司圣志

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

硬質(zhì)模型加工工藝方法簡析

司圣志

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章首先介紹了硬質(zhì)模型的概念及制作工藝，指出其是給公司領(lǐng)導(dǎo)在汽車制作前期造型評審時提供了一個真實的樣車，它制作的好壞直接影響到領(lǐng)導(dǎo)對造型評審的最終結(jié)果。首先明確了它在造型階段的重要性。其次闡述了S7硬質(zhì)模型加工過程中數(shù)據(jù)處理方面、骨架設(shè)計方面、泡沫加工、樹脂加工及后處理五大方面產(chǎn)生了硬質(zhì)模型制作的具體內(nèi)容，并附以實圖說明。再對國內(nèi)硬質(zhì)模型制作的兩種方法做了介紹，指出了它們的各自優(yōu)缺點，最后通過我們自己對現(xiàn)狀的認(rèn)識，總結(jié)了自我的不足，確定了攻克方向，最后對我們的能力提升充滿信心。

硬質(zhì)模型；模型加工

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.059

CLC NO.: U466 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-173-05

引言

江淮汽車目前已成功地從一家商用車生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型為一家生產(chǎn)乘用車和商用車的綜合性整體排名第十企業(yè)。隨著公司戰(zhàn)略調(diào)整為“做強做大商用車、做精做優(yōu)乘用車”，乘用車會不斷推出。公司現(xiàn)已有商用車全系列及大中小等多平臺的乘用車系列產(chǎn)品線，車型不斷豐富，伴隨著各大汽車公司不斷的提出新產(chǎn)品，江淮當(dāng)然不能落后，各款車型的小改款、年度車型及換代車型項目紛紛上馬，為未來的新車型推出做提前的準(zhǔn)備。

在車型開發(fā)過程中，產(chǎn)品造型是走在最前列的，一款好的車型不僅需要穩(wěn)定的操控性能、乘坐舒適性，還需要新穎耐看得新造型，就如一句話說的“人靠衣裝，馬靠鞍”。因此項目一啟動，造型的工作立馬展開，而硬質(zhì)模型就是給公司領(lǐng)導(dǎo)在造型評審時提供了一個真實的樣車，所以硬質(zhì)模型制作的好壞直接影響到汽車造型的最終結(jié)果。

1、硬質(zhì)模型的功用及組成

1.1 硬質(zhì)模型的含義及作用

硬質(zhì)模型的含義是指利用數(shù)控五軸機床加工的方法依據(jù)造型設(shè)計師提供的三維CAS數(shù)據(jù)加工出來的一種汽車模型。

其作用是在創(chuàng)意設(shè)計過程中給公司領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)設(shè)計人員一個可實際感受的實體，在這個過程中是人（模型師和設(shè)計師）和計算機（CAS）交互進(jìn)行工作的過程。

1.2 硬質(zhì)模型的分類

1.2.1 按比例分

1.2.1.1 小比例的物理模型

在選擇確定幾幅效果圖的基礎(chǔ)上，依圖做縮小比例模型，比例為1:10（商用車）、1:4（乘用車）等。小比例模型的好處就是可以快速制作完成，發(fā)現(xiàn)不好及時修改，成本低廉；如果一開始就做全尺寸模型，并在大模型上反復(fù)修改，就會消耗大量的時間和人力。由于造型設(shè)計本身就充滿不確定因素，任何設(shè)計上的錯誤都會導(dǎo)致巨大的損失和浪費，因此設(shè)計師在縮小比例模型上進(jìn)行研制是必不可少的一環(huán)工作（圖1-1）。

1.2.1.2 全尺寸物理模型

全尺寸是指1:1比例，全尺寸硬質(zhì)模型就是指與真車尺寸一樣，模型的輪廓曲線和尺寸都是按照嚴(yán)格的要求制作出來，設(shè)計人員可以對車身表面的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行比較和修改。

全尺寸物理模型分為外部模型和內(nèi)部模型，是車身造型設(shè)計中最關(guān)鍵的階段，要求以極其認(rèn)真的細(xì)致的態(tài)度去工作，任何一項細(xì)部的造型都不能馬虎，因為這個全尺寸物理模型是今后正式產(chǎn)品的依據(jù)（圖2）。

圖1

圖2

1.2.2 按功能分

1.2.2.1 物理模型

所謂物理模型，即模型是在依據(jù)整車B面三維數(shù)據(jù)設(shè)計的鋼骨架粘上泡沫，附著糊狀的環(huán)氧樹脂使用五軸銑整體加工的模型。被加工對象是糊狀環(huán)氧樹脂，它是一種化工材料，主要用于汽車、飛機、輪船模型、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域，是一種專業(yè)的造型設(shè)計材料，通過A、B兩種材料的充分混合，待化學(xué)反應(yīng)硬化后，通過機床進(jìn)行加工成反應(yīng)造型效果的實體模型。

1.2.2.2 驗證模型

所謂驗證模型，即模型是在依據(jù)整車A面三維數(shù)據(jù)設(shè)計的鋼骨架粘上泡沫，附著塊狀的環(huán)氧樹脂使用五軸銑加工分塊的模型。由于要驗證面隙間差，整車會被拆成前中后三大塊加工，最后組裝成整車的實體模型。

2、硬質(zhì)模型加工的具體內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)處理及程序編制

2.1.1 模型數(shù)據(jù)前期處理

數(shù)據(jù)處理是模型制作的第一步，對后期加工的各個步驟都起到一個先導(dǎo)的作用，骨架的設(shè)計由數(shù)據(jù)來定義，毛胚的加工由數(shù)據(jù)提供，等等方面都離不開數(shù)據(jù)的指導(dǎo)，所以數(shù)據(jù)對一個模型有著至關(guān)重要的意義。

接到星銳數(shù)據(jù)后，首先轉(zhuǎn)化為編程使用的CATTA軟件可識別的格式（*.part），先對面進(jìn)行檢查處理，看看是否有很明顯的斷層或不光順的面（圖3），檢查完成后，由于所有的片體數(shù)據(jù)都是在一個子結(jié)構(gòu)樹下，非常的多，而且對一個整體的面加工，電腦計算也非常的困難，另外若兩塊面中間有縫隙的話，過度也有問題，所以首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分塊的處理，這個工作也必須細(xì)心（圖4）。

圖3

圖4

2.1.2 程序編制

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分塊的工作后，需要對每塊數(shù)據(jù)進(jìn)行程序編制，由于每塊數(shù)據(jù)型面都不一樣，上面的特征也不相同，在這個數(shù)據(jù)上的編程方式對另外一塊不一定適用，因此，首先要對面所在的位置進(jìn)行分析，再確定是橫向加工還是縱向加工。圖5、圖6是對前擋風(fēng)玻璃及側(cè)圍玻璃進(jìn)行編程處理。

圖5

圖6

編程分為泡沫和樹脂粗加工和精加工程序，泡沫粗加工依據(jù)模型數(shù)據(jù)內(nèi)偏20-30mm，步距12-15mm，使用直徑20加長的球刀，出一套粗加工程序。泡沫精加工同粗加工內(nèi)偏一致，步距6mm，使用直徑20加長的球刀，出一套精加工程序。樹脂粗加工依據(jù)模型數(shù)據(jù)外偏2-3mm，步距12-15mm，使用直徑20加長的球刀，出一套粗加工程序。樹脂精加工依據(jù)模型數(shù)據(jù)不偏置，步距0.2mm，使用直徑20加長的球刀，出一套精加工程序。

2.2 骨架設(shè)計及制作

2.2.1 骨架設(shè)計

骨架是一個模型的載體，后期的所有工作都需要在這個載體上進(jìn)行制作完成，骨架的牢固程度很重要，不牢或變形都會對后期的模型效果產(chǎn)生很大的影響。我們使用80*80mm的方鋼作為主骨架，保證模型的承重量，使用40*60mm方鋼作為支撐，保證骨架不變形。骨架焊接好后，安裝上舉升底座和轉(zhuǎn)向輪，使用打磨機打平焊點，同時放到自然環(huán)境中7天時間，為了消除焊接時產(chǎn)生的應(yīng)力。

2.2.2 可調(diào)節(jié)式橫梁設(shè)計

以前在骨架制作完成后直接在底部焊接四個輪子實現(xiàn)模型的移動（圖7），結(jié)構(gòu)比較簡單、方便，問題是整車姿態(tài)無法調(diào)整，若后期需要對離地間隙進(jìn)行更改比較困難，而整車的姿態(tài)不正確對后期模型的評審會帶來不正確的信息，可能會誤導(dǎo)各位評審員，為此，在星銳模型上采用了一種新的橫梁，可以實現(xiàn)上下調(diào)節(jié)，我們的輪子不是直接焊在骨架上（圖8），而是焊在橫梁上，橫梁與骨架的連接通過一塊帶有環(huán)形導(dǎo)槽的鋼板連接，這樣通過導(dǎo)槽的調(diào)整，從而調(diào)整了整車的姿態(tài)，實現(xiàn)了模型的最佳姿態(tài)。

圖7

圖8

2.3 泡沫加工

2.3.1 泡沫粘貼

首先在骨架表面鑲上木工板，設(shè)計師依據(jù)骨架表面形狀使用鋸床和手工鋸裁制不同形狀的泡沫，使用A和B型發(fā)泡劑按5：1配比把泡沫塊粘貼木板上，泡沫一定粘貼牢固，最后加工人員會使用手工鋸把泡沫棱角去除掉，防止五軸機床加工時碰到主軸頭。整車泡沫粘貼結(jié)束大約要2天時間（圖9）。

2.3.2 泡沫粗精加工

泡沫粗加工依據(jù)S7模型數(shù)據(jù)內(nèi)偏30mm，步距15mm，使用直徑20加長的球刀，出一套粗加工程序。整車出的泡沫粗加工程序大約有50多個，使用我們規(guī)定的命名方式，便于機床加工人員錯調(diào)程序加工。泡沫精加工同粗加工內(nèi)偏一致，步距6mm，使用直徑20加長的球刀，出一套精加工程序，整車的泡沫精加工程序大約也有50多個，S7整車泡沫加工結(jié)束需要5天時間，粗加工2天、精加工3天（圖10）。

圖9

圖10

2.4 樹脂加工

2.4.1 樹脂填充

首先在加工好的泡沫上刷上三層玻璃鋼，刷玻璃鋼的目的是固化泡沫，使泡沫表面更加堅固，同時也便于樹脂的填充。樹脂是使用1：1配比的樹脂原材料和樹脂固化劑利用專用機器調(diào)和出來的混合物，樹脂填充的厚度為40mm，整車樹脂必須1次性填充結(jié)束，兩次填充會導(dǎo)致層與層之間出現(xiàn)接縫。樹脂填充好后給予3天的固化時間，保證樹脂充分固化后在開始加工（圖11）。

2.4.2 樹脂粗精加工

樹脂粗加工依據(jù)S7模型數(shù)據(jù)外偏2mm，步距15mm，使用直徑20加長的球刀，出一套粗加工程序。樹脂精加工依據(jù)S7模型數(shù)據(jù)不偏置，步距0.2mm，使用直徑20加長的球刀，出一套精加工程序。這是模型整車總體的加工，整車倒角、分縫、切除多余邊角再出一部份程序。S7整車樹脂加工結(jié)束需要23天時間，粗加工2天、精加工18天、整車倒角、分縫、切除多余邊角需要3天時間（圖12）。

圖11

圖12

2.5 后處理工藝

為了將S7模型制作成后期模型的標(biāo)桿，我們首次在后處理上花費大的精力，以提升模型的最終狀態(tài)，達(dá)到以假當(dāng)真的效果。

2.5.1 前期精修、裝配處理

圖13

圖14

模型加工完成，從機床上轉(zhuǎn)移到模型制作室里進(jìn)行精致處理，包括對面的光順、分縫線的扣取、邊界的倒角等等，此過程需要5-6天的時間，不斷的精修以達(dá)到面的最佳狀態(tài)，最后再將一些RP件試裝一下（圖13、圖14），往往這些件的邊界配合不是很均勻，還需要對邊界進(jìn)行修正整，已達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的配合間隙。

2.5.2 中間噴漆工藝

中間的噴漆工作是最為關(guān)鍵的，而且工序很多，第一步是使用原子灰修復(fù)樹脂，然后再用砂紙進(jìn)行打磨，使面光順、平滑；第二步是噴底漆，這個工序需要噴3遍，噴完后對一些很細(xì)小的孔用純原子灰進(jìn)行修補（圖15），然后用細(xì)砂紙沾水進(jìn)行打磨,第三步是噴面漆及光油（圖16），此工作必須一氣呵成，讓面非常的優(yōu)美，否則局部有陰影。

圖15

圖16

2.5.3 后期安裝

模型噴漆完成后，表面非常的光亮，員工安裝都使用白色手套，避免在模型表面沾上手?。▓D17），再進(jìn)行零部件的安裝，安裝過程必須非常的小心，不能將面刮傷，局部的快件粘接可以用一些瞬間膠水粘接，安裝結(jié)束還需要用稀釋劑清潔表面（圖18）。

圖17

圖18

3、汽車行業(yè)內(nèi)硬質(zhì)模型加工的標(biāo)準(zhǔn)

3.1 模型設(shè)計公司模型加工標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)的模型在外觀上效果比較接近于逼真，然而鑒于小公司設(shè)備的原因，大多為三軸加工中心，刀頭無法實現(xiàn)轉(zhuǎn)動，所以針對于側(cè)圍等立面無法實現(xiàn)加工，為此，大多數(shù)廠家會對模型進(jìn)行拆解，采用分體式加工，將模型拆解為五大塊，分塊進(jìn)行加工，然后再進(jìn)行組裝，第一塊為發(fā)動機蓋、前保險杠一體；第二塊為后背門、后保險杠一體；第三、四塊為左右兩邊的前后門板、前后翼子板側(cè)圍一體；第五塊為頂棚（圖19）。

圖19

單獨的五塊是無法進(jìn)行組裝的，需要在中間有一個主骨架作為載體（圖20），待五塊分別加工完成后安裝在主骨架上實現(xiàn)模型的制作（圖21）。

圖20

圖21

3.1.1 優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：

(1)單件精度高；(2)分縫線制作明顯真實；(3)加工到位不留死角；(4)附件安裝不受限制；(5)造型修改成本低。

缺點：

(1)整體裝配精度差；(2)驗證A面數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不好；(3)模型笨重，基本上不能移動。

3.2 主機廠的硬質(zhì)模型加工標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)主機廠多為五軸加工中心，為此采用的是一體式的加工方式（圖22）。

圖22

圖23

模型駕駛艙采用掏空的方式，安裝部分座椅及方向盤（圖23），在遠(yuǎn)處看模型非常逼真，同時模型安裝了真實輪胎，移動方便，還可以體現(xiàn)輪輞的造型效果。

3.2.1 優(yōu)缺點分析

優(yōu)點：(1)整體裝配精度高；(2)驗證A面數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)好；(3)模型輕便，便于移動；(4)造型效果逼真；(5)骨架設(shè)計簡單。

缺點：

(1)分縫線加工比較麻煩；(2)造型修改成高；(3)附件安裝受限制。

4、不足及提升空間

4.1 硬質(zhì)模型加工的不足

4.1.1 現(xiàn)狀分析

(1)現(xiàn)在通過和模型設(shè)計廠家共同設(shè)計，已經(jīng)可以骨架設(shè)計、數(shù)據(jù)編程、硬質(zhì)模型加工、快件制作。已具備制作模型車的90%工作。

(2)人員配置比較齊全，相比于前期的2-3人，目前的5人團隊里有模型師、機加工程師、編程師、快件制作人員，圍繞一臺模型展開制作的能力已經(jīng)具備。

4.1.2 能力不足

(1)驗證模型制作的工作目前還沒有開展，驗證模型大多還是外包給模型公司進(jìn)行制作，對模型制作的關(guān)鍵點及難點還不清楚。

(2)硬質(zhì)模型的后期處理能力不足，S7模型后期的打磨、噴漆、快件安裝等后處理工藝是請模型設(shè)計公司人員完成的，由于部門欠缺此方面得人才，暫時無法開展此項工作，后期在通過外招，引進(jìn)成熟人才，填補此項差距。

(3)S7物理模型是可以進(jìn)行移動，而是使用小的轉(zhuǎn)向輪實現(xiàn)移動的，我們距離國外的標(biāo)桿模型在骨架上還有一點的差距，主要在于需要一個法輪盤的滾動機構(gòu)，我們無法制作，后期我們一定進(jìn)行問題的公關(guān)，相信不久可以實現(xiàn)真車輪的移動。

4.2 提升空間

公司在模型制作方面的投入還是很大的，1000多萬的2臺五軸加工中心已給我們配置了，在起點上我們就可以與國際同步，經(jīng)過公司各個項目的模型制作，通過對公司模型制作能力的現(xiàn)狀分析及不足點的羅列，我認(rèn)為我們對自己有了比較清楚的認(rèn)識， 國外的模型制作工藝就是我們的標(biāo)準(zhǔn)，后期我們還有很多的提升空間，比如：驗證模型的制作是很大的領(lǐng)域空白，這一塊有很多的學(xué)習(xí)提升的地方；另外還有內(nèi)飾的硬質(zhì)模型制作，內(nèi)飾以精致為主，模型制作出來了還不行，還需要精益、精致，像一件藝術(shù)品，還有骨架設(shè)計等等，提升空間很大，我有信心我們的模型在后面的幾年里還可以上一個更大的臺階！

5、總結(jié)

本論文通過對物理模型加工過程的記錄，梳理了整個模型的加工過程，重點對數(shù)據(jù)處理方面、骨架設(shè)計方面、泡沫和樹脂加工方面及后處理工藝做了具體的闡述，對后期組織記憶力編制起到了很大的作用。通過對現(xiàn)有國內(nèi)模型加工水平的分析研究，了解它們的特點及優(yōu)缺點，然后根據(jù)我們自己的實力水平，確定對標(biāo)對象，當(dāng)然也不需要一味的對標(biāo)，由于不通階段對模型的需求不一樣，比如造型開始階段，就制作油泥模型，油泥模型不僅成本不高、加工周期短，最重要的是后期造型修改很容易。一但造型確定就開始制作硬質(zhì)模型，硬質(zhì)模型最后的效果最能反映出設(shè)計師設(shè)計的車型模樣，體現(xiàn)出真車的感覺。有的車展都會出現(xiàn)硬質(zhì)模型車展示。因此要根據(jù)不同的階段要求進(jìn)行恰當(dāng)?shù)倪x擇，選擇中要綜合考慮成本、周期、修改便利性和作用等等。

雖然模型在程序編制、骨架設(shè)計尤其是主模型加工等方面做了很多的工作，公司領(lǐng)導(dǎo)評審時也非常的肯定這次的模型制作水平，但是對比以前的模型制作上進(jìn)行對比，我們的水平已有了很大的提高，也可以達(dá)到了以假當(dāng)真的效果。目前我們的模型還不能使用真胎轉(zhuǎn)向，所以，我們也和設(shè)計部門一樣進(jìn)行對標(biāo)學(xué)習(xí)，一起攻克一些制作難關(guān)，我相信我們的模型制作還有廣闊的空間。

[1] 王宏雁.《汽車模型制作》.機械工業(yè)出版社.2008.p12-22.

[2] 張德超.《汽車車身造型與結(jié)構(gòu)分析》.武漢理工大學(xué)出版社.2006.p77-78.

[3] 劉溪.《虛擬油泥模型表面優(yōu)化提取及STL模型輸出接口設(shè)計》.西北工業(yè)大學(xué)出版社2007.p23-25.

Analysis of the model of hard machining process

Si Shengzhi
(Anhui jianghuai Automobile Co., Ltd., Auhui Hefei 230601)

This paper first introduces the concept of rigid model and the production process, points out that it is to the company leader in automotive production early styling evaluation provides a real prototype, made it good or bad will directly affect the leaders to review the final result of the shape. First, clear the importance of it in modelling phase. Secondly expounds the S7 rigid model in the process of data processing, frame design, foam resin processing, processing and post processing five aspects has a rigid model, the specific content of the attached to there are800,000 monographs. Again to domestic rigid model of the two methods is presented, and points out their respective advantages and disadvantages, finally through our own understanding of the status quo, summed up the shortage of the self, to determine the direction of crack, the confidence in our ability to ascend.

Rigid mode; Model making

U466

A

1671-7988 (2016)12-173-05

司圣志，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。