油泥模型制作方法及流程浅析

张 辉

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

1.1 油泥模型的发展

汽车车身外形和色彩是汽车给人们的第一外观印象，是人们评价汽车的最直接的方面，也是市场竞争的重要因素。车身造型设计既是工程设计，又是美工设计。从工程设计来看，它既要满足结构的强度要求、整车布置的匹配要求和冲压分块的工艺要求，又要适应车身的空气动力学要求。从美工设计要求来看，它应当适应时下的流行趋势和消费者的喜好，要像设计工艺品那样，美感与质感并存。汽车造型设计作为整车总体设计较重要的一环，越来越受到的决策者的重视。

汽车油泥模型作为造型设计表达的重要手段，它可以形象、直观地表现设计构思，并在模型制作过程中不断推敲、完善设计者意图。模型完成后由决策者进行评估，决定是否投产。

近年来，汽车工业已经逐渐成为我国国民经济的支柱产业，汽车工业的发展直接关系到我国国民经济的增长。而其中，汽车油泥模型是汽车设计开发的基础，在汽车产品开发中必不可少。早期的汽车车身模型多用石膏和木板为材料，木质模型特点是变形小、不易破损、可长期保存。石膏较便宜，但强度较低，而且不便于反复修改。

1955年日本首次使用工业油泥进行汽车模型的设计开发。1972年美国通用汽车公司将油泥应用到汽车设计开发模型上，使汽车设计摆脱了受限于呆板的石膏、木板的历史。我国是在 70年代初开始应用这一技术。当今，几乎对所有世界知名汽车公司而言，制作油泥模型是设计过程中非常重要的一个环节。

1.2 油泥模型的特点

汽车油泥模型是汽车造型设计中很重要的一步，是造型设计与工程之间的桥梁，没有这个桥梁汽车设计就无法进行下去。在模型制作阶段有很多的制作方式可供选择，而选择油泥模型制作作为首选是由汽车造型设计的特殊性和油泥本身具有的特点所决定的。

主要原因是油泥这种材料便于成形、修改和补充。油泥模型师在雕塑油泥模型的过程中可以很方便地对所有表面形状进行比较和修改，以反复尝试和推敲型面的饱满度和特征走向。油泥是用油脂、填料、改性添加剂和颜料等组成的混合物，合成材料油泥加热 (至60～70℃)后，很容易敷在初坯上，冷却至室温其表面会硬化，但仍可用实用特制的工具轻易地加工成形，完成后可以得到十分光滑、细致的表面。油泥模型具有便于修改，不易风化干燥、龟裂，尺寸比较稳定的特点。所以，油泥成为现在最广泛采用的汽车模型材料。

2 手工油泥模型制作流程

2.1 骨架的设计与制作

骨架的设计和制作是我们制作流程的第一步，首先整体尺寸的确认，根据 CAS数据，结合模型车制作要求，利用CAD制图确认骨架的整体尺寸、比例大小。在骨架设计的过程中，要预留快速成型件结构的安装空间，防止模型车制作后期按装快速成型件时与骨架干涉。其次是骨架强度、精度及内部框架支撑要求，骨架的强度决定着模型车的稳定性，强度不足时模型车表面容易出项开裂、变型，严重影响模型车的质量。通常情况下，1：1的整车油泥模型的自重在1.5-2吨（以乘用车为主），骨架的方钢尺寸以 50×50（mm）、50×100(mm)为主。模型车内部支撑的布置要合理，内部支撑的位置与附件的安装有着密切的关系。在保持骨架重心合理时，支撑分布的间距在一定范围内保持协调、统一。

图1

2.2 模型初坯

初胚一般用聚氨酯泡沫粘合而成，主要是为了给出模型的基本形体。另一方面，由于油泥相对昂贵，车体内部都用它制作比较浪费。通过卡板来约束泡沫的具体尺寸和形状，需要注意的是初胚要小于车体的外形约20cm（预留上油泥的厚度），并且尽量减少突出的锐角，便于后期的油泥刮切。

2.3 油泥填敷

往模型初坯表面涂油泥我们称为填敷，也有上泥等说法，填敷油泥只能是一层接一层的敷贴，并且第一层油泥不要敷得太厚。应该是适当用力并尽量均匀地先填敷薄薄的一层，这一层我们称为打底。然后再照此方法一层一层的填敷较厚的油泥。但不要过厚，可以多填敷几次，保证油泥之间的贴合，直到填敷满整个胎基。

要注意的是多次填敷油泥时不要在层与层之间形成空腔，如果油泥之间有间隙，油泥会因收缩陷落而导致表面凹凸不平，也容易形成剥离层，造成刮制时油泥表面出现裂痕和鼓包。油泥填敷基本差不多的时候，就可以用模板来检测所填敷油泥的厚度。根据工作台上的定位线设置好模板，可以看出这些位置所上的油泥的盈亏。用油泥沿模板在这些位置上将厚度确定下来，并做好记号作为基准线，然后把油泥补上，直到基本达到预定位置。

2.4 油泥粗刮

粗刮油泥，也有称初刮油泥。根据模板或图纸，去掉凸出的多余部分，将凹陷的地方填补起来，对油泥模型基准面的塑造以确定大形，这是一个反复多次的过程。

由于粗刮只是制作基准面，所以刮削时应先从大面开始，刮制出模型的基本形状。在大面制作完成后不要做小的面，更不要进行细节的制作，一定要检查平顺度。

对于汽车全尺寸油泥模型，可以从填敷开始就只做一半，待所有制作完成后再制作另一半，并且可以两边塑造不同的造型。对于汽车小比例油泥模型，更适宜从粗刮时就采用整体制作的方法。

2.5 油泥精刮

精刮油泥，是油泥制作过程的最后阶段，是模型基础型面粗刮完成后，对油泥模型的各个部件及部件之间的连接(转折面)等细节的处理和表面光顺的处理。

为了保证刮制的模型表面平整光顺，在大型曲面表面的刮制时，应根据模型断面采用长十字型交叉和多方向刮制，这样刮制的模型表面不易形成波浪。使用长刮片不但可以多方向垂直于模型表面来检查，而且通过查看刮制的痕迹是否一致也可以判断模型表面的平整度，便于及时调整模型表面曲率、光顺度。对某些表面面积较小和特殊部位，无法使用钢刮片，可选用特殊形状的油泥刮刀和一些特制的模板。

精刮油泥完成后，要再次对模型整体状态进行确认。通过仔细观察，借用工具，确认大面是否光顺、平整，各型面之间的连接、过渡是否柔和，形状与尺寸是否满足设计要求等。

2.6 油泥模型后期处理

为了使油泥模型在评审时有更好的评审效果，油泥模型的表面我们常用两种方式处理：一是，贴膜；二是，喷漆。

油泥模型薄膜是专门为油泥模型表面检查、装饰等而开发的特殊薄膜。因为具有适度的延展性，所有可根据油泥模型表面的曲面变化而进行检查，粘贴装饰和表面光顺的工作。

油泥表面喷漆，基层处理是很重要的一步，直接影响模型最终效果。一般流程是喷底漆，打磨，修补，喷面漆，喷光油等。在打磨的过程中，是对油泥模型表面进一步做光顺处理，使模型以更完美的形态展示出来。

以上方式都需要油泥模型表面具有一定程度的光顺度，有关油泥表面光顺度的要求，对油泥表面的光顺处理和精细程度，主要是根据对模型后期处理的要求确定。由于最后的用途不同，油泥的精细程度可以灵活控制。用于贴膜的精细程度要求最高，因为贴膜后即便是最细小瑕疵也会很明显的显露出来，所以在贴膜前有必要再次用钢片来精修，精修后要很小心，不要随便碰模型。用于三维扫描的油泥模型要求也很高，因为直接影响到数据采集和视觉外观。用于翻制玻璃钢的模型要求稍低，因为翻制出的玻璃钢模型还需要修补、打磨。当然，表面越光顺，玻璃钢打磨越轻松。对精细程度要求最低的是直接表在喷漆，因为是不会直接在油泥上喷漆的，需要在表面敷一层腻子后再打磨，这样可以填补很多缺陷。

3 数控加工在油泥模型制作中的应用

3.1 数控加工简介

数控加工（numerical control machining），是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效话和自动化的有效途径。

图2

3.2 数控加工在油泥模型制作中应用

我公司采用的是JOBS的五轴龙门式数控机床，可以实现 3、5轴加工，机床尺寸大，可以实现从轿车到 SUV和MPV的整车加工。数控加工有精度高、高效化的优点，将数控加工应用到整车油泥模型的制作，可以提高油泥模型制作的效率，提高油泥模型表面精度。

手工油泥模型制作流程中的初坯制作和油泥粗刮两个环节，可以由数控机床来代替，并可以精准和高效的完成。

3.3 数控编程基本过程

数控编程的基本过程包括：加工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控刀路、检验数控刀路、后置处理。

数控加工流程由粗加工、半精加工到精加工，具体到每个加工流程上，又可划分为以下环节：加工要素确定、加工方式的选择、刀路设置、余量的控制、刀具的选择、切削速度控制、进、退刀控制、刀路生成、模拟验证、后置处理等。

3.4 油泥模型数控加工具体内容

在油泥模型的具体加工过程中，根据油泥模型的制作流程，把机加工的整个过程分为初坯粗、精加工和油泥粗、精加工四个阶段。

（1）油泥模型初胚加工基体加工轨迹分两步进行。第一步初坯粗加工，主要目的是去除多余泡沫，塑造大体型面。第二步初坯精加工，主要目的在泡沫表面预留油泥填敷的厚度。数控编程完成后，就可将骨架固定在机加工平台上，模型尽量摆放水平，其中心线同机床X 轴基本保持平行，定义加工坐标系，设定刀具信息，设置基准点，将NC程序导入数控机床进行铣削。

（2）初坯加工完后，接下来是填敷油泥、数控编程、机床加工三大部分。在填敷油泥之前要把初坯上残留的泡沫碎屑打扫干净，以免影响油泥的粘贴。数控编程阶段，粗加工快速铣削，一般选择Ф20mm左右的刀具、10mm左右的步距生成加工余量为2mm左右的NC程序。精加工根据CAS数据最小曲率半径，一般选择Ф10mm左右的刀具2mm左右的步距生成余量为0mm的NC程序。精加工为达到尺寸精确，必须仔细确定有关加工参数，并尽量避免抬刀的出现。最后将NC程序导入机床进行加工。另外由于油泥材质软，黏性高，导致加工过程中排屑困难，容易出现表面粗糙，粘刀等现象。在刀具的选择上，主要选择2刃球刀，利于排屑，并根据经验合理选择走刀方式和方向，可以有效避免油泥模型表面粗糙和粘刀的现象。

4 总结与展望

4.1 总结

本文主要分析手工油泥模型和 CNC油泥模型的制作工艺方法和流程，指出了各自的特点和适用面。传统模型制作主要依赖手工制作，精度低、工期长，理想中的快速成型由于设备和材料等问题，尚未能成为主流。以CAD/CAM技术为核心的 CNC模型制作，以精度高、速度快的优势在模型制作行业中得到应用。

在现代汽车开发过程中，造型设计人员可以利用计算机辅助造型软件生成三维数学模型，或者利用已有实物通过数据扫描， 由逆向工程技术生成数学模型加以改造。虽然现在计算机技术可以仿真显示造型效果，但实际过程中往往要通过真实的物理模型加以验证和修改。在这一过程中利用先进的数控加工技术代替传统的手工操作，可以实现准确高效的产品开发过程。且随着对设计和制造精度要求的提高，越来越多的公司开始认识到数控模型加工的重要性和意义，汽车模型和CAS数模必须高度的一致，两者都是汽车设计和制造的依据。手工的制作在精度上得不到保证，如果汽车的造型没有很好的精度，它上面取得的数据就无法达到非常高的精度。

另一方面，虽然新兴技术的发展确实为油泥模型制作带来的许多便利，但从从设计角度来看，优秀的车身造型需要造型设计师结合时下流行元素反复推敲、多次修改的。所以，手工油泥模型业务是无法被取代并将长期存在下去。

4.2 展望

我们的团队自引进JOBS五轴龙门铣床以来，一直致力于汽车模型的能力建设。目前，停留在造型展示模型的阶段上，外饰的造型展示模型以形成较为规范的制作流程和标准，零部件和内饰展示模型也逐渐成熟。部门同时具备手工油泥模型和CNC油泥模型的制作能力。随着制造业的日趋成熟，数控加工技术的不断普及和深化，CAM 加工编程技术和 CNC生产制造系统这两个个体已经不是制造业者最关心的热点。如何优化方法和流程，提高生产力，降低成本，掌控制造的每个细节逐渐成为了能力提升的主要方向。

目前，我们与国内、外汽车设计公司在油泥模型制作水平上还存在较大差距，在制造工艺方法与流程、CAM 软件应用和质量控制上有着较大的提升空间。较高工艺水平是制作优质的物理模型的重要前提，科学合理的流程规范是掌控项目的重要依据。这些方面应该是一个物理模型技术团队要努力提高的方向。

参考文献

[1] 王宏雁.汽车模型制作.[M]机械工业出版社2008.

[2] 李卓森.现代汽车造型.[M]人民交通出版社.

[3] 江湘芸.产品模型制作[M]北京理工大学出版社.

[4] 吴国凤.C语言程序设计教程. 中国科学技术大学出版社.