定产品市场定位及目标客户群产品技术路线图、发展趋势规划对手分析，根据竞品的商品动向及新的行销方案等，确定产品策项目需求文档研发标准及标准件的应用项目进度管理专利调查、申请技术管理立项书设计方案评审产品135卖点及差异化
33、生成BOM，确认对应渠道产品价值链设计方案确认价值链成本核算供应商报价分析包装及物流方案产品售价确认价值链确认测试整机测试方案部件测试方案部件合格报告产品合格报告产品认证、部件认证报告试制量产功能样机问题点分析及整改小批样机问题点分析及整改产品封样规格书说明书产品编码入库设计开发流程P-1用户需求P0定型方案P1立项目标P2开发设计P3验证与测试P4新品上市P5用户口碑P6退市及持续优化市场调研报告 竞品分析报告项目立项申请表项目可行性分析报告节点输出结论运 营MRD产品方案确认单产品135卖点及差异化产品工艺指导书成本核算表供应商报价表价值链分析表售价确认单部件合格检验要求产品测试合格报告项
34、目进度推进表专利检索调查报告专利申请交底书标准应用分析样机制做问题汇总试制问题汇整产品出厂检验报告产品封样规格书、说明书产品编码入库业务流程节点（OEM）日常运营方案定型设计开发设计验证需求调研试制量产及维护优化及创新6、方案设计评审7、标准件应用8、组装 验证 10、产品测试验证1、获取客户需求方案交互15、问题反馈与修正专利规避分析9、确定产品卖点11、生成MBOM13、小批试制14、编码量产16、产品结案 信息入库3、可行性分析4、产品定型5、项目立项18、模块创新17、竞争力优化2、市场定位市场现状分析12、生成价值链企划牵头MRD，市场、产品论证，全流程会签，批准后执行型号输出至产品
35、，产品细化对外培训型号牵头全流程封样，转至产品推进执行型号提供至采购，量产后采购执行型号闭环评审问题，输出规格书、说明书、部件合格要求、测试合格至工厂、产品、采购型号输出BOM至采购，采购提供报价单最终财务会签价值链表确输出文档责任部门DFMA参考文献DFMA1、钟元 面向制造和装配的产品设计指南 第2版 2016.62、Victor Papanek 绿色律令：设计与建筑中的生态学和伦理学（THE GREENIMPERATIVE）周博 刘佳译 中信出版社 2013年3、将设计置于整个人类社会的远景中，对整个人类社会的未来发展有积极的促进作用。如人类社会最大的卫生贡献第一个是疫苗；第二个是清洁的
36、饮用水，这两个是使人类寿命大幅提高的主要原因。人类历史发展的每一个重要时期，都可以看到水卫生的支撑。马斯克的移民火星计划等等。这些都有人类有意识的努力。参考文献DFMA第二部分 塑胶件的设计DFMA目录 定义与特性 分类 材料 塑胶件设计u 零件壁厚u 避免尖角u 脱模斜度u 加强筋的设计u 支柱的设计u 孔的设计u 提高塑胶件强度的设计u 提高塑胶件外观的设计u 降低塑胶件成本低设计u 注塑模具可行性设计u 塑胶件的装配u 卡扣装配u 卡扣的设计u 机械固定，自攻螺钉u 超声波焊接u 塑胶件DFMA检查表DFMA五、塑胶件设计-定义与特性塑胶：特性:低强度与低韧性 原料丰富，价格低廉 成型容
37、易，易加工成复杂形状，可大批量生产 重量轻，低密度（塑胶比重0.92，铝2.7，铁7.8)受外力作用时容易产生连续变形 色彩鲜明，着色容易，适当加入着色剂，可改变其色泽 良好的绝缘性 耐腐蚀性佳，耐水、耐油、耐酸、耐化学药品，而且不生锈 耐热性差，大部份的塑料耐热温度约在150C以下 不导电性、不导热性 可以具有其他特殊性质，例如透明性、弹性等DFMA五、塑胶件设计-分类HDT=100HDTV=250性能成本高性能工程塑料工程塑料通用塑料非结晶塑料结晶塑料PIPESPARPEEXLCPPEIPSUPTFEPETPA66PA6PDMPBTPPPESMAPSPVCSANPMMAPVDFPCPPOP
38、C/ABSABSHDT=175HDTV=250PA46PPSPPAPCT 塑胶 分类材料特性非结晶塑胶结晶塑胶比重较低较纸拉伸强度较低较低拉伸模量较低较高延展性较高较低抗冲击性较高较低最高使用温度较低较高收缩率和翘曲较低较高流动性较低较高耐化学性较低较低耐磨性较低较高抗蠕变性较低较高硬度较低较高透明性较高较低加玻璃纤维补强效果较低较高DFMA 塑料材料的分类 物性表 零件的功能要求 使用环境要求 价格 装配要求 尺寸稳定性 外观 安规要求五、塑胶件设计-材料的选择DFMA五、塑胶件设计-零件壁厚零件壁厚必须适中 壁厚太小：l 强度低l 流动阻力大，熔料难充满 壁厚太大：l 产生缩水、气孔和翘曲
39、等质量问题l 冷却时间增加，成型周期加长，生产效率低l 用料增加，成本正佳 常用塑料材料合适壁厚范围（单位：mm）：尽量减小零件壁厚，错误的做法是为提高零件强度而片面增加零件壁厚。决定零件壁厚的因素有：强度要求 成型时能否抵抗脱模力 抵抗装配时的紧固力 有金属埋入件时，埋入件周围的强度是否足够 孔的强度是否足够 材料壁厚PEPPNylonPSASPMMAPVCPC ABSPOM最小0.90.60.61.01.01.51.51.51.51.5最大4.03.53.04.04.05.05.05.04.55.0塑胶种类最小壁厚小型舰壁厚中型件壁厚大型件壁厚ABS0.751.251.63.25.4防火A
40、BS0.751.251.63.25.4PArt66+玻纤0.450.751.62.43.2PMMA0.81.52.246.5透明PC0.951.82.334.5塑胶件壁厚选择DFMA五、塑胶件设计-零件壁厚 零件壁厚均匀:当壁厚不均匀时：原始设计较优设计A较优设计B最优化设计DFMA五、塑胶件设计-避免尖角 避免零件外部尖角：避免在塑胶熔料流动方向上产生尖角：避免在零件连接处产生尖角：圆角的设计 零件应力集中系数DFMA五、塑胶件设计-脱模斜度 决定脱模斜度的因素:l 脱模斜度一般取12；l 收缩率较大的塑胶件脱模斜度较大；l 尺寸精度要求较高的特征处取较小脱模斜度:l 公模侧脱模斜度小于母模
41、侧以利于脱模；l 壁厚较厚时，成型收缩大，取较大脱模斜度;l 咬花面与复杂面取较大脱模斜度;l 玻纤增强塑料取较大脱模斜度；l 零件某些平面因为功能需要可以不设置脱模斜度，但模具则需设计侧抽芯结构，模具结构复杂，成本高:l 在零件功能和外观等允许情况下，零件脱模斜度尽可能取大;l 脱模斜度的大小与方向不能影响零件的功能实现。脱模斜度的大小和方向不能影响零件的功能实现：表面部位斜度连接零件与薄壁零件其它零件外表面1530;1内表面301孔（深度1.5d）153045加强筋、凸缘2、3、5、10不同表面的脱模斜度推荐塑料名称脱模斜度聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯301ABS、聚酰胺、聚甲醛、氟化聚醚、
42、聚苯醚 40130硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜502聚苯乙烯、有机玻璃502热固塑料201不同塑料的脱模斜度推荐DFMA五、塑胶件设计-加强筋的设计 加强筋的尺寸：l 筋的厚度：不应该超过塑胶零件厚度的50%60%l 筋的高度：不能超过塑胶零件厚度的3倍l 筋的根部圆角：为塑胶零件厚度的0.250.5倍l 筋的脱模斜度：一般为0.51.5l 筋与筋的间距：至少为塑胶零件厚度的2倍 加强筋的设计原则：l 壁厚均匀：l 筋的方向与塑胶熔料方向一致：l 顶端增加斜角，避免困气：l 与塑胶容量的流向一致：DFMA五、塑胶件设计-支柱的设计 支柱的尺寸：l 外径与内径：外径为内径的2倍l 厚度：不超过零件
43、厚度的0.6倍l 高度：不超过零件厚度的5倍l 根部圆角：为零件壁厚的0.250.5倍l 根部厚度：为零件壁厚的0.7倍l 脱模斜度：一般内径0.25，外径0.5 支柱的设计原则：壁厚均匀：保持与零件壁的连接：单独支柱四周增加加强筋补强：DFMA五、塑胶件设计-孔的设计 孔的深度尺寸：不能太深(若太深，采用阶梯孔成型)孔与孔的间距及孔与零件边缘的尺寸：u应至少大于孔径或零件壁厚的1.5倍以上，即S1.5t或1.5d，取二者的最大值 避免盲孔根部太薄：u不通孔底部厚度至少应当大于不通孔直径的0.2倍，底部太薄，不通孔强度低，同时背面容易产生外观缺陷。u如果底部太薄，则可以考虑采用底部增强结构（如
44、下）。零件上的孔尽量远离受载荷部位：孔的边缘增加凸缘以增加强度：增加强度、防止变形 避免与零件脱模方向垂直的侧孔：简化模具结构塑胶件上常见的孔大致可以分为不通孔、通孔和阶梯孔3种：u 当不通孔的直径小于5mm时，孔的深度不应该超过孔直径的2倍;当不通孔的直径大于5mm时，孔的深度不应超过孔直径的3倍。u 通孔比不通孔更容易制造，因为型芯可以分布在凸、凹模两侧，通孔的深度可以适当加大。当通孔的直径小于5mm时，孔的深度不应该超过孔直径的4倍;当通孔的直径大于5mm时，孔的深度不超过孔直径的6倍。阶梯孔DFMA五、塑胶件设计-孔的设计 长孔的设计：应该与塑胶熔料的流动方向一致，避免垂直于流动方向，
45、以免阻碍塑胶熔料的流动。风孔的设计：u 一般情况下，风孔为圆孔时模具型芯为圆柱形，加工容易，模具成本低。u 过多的风孔设计会造成零件强度降低，可以通过增加加强筋或凸缘等方法来增加风孔处零件的强度。圆形风孔 六边形风孔DFMA五、塑胶件设计-提高塑胶件强度的设计 通过添加加强筋而不是增加壁厚来提高零件强度：加强筋的方向要考虑载荷的方向：多个加强筋比单个较厚或较高的加强筋好：设计零件增强剖面：增加侧壁：避免零件应力集中：避免零件在熔接痕区域承受载荷：u 零件壁厚增加不仅会增加塑胶件重量，而且容易使零件产生缩水、气泡等缺陷，同时增加注射生产时间，降低生产效率。为提高零件的强度，正确的方法是增加加强筋
46、、而不是增加零件壁厚。u 加强筋只能加强塑胶件一个方向的强度。加强筋方向需要考虑载荷方向，否则加强筋不能增加零件抵抗载荷的能力；u 如果零件承受的载荷是多个方向的载荷或者扭曲载荷，可以考虑增加X形加强筋或者发散形加强筋来提高零件强度。u 当单个加强筋的高度太高或者厚度太厚时，可以用两个较小的不高不厚的加强筋来替代.u 通过设计零件增强剖面形状可以提高塑胶件的强度，常见的零件增强剖面包括形、锯齿形和圆弧形。u 避免平面型塑胶件设计，平面型的塑胶件强度非常低，可以通过四周增加侧壁来提高零件的强度；u 侧壁的形状可以是单纯的直壁，在条件允许时，曲面式侧壁或者带增强剖面式侧壁更能提高零件的强度。u 应
47、力集中常发生于零件尖角处、零件壁厚剧烈变化处、零件孔、槽及金属嵌件处。零件应力集中会大幅降低零件的强度，使得零件在冲击载荷作用下发生失效。u 零件熔接痕区域是零件强度最低的区域之一，是最容易发生失效的区域之一。因此必须合理设置浇口的位置和数量，以避免零件在熔接痕区域承受载荷。DFMA五、塑胶件设计-提高塑胶件强度的设计 其他方法：l 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，需要注意的是玻纤增强塑胶只在玻纤的方向上提高零件的强度；l 塑胶件承受压缩载荷的能力比承受拉伸载荷的能力强；l 避免零件承受圆周载荷。零件承受圆周载荷时，例如金属镶件处，很容易发生破裂而实效；l 在承受冲击载荷时
48、，保持零件剖面的完整性，避免在冲击载荷方向上零件剖面出现缺口和应力集中。DFMA五、塑胶件设计-提高塑胶件外观的设计 选择合适的塑胶材料：l 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。l 通过设计掩盖缩水：l“火山口”设计：合理设置浇口位置：u 塑胶材料的选取对产品的外观起着重要的作用，不同的塑胶材料有着不同的外观质量表现。例如，相对于非玻璃纤维增强的材料，玻璃纤维增强的材料注射成型后一般外观质量比较低，而且容易翘曲。u 在允许的情况下，可以通过U形槽、零件表面断差的设计以及表面咬花等方式来掩盖塑胶件表面缩水u 支柱壁厚处或加强筋壁厚处局部去除材料(我国台湾地区称之为“
49、火山口”)，可以大幅降低零件外观缩水的可能性，u“火山口”设计会在一定程度上降低支柱或加强筋的强度。u 离浇口越远处，越容易产生表面缩水。对于零件重要外观表面对表面缩水要求高的区域，可以合理设计浇口的位置使其靠近该区域，减小缩水。同时，浇口的位置应使得塑胶熔料从壁厚处流向壁薄处。u 若熔料从壁薄处流向壁厚处，壁薄处首先冷却凝固，壁厚处表面很容易产生缩水，内部则容易产生气泡。DFMA五、塑胶件设计-提高塑胶件外观的设计 预测零件变形，设计减少变形。零件发生变形的原因很多，主要包括4个方面：l1）零件在塑胶熔料流向方向上和横截面方向上不同的收缩比。l2）零件不均匀地冷却。l3）零件不均匀的壁厚造成
50、变形。l4）零件不对称的几何形状造成零件变形。u 为此，可通过加强筋、对称设计等方式减小零件变形。在外观零件之间设计美工沟：避免外观零件表面出现熔接痕：u塑胶件表面咬花可以部分掩盖熔接痕，但并不能完全掩盖；u喷漆可以掩盖熔接痕；u合理设置浇口的位置和数量，避免零件重要外观表面产生熔接痕；u保证模具通风顺畅。合理选择分模线，避免零件重要外观面出现断差或者毛边：u模具凸、凹模交汇处、型芯与型芯交汇处、型芯与凸、凹模交汇等处容易出现断差或飞边。因此，应当仔细检查模具的分型面位置，避免在零件重要外观面出现断差或飞边。避免将顶针设计在零件重要外观面。u 两个外观塑胶件之间配合时，因为零件制造误差和装配误
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