汽車造型設(shè)計油泥模型骨架的設(shè)計研究及應(yīng)用

雷邦成　韋東林　鄧良勇

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

關(guān)鍵詞：柔性骨架；定位塊；基準(zhǔn)塊；軸向調(diào)整

1 前言

目前，造型中心在設(shè)計制作N310，N111，CN200 等項目的內(nèi)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(shè)計方案，在實際應(yīng)用過程中暴露出不少問題。

（1）骨架沒有準(zhǔn)確定位基準(zhǔn)：一旦模型卸下平臺，再上平臺時很難找準(zhǔn)加工基準(zhǔn)；

（2）骨架不能拆卸，輪距、軸距無法調(diào)節(jié)，也無法重復(fù)利用。每次制作新模型都得重新設(shè)計、制作骨架；

（3）模型車整車姿態(tài)無法調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)滿載、半載、空載的狀態(tài)演示；

（4）內(nèi)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(nèi)飾骨架及泡沫依賴供應(yīng)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(diào)節(jié)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(tài)的調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhǔn)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(nèi)飾骨架平臺上。門內(nèi)飾板骨架平臺：在此平臺上單獨加工門內(nèi)飾板，經(jīng)過定位，連接在內(nèi)飾骨架平臺上。

2 油泥模型骨架設(shè)計

2.1 外飾模型骨架設(shè)計

外飾模型骨架設(shè)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(fā)生干涉；

（2）設(shè)置輪胎安裝位置，設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計模型骨架，預(yù)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(zhì)量在0.5～0.8T，模型骨架加工后總質(zhì)量在1.2～2T。

（7）外飾基礎(chǔ)骨架，軸距調(diào)節(jié)范圍200mm，輪距調(diào)節(jié)范圍100mm，整車姿態(tài)調(diào)節(jié)范圍100mm；

（8）外飾基礎(chǔ)骨架定位孔三個方向可調(diào)；

（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(zhǔn)塊單塊調(diào)試公差±0.1mm，整體調(diào)試公差±0.2mm。

2.1.1 整體骨架設(shè)計

根據(jù)設(shè)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(shè)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(shè)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(dāng)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(zhǔn)塊，軸距調(diào)整塊、輪距調(diào)整塊、汽車姿態(tài)（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(diào)節(jié)，軸距調(diào)節(jié)范圍200mm，輪距調(diào)節(jié)范圍100mm，整車姿態(tài)調(diào)節(jié)范圍100mm。根據(jù)目前在研項目的中車型的參數(shù)尺寸，制作四種基本平臺骨架，就可以滿足四種區(qū)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(shè)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(shè)計的合理性關(guān)鍵到模型加工的表面質(zhì)量和精度，一個汽車造型的設(shè)計完成大小經(jīng)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(shè)計：

（1）圖3中b所示為底座，設(shè)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(shè)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(shè)計加長套筒，套筒設(shè)計有100mm、50mm、30mm，20mm不同尺寸，根據(jù)其姿態(tài)疊加直致最佳加工狀態(tài)；

（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(diào)節(jié)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(dāng)出現(xiàn)時分別松開連接板螺栓，使其板能自由活動，待調(diào)整完成后將其鎖死。

2.1.3 泡沫制作

根據(jù)數(shù)據(jù)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(nèi)飾模型骨架設(shè)計

內(nèi)飾骨架這主要是指半倉（前倉）內(nèi)飾骨架，在內(nèi)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(shè)計結(jié)構(gòu)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(shè)計

根據(jù)模型骨架工藝設(shè)計要求，內(nèi)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(zhǔn)在同一坐標(biāo)完成，其加工，裝配工藝是否設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)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(dāng)各模塊制作完成后全部安裝在此基座。

（2）IP骨架設(shè)計在整個前倉骨架設(shè)計中是最重要的，因各個模塊均以此為基準(zhǔn)加工，裝配，精度要保證，其包括安裝基準(zhǔn)塊，叉車專用耳座，木板安裝塊，加工基準(zhǔn)調(diào)整螺栓，門板安裝角鏈，方向盤安裝塊，具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，加工基準(zhǔn)螺栓在裝配時需要三坐標(biāo)設(shè)備標(biāo)稱坐標(biāo)直到設(shè)計值，方向盤底座根據(jù)車型需求調(diào)整姿態(tài)，門板角鏈采T型帶孔銷連接，安裝拆卸方便。

（3）門板和CONSOLE設(shè)計，這兩個模塊設(shè)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(zhǔn)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(nèi)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(huán)磁鐵連接，完成后用泡沫粘貼劑把造型數(shù)據(jù)大致形狀。

3 油泥模型骨架應(yīng)用

3.1 外飾骨架模型加工應(yīng)用

3.1.1 骨架姿態(tài)調(diào)整

模型骨架好比汽車底盤，它的姿態(tài)直接影響到汽車模型外觀評審，前期開發(fā)過程中根據(jù)總布置要求參數(shù)進行調(diào)整其姿態(tài)，如某車型輪距為2700mm，選基本平臺骨架2600-2800mm，并根據(jù)總布置要求姿態(tài)（滿載/半載/空載）調(diào)整離地高度，軸距，輪距，骨架姿態(tài)調(diào)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(biāo)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(diào)，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(nèi)飾骨架模型加工應(yīng)用

當(dāng)內(nèi)飾模型數(shù)據(jù)確定后，輸入骨架模型，對骨架模型移動與造型數(shù)據(jù)互不干涉。內(nèi)飾模型加工按模塊進行，由于設(shè)備的原因，一般情況借助工裝夾具完成定位，首先是用設(shè)備對加工基準(zhǔn)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(shù)據(jù)0余量加工；

（3）過切加工：30mm-50mm造型數(shù)據(jù)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(guān)系到模型表面質(zhì)量，在外飾模型毛坯敷40mm～60mm油泥，為保證模型表面質(zhì)量，油泥敷制堅實，層與層之間要壓緊、壓實，防止產(chǎn)生氣泡。

汽車工業(yè)油泥不沾手、不收縮，比目結(jié)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(zhuǎn)產(chǎn)生熱，精加工采用單刃球形銑刀。同時生成高質(zhì)量的數(shù)控加工軌跡是加工油泥模型關(guān)鍵步驟之一，設(shè)置合理的銑削加工參數(shù)，確定適宜的加工方式，是生成數(shù)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(jù)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(jié)論

4.1 創(chuàng)新之處

（1）綠色可持續(xù)，新型模型骨架經(jīng)過清洗后，可以重復(fù)使用。

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

（3）改變公司依賴供應(yīng)商來做模型的狀況，實現(xiàn)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(nèi)飾實現(xiàn)全油泥制作，且響應(yīng)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(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃資助項目（2017AF10101）

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