一種汽車主模型檢具前車燈檢測模塊的設(shè)計(jì)與制造

周棟亮

(泰州技師學(xué)院，江蘇 泰州 225300)

1 前車燈模塊結(jié)構(gòu)與檢測標(biāo)準(zhǔn)

前車燈模塊在汽車主模型中的位置比較特殊，其所處位置不僅與翼子板相連，還與前保險(xiǎn)杠、機(jī)罩模塊相連[1]。將此模塊安裝在汽車主模型框架上，可以展現(xiàn)車體中前大燈的狀態(tài)。如果將真實(shí)車燈與接頭互換，可以檢測出各孔位置度、周邊輪廓度、車燈實(shí)物面差、零件之間的光順度與間隙，觀察車燈光照情況，感受整體視覺效果[2]，因此前車燈模塊結(jié)構(gòu)在汽車主模型檢具中被稱為前車燈檢測模塊。為探究前車燈模塊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，討論了前車燈檢測模塊設(shè)計(jì)方法。前車燈模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 前車燈模塊結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of front lights module

模塊檢測功能與客戶提供的前車燈表面數(shù)據(jù)一致，模塊精度檢測標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定如下：前車燈模塊表面平整光亮，與其連接模塊之間的刀紋方向必須一致，連接處不存在任何色差，且未出現(xiàn)氣孔。該項(xiàng)參數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置：模塊表面粗糙度不得高于0.8；面輪廓度偏差不得超過±0.1 mm；相鄰模塊之間的間隙差控制在±0.1 mm以內(nèi)；線輪廓度偏差控制在±0.1 mm以內(nèi)；定位安裝孔位置度偏差控制在0.1 mm以內(nèi)。

2 前車燈檢測模塊的設(shè)計(jì)

2.1 前車燈加工及檢測模塊設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于前車燈模塊為鏤空結(jié)構(gòu)，剛性相對(duì)小一些，邊緣厚度參數(shù)數(shù)值較小，加工過程中容易出現(xiàn)變形問題，因此該模塊的加工工藝需要配合參數(shù)檢測。根據(jù)變形檢測結(jié)果，采取相應(yīng)熱處理，從而達(dá)到控制模型變形的目的。

考慮前車燈模塊主要采用鍛鋁毛坯銑削加工，需要多次調(diào)換裝夾位置，完成反面與正面加工[3]。為了滿足此設(shè)計(jì)要求，需要保證調(diào)換裝夾位置加工工藝基準(zhǔn)統(tǒng)一，根據(jù)檢測結(jié)果采取精修處理。

模塊加工材料的彈性模量偏小，熔點(diǎn)低，加工期間容易產(chǎn)生積屑瘤，降低工件質(zhì)量[4]。為了達(dá)到加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用控制車間溫度方法，利用檢測裝置測量加工溫度，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果適當(dāng)調(diào)節(jié)瞬時(shí)溫度，不得超過30℃，從而避免加工材料變形。

模塊形態(tài)不規(guī)則，多處壁厚加工標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值偏小，增加了加工難度，且加工過程中裝夾容易發(fā)生變形[5]，因此要求設(shè)計(jì)的模塊必須配備多個(gè)輔助支撐，盡可能縮小加工變形量。

2.2 模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了滿足前車燈模塊加工標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)模塊加工方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照加工基準(zhǔn)，合理安排加工方案[6]。根據(jù)前車燈模塊加工要求，對(duì)幾個(gè)重要工序的加工方法展開設(shè)計(jì)，具體內(nèi)容包括開粗、半精加工。

2.3 前車燈模塊反面開粗加工安排

模塊開粗作為加工的重要工序，必須嚴(yán)格控制模塊變形問題。反面開粗是模塊開粗作業(yè)的第一步，以毛坯拐角作為初始基準(zhǔn)開粗?？紤]到材料用量控制問題，反面開粗為其預(yù)留兩組吊裝凸臺(tái)，其中一組作為斜立輔助工具，另外一組作為正立輔助工具。由于加工期間模塊容易出現(xiàn)變形問題，所以本加工工藝方案將開粗分為兩次完成。第一次開粗為反面開粗，預(yù)留余量2.5 mm。第二次開粗為正面開粗，吊裝使用的工具為斜立輔助吊裝凸臺(tái)，剩余一組吊裝凸臺(tái)作為正面半精加工工具，以此縮小毛坯高度尺寸。

2.4 前車燈模塊正面開粗加工安排

完成反面開粗后，開始對(duì)模型采取正面開粗處理，其加工基準(zhǔn)與反面開粗相同，采用的加工工具為斜立輔助凸臺(tái)?？紤]到后續(xù)需要施工裝夾和刀完成加工操作，此處未使用正立輔助工具，而是將其預(yù)留，與此同時(shí)，根據(jù)加工需求鉆好吊裝孔。完成正面開粗后，同樣預(yù)留余量2.5 mm。后續(xù)半精加工、第二次正面開粗加工，以正立方形基準(zhǔn)凸臺(tái)為準(zhǔn)。

2.5 前車燈模塊第二次開粗、半精加工與時(shí)效處理加工安排

2.5.1 時(shí)效處理

模塊的時(shí)效處理分為3個(gè)環(huán)節(jié)，分別為自然時(shí)效處理、人工時(shí)效處理、自然時(shí)效處理。第一次自然時(shí)效處理發(fā)生在第一次開粗結(jié)束，處理持續(xù)時(shí)間約為7 d，主要起到模塊中殘余內(nèi)應(yīng)力消除作用。人工時(shí)效處理發(fā)生在第二次開粗結(jié)束后，第二次自然時(shí)效處理發(fā)生在半精加工后。

2.5.2 第二次開粗

第一次自然時(shí)效處理結(jié)束后，開啟第二次開粗加工。仍然是以反面加工為先，布設(shè)對(duì)刀基準(zhǔn)為方形基準(zhǔn)凸臺(tái)，利用高度相同的基準(zhǔn)凸臺(tái)、正面輔助吊裝凸臺(tái)，銑掉位于模型反面的斜立輔助吊裝凸臺(tái)，開粗后預(yù)留余量1 mm。對(duì)模型正面采取二次開粗加工，對(duì)刀基準(zhǔn)保持不變，利用高度相同的正面輔助吊裝凸臺(tái)作為開粗工具，銑掉位于模型正面的斜立輔助吊裝凸臺(tái)，開粗后預(yù)留余量1 mm。

她說她大概10天左右就可以回來。我想著我的旅程也大概能持續(xù)10天，她回來時(shí)，我便可以將鑰匙和麻煩都交給她。

2.5.3 半精加工

利用人工時(shí)效處理開粗模塊，使其結(jié)構(gòu)中殘余內(nèi)應(yīng)力有所降低，而后開啟半精加工。以反面為先，以基準(zhǔn)凸臺(tái)為加工標(biāo)準(zhǔn)，銑掉位于反面的正立吊裝凸臺(tái)。模塊反面半精加工如圖2所示。

圖2 模塊反面半精加工Fig.2 Semi-lean processing of the reverse side of the module

加工過程中，以4塊吊裝平面作為首要處理對(duì)象，銑掉后鉆吊裝孔，按照理論參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格控制4塊吊裝平面的高度，要求保持一致。此項(xiàng)加工工藝實(shí)施后的余量設(shè)置為0.1 mm。對(duì)模塊正面采取半精加工處理，方案如圖3所示。

圖3 模塊正面半精加工Fig.3 Semi-lean processing of the front side of the module

以正面方形基準(zhǔn)凸柱為中心，設(shè)置原點(diǎn)，加工期間銑掉正面凸臺(tái)。為了保證加工質(zhì)量，分兩次完成。第一次銑掉操作的背刀吃量0.6 mm，按照此標(biāo)準(zhǔn)完成加工后。開啟第二次銑掉操作，指標(biāo)參數(shù)下調(diào)0.3 mm，兩次操作預(yù)留余量，皆為0.2 mm。

3 前車燈制造工藝與數(shù)控加工

3.1 前車燈制造工藝流程

第一步：下料。該工序的下料規(guī)格為630 mm×210 mm×130 mm，要求預(yù)留余量，單邊余量為5 mm。第二步：一次開粗。先反面開粗后正面開粗，兩面的開粗加工均預(yù)留余量，參數(shù)數(shù)值為2.5 mm。第三步：熱處理。采用自然時(shí)效方法，在一次開粗操作結(jié)束后對(duì)模塊加以處理。第四步：二次開粗。先反面開粗后正面開粗，兩面的開粗加工均預(yù)留余量，參數(shù)數(shù)值為1 mm。第五步：熱處理。采用人工時(shí)效方法，在二次開粗操作結(jié)束后對(duì)模塊加以處理。第六步：半精銑。先反面開粗后正面半精銑，兩面的半精銑加工均預(yù)留余量，參數(shù)數(shù)值為0.2 mm。第七步：熱處理。采用自然時(shí)效方法，在半精銑操作結(jié)束后對(duì)模塊加以處理。第八步：測量。采用三坐標(biāo)測量方法，分別對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行檢測，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。第九步：精銑。對(duì)模塊的功能面采取精銑處理。第十步：檢測。再次使用三坐標(biāo)測量方法，分別對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行檢測，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 前車燈制造數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)

選取型號(hào)為D25R1的硬質(zhì)合金材料刀具作為加工工具，采用型腔銑加工工藝，在模塊的反面完成第一次開粗。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量2.5 mm，進(jìn)給速度2 000 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速2 500 r/min。正面第一次開粗與此項(xiàng)工序設(shè)計(jì)方案相同。

選取型號(hào)為Z5的麻花鉆作為加工工具，采用鉆吊裝孔加工工藝，在設(shè)定位置鉆吊裝孔。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為進(jìn)給速度100 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速600 r/min。

選取型號(hào)為D10的硬質(zhì)合金材料刀具作為加工工具，以整修正面為加工基準(zhǔn)，采用平面輪廓銑工藝整修模塊正面，反面整修工序方案與之相同。

選取型號(hào)為D16R0.8的硬質(zhì)合金材料刀具作為加工工具，采用剩余銑工藝，在模塊的反面完成第二次開粗，正面第二次開粗與此項(xiàng)工序設(shè)計(jì)方案相同。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量1 mm，進(jìn)給速度1 600 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速3 500 r/min。

選取型號(hào)為B12硬質(zhì)合金AlTiN涂層刀具作為加工工具，采用固定輪廓銑工藝，完成反面半精加工。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量0.1 mm，進(jìn)給速度1 300 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速3 000 r/min。正面半精加工工藝與反面相同。

選取型號(hào)為B10硬質(zhì)合金AlTiN涂層刀具作為加工工具，采用固定輪廓銑工藝，完成反面精加工。其中，各項(xiàng)加工參數(shù)設(shè)定為余量0 mm，進(jìn)給速度1 000 mm/min，主軸轉(zhuǎn)速4 500 r/min。正面半精加工工藝與反面相同，正面精加工工藝與反面相同。

4 應(yīng)用測試分析

按照設(shè)計(jì)的前車燈檢測模塊加工制造方案，制造車燈模塊，并將其安裝在模型檢具中，得到的效果如圖4所示。將真實(shí)車燈更換至車燈模塊，效果如圖5所示。

圖4 車燈模塊安裝模型檢具效果圖Fig.4 Renderings of the fixture of the installation model of the vehicle lights module

圖5 更換真實(shí)車燈后的效果Fig.5 Effect after the replacement of the real vehicle lights

觀察圖4和圖5可知，設(shè)計(jì)的前車燈模塊與相鄰模塊連接表面不存在色差，且匹配度較高。從外形來看，客戶車身與模塊外形完全相符。真實(shí)車燈與模塊之間的互換性較好，整體設(shè)計(jì)方案可靠性較高。

5 結(jié)語

設(shè)計(jì)了汽車主模型檢具中前車燈檢測模塊，以前車燈模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工作業(yè)安排、制造工藝、數(shù)控加工工序?yàn)橹攸c(diǎn)，根據(jù)前車燈模塊制造標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)加工工序參數(shù)。測試結(jié)果顯示，前車燈檢測模塊與客戶車身外形完全相符，支持真實(shí)車燈與模塊之間的互換。