CN111890601B - 基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺以及成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺以及成型模具，成型模具的前板的两侧分别连接左侧板的一侧、右侧板的一侧，左侧板的另一侧与右侧板的另一侧汇合连接，前板、左侧板以及右侧板形成圆周封闭结构，在形成的圆周封闭结构的底部覆设左底板和右底板，左底板和右底板将圆周封闭结构的底部全部遮住，且左底板与左侧板相邻，右底板与右侧板相邻；在形成的圆周封闭结构的顶部覆设前上板和后上板，前上板与位于X轴负轴方向的左侧板、右侧板接触，并在合理的位置设置与前上板垂直的加强筋，后上板与位于X轴正轴方向的左侧板、右侧板接触；本发明解决了传统fsae赛车单体壳模具制造的缺点以及对单体壳成型效果的负面影响。

Description

基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺以及成型模具

技术领域

本发明涉及一种基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺以及成型模具，属于fsae赛车单体壳成型工艺中的模具领域。

背景技术

Fsae方程式赛车是世界范围内针对大学生的一项赛事，目前大量车队采用单体壳作为车身，取代了桁架车身，一定程度上减轻了车身重量；在专业赛车领域（如一级方程式赛车），单体壳形状和结构十分复杂、成本极高、对单体壳成型工艺的要求非常高，而在fsae赛车领域，单体壳造型较为简单，由于车检明确了碳纤维铺层数量的硬性底线，故工艺要求略低于一级方程式。总体来说fsae单体壳具有造型简单、成型条件温和的特点，从设计期望来说，考虑车队成员的大学生身份，希望单体壳制造过程中控制成本、减少工作量、工作条件舒适、单体壳孔位精准、单体壳各面质量和精度高。

现有的fsae赛车单体壳模具主要为机加工阳模后手工翻阴模的方式，这种方式通过铣床加工泡沫或木质阳模，然后混合树脂与玻璃纤维或碳纤维在阳模基础上翻制阴模，翻模过程非常耗时，需要反复刷树脂，反复等待固化和反复打磨；此方法的优点在于碳纤维成型时需加热，利用碳纤维或玻纤做碳纤维单体壳的模具，可以保证受热变形时模具和单体壳膨胀的一致性，相比于直接铣金属模具，其成本也较低；缺点在于工作量较大，工作环境较差，翻模过程易造成孔位误差，反复打磨使得单体壳难有基准面，对之后的加工造成困难。

发明内容

本发明提供一种基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺以及成型模具，解决了传统fsae赛车单体壳模具制造的缺点以及对单体壳成型效果的负面影响。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺，具体包括以下步骤：

第一步：切割部件，通过激光切割钢板、钣金制造用于制作单体壳模具的各个零部件；

第二步：假设有已成型单体壳，以单体壳底面中心为坐标系中心，建立XYZ直角坐标系，已成型单体壳的顶端位于Z轴正轴，其底端由X轴负轴延伸至X轴正轴，已成型单体壳的一侧位于Y轴正轴，另一侧位于Y轴负轴；

在已成型单体壳的前端安装前板，且前板与X轴负轴垂直布设；

在已成型单体壳的一侧安装左侧板，另一侧安装右侧板，左侧板、右侧板均与Y轴垂直布设，且左侧板、右侧板均由X轴负轴延伸至X轴正轴；

在已成型单体壳的底部位于Y轴正轴方向一侧安装左底板，位于Y轴负轴方向一侧安装右底板，左底板、右底板均与Z轴垂直布设，且左底板、右底板均由X轴负轴延伸至X轴正轴；

左侧板、右侧板、左底板、右底板与前板形成圆周封闭结构，各零件与前板交接处通过插销进行定位固接；

第三步：圆周封闭结构的开口端上覆设前上板和后上板，其中前上板位于X轴负轴方向，后上板位于X轴正轴方向；

第四步：在前上板上焊接若干条加强筋，且垂直于已成型单体壳底面；

第五步：右侧板与右底板接缝位置通过焊接进行固连，左侧板与左底板接缝位置同样通过焊接进行固连；

第六步：左底板与右底板之间通过凹凸边缘相互配合以及插销固定定位板进行初步定位，接着通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

第七步：左侧板的一端与前板的一侧通过插销连接，右侧板的一端与前板的另一侧通过插销连接，左侧板的另一端与右侧板的另一端在X轴正轴方向汇合，汇合处通过凹凸边缘相互配合以及插销固定定位板进行初步定位，接着通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

第八步：前上板与左侧板、右侧板的交接处分别通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连。

第九步：后上板与左侧板、右侧板的交接处分别通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

作为本发明的进一步优选，前述的钢板厚度为3mm，钢号为45钢；

作为本发明的进一步优选，前述的左侧板与右侧板结构相同，两者同时与Y轴垂直布设，且相对X轴对称设置，左侧板或右侧板均包括三部分，为第一侧板、第二侧板和第三侧板，第一侧板与第二侧板之间通过第一过渡板连接，且第一侧板与第二侧板错层布设；第二侧板与第三侧板之间通过第二过渡板连接，第三侧板与第二侧板之间呈90度夹角设置；

作为本发明的进一步优选，前述的左底板与右底板结构相同，两者同时与Z轴垂直布设，且相对X轴对称设置，左底板或右底板均包括两部分，为第一底板和第二底板，第一底板与第二底板之间通过第三过渡板连接，且第一底板与第二底板错层布设；

一种基于上述任意所述的基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺的成型模具，包括前板、左侧板、右侧板、左底板、右底板、前上板以及后上板，前板、左侧板以及右侧板均垂直地面设置，左底板、右底板、前上板以及后上板均平行地面设置；

在前板的两侧分别连接左侧板的一侧、右侧板的一侧，左侧板的另一侧与右侧板的另一侧汇合连接，前板、左侧板以及右侧板形成圆周封闭结构，在形成的圆周封闭结构的底部覆设左底板和右底板，左底板和右底板将圆周封闭结构的底部全部遮住，且左底板与左侧板相邻，右底板与右侧板相邻；

在形成的圆周封闭结构的顶部覆设前上板和后上板，前上板与位于X轴负轴方向的左侧板、右侧板接触，后上板与位于X轴正轴方向的左侧板、右侧板接触；

作为本发明的进一步优选，还包括加强筋，其与前上板焊接固连，对前上板进行定型约束；

作为本发明的进一步优选，

右侧板与右底板、左侧板与左底板之间通过焊接进行固连；

前上板与右侧板、左侧板交接处通过均匀焊接若干分模耳片组合固连，后上板与左侧板、右侧板交接处通过沿接缝均匀焊接若干分模耳片组合固连；

左侧板与右侧板汇合处通过凹凸边缘配合以及插销固定定位板进行初步定位，通过沿接缝均匀焊接若干分模耳片组合进行固连；

左底板与右底板交接处通过凹凸边缘配合以及插销固定定位板进行初步定位，通过沿接缝均匀焊接若干分模耳片组合进行固连。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明制作出的模具仅仅通过钢板钣金即可完成，大大降低了成本；

2、本发明中模具涉及到的部件均通过激光切割加工，通过插销固定定位板产生的孔位也均通过激光进行开设，孔位精度较高；

3、本发明采用平面度较高的钢板作为钢制钣金模具成型材料，避免了打磨的过程，使得在该成型模具制造的单体壳具有高精度基准面，方便后续赛车制造的定位工作；

4、本发明各钣金件具有插销、定位孔、凹凸块，可以在焊接或合模时相互定位，相互固定，故各面之间精度较高；

5、本发明激光切割以及钣金工作均可通过机器完成，仅在焊接工作和合模工作中需要少量的手工操作，避免了如树脂等粘性液体的使用，同时避免了有害气体或粉尘的产生。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的优选实施例的整体结构示意图；

图2是本发明对优选实施例拆分示意图；

图3是本发明的优选实施例的左下视角局部装配示意图。

图中：1为前板，2为加强筋，3为前上板，4为右侧板，5为右底板，6为后上板，7为已成型单体壳，8为左侧板，9为左底板，10为分模耳片组合，11为插销固定定位板。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

现有的fsae赛车单体壳模具主要为机加工阳模后手工翻阴模的方式，这种方式通过铣床加工泡沫或木质阳模，然后混合树脂与玻璃纤维或碳纤维在阳模基础上翻制阴模，翻模过程非常耗时，需要反复刷树脂，反复等待固化和反复打磨；此方法工作量较大，工作环境较差，翻模过程易造成孔位误差，反复打磨使得单体壳难有基准面，对之后的加工造成困难。

基于上述缺陷，本申请提供一种基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺，包括以下步骤：

第一步：切割部件，通过激光切割钢板、钣金制造用于制作单体壳模具的各个零部件；

第二步：假设有已成型单体壳7，以单体壳底面中心为坐标系中心，建立XYZ直角坐标系，已成型单体壳7的顶端位于Z轴正轴，其底端由X轴负轴延伸至X轴正轴，已成型单体壳7的一侧位于Y轴正轴，另一侧位于Y轴负轴；

在已成型单体壳7的前端安装前板1，且前板1与X轴负轴垂直布设；

在已成型单体壳7的一侧安装左侧板8，另一侧安装右侧板4，左侧板8、右侧板4均与Y轴垂直布设，且左侧板8、右侧板4均由X轴负轴延伸至X轴正轴；

在已成型单体壳7的底部位于Y轴正轴方向一侧安装左底板9，位于Y轴负轴方向一侧安装右底板5，左底板9、右底板5均与Z轴垂直布设，且左底板9、右底板5均由X轴负轴延伸至X轴正轴；

左侧板8、右侧板4、左底板9、右底板5与前板1形成圆周封闭结构，各零件与前板1交接处通过插销进行定位固接；

第三步：圆周封闭结构的开口端上覆设前上板3和后上板6，其中前上板3位于X轴负轴方向，后上板6位于X轴正轴方向；

第四步：在前上板3上焊接若干条加强筋2，加强筋2应设置在不影响前上板3孔位的位置，且垂直于已成型单体壳7底面；

第五步：右侧板4与右底板5接缝位置通过焊接进行固连，左侧板8与左底板9接缝位置同样通过焊接进行固连；

第六步：左底板9与右底板5之间通过凹凸边缘相互配合以及插销固定定位板11进行初步定位，接着通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合10进行固连；

第七步：左侧板8的一端与前板1的一侧通过插销连接，右侧板4的一端与前板1的另一侧通过插销连接，左侧板8的另一端与右侧板4的另一端在X轴正轴方向汇合，汇合处通过凹凸边缘相互配合以及插销固定定位板11进行初步定位，接着通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合10进行固连；

第八步：前上板3与左侧板8、右侧板4的交接处分别通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合10进行固连；

第九步：后上板6与左侧板8、右侧板4的交接处分别通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合10进行固连。

实施例1：

图1所示，是整个成型模具的总体结构，按照图2的方式进行拆解，可以知道整个成型模具包括前板1、前上板3、左侧板8、右侧板4、左底板9、右底板5、前上板3以及后上板6，在本申请提供的工艺中，为了更好的描述制作工艺，因为假定了一个已成型的单体壳，围绕这个单体壳做一个零部件的组合；这些零部件均是通过激光切割钢板、钣金制作出来的，不仅降低了制作成本，由于钢板本身平面度较高，运用钢制钣金模具大大减少甚至避免了打磨，因此制作出来的单体壳还具有高精度以及高基准面，方便后续赛车制造的定位工作。

在具体安装时，首先安装前板1、左侧板8、右侧板4，使这三个部件顺次连接形成一个封闭结构，这三个部件均先通过激光在各自侧边位置打孔，然后通过插销连接定位板，进行相互之间的定位和连接，这些激光打出来的孔位精度高，其孔位精度可以达到0.05mm以上，需要说明的是，本申请中钢板选用厚度为3mm，钢号为45钢，激光加工出的孔包括合模定位孔以及单体壳预埋件定位孔，圆角大小为R4-R8；左侧板8与右侧板4交接处先通过插销固定定位板11进行初步定位，然后再焊接四对分模耳片组合10进行固连；图3给出了定位板与耳片组合的结构设定示意图；

接着在形成的封闭结构底部焊接左底板9和右底板5，左底板9与右底板5将整个封闭结构底部覆盖，且左底板9与左侧板8相邻，右底板5与右侧板4相邻，底板与侧板相邻处通过焊接固连，左底板9与右底板5相邻处通过自身的凹凸结构匹配后，插销固定定位板11形成定位，最后通过沿接缝均匀焊接十二对分模耳片组合10进行固连；

最后将前上板3、后上板6覆设在封闭结构顶部，前上板3与左侧板8、右侧板4交接处直接通过沿接缝均匀焊接四对分模耳片组合10进行固连，后上板6与左侧板8、右侧板4交接处同样的直接通过沿接缝均匀焊接一对分模耳片组合10进行固连。

在焊接前上板3的时候为了对前上板3起到一个定位定型的作用，在前上板3的顶端焊接了若干条加强筋2，本优选实施例中选用的是三条加强筋2。

实施例2：

通过上述实施例1钢制单体壳模具成型工艺得出的成型模具，包括前板1、左侧板8、右侧板4、左底板9、右底板5、前上板3以及后上板6，前板1、左侧板8以及右侧板4均垂直地面设置，左底板9、右底板5、前上板3以及后上板6均平行地面设置；在前板1的两侧分别连接左侧板8的一侧、右侧板4的一侧，左侧板8的另一侧与右侧板4的另一侧汇合连接，前板1、左侧板8以及右侧板4形成圆周封闭结构，在形成的圆周封闭结构的底部覆设左底板9和右底板5，左底板9和右底板5将圆周封闭结构的底部全部遮住，且左底板9与左侧板8相邻，右底板5与右侧板4相邻；在形成的圆周封闭结构的顶部覆设前上板3和后上板6，前上板3与位于X轴负轴方向的左侧板8、右侧板4接触，后上板6与位于X轴正轴方向的左侧板8、右侧板4接触；加强筋2与前上板3焊接固连，对前上板3进行定型约束。

右侧板4与右底板5、左侧板8与左底板9之间通过焊接进行固连，前上板3与右侧板4、左侧板8交接处通过均匀焊接四对分模耳片组合10固连，后上板6与左侧板8、右侧板4通过沿接缝均匀焊接一对分模耳片组合10固连，左侧板8与右侧板4汇合处通过凹凸边缘配合以及插销固定定位板11进行初步定位，并通过沿接缝均匀焊接四对分模耳片组合10进行固连，左底板9与右底板5交接处通过凹凸边缘配合以及插销固定定位板11进行初步定位，并通过沿接缝均匀焊接十二对分模耳片组合10进行固连；

左侧板8与右侧板4结构相同，两者同时与X轴垂直布设，且相对X轴对称设置，左侧板8或右侧板4均包括三部分，为第一侧板、第二侧板和第三侧板，第一侧板与第二侧板之间通过第一过渡板连接，且第一侧板与第二侧板错层布设；第二侧板与第三侧板之间通过第二过渡板连接，第三侧板与第二侧板之间呈90度夹角设置；左底板9与右底板5结构相同，两者同时与X轴平行布设，且相对X轴对称设置，左底板9或右底板5均包括两部分，为第一底板和第二底板，第一底板与第二底板之间通过第三过渡板连接，且第一底板与第二底板错层布设。

本发明针对fsae赛车单体壳形状简单、成型条件较温和以及极小批量生产的特点提出了成型工艺，在保证碳纤维复合材料正常成型的前提下，相对于其他主流方法，本方法具有成本模具成本极低、工作量小、模具精度高、具有较高精度基准面的特点，非常适合fsae赛车单体壳的制造。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺，其特征在于：具体包括以下步骤：

第一步：切割部件，通过激光切割钢板、钣金制造用于制作单体壳模具的各个零部件；

第二步：假设有已成型单体壳，以单体壳底面中心为坐标系中心，建立XYZ直角坐标系，已成型单体壳的顶端位于Z轴正轴，其底端由X轴负轴延伸至X轴正轴，已成型单体壳的一侧位于Y轴正轴，另一侧位于Y轴负轴；

在已成型单体壳的前端安装前板，且前板与X轴负轴垂直布设；

在已成型单体壳的一侧安装左侧板，另一侧安装右侧板，左侧板、右侧板均与Y轴垂直布设，且左侧板、右侧板均由X轴负轴延伸至X轴正轴；

在已成型单体壳的底部位于Y轴正轴方向一侧安装左底板，位于Y轴负轴方向一侧安装右底板，左底板、右底板均与Z轴垂直布设，且左底板、右底板均由X轴负轴延伸至X轴正轴；

左侧板、右侧板、左底板、右底板与前板形成圆周封闭结构，各零件与前板交接处通过插销进行定位固接；

第三步：圆周封闭结构的开口端上覆设前上板和后上板，其中前上板位于X轴负轴方向，后上板位于X轴正轴方向；

第四步：在前上板上焊接若干条加强筋，且垂直于已成型单体壳底面；

第五步：右侧板与右底板接缝位置通过焊接进行固连，左侧板与左底板接缝位置同样通过焊接进行固连；

第六步：左底板与右底板之间通过凹凸边缘相互配合以及插销固定定位板进行初步定位，接着通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

第七步：左侧板的一端与前板的一侧通过插销连接，右侧板的一端与前板的另一侧通过插销连接，左侧板的另一端与右侧板的另一端在X轴正轴方向汇合，汇合处通过凹凸边缘相互配合以及插销固定定位板进行初步定位，接着通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

第八步：前上板与左侧板、右侧板的交接处分别通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

第九步：后上板与左侧板、右侧板的交接处分别通过沿接缝均匀焊接若干对分模耳片组合进行固连；

单体壳模具包括前板、左侧板、右侧板、左底板、右底板、前上板以及后上板，前板、左侧板以及右侧板均垂直地面设置，左底板、右底板、前上板以及后上板均平行地面设置；

在前板的两侧分别连接左侧板的一侧、右侧板的一侧，左侧板的另一侧与右侧板的另一侧汇合连接，前板、左侧板以及右侧板形成圆周封闭结构，在形成的圆周封闭结构的底部覆设左底板和右底板，左底板和右底板将圆周封闭结构的底部全部遮住，且左底板与左侧板相邻，右底板与右侧板相邻；

在形成的圆周封闭结构的顶部覆设前上板和后上板，前上板与位于X轴负轴方向的左侧板、右侧板接触，后上板与位于X轴正轴方向的左侧板、右侧板接触。

2.根据权利要求1所述的基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺，其特征在于：前述的钢板厚度为3mm，钢号为45钢。

3.根据权利要求1所述的基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺，其特征在于：前述的左侧板与右侧板结构相同，两者同时与Y轴垂直布设，且相对X轴对称设置，左侧板或右侧板均包括三部分，为第一侧板、第二侧板和第三侧板，第一侧板与第二侧板之间通过第一过渡板连接，且第一侧板与第二侧板错层布设；第二侧板与第三侧板之间通过第二过渡板连接，第三侧板与第二侧板之间呈90度夹角设置。

4.根据权利要求1所述的基于fsae赛车的钢制单体壳模具成型工艺，其特征在于：前述的左底板与右底板结构相同，两者同时与Z轴垂直布设，且相对X轴对称设置，左底板或右底板均包括两部分，为第一底板和第二底板，第一底板与第二底板之间通过第三过渡板连接，且第一底板与第二底板错层布设。

Images