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浅谈壳体设计与加工成本摘要：本文针对影响壳体加工成本的因素进行分析，例举了几种常见可优化的内容，同时进行了成本的计算。
最后针对EDU壳体的部分设计内容进行工艺性优化，计算了可节约的成本。
本文从经济性出发，为壳体的工艺性设计提供参考。
关键词：壳体设计，工艺性，加工成本一、引言壳体产品是变速箱总成的重要零部件，是各类轴系、齿轮的装配基础。
壳体产品有着壁薄、刚性差、结构复杂等特点，大大提高了产品的加工成本，抬高了产品的加工质量风险。
壳体的加工成本受制于产品的设计，不同的公差等级、结构设计等对于壳体产品的生产成本有着直接影响，在设计过程中，保证产品功能性的前提下，对壳体设计适当地优化，对于提高产品的工艺性，降低产品的加工成本有着重要的作用。
如EDU、SCM等项目的壳体产品，在生产过程中，部分设计内容过于复杂或工艺性不佳等原因，造成了生产成本高、质量风险大等弊端。
二、影响壳体加工成本的设计因素分析影响壳体加工成本的设计因素主要由以下几点：1.公差因素公差等级的高低直接影响加工壳体所使用的设备、刀具、夹具、切削参数等，杨将新[1]早在96年就针对车削加工成本进行研究，公差是影响车削的主要因素。
如位置度500范围内，Φ0.05位置度，必须高精度加工中心加工，Φ0.08可以使用二流加工中心，Φ0.15以内，可以使用普通加工中心。
孔径IT8级精度以内，必须使用精铰或精镗以保证质量，如满足使用的情况下，提高到IT9级，甚至可以直接粗镗到位，其刀具成本可以直接降低。
2.工艺性因素产品工艺性是产品加工成本的重要因素，其设计内容直接影响设备、刀具、夹具等，如侧面多角度加工，需要加工中心回转工作台，直接影响加工节拍；凹槽加工难度大于凸台加工；侧面孔系的角度精度，由设备的分度精度所限制；加工内容的干涉情况，直接影响刀具的设计等。
3.平台性因素在同一平台开发设计的拓展产品，是否考虑相同的工艺孔与面，将直接影响夹具的通用性，设备的通用性，相关辅助件的互换性等。
机械制造专业毕业设计——变速箱壳体机械加工工艺设计一、选题背景变速箱是汽车传动系统的一部分，主要功能是在驱动轮和发动机之间传递动力，经过变速箱降低发动机的转速来提高车辆的牵引力和行驶经济性。
而变速箱壳体作为保护变速箱内部零件的基本部件，它的质量和精度直接关系到变速箱的使用寿命和车辆的行驶安全。
因此，对变速箱壳体的机械加工工艺进行合理的设计和优化是必要的。
二、加工工艺分析（一）工艺条件分析变速箱壳体的机械加工工艺需要满足以下条件：1.材料选择：变速箱壳体常用灰铁、球墨铸铁等材料，具有高强度、高硬度和好的耐磨性。
2.精度要求：壳体内外表面应具有良好的垂直度、平行度和表面光滑度，涉及到孔的大小公差、位置公差等精度要求，误差应控制在0.05mm内。
3.加工精度要求高，需要满足高效、高质、高精的产品加工要求。
4.工艺流程合理确定，适当的钻孔、铰孔、铣削、车削等工艺过程，并合理分配每一个工艺的加工时间。
（二）工艺流程分析经过对变速箱壳体的结构和特点分析，可以确定其加工工艺流程为：锯切-车削车床粗加工-立铣机铣削-数控车床完成孔加工和尺寸精密加工-下料。
1.锯切：根据变速箱壳体的实际尺寸，切割出长度大小合适的原材料。
2.车床粗加工：对壳体的大小外形进行车削，使其达到加工后的理论尺寸。
3.立铣机铣削：借助于立铣机的加工效率和精度，对壳体上的凸台和凹槽进行铣削，使得加工尺寸和精度更加准确。
4.数控车床完成孔加工和尺寸精密加工：应用数控车床加工各种孔位，控制每种孔的加工精度和尺寸精度，达到加工要求的公差范围。
5.下料：完成孔加工和尺寸精密加工后，进行下料作业，去除工件上多余的局部区域，形成成品。
（三）工艺路线分析1.壳体的基本形状是长方体，按照设计标准进行锯切，对毛坯进行初步处理，确保各项尺寸符合设计要求。
2.根据技术要求，按照车床工艺进行工件的粗加工，利用车削车床对外表面进行加工并达到设计要求的公差范围。
3.经过车削车床的工艺加工，为变速箱壳体提供了基础加工的前置工作，之后利用立铣机铣削壳体的凹槽和凸台等细节部位，以期获得加工公差更小、表面更光滑的加工效果。
关于汽车变速器壳体的加工工艺分析摘要：在汽车零部件加工生产中，企业能够在激烈的市场竞争中立足的关键在于工艺技术生产的高品质低成本。
变速箱壳体作为汽车变速箱制造中的关键部件，在汽车零部件生产中占据非常重要的地位。
汽车变速箱壳体的加工工艺是汽车产品质量和企业效益的关键因素。
关键词：汽车变速器；壳体；加工工艺；分析研究；前言一、什么是汽车变速器壳体。
汽车变速器壳体就是用于安装变速器传动机构及其附件的壳体结构。
汽车变速器壳体用来安装汽车传动机构、换挡装置和部分操纵机构，同时储存润滑油。
为了减轻汽车的自身重量，对于小型轿车来说，变速器壳体通常采用铝合金或者镁合金制造。
对于中、重型汽车来说则一般采用铸铁制造来保证汽车变速器壳体的强度要求。
二、关于汽车变速器壳体高速加工技术的研究汽车变速器壳体的加工，在国外普遍采用高速加工、高强度刀柄、高效刀具进行基本自动化的加工，而国内相比较国外较多沿用以前的方式，加工效率比国外低百分之五十。
因此对于加工技术的研究迫在眉睫。
1、关于高速切削。
1992年国际生产工程研究会（CIRP）年会主题报告的定义，高速切削指切削速度超过传统切削速度5-10倍的切削加工。
高速切削作为一项综合性的技术需要多方面的配合才能完美进行，高速性能的机床、良好的数控系统、CAD/CAM以及合适的刀具和优化后的加工工艺都缺一不可。
高速切削的切削速度范围并不是相同的，需要根据材料的不同和加工方式的不同进行选择。
高速切削技术在加工过程中，加工效率高、切削力小、切削热对工件的影响小、加工高精度且工序集约化。
但是高速切削仍旧是存在问题的，高速切削技术作为一种全新的切削技术，在目前可供参考的加工参数表很少，可供参考的加工实例也较少，找到合理的加工参数是目前高速切削加工应用中的一个重要问题。
在高速切削过程中找到合适的刀具是一个关键的问题。
不同的刀具与不同的工件材料组合产生不同的效果，选择合适的刀具会在加工过程中增加刀具的使用寿命，将刀具的性能发挥到最大化2、机床的选择。
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计时代汽车 变速器壳体轻量化设计浅析陈丹上海汽车变速器有限公司 上海市嘉定区 201800摘 要： 本文主要针对一款汽车变速器壳体的结构优化设计、CAE仿真校核浅析壳体的轻量化设计方案，从而有效降低壳体重量，为提高汽车的动力性、减少燃油消耗，降低成本、提高产品竞争力提供有利支持。
关键词：变速器；壳体设计；轻量化1 引言如今，节能环保已成为社会广泛关注的话题，汽车轻量化技术已经成为汽车产业最为重要的发展方向。
变速器作为汽车动力总成的重要组成部分，其重量大约占整车的5%，而壳体作为整个变速器的外壳和支撑，其重量约占变速器总成的30%左右[1]。
本文主要从变速器壳体布局、材料选取、结构设计等方面，根据CAE拓扑优化完善结构设计，满足强度、刚度及良好的NVH性能的同时实现重量最轻，从而提高汽车的动力性、减少燃油消耗，降低排气污染。
2 变速器壳体结构设计变速器壳体总成主要由变速器前壳体和后壳体组成，采用螺栓连接形成整体封闭结构。
为保证轻量化，前、后壳体的材料均为压铸铝合金。
变速器壳体在变速器总成中主要起到支撑、包络和密封的作用，壳体功能决定了具有大体积、大重量的特征，同时要求其具有较高的结构强度、刚度及良好的NVH特性。
壳体在设计布局时，在保证与内部零部件间隙前提下，尽可能沿各零部件外轮廓布局，这样可最大情况下缩小变速器体积，从而减轻壳体重量。
一般情况下壳体与齿轮等运作零部件（机加工面）间隙3mm左右，与拨叉等运动零部件（非机加工面）的运动包络范围间隙3mm～5mm，与挡油板等固定零部件间隙1mm～2mm。
2.1 基础壁厚设计基本壁厚是构成压铸件基本形状的基体的厚度，变速器壳体是通过在基体壁厚上增加特征来构成的最终形状，一般情况下铝合金壳体的基础壁厚为3.5mm～4mm，轴承位壁厚为5.5mm～7.5mm，螺栓凸台壁厚为6mm～7mm。
另外壳体最大壁厚一般不超过基本壁厚的5倍，否则易产生气孔、缩孔等缺陷。
变速器的有限元分析变速箱壳体静力学分析本文所研究的变速箱壳体结构的几何模型如下图所示，其中变速箱壳体结构的材料为ADC12，ADC12是日本牌号，又称12号铝料，Al-Si-Cu系合金，是一种压铸铝合金，适合气缸盖罩盖、传感器支架、缸体类等，执行标准为：JIS H5302-2006《铝合金压铸件》，具体材料参数如表2.5所示。
图2.5 变速箱壳体结构几何模型表2.5 ADC12材料参数表采用ansys自带网格划分功能对变速箱壳体结构进行网格划分，在ansys中采用四面体单元进行网格划分，单元类型为solid187，该单元为高阶单元，即带有中间节点，单元的形函数为二次函数，可以更好的模拟不规则的模型。
一般来说，形函数阶次越高，计算结果越精确，因而，同线性单元相比，采用高阶的单元类型可以得到相对较好的计算结果。
Solid187单元共有10个节点，每个节点具有三个平动自由度。
,图2.6 solid187单元类型最终划分完整的有限元网格模型如下图所示，其中网格总数为1555702，节点总数为3395130，网格尺寸为3mm。
图2.7 变速箱壳体结构有限元模型变速箱壳体结构的安装孔位置施加固定约束，变速箱壳体上下盖之间通过绑定接触连接，一档和倒挡工况的轴承支反力施加在变速箱壳体结构的轴承配合面上。
一档和倒挡工况下变速箱壳体结构的载荷边界条件条件如下所示。
图2.8 一档工况下变速箱壳体结构载荷边界条件图2.9 倒挡工况下变速箱壳体结构载荷边界条件一档工况下变速箱壳体结构的等效应力云图和位移云图如下所示，其中变速箱壳体结构最大变形为0.13mm，最大值位置如图2.10所示的max标志位置处。
变速箱壳体结构最大等效应力为108.3Mpa, 最大值位置如图2.11所示的max标志位置处，位移上盖内部，如图2.12所示。
基于材料力学第四强度理论，无论什么应力状态，只要构件内一点处的形变改变比能达到单向应力下的极限值，材料就要发生屈服破坏，其中等效应力可以标准形变改变比能，材料屈服极限为180MPa,变速箱壳体结构在一档工况下最大等效应力为108.3MPa,最大值小于材料屈服极限，可以认为变速箱壳体结构在一档工况下满足强度要求，其安全系数为1.66。
变速箱壳体设计探析
作者：郜培丽
来源：《科技风》2017年第09期
摘要：变速箱壳体零件是变速箱中的非常重要的一个部件，变速箱壳体与其他部件，例如齿轮、轴承、轴顶等等零件，从而组成一个整体。
在功能相互作用之下，每一个零件都有自己正确的位置，而且根据一定的传动关系对协调传递动力进行传递。
变速箱壳体的体型比较大，而且结构比较复杂。
本文对汽车变速箱壳体流程进行分析，并且结合拓扑理论对变速箱壳体结构优化设计进行了深入分析，旨在提高产品的质量。
关键词：变速箱壳体；设计；工艺
1 变速箱壳体设计流程
变速箱壳体在设计初期需要确认汽车的边界，其中包括了与壳体匹配的发动机边界，外部整车环境的情况以及内部零部件的结构布置等等。
通常要将对布置结构进行明确之后才会进一步开展变速箱壳体的初步设计，初步设计主要是概念上的规划。
概念设计的过程中，则需要考虑到拓扑优化程度，还要对强度进行分析。
充分考虑到这些因素之后，可有深入分析变速箱壳体设计的相关工艺，也就是生产成品的工艺技术，包括了装配、加工与制造等等几个重要环节。
根据相关分析的结果，并将相关模型进行对比与分析，然后按照模型根据快速成型的模式开始制作加工壳体，同时还要对相关的试验进行对应的验证。
对验证数据进行分析之后，能够获得下一步模型的数据，最终才能够真正设计出符合要求的变速箱壳体成品。
2 变速箱壳体结构拓扑优化设计分析
拓扑优化的主要理论是针对定点设计区域内，全面寻求能够承受的荷载或者多载荷结构的最佳材料分配。
目前常用的拓扑优化方法有：均匀化方法、变密度方法、变厚度方法。
如果是连续体结构的拓扑优化问题，主要涉及到静态柔度拓扑优化与结构动力学特征值优化的问题。
2.1 拓扑优化模型的建立
结构拓扑优化实际开展的过程中，必须要从实体单元或者壳单元的实际数据基础上，进一步建设拓扑优化分析模型的初步阶段。
然后针对指定的拓扑优化模型中的设计，同时还需要考虑到非设计中控制机构里面的优化与不优化的区分。
例如：变速箱壳体、悬置的支架等等部门一般我们称之为费设计区域，而动力总成所涉及得到设计空间的包络而为其优化设计的领域。
整个拓扑优化相关的计算需要很多的时间和精
力，而且为了达到实际的需求，在优化的过程中还需要改变想相关的参数，甚至还要对控制参量进行优化，因此，整个优化过程耗时的时间特别长。
为了提高计算的效率，保障计算的质量，就需要对拓扑优化模型的单元数目进行控制，通过的做法是采用一阶单元可以合理的控制的拓扑优化的时间。
基于这些因素，本文所分析的变速箱壳体采用的是一阶四二而体单元来建立拓扑优化初始模型，首先变速箱壳体内壁模拟的方式是壳单元模型，也就是我们常说的非设计区域，而其他部分就是需要进行优化的领域，针对要优化的设计域就可以利用拓扑优化将优化区域之外的材料全部优化清除，所说剩下的部分就是拓扑优化的最终结果。
以此为原则，可以设计拓扑优化的初始模型，建立变速箱壳体拓扑优化模型，同时需要考虑到优化区域必须要满足汽车的最大动力，这也是变速箱壳体设计的基本目标。
变速箱壳体中的有限元模型一般采用的是一阶实体四而提单元和壳单元来进行划分的，最后一共可以得到341934个实体单元和9377个壳单元，拓扑优化的模型（见图1）。
2.2 载荷、约束条件以及设计目标
在变速箱壳体中融入拓扑优化理论，拓扑优化在计算的过程中能够充分考虑到汽车档位下所能承受的一切载荷力，还需要重视动力总产量所产生载荷。
一般采用方法是手工计算，根据齿轮承受力，然就分析材料所能够承受的载荷力，进而建立变速箱齿轴的详细模型。
通过对模型的分析，能够对每一个档位情况下的齿轴承座的荷载进行计算与分析。
在具体的设计的过程中没害需要考虑到变速箱总成在重力方向上的所有载荷，利用设立Gload值能够对垂直载荷的加载进行分析与计算，一般Gload值是需要通过路普采集与分析之后才可以进一步确定。
汽车变速箱与汽车发动机的刚性相互连接，故坐标系与整车坐标系是一致的，也就是各个螺栓联接点xyz向的移动以及xz向的旋转。
静态优化设计的最终目标是为了让变速箱的壳体的刚度达到最大化，例如：变速箱壳体总量约束为17kg，占整个设计空间的15%，在拔模方向要与传动轴线相互平行，才能增加拔模方向的约束力。
变速箱壳体内壁为优化区域，从壳体内壁将壳单元提取出来。
基于需要约束的前提，因此要采用拓扑优化的方式最大限度的提高壳体的刚度，通过计算能够明确收敛的公差值为0.005。
动态优化设计的约束条件必须要考虑到静态拓扑优化的约束条件，另外，还需要对一阶模态的最小值进行约束，需要注意的是最小值必须大于600Hz。
达到以上约束条件之后，动态拓扑优化的目标是可以让变速箱壳体的第一阶固有自然振动频率值，有效避开汽车发动机固又的频率，在400hz-600hz的情况下能够最大的限度的实现提升。
参考文献：
[1] 郭宙.某变速箱壳体液压夹具设计与分析[J].机床与液压，2015，（22）：190-191+194.
[2] 丁兆福，翁晓明，姬腾飞，武倩倩.浅析变速箱壳体设计与工艺结合[J].汽车实用技术，2015，（09）：4-6.
[3] 邓小梅，刘海云.变速箱壳体设计探讨[J].江西化工，2011，（01）：162-165.。
