CN107377941A - 数据控制模型零件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种数据控制模型零件的制造方法，该零件包括骨架和浇铸层，该制造方法包括：数据准备步骤，获取初版光顺数据，以初版光顺数据的数据面为基础面向内侧偏置获得偏置面，根据偏置面确定零件的结构；骨架制造步骤，根据所确定的骨架结构制造骨架毛坯并铣削，形成骨架；浇铸步骤，在骨架上浇铸浇铸层，形成零件毛坯；初次表面加工步骤，在浇铸层表面上粘接安装块并对安装块加工获得安装面，对骨架安装面进行精加工；应力释放步骤，对浇铸层表面进行粗加工并释放应力；再次表面加工步骤，对浇铸层表面进行精加工。本发明使得零件的变形量大幅降低，零件精度显著提高，减小了温度变化的影响，使得数据控制模型能够达到预期的展示效果。

Description

数据控制模型零件的制造方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件制造领域，更具体地说，涉及汽车零部件的模型零件的制造方法。

背景技术

在汽车研发过程中，数据控制模型零件的制造是其中重要的一环。所谓数据控制模型零件，即根据光顺数据制造出与数据相对应的实体1:1物理模型零件，用于检验光顺数据表面质量，同时可以评价整车的各种缝隙及圆弧过渡情况。光顺数据是开模结构数据的基础，只有光顺数据通过验收，后续工作才能持续进行，同时它还是汽车正式批量生产后质量评价的重要参考模型。因此，数据控制模型对零件精度要求非常高，整车总成需要控制在±0.4mm，单个零件精度要控制在±0.15mm,零件之间的圆角、缝隙、落差要求控制在±0.1mm。检测模型质量方法是通过蓝光扫描实物模型后得到三维数据，在电脑上与光顺数据对比，超出0.4mm就表示不合格，整车外饰模型一般要达到99％合格率才算通过。目前，针对数据控制模型中的大型零件一般采用聚氨酯材料(俗称代木)进行加工，此处的大型零件一般指前后保险杠、前后盖、翼子板、侧围、四门、车顶等零件。由于这些零件整体尺寸较大，在制造过程中，经常会出现变形，甚至局部断裂情况发生，并且容易受外部环境温度变化的影响，也极易导致零件尺寸不稳定，从而影响模型整体评价效果。

发明内容

根据本发明的一实施例，提出一种数据控制模型零件的制造方法，该零件包括骨架和浇铸层，该制造方法包括：

数据准备步骤，获取初版光顺数据，以初版光顺数据的数据面为基础面向内侧偏置获得偏置面，根据偏置面确定零件的结构；

骨架制造步骤，根据所确定的骨架结构制造骨架毛坯并铣削，形成骨架；

浇铸步骤，在骨架上浇铸浇铸层，形成零件毛坯；

初次表面加工步骤，在浇铸层表面上粘接安装块并对安装块加工获得安装面，对骨架安装面进行精加工；

应力释放步骤，对浇铸层表面进行粗加工并释放应力；

再次表面加工步骤，对浇铸层表面进行精加工。

在一个实施例中，数据准备步骤包括：

基础面确定步骤，以初版光顺数据的数据面为基础面；

偏置面确定步骤，由基础面向内偏置一偏置距离确定偏置面；

骨架结构确定步骤，以偏置面为骨架外表面，根据骨架厚度确定骨架内表面和骨架安装面，以确定零件的骨架的结构；

浇铸结构确定步骤，以偏置面为骨架外表面，根据浇铸层厚度确定浇铸层外表面，根据浇铸层外表面和定位块尺寸确定定位面，以确定零件的浇铸层的结构。

在一个实施例中，偏置距离为10mm、所述骨架厚度为5mm-25mm。

在一个实施例中，骨架制造步骤包括：

骨架毛坯制造步骤，根据所确定的骨架结构加工骨架毛坯；

铣削步骤，对骨架毛坯进行铣削，其中骨架的配合面的铣削预留余量；

其中骨架为金属材质。

在一个实施例中，骨架的配合面包括骨架安装面和骨架外表面，预留余量为3mm。

在一个实施例中，浇铸步骤包括：

打磨去氧化步骤，对骨架的表面进行打磨去氧化；

浇铸及干燥步骤，在骨架的表面浇铸浇铸层，并放置经浇铸的零件直至浇铸层干燥；

其中浇铸层为聚氨酯材料。

在一个实施例中，浇铸层的厚度为30mm，聚氨酯材料的密度为0.7g/cm³且按照体积比1:0.9的比例混合有固化剂，浇铸层在25℃的环境放置至少48小时，自然干燥。

在一个实施例中，初次表面加工步骤包括：

安装面加工步骤，在浇铸层表面上粘接安装块，对安装块表面进行铣削得到安装面；

骨架安装面精加工步骤，对骨架安装面进行精加工。

在一个实施例中，应力释放步骤包括：

浇铸层表面粗加工步骤，对浇铸层表面进行铣削，铣削预留余量；

加热释放步骤，将零件加热至40-50℃并维持2小时，再自然冷却以释放应力。

在一个实施例中，应力释放步骤包括：

浇铸层表面粗加工步骤，对浇铸层表面进行铣削，铣削预留余量；

自然释放步骤，将零件在常温下放置24小时，以释放应力。

本发明的数据控制模型零件的制造方法使得零件的变形量大幅降低，单个零件精度显著提高，减小了温度变化对零件的影响，使得数据控制模型能够达到预期的展示效果。

附图说明

本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法的流程图。

图2揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法所制造的零件的截面示意图。

图3揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法所制造的零件的一个示例结构。

图4揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法所制造的零件的一个示例截面结构。

具体实施方式

首先参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法的流程图。该数据控制模型零件的制造方法制造的零件包括骨架和浇铸层，该制造方法包括：

101、数据准备步骤。获取初版光顺数据，以初版光顺数据的数据面为基础面向内侧偏置获得偏置面，根据偏置面确定零件的结构。

102、骨架制造步骤。根据所确定的骨架结构制造骨架毛坯并铣削，形成骨架。

103、浇铸步骤。在骨架上浇铸浇铸层，形成零件毛坯。

104、初次表面加工步骤。在浇铸层表面上粘接安装块并对安装块加工获得安装面，对骨架安装面进行精加工。

105、应力释放步骤。对浇铸层表面进行粗加工并释放应力。

106、再次表面加工步骤。对浇铸层表面进行精加工。

在一个实施例中，数据准备步骤101包括：

基础面确定步骤，以初版光顺数据的数据面为基础面；

偏置面确定步骤，由基础面向内偏置一偏置距离确定偏置面；

骨架结构确定步骤，以偏置面为骨架外表面，根据骨架厚度确定骨架内表面和骨架安装面，以确定零件的骨架的结构；

浇铸结构确定步骤，以偏置面为骨架外表面，根据浇铸层厚度确定浇铸层外表面，根据浇铸层外表面和定位块尺寸确定定位面，以确定零件的浇铸层的结构。

图2揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法所制造的零件的截面示意图。在图2所示的实施例中，首先在基础面确定步骤中以初版光顺数据的数据面为基础面204。然后在偏置面确定步骤中由基础面204向内偏置一偏置距离确定偏置面203。在一个实施例中，偏置距离为10mm。如果偏置距离太小，由于后期光顺数据的更改，会在零件正式制造时候铣削到骨架，这样会造成三点隐患：(1)浇铸层聚氨酯材料与骨架的金属材料同时加工存在铣削刀具断裂的风险。(2)不利于后期模型匹配，由于金属材料(比如铸铝或者铝合金)的密度相对于聚氨酯材料高很多，打磨起来非常困难。(3)在金属材料和聚氨酯材料交汇处的表面油漆，由于附着力不同和受温度变化影响力的不同，造成油漆印子产生，从而影响展示效果。同样的，如果偏置距离过大，由于浇铸层聚氨酯材料的自重，在加工过程中因铣削产生的冲击力会导致聚氨酯材料从骨架外表面上脱落。综合各种考虑，通过试验确定10mm为较佳的偏置距离。在确定了偏置面203后，根据偏置面确定骨架的结构。在一个实施例中，骨架结构需要确定三个面：骨架外表面、骨架内表面和骨架安装面。在一个实施例中，在骨架结构确定步骤中，以偏置面203为骨架外表面，根据骨架厚度确定骨架内表面202和骨架安装面201，从而确定零件的骨架的结构。为了控制骨架的整体重量，金属材料的骨架一般为中空结构。在确定了骨架外表面，即偏置面203后，将偏置面203向内加上骨架的外径的尺寸，就能确定骨架安装面201。在骨架外表面和骨架安装面201上分别朝向骨架内侧减去骨架厚度的尺寸，就能确定骨架内表面202。在一个实施例中，骨架厚度为5mm-25mm。通过试验表明，如果骨架的厚度小于5mm，容易受到聚氨酯材料浇铸过程中产生的应力影响，会导致骨架局部区域变形，引起零件的整体变形。如果骨架的厚度大于25mm，则会导致整个骨架和零件自身重量增大，不但增加制造成本，而且不利于后期零件匹配、调整及运输。除了骨架安装面201、骨架外表面(偏置面)203和骨架内表面202以外，在一些是实施例中，根据零件的结构要求，还会在骨架上确定定位孔、紧固孔的结构，并在骨架内部设置加强筋，以及在非装配区域做减重处理。

图3揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法所制造的零件的一个示例结构。如图3所示，以前保险零件的骨架为例。在一个实施例中，骨架为金属材质，例如铸铝或者铝合金。前保险杠零件的骨架的骨架外表面为303，骨架外表面303是根据前面所描述的骨架结构的确定步骤在光顺数据确定的基础面上进行一定的偏置后得到。在一个实施例中，是由光顺数据确定的基础面向内偏置10mm得到。在图示的实施例中，前保险杠零件的骨架的骨架安装面为301，该骨架安装面301是根据前面所描述的骨架结构的确定步骤中根据骨架外表面303而得到。骨架上提供定位点和紧固点。前保险杠零件的骨架的骨架内表面为302，骨架内表面302是根据前面所描述的骨架结构的确定步骤中根据骨架外表面303和骨架安装面301而得到。在一个实施例中，骨架内表面302由骨架外表面303向内偏置20mm得到。在局部区域，根据零件结构的不同，可以由骨架外表面303向内偏置5-20mm得到。继续参考图3所示，图3中的附图标记303A表示其他附属零件安装基准面，如上格栅、前大灯等附属零件。在一个实施例中，在前保险杠内部分布了加强筋及一些减重孔，由此得到前保险杠零件的骨架结构。图4为图3车型前保Y0处截面示意图，从图中可以看到零件每一层的具体位置及分布情况。图4揭示了根据本发明的一实施例的数据控制模型零件的制造方法所制造的零件的一个示例截面结构。具体而言，图4是图3中沿A-A向的截面结构示意图。在图4中，也可以见到骨架安装面401、骨架外表面403、骨架内表面402和附属零件安装基准面403A。

在一个实施例中，骨架制造步骤102包括：

骨架毛坯制造步骤，根据所确定的骨架结构加工骨架毛坯；

铣削步骤，对骨架毛坯进行铣削，其中骨架的配合面的铣削预留余量；在一个实施例中，骨架的配合面包括骨架安装面和骨架外表面，预留余量为3mm；

其中骨架为金属材质，例如铸铝或者铝合金材质。

本发明的制造方法与传统的骨架加工方法略有不同。在对骨架毛坯进行加工时，对于骨架的配合面的铣削预留余量。骨架的配合面包括骨架安装面和骨架外表面。具体而言，以图3和图4所示的前保险零件的骨架为例，骨架安装面301铣削预留3mm不加工。这是因为后期会在骨架外表面303上浇铸混合1:0.9比例固化剂的液态聚氨酯材料，聚氨酯材料在固化过程中会产生一定的热量，从而使得骨架产生不同程度的变形。试验统计，变形一般在3mm以内，因此预留3mm就是为了消除后期零件骨架的变形。骨架外表面303的加工步距控制在3mm加工到位。步距小于3mm会导致骨架外表面303比较光滑，影响后期聚氨酯材料的附着效果，甚至脱落现象发生。步距大于3mm会导致最终零件在聚氨酯材料浇铸层厚度不均匀，影响展示效果。若有其他附属零件安装在该零件上，其配合面也需要预留3mm余量。除了上述面以外，骨架的其它辅助面均不加工。再次以图3所示的前保险零件的骨架为例，骨架安装面301为零件的安装面，需要预留3mm不加工。骨架外表面303采用步距3mm加工到位。上下格栅、前大灯、轮眉、轮罩等零件均安装在附属零件安装基准面303A上，附属零件安装基准面303A也需要预留3mm。骨架的辅助面均不需要加工。

在一个实施例中，浇铸步骤103包括：

打磨去氧化步骤，对骨架的表面进行打磨去氧化；

浇铸及干燥步骤，在骨架的表面浇铸浇铸层，并放置经浇铸的零件直至浇铸层干燥；

其中浇铸层为聚氨酯材料。

本发明的制造方法中在进行浇铸之前对骨架的表面进行打磨，打磨的目的是为了去除骨架表面的氧化层，而不是为了将表面打磨光滑。在一个实施例中，使用80-240号砂纸对骨架的表面进行打磨。打磨完成后，在浇铸聚氨酯材料之前，不在骨架外表面上涂抹任何胶水，原因有两点：(1)涂抹胶水在骨架外表面上，有可能吐沫不均匀反而造成粘接不牢靠。(2)通过多次试验发现，液态聚氨酯材料与金属骨架外表面(例如铸铝或者铝合金骨架外表面)之间有足够的粘接力，因此不需要涂抹胶水。在打磨完成后的一定时间内在骨架的表面浇铸浇铸层，浇铸的材料为聚氨酯材料。在一个实施例中，需要在打磨完成后4小时内进行浇铸。经过多次试验发现，在打磨完成4小时之后，暴露在空气中的金属骨架的表面会再次形成氧化层。在一个实施例中，在打磨完成后的4小时之内，在骨架外表面上浇铸密度为0.7g/cm³且按照体积比1:0.9的比例混合有固化剂的聚氨酯材料，浇铸层的厚度为30mm。浇铸完成后，浇铸层在25℃的环境放置至少48小时，自然干燥。浇铸完聚氨酯材料后必须放置大于48小时，否则最靠近骨架外表面的部分聚氨酯材料没有充分干透，零件加工时在最终光顺展示表面上会产生刀纹，而且零件加工和零件固化同时进行，会使得零件产生较大变形。浇铸步骤103完成后浇铸材料与骨架合为一体，形成整体的零件结构。在一个实施例中，为了方便后期安装面及背面的粗精加工，在浇铸骨架外表面时需要粘接辅助块以支撑零件。辅助块一般是聚氨酯材料块。

在一个实施例中，初次表面加工步骤104包括：

安装面加工步骤，在浇铸层表面上粘接安装块，对安装块表面进行铣削得到安装面；

骨架安装面精加工步骤，对骨架安装面进行精加工。

参考图2所示，在浇铸层表面上粘接安装块，对安装块表面进行铣削得到安装面206。在图3中，安装块表面铣削后得到安装面306。相应的，在图4中也示出了安装面406。安装面206、306、406为后续安装面的精加工及零件背面粗精加工提供定位和紧固。随后对骨架安装面201(图3中为301)进行精加工。之所以选择在此时对骨架安装面进行精加工，是因为在浇铸液态聚氨酯材料后，液态聚氨酯材料自然固化过程会产生一定的热量，这些热量会传递到金属骨架上，引起金属骨架的变形。因此，如果在聚氨酯材料浇铸及固化之前就完成骨架安装面的精加工，会影响骨架安装表面精度及销孔间距大小，最终使得零件无法达到数据控制模型的单件±0.15mm精度要求。

在一个实施例中，应力释放步骤105包括：

浇铸层表面粗加工步骤，对浇铸层表面进行铣削，铣削预留余量；

加热释放步骤，将零件加热至40-50℃并维持2小时，再自然冷却以释放应力。

或者，该应力释放步骤可以包括：

浇铸层表面粗加工步骤，对浇铸层表面进行铣削，铣削预留余量；

自然释放步骤，将零件在常温下放置24小时，以释放应力。

参考图2、图3和图4所示，浇铸层表面粗加工步骤中对浇铸层表面进行铣削，得到浇铸层粗加工表面205，在图3和图4所示的零件示例中，浇铸层粗加工表面分别由305和405表示。对浇铸层表面进行铣削时，铣削预留余量，在一个实施例中，预留3-5mm的余量。加工完成后，进行应力释放，以释放材料内部应力。应力释放的方式有两种：

第一种方式是加热释放，将零件放置在烘箱内加温至40-50℃，并维持在40-50℃温度下2小时，然后自然冷却。这一步骤可使材料内应力充分释放。

第二种方式是自然释放，在不使用烘箱的情况下，将零件在常温下放置至少24小时，以消除材料内部的应力。

消除应力能够降低零件变形风险，如果制造过程中忽略该步骤，会造成零件边缘部分变形。此外，之前粘接的聚氨酯块通过铣削去除，不能敲打去除，原因是敲打聚氨酯块有可能将之前浇铸的聚氨酯层撕裂，从而使得表面有凹坑。

在一个实施例中，再次表面加工步骤106包括：

对浇铸层表面进行精加工，得到光顺数据展示面。在图2、图3和图4中，光顺数据展示面分别由204、304和404表示。在对浇铸层表面进行精加工的过程中，步距控制在0.3mm，可以使得零件表面质量达到最佳。步距小于0.3mm，会导致零件加工时间过长，而且占用机床铣削工时，不但增加成本，而且影响项目进度。步距大于0.3mm，会在零件表面产生纹路，加大后期打磨工作量。精加工最后可以预留0.2mm-0.5mm，在测量设备辅助下，进行最后的铣削加工。

本发明的数据控制模型零件的制造方法使得零件的变形量大幅降低，单个零件精度显著提高，减小了温度变化对零件的影响，使得数据控制模型能够达到预期的展示效果。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，零件包括骨架和浇铸层，所述制造方法包括：

数据准备步骤，获取初版光顺数据，以初版光顺数据的数据面为基础面向内侧偏置获得偏置面，根据偏置面确定零件的结构；

骨架制造步骤，根据所确定的骨架结构制造骨架毛坯并铣削，形成骨架；

浇铸步骤，在骨架上浇铸浇铸层，形成零件毛坯；

初次表面加工步骤，在浇铸层表面上粘接安装块并对安装块加工获得安装面，对骨架安装面进行精加工；

应力释放步骤，对浇铸层表面进行粗加工并释放应力；

再次表面加工步骤，对浇铸层表面进行精加工。

2.如权利要求1所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述数据准备步骤包括：

基础面确定步骤，以初版光顺数据的数据面为基础面；

偏置面确定步骤，由基础面向内偏置一偏置距离确定偏置面；

骨架结构确定步骤，以偏置面为骨架外表面，根据骨架厚度确定骨架内表面和骨架安装面，以确定零件的骨架的结构；

浇铸结构确定步骤，以偏置面为骨架外表面，根据浇铸层厚度确定浇铸层外表面，根据浇铸层外表面和定位块尺寸确定定位面，以确定零件的浇铸层的结构。

3.如权利要求2所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述偏置距离为10mm、所述骨架厚度为5mm-25mm。

4.如权利要求2所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述骨架制造步骤包括：

骨架毛坯制造步骤，根据所确定的骨架结构加工骨架毛坯；

铣削步骤，对骨架毛坯进行铣削，其中骨架的配合面的铣削预留余量；

其中骨架为金属材质。

5.如权利要求4所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述骨架的配合面包括骨架安装面和骨架外表面，所述预留余量为3mm。

6.如权利要求2所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述浇铸步骤包括：

打磨去氧化步骤，对骨架的表面进行打磨去氧化；

浇铸及干燥步骤，在骨架的表面浇铸浇铸层，并放置经浇铸的零件直至浇铸层干燥；

其中浇铸层为聚氨酯材料。

7.如权利要求6所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述浇铸层的厚度为30mm，聚氨酯材料的密度为0.7g/cm³且按照体积比1:0.9的比例混合有固化剂，浇铸层在25℃的环境放置至少48小时，自然干燥。

8.如权利要求1所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述初次表面加工步骤包括：

安装面加工步骤，在浇铸层表面上粘接安装块，对安装块表面进行铣削得到安装面；

骨架安装面精加工步骤，对骨架安装面进行精加工。

9.如权利要求1所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述应力释放步骤包括：

浇铸层表面粗加工步骤，对浇铸层表面进行铣削，铣削预留余量；

加热释放步骤，将零件加热至40-50℃并维持2小时，再自然冷却以释放应力。

10.如权利要求1所述的数据控制模型零件的制造方法，其特征在于，所述应力释放步骤包括：

浇铸层表面粗加工步骤，对浇铸层表面进行铣削，铣削预留余量；

自然释放步骤，将零件在常温下放置24小时，以释放应力。