面向制造及装配的产品设计

　　《面向制造及装配的产品设计》一书是杰弗里·布斯罗伊德教授结合多年科研教学经验撰写而成，本书全面介绍产品设计方法，大量更新数据，每章都添加思考题，助力产品设计！
　　《面向制造及装配的产品设计》一书全面介绍了面向制造和装配的产品设计方法，书中针对面向制造和装配的产品设计、材料和工艺的选择、面向手工装配的设计、电气连接和线束总成、面向高速自动装配和机器人装配的设计、面向制造和装配的印制电路板设计、面向制造的设计、面向注射成型的设计、面向钣金加工的设计、压铸模设计、面向粉末冶金加工的设计、砂型铸造设计、面向熔模铸造的设计和面向热锻的设计等作了详细的介绍，具有很高的参考应用价值。
　　本书可供机械工程技术人员参考，也可作为大专院校相关专业师生的教材或参考书。
 

　　《面向制造及装配的产品设计》一书在绪论部分，我们已经更新了面向制造和装配的产品设计技术在制造业中应用的*研究实例，同时也说明了DFMA对美国制造业的总体影响。在第3章和第5章，加入了产品特征分类体系的有关内容，这部分内容对手工装配、高速自动化装配和机器人装配的搬移和插入难易程度有影响。还将实际的学生作业加入到这些章节中。有关印制电路板装配的第6章也已经更新，能够反映从上个版本以来在制造业所发生的变化，特别是强调了表面安装器件的使用。
　　余下的有关基本制造工艺的章节也更新了大量的*数据，并且把思考题和作业添加到了每一章。随着粉末注射成型技术越来越广泛地在工业上运用，我们在有关金属粉末加工的第11章中，添加了粉末注射成型技术的讨论内容。
　　《面向制造及装配的产品设计》一书每章都包括了有关材料、人工和机器操作的成本信息，这个信息是书籍出版时的有代表性的典型成本数据，或许并不能够作为目前的成本应用的真实数据。成本在一段时期内会明显波动。这些数据里显示的相对成本可能适合于产品设计和生产方法之间的合理比较。

　　Geoffrey Boothroyd
　　Geoffrey Boothroyd是美国金斯敦的罗德岛大学工业和制造工程专业退休名誉教授。
　　Boothroyd教授是100多篇期刊论文的作者或合作者，他也是数本著名专著的共同执笔人或共同编著者，其中包括与W.A.Knight合作编辑的《机床和加工基础》第三版、《自动装配和产品设计》第二版、《自动化装配》《运用机械学》。除此之外，Boothroyd教授还是Taylor and Francis系列丛书《制造工程和材料加工》的共同主编。他是美国制造工程师协会（SME）的特别会员，也是美国国家工程学院的会员。他还是其他一些专业学会的会员。Geoffrey Boothroyd教授获得英国伦敦大学哲学博士学位（1962年）和工程学专业理学博士学位（1974年）。他获得的众多荣誉和奖励包括美国国家科技奖和SME/ASME商业奖。
　　Peter Dewhurst
　　Peter Dewhurst是一名工业工程教授，也是罗德岛大学的机械工程教授。在他的工作生涯里，他在金属加工、金属切削理论、人工智能设计、*化结构设计等领域都做出了很大贡献。在2000年之前，他主要从事于来自国家科学基金会和Sandia国家实验室的两项科研调查。他曾经获得过的奖项有：Sir Charles Reynold奖学金，F.W Taylor奖章和国家科技奖章。他已经在URI从事教学工业生产设计及组装约20年，同时因为他的杰出贡献，他两次被授予URI Carlotti 奖章。
　　Winston A.Knight
　　Winston A.Knight是一名在罗德岛大学从事工业化系统工程教学的退休教授。Knight教授发表过120多篇专业学术性文章，也是《机械及其工具基础》第三版等几本专著的合著者。教授的研究兴趣涉及产品设计加工、再循环设计、环境工程、机械工具技术、新技术合作以及CAD/CAM等各个领域。教授也是人工自动化社科院的研究员和CIRP的研究员。他获得了伯明翰大学的理学学士学位（1963）和哲学博士学位（1967），还获得了牛津大学的文学硕士学位。

前言
第2版前言
第1版前言
作者简介
术语表
第1章绪论
1.1什么是面向制造和装配的设计
1.2发展沿革
1.3面向装配的设计的执行
1.4面向制造的设计
1.5生产能力准则
1.6DFMA如何运作
1.7不使用DFMA的错误理由
1.7.1没有时间
1.7.2并非此处发明
1.7.3丑陋儿童综合征
1.7.4低装配成本
1.7.5小批量生产
1.7.6我们已做这项工作多年
1.7.7这仅是价值分析
1.7.8DFMA只是多种手段之一
1.7.9DFMA带来更加难以服务的产品
1.7.10我更喜欢设计规则
1.7.11我拒绝使用DFMA
1.8产品设计中应用DFMA的优点
1.9DFMA对美国工业的总体影响
1.10结论
习题
参考文献

第2章材料和工艺的选择
2.1引言
2.2早期材料和工艺选择的一般要求
2.3制造工艺的选择
2.4工艺能力
2.4.1一般形状属性
2.4.2DFA的可兼容性
2.5材料的选择
2.5.1将材料按工艺兼容的类别分组
2.5.2采用隶属函数选择材料
2.5.3采用量纲一排序的材料选择
2.6初级工艺/材料的选择
2.7工艺和材料的系统选择
2.7.1基于计算机的主要流程/材料的选择
2.7.2专家处理顺序选择器
2.7.3工艺的经济性排序
习题
参考文献

第3章面向手工装配的设计
3.1概述
3.2一般手工装配设计指南
3.2.1面向零件搬移的设计准则
3.2.2面向插入和紧固的设计准则
3.3面向装配方法系统设计的发展
3.4装配效率
3.5分类系统
3.6零件对称性对搬移时间的影响
3.7零件厚度和尺寸对搬移时间的影响
3.8重量对搬移时间的影响
3.9双手操作零件
3.10综合因素的影响
3.11严重套接或缠结并要求用镊子抓取和操作的零件对称性的影响
3.12倒角设计对插入操作的影响
3.13插入时间估计
3.14装配过程中避免阻塞
3.15减少圆盘装配问题
3.16阻塞通道和视线受阻对插入螺纹紧固件的各种设计的影响
3.17阻塞通道和视线受阻对空心铆接操作的影响
3.18握持影响
3.19手工装配数据库和实际数据表
3.20DFA方法的应用
3.21更多的设计准则
3.22大型装配件
3.23手工装配方法的类型
3.24装配布局对抓取时间的影响
3.25装配质量
3.26将学习曲线应用到DFA中
习题
参考文献

第4章电气连接和线束组装
4.1概述
4.2导线或线束组装
4.3电气连接的类型
4.3.1锡焊连接
4.3.2低压连接
4.3.3高压连接
4.4电线和电缆的类型
4.5制备和组装时间
4.5.1制备
4.5.2组装与安装
4.5.3固定
4.5.4连接
4.6分析方法
4.6.1步骤
4.6.2案例研究
习题
参考文献

第5章面向高速自动装配和机器人装配的设计
5.1简介
5.2面向高速进给和定向的零件设计
5.3示例
5.4其他进给困难
5.5高速自动插入
5.6示例
5.7组件分析
5.8适于自动化的产品设计准则
5.9输送和定向的零件设计
5.10面向高速自动装配设计的准则概要
5.10.1产品设计准则
5.10.2零件设计准则
5.11面向机器人装配的产品设计
习题
参考文献

第6章面向制造和装配的印制电路板设计
6.1概述
6.2印制电路板的设计顺序
6.3印制电路板的类型
6.3.1面数
6.3.2层数
6.3.3板材
6.3.4设备类型
6.3.5铜的重量
6.4裸板制造
6.4.1基本裸板成本
6.4.2每个面板的板数
6.4.3钻孔
6.4.4可选的裸板工艺
6.4.5裸板测试
6.5术语
6.6印制电路板的装配
6.6.1通孔印制电路板的装配操作
6.6.2表面装配元器件的装配
6.6.3焊接
6.6.4其他组装过程
6.6.5印制电路板的装配顺序
6.7印制电路板的装配成本估计
6.7.1元器件插入成本
6.7.2印制电路板装配成本的工作表
6.7.3实例分析
6.8印制电路板装配的案例研究
6.8.1仪器连接板的测量
6.8.2电源
6.9术语词汇表
习题
参考文献

第7章面向制造的设计
7.1引言
7.2使用单刃**加工
7.3使用多刃**加工
7.4使用砂轮加工
7.5标准化
7.6工件材料的选择
7.7工件材料的形状
7.8加工基本零件形状
7.8.1盘形回转件（L/D≤0.5）
7.8.2短圆柱零件（0.5＜L/D＜3）
7.8.3长圆柱回转体零件（L/D≥3）
7.8.4非回转体零件（A/B≤3，A/B≥4）
7.8.5长非回转体零件（A/B＞3）
7.8.6非回转的立方零件（A/B＜3，A/C＜4）
7.9零件的装配
7.10精度和表面粗糙度
7.11设计准则小结
7.12对于加工零件的成本估算
7.12.1材料成本
7.12.2机器的装卸
7.12.3其他非生产性成本
7.12.4机器之间搬移
7.12.5材料类型
7.12.6加工成本
7.12.7换刀成本
7.12.8加工数据
7.12.9粗磨
7.12.10精磨
7.12.11砂轮磨损余量
7.12.12无火花磨削余量
7.12.13加工成本估算工作表
7.12.14加工零件的近似成本模型
习题
参考文献

第8章面向注射成型的设计
8.1概述
8.2注射成型材料
8.3成型周期
8.3.1注射或填充阶段
8.3.2冷却阶段
8.3.3脱模和复位阶段
8.4注射成型系统
8.4.1注射装置
8.4.2夹紧装置
8.5注射模具
8.5.1模具结构和操作
8.5.2模具类型
8.5.3浇道、流道和浇口
8.6注射成型机尺寸
8.7注射循环周期
8.7.1注射时间
8.7.2冷却时间
8.7.3模具复位
8.8模具成本估算
8.8.1模座成本
8.8.2型腔和型芯的制造成本
8.9模具成本点系统
8.10最佳型腔数量的估计
8.11设计实例
8.12嵌件成型
8.13设计指南
8.14装配技术
习题
参考文献

第9章面向钣金加工的设计
9.1概述
9.2专用模具和压力加工
9.2.1用于外形剪切的单工序
模具
9.2.2单工序剪切模的成本
9.2.3单工序冲孔模
9.2.4单工序弯曲模
9.2.5单工序深拉深模
9.2.6其他特征
9.2.7级进模
9.3压力机的选择
9.4回转头压力加工
9.5折弯操作
9.6设计准则
习题
参考文献

第10章压铸模设计
10.1概述
10.2压铸合金
10.3压铸周期
10.4压铸机
10.4.1模具安装和夹紧系统
10.4.2金属压射系统
10.4.3热压室压铸机
10.4.4冷压室压铸机
10.5压铸模和修剪模
10.6精整
10.7自动化辅助设备
10.8最优型腔数量的确定
10.9适当机器尺寸的确定
10.9.1机床夹紧力的要求
10.9.2每个零件的注射体积和材料成本
10.9.3机械尺寸约束
10.10压力铸造循环周期估计
10.10.1熔融金属的浇注
10.10.2金属压射
10.10.3金属冷却
10.10.4零件取出和模具润滑
10.10.5修剪循环时间
10.11模具成本估计
10.11.1模具成本
10.11.2型腔和型芯成本
10.11.3修剪模成本
10.12装配技术
10.13设计原则
习题
参考文献

第11章面向粉末冶金加工的设计
11.1引言
11.2粉末冶金工艺的基本阶段
11.2.1混合
11.2.2压缩
11.2.3烧结
11.3次级加工阶段
11.3.1复压复烧
11.3.2精整和整形
11.3.3熔渗
11.3.4浸渍
11.3.5树脂浸渍
11.3.6热处理
11.3.7机械加工
11.3.8滚筒抛光和去毛刺
11.3.9电镀和其他表面处理
11.3.10蒸汽处理
11.3.11装配过程
11.4粉末的压制特性
11.4.1粉末压制机理
11.4.2金属粉末的压缩特性
11.4.3粉末压缩比
11.5粉末压制工具
11.5.1压制模
11.5.2压制凸模
11.5.3通孔芯棒
11.5.4模具配件
11.6粉末冶金压力机
11.6.1选择合适压力机的因素
11.6.2用于整形、精整和复压的压力机
11.7粉末冶金零件的形状
11.8烧结设备的特点
11.9粉末金属加工用材料
11.10基本粉末冶金制造成本的组成
11.10.1材料成本
11.10.2压制成本
11.10.3压制工具成本
11.10.4工具配件成本
11.10.5工具更换成本
11.10.6工具成本估算程序的验证
11.10.7烧结成本
11.10.8复压、整形和精整
11.11渗透材料的修改
11.11.1材料成本
11.11.2压制成本
11.11.3烧结成本
11.12浸透、热处理、抛光、蒸汽处理和其他表面处理
11.12.1加工成本
11.12.2附加材料成本
11.13粉末冶金零件的设计指南
11.14粉末注射成型
11.14.1原料制备和造粒
11.14.2成型
11.14.3脱脂
11.14.4烧结
11.14.5次级加工
11.14.6原料特性
11.14.7材料成本
11.14.8模具型腔几何尺寸
11.14.9成型成本
习题
参考文献

第12章砂型铸造设计
12.1概述
12.2砂型铸造合金
12.3基本特点和模具制备
12.3.1型砂制备
12.3.2浇注系统
12.3.3模具冒口和冷铁
12.3.4模样类型
12.3.5型砂压实方式
12.4砂芯
12.5金属的熔炼与浇注
12.6铸件清理
12.7成本估计
12.7.1金属成本
12.7.2型砂成本
12.7.3工具成本
12.7.4加工成本
12.8砂型铸造的设计规则
12.8.1避免尖角和多截面连接
12.8.2均匀厚度的截面设计
12.8.3合适的内壁厚度
12.8.4设计时考虑金属收缩
12.8.5使用简单的分型面
12.8.6确定适当的加工余量
12.8.7使用经济公差
12.9计算实例
习题
参考文献

第13章面向熔模铸造的设计
13.1引言
13.2工艺概述
13.3模样材料
13.4模样注射机
13.5模样模具
13.6模样和模组的组装
13.7陶瓷型壳
13.8陶瓷型芯
13.9模样熔出
13.10模样烧尽和模具烧制
13.11脱模和清理
13.12切断和精整
13.13模样和型芯材料成本
13.14蜡模注射成本
13.15填充时间
13.16冷却时间
13.17脱模和复位时间
13.18每个模样或型芯的工艺成本
13.19型芯注射成本估计
13.20模样和芯模成本
13.21芯模成本
13.22模样和模组组装成本
13.23每个模组的零件数量
13.24模样件成本
13.25清洗和蚀刻
13.26壳模材料成本
13.27蜡模组的成本
13.28模样的熔出
13.29烧尽、烧结和预热
13.30壳模总成本
13.31熔化金属的成本
13.32基础原材料成本
13.33准备浇注的液态金属成本
13.34浇注成本
13.35最终材料成本
13.36脱模
13.37清理
13.38切除
13.39设计指南
习题
参考文献

第14章面向热锻的设计
14.1概述
14.2锻造工艺的特点
14.3锻造中飞边的作用
14.3.1飞边桥几何形状的确定
14.3.2飞边数量
14.3.3锻件腹板
14.4锻造余量
14.5锻造中的预成型
14.6飞边去除
14.7锻件的分类
14.8锻造设备
14.8.1重力锤
14.8.2双动式动力锤
14.8.3立式对击锤
14.8.4水平对击锤
14.8.5机械压力机
14.8.6螺旋压力机
14.8.7液压机
14.8.8锻造机类型的选择
14.8.9锻压设备的比较
14.9材料分类
14.10锻造成本
14.10.1材料成本
14.10.2设备运行成本
14.10.3设备选择的例子
14.10.4锻造加工成本
14.10.5锻压机设置成本
14.11锻模成本
14.11.1初始模具成本
14.11.2多模腔锻模的成本估算
14.12模具寿命和工具替换成本
14.13去除飞边成本
14.13.1去除飞边加工成本
14.13.2去除飞边的工具成本
14.14其他锻造成本
14.14.1坯锭制备
14.14.2坯锭加热成本
习题
参考文献

　　前言：
　　《面向制造及装配的产品设计》一书第3版包括原书所有章节的数据更新。除此之外，每一章里都添加了一套思考题和作业。这是因为本书在过去已经被许多大学作为指定教材使用，这些加入的思考题已经使得本书新版本更适合于作为教科书使用。我们的全部目标不仅仅是向服务于制造业的设计师和制造工程师提供一本参考书，而且还可作为产品设计和面向制造的设计的大学课程基础教材。本书还提供了在制造业广泛应用的各种基本工艺中，影响产品的制造和装配难易程度的诸多参数的详细讨论。
　　在绪论部分，我们已经更新了面向制造和装配的产品设计技术在制造业中应用的最新研究实例，同时也说明了DFMA对美国制造业的总体影响。在第3章和第5章，加入了产品特征分类体系的有关内容，这部分内容对手工装配、高速自动化装配和机器人装配的搬移和插入难易程度有影响。还将实际的学生作业加入到这些章节中。有关印制电路板装配的第6章也已经更新，能够反映从上个版本以来在制造业所发生的变化，特别是强调了表面安装器件的使用。
　　余下的有关基本制造工艺的章节也更新了大量的最新数据，并且把思考题和作业添加到了每一章。随着粉末注射成型技术越来越广泛地在工业上运用，我们在有关金属粉末加工的第11章中，添加了粉末注射成型技术的讨论内容。
　　每章都包括了有关材料、人工和机器操作的成本信息，这个信息是书籍出版时的有代表性的典型成本数据，或许并不能够作为目前的成本应用的真实数据。成本在一段时期内会明显波动。这些数据里显示的相对成本可能适合于产品设计和生产方法之间的合理比较。
　　和先前的版本一样，我们感谢所有支持过在罗德岛大学开展DFMA研究工作的各家公司和对该项研究有过帮助的研究生们。从这项研究中开发的技术已经被广泛地运用到工业生产中，同时对于开发更多的有竞争力的产品有着重大的影响，这些产品不仅结构更加简单，同时更容易制造并且总体成本减少。
　　Geoffrey Boothroyd
　　Peter Dewhurst
　　Winston A.Knight

　　第2版前言：
　　《面向制造及装配的产品设计》一书第2版包括了三个新章节，它们分别描述了砂型铸造、熔模铸造和热锻等工艺。这些章节和原有的面向制造的设计、塑料注射成型、钣金加工、压力铸造和粉末冶金等章节内容，涵盖了工业生产中使用的大部分基本成型工艺。
　　此外，在绪论一章增加了大量材料来说明DFMA对整个美国制造业的总体影响。第2章除了描述制造时的材料和工艺的选择之外，现在还包括了专门描述材料选择的更多内容，以及如何使用新的软件工具来进行工艺方法选择的经济排序。
　　第3章包括面向手工装配的产品设计，其中更新了专门的一节来介绍有关设计对产品质量的影响。最后，在第15节新增加一些内容来讨论有关计算机辅助设计实体模型和设计分析工具之间的联系。
　　和先前的版本一样，我们感谢那些支持在罗德岛大学研究DFMA的各个公司以及对研究工作有过帮助的研究生们。我们要特别感谢AllynMackay教授的帮助，我们新增的有关熔模铸造一章的内容很多出自于他的研究工作。
　　最后，我们还要感谢ShirleyBoothroyd先生为增加的大量新内容所做的文字输入工作，感谢KennethFournier先生准备的一些精美插图。
　　GeoffreyBoothroyd
　　PeterDewhurst
　　WinstonA.Knight
　　第1版前言：
　　我们在面向产品制造和装配的设计领域已经工作了20多年，所开发的这些方法已经在工业中得到广泛使用——尤其在美国的工业中。事实上，可以说是这些方法的应用在产品设计领域开创了一场革命。它有助于消除设计与制造之间的障碍，同时也促进了并行工程的发展。
　　本书不仅总结了我们在面向产品制造和装配的设计研究中的大量工作，同时也为工科学生和实习工程师们提供了面向产品制造和装配的详细设计方法。
　　包括分析工具在内的很多方法都允许设计工程师和制造工程师在详细设计之前就能估算出产品的制造和装配成本。不同于相同研究的其他书籍，它们通常只作一般性描述。本书提供的基本公式和数据，可以用于制造和装配成本的估算。于是，在有限的材料和工艺条件下，工程师或学生就能够进行实际零件和组件的成本估算，进而熟悉所使用的方法和所作的假设的细节内容。
　　对于实习工程师和设计师来说，本书不能替代BoothroydDewhurst公司开发的DFMA软件，该软件包含了更详细的实验数据和运算法则。但是它可以作为一本参考书，帮助读者对使用方法加深理解。
　　对于工科的学生来说，本书适合作为面向制造和装配的设计的课程教材。事实上，本书部分内容是基于作者在罗德岛大学讲授的两门课程讲义编写而成。
　　面向装配的设计的初始工作是在马萨诸塞大学进行，并受到国家科学基金会的资助。在这个阶段研究中，来自于赫尔大学和萨尔福德大学的K.G.Swift教授和A.H.Redford博士分别与本书作者之一的G.Boothroyd教授进行了合作，同时也得到了英国科学研究理事会的支持。
　　这项研究过去一直在罗德岛大学进行，并主要得到美国企业界的支持。我们要感谢如下的公司在过去和现在对我们工作的一如既往的支持。他们是：Allied公司、安普公司（AMP）、数据设备公司（DigitalEquipment）、杜邦公司（Dupont）、美国电子资讯系统公司（EDS）、福特汽车公司（Ford）、通用电气公司（GE）、通用汽车公司（GM）、吉列公司、IMB公司、美国英斯特朗公司（Instron）和施乐公司。
　　我们要感谢所有的研究生助理、助教和研究学者们这些年来对研究工作所做的工作，他们是：N.Abbatiello、A.Abbot、A.Anderson、J.Anderson、T.Andes、D.Archer、G.Bakker、T.Becker、C.Blum、T.Bassinger、K.P.Brindamour、R.C.Burlingame、T.Bushman、J.P.Cafone、A.Carnevale、M.Caulfield、H.Connelly、T.J.Consunji、C.Donovan、J.R.Donovan、W.A.Dvorak、C.Elko、B.Ellison、M.C.Fairfield、J.Farris、T.J.Feenstra、M.B.Fein、R.P.Field、T.Fujita、A.Fumo、A.Girard、T.S.Hammer、P.Hardro、Y.S.Ho、L.Ho、L.S.Hu、G.D.Jackson、J.JohnⅡ、B.Johnson、G.Johnson、K.Ketelsleger、G.Kobrak、D.Kuppurajan、A.Lee、C.C.Lennartz、H.C.Ma、D.Marlowe、S.Naviroj、N.S.Ong、C.A.Porter、P.Radovanovic、S.C.Ramamurthy、B.Rapoza、B.Raucent、M.Roe、L.Rosario、M.Schladenhauffen、B.Seth、C.Shea、T.Shinohara、J.Singh、R.Stanton、M.Stanziano、G.Stevens、A.Subramani、B.Sulivan、J.H.Timmins、E.Trolio、R.Turner、S.C.Yang、Z.Yoosufani、J.Young、J.C.Woschenko、D.Zenger和Y.zhang。
　　还要感谢我的同事们，感谢已故的C.Reynolds教授曾在加工零件的早期成本估算领域方面所做的工作，感谢G.A.Rusell教授在印制电路板装配方面所做的工作。
　　最后，感谢KennethFournier先生在插图方面做了大量工作。
　　GeoffreyBoothroyd
　　PeterDewhurst
　　WinstonA.Knight
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