汽車造型設計油泥模型骨架的設計研究及應用

雷邦成　韋東林　鄧良勇

摘 要：根據公司產品戰略方向，研究汽車油泥模型柔性骨架，對其骨架基準塊、定位塊，軸向調整定位塊結構進行合理設計，得出一柔性骨架，通過對骨架定位塊進行調整固定，保證骨架定位精度要求；通過對骨架軸向定位塊調整固定，滿足各項目車型不同軸距輪距以及各種姿態（滿載/半載/空載）要求。

關鍵詞：柔性骨架；定位塊；基準塊；軸向調整

1 前言

目前，造型中心在設計制作N310，N111，CN200 等項目的內外飾油泥模型骨架的過程中，由于缺乏對模型骨架的一些研究，只能采取最簡易的模型骨架設計方案，在實際應用過程中暴露出不少問題。

（1）骨架沒有準確定位基準：一旦模型卸下平臺，再上平臺時很難找準加工基準；

（2）骨架不能拆卸，輪距、軸距無法調節，也無法重復利用。每次制作新模型都得重新設計、制作骨架；

（3）模型車整車姿態無法調節，不能實現滿載、半載、空載的狀態演示；

（4）內飾方面沒有可供 IP，門板，座椅，方向盤等部件單獨加工的骨架；

（5）內飾骨架及泡沫依賴供應商完成，成本高，造成很多浪費。

為此，模型骨架要具備多平臺車型共同使用的可調節易定位的新型模型骨架，外飾骨架：可進行輪距、軸距和車身姿態的調節，可實現轉向的功能，且進行模塊化組合，各個模塊可拆卸。輪轂骨架：獨立骨架，便于加工，易于定位。內飾骨架平臺：拆卸方便，拼接便捷，各個部件可單獨加工，定位快速準確。儀表臺加工骨架：IP、Console、方向盤都有單獨加工的平臺，加工完成后，組裝到內飾骨架平臺上。門內飾板骨架平臺：在此平臺上單獨加工門內飾板，經過定位，連接在內飾骨架平臺上。

2 油泥模型骨架設計

2.1 外飾模型骨架設計

外飾模型骨架設計思路是簡單，好用，滿足工藝要求，主要工藝為：

（1）保證后期加工中骨架不與型面發生干涉；

（2）設置輪胎安裝位置，設計好車輪安裝附件；

（3）方鋼要求除銹處理，表面涂一遍底漆，二遍面漆；

（4）按車身結構設計模型骨架，預留快速樣件安裝位置（如前后照燈，霧燈、格柵）；

（5）滿足叉車裝卸起吊要求，確保骨架在后期加工和裝卸運輸過程中不變形，不開裂；

（6）強度要求承重2T以上，骨架質量在0.5～0.8T，模型骨架加工后總質量在1.2～2T。

（7）外飾基礎骨架，軸距調節范圍200mm，輪距調節范圍100mm，整車姿態調節范圍100mm；

（8）外飾基礎骨架定位孔三個方向可調；

（9）骨架定位安裝精度高，便捷；

（10）支撐座累計精度±0.1mm，保證車身離地高度大于或等于450mm；

（11）加工基準塊單塊調試公差±0.1mm，整體調試公差±0.2mm。

2.1.1 整體骨架設計

根據設計工藝要求，采用方鋼120*120*5和方鋼100*50*3mm為骨架基架，如圖1所示。加工油泥設備均為三軸或五軸銑床，模型均放平板平臺加工，主流的定位是支撐柱定位或方箱定位，由于模型較重，選擇支撐柱定位較方便。為滿足模型在整個造型階段及各個車型之間的切換，定位和模型移動做一些輔助設計：

（1）見圖1②中所示，骨架兩端有可拆卸兩吊耳略低于模型前保下檐，主要用于加工定位時兩端叉車時用，見圖1③拖架用于模型長途移動叉車模型裝車，這兩者作用避免叉車與模型碰撞。同時吊耳和托架與基架是螺栓連接，當模型在評審時均可拆卸，保證評審效果；

（2）見圖1④基座，分別由基準塊，軸距調整塊、輪距調整塊、汽車姿態（滿載/半載/空載）和輪胎安裝座組成，見圖2分解圖所示，塊與塊之間分別有間距50螺孔和長50腰型槽組合調節，軸距調節范圍200mm，輪距調節范圍100mm，整車姿態調節范圍100mm。根據目前在研項目的中車型的參數尺寸，制作四種基本平臺骨架，就可以滿足四種區間的軸距，1200-1400mm，2400-2600mm，2600-2800mm，2800-3000mm，為公司不同平臺項目提供外飾油泥模型骨架；見圖2。

2.1.2 支撐座設計

支撐座是模型在整個加工過程中起到安裝定位作用，其設計的合理性關鍵到模型加工的表面質量和精度，一個汽車造型的設計完成大小經過十幾次，模型的加工大小也有十幾次，定位便捷性，加工一致性非常重要，為滿足其要求，支撐座作如圖3設計：

（1）圖3中b所示為底座，設計為凸形，下端中間為銷孔與平臺或過渡板連接固定，上端與套筒連接；

（2）由于設備高度方向加工受限和每種車型的離地間隙不一樣，為使模型有效加工，如圖3中c所示為設計加長套筒，套筒設計有100mm、50mm、30mm，20mm不同尺寸，根據其姿態疊加直致最佳加工狀態；

（3）如圖3中d所示采用直徑70mm鋼球連接底座與骨架，它主要起到自動找正，方便定位，保證精度；

（4）圖3中e所示為調節底座，在骨架制作過程中，由于加工，裝配等誤差，骨架與鋼球接觸如存在間隙，影響模型的精度。當出現時分別松開連接板螺栓，使其板能自由活動，待調整完成后將其鎖死。

2.1.3 泡沫制作

根據數據大致粘接泡沫，如圖4中a所示，泡沫粘接要牢固，塊與塊之間不存在縫隙，防止敷油時斷裂，多余部分用鐵熱絲切割。

2.2 內飾模型骨架設計

內飾骨架這主要是指半倉（前倉）內飾骨架，在內飾模型制作中，一般車企前期只做半倉骨架，以減少制作周期，其工藝要求為：

（1）骨架設計結構合理；

（2）各模塊可拆卸和快速安裝，保證其位置和加工精度；

（3）整體模型可自由移動；

（4）骨架方鋼要求除銹處理，表面涂一遍底漆，二遍面漆；

2.2.1 整體骨架設計

根據模型骨架工藝設計要求，內飾骨架分為IP、門板、CONSOLE和底座等大件之間是相互獨立，安裝后又是一個整體，在個體之間要保證加工，安裝精度，保證各加工基準在同一坐標完成，其加工，裝配工藝是否設計合理是保證其精度。而模型制作過程中各模塊拆解加工，安裝很多次，結構如圖5所示，模型制作完成后進行封板，美觀大方，具體如下：

（1）基座設計，如圖6所示，為保證其剛度，采用方鋼80*80*3焊接框架，四角裝萬向輪，IP、B 柱安裝定位塊和限位塊，當各模塊制作完成后全部安裝在此基座。

（2）IP骨架設計在整個前倉骨架設計中是最重要的，因各個模塊均以此為基準加工，裝配，精度要保證，其包括安裝基準塊，叉車專用耳座，木板安裝塊，加工基準調整螺栓，門板安裝角鏈，方向盤安裝塊，具體結構如圖7所示，加工基準螺栓在裝配時需要三坐標設備標稱坐標直到設計值，方向盤底座根據車型需求調整姿態，門板角鏈采T型帶孔銷連接，安裝拆卸方便。

（3）門板和CONSOLE設計，這兩個模塊設計簡單，方便加工和裝配。門板主要用40*40*3方鋼焊接，加上角鏈和加工基準螺栓，CONSOLE為1200*300*18鋼板，如圖8所示。

2.2.2 骨架封板和泡沫制作

內飾骨架封木板主要是在評審時起到美觀，又起到粘接泡沫時牢固，粘接泡沫木板與骨架采用自攻螺釘連接，其余均用強力圓環磁鐵連接，完成后用泡沫粘貼劑把造型數據大致形狀。

3 油泥模型骨架應用

3.1 外飾骨架模型加工應用

3.1.1 骨架姿態調整

模型骨架好比汽車底盤，它的姿態直接影響到汽車模型外觀評審，前期開發過程中根據總布置要求參數進行調整其姿態，如某車型輪距為2700mm，選基本平臺骨架2600-2800mm，并根據總布置要求姿態（滿載/半載/空載）調整離地高度，軸距，輪距，骨架姿態調校完成。

3.1.2 模型加工定位

由于模型骨架、支撐支架和平臺定位銷的孔加工誤差，為保證過定位，多次加工一致性和減少建立加工坐標系時間，如圖5所示，骨架球形定位安裝板b、c，d螺栓稍擰松，安裝能前后左右活動。安裝板a固定，b、c，d安裝板可調，定位采用球形具有自找軸心，避免過定位同時，骨架安裝板、定位球、支撐座和定位銷為同心軸，為模型加工精度提供了必要條件，見圖9。

3.2 內飾骨架模型加工應用

當內飾模型數據確定后，輸入骨架模型，對骨架模型移動與造型數據互不干涉。內飾模型加工按模塊進行，由于設備的原因，一般情況借助工裝夾具完成定位，首先是用設備對加工基準找齊；第二用壓塊固定。

3.3 模型加工工藝方法

3.3.1 泡沫加工

泡沫模型制作主要是為減少油泥用量，降低模型制作成本，其工藝為：

（1）檢查：查看泡沫粘貼余量，太多用手鋸或熱鐵絲切割；

（2）粗銑：按造型數據0余量加工；

（3）過切加工：30mm-50mm造型數據負方向加工；

（4）加熱固化：用加熱槍對泡沫表面烘烤，使其表面固化。

3.3.2 模型加工

油泥敷制關系到模型表面質量，在外飾模型毛坯敷40mm～60mm油泥，為保證模型表面質量，油泥敷制堅實，層與層之間要壓緊、壓實，防止產生氣泡。

汽車工業油泥不沾手、不收縮，比目結土更干凈精密，精密度高微溫可軟化塑形或修補，對加工刀具硬度要求不高，一般用普通高速鋼刀具，但對溫度敏感，加工時刀具高速旋轉產生熱，精加工采用單刃球形銑刀。同時生成高質量的數控加工軌跡是加工油泥模型關鍵步驟之一，設置合理的銑削加工參數，確定適宜的加工方式，是生成數控加工文件的前提，在油泥模型的具體加工加工過程中，根據油泥的特點，汽車油泥模型表面要求和加工工藝分析如下：

（1）大面檢查油泥增減，可先使用直徑20mm的球形銑刀進行加工；

（2）為提高加工速度，可先使用直徑20mm的球形銑刀進行粗加工；

（3）使用10mm的球形銑刀進行精加工；

（4）格柵等間隙較小加工面使用3mm或5mm球形銑刀清理未完成精加工；

（5）使用10mm的球形銑刀進邊界加工；

（6）使用尖刀加工分縫線。

4 結論

4.1 創新之處

（1）綠色可持續，新型模型骨架經過清洗后，可以重復使用。

（2）響應迅速，造型表面發生變化，可以更快的做出響應，適應公司未來發展的需要。

（3）改變公司依賴供應商來做模型的狀況，實現完全自主。

4.2 研究成果

（1）新的油泥模型骨架平臺，支持外飾、內飾實現全油泥制作，且響應迅速。

（2）快速便捷的定位策略，縮短制造周期。

基金項目：廣西柳州市科學研究與技術開發計劃資助項目（2017AF10101）

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