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WMEM·2020年 第1期
产品与技术
图1 汽车模型开发流程图
东风汽车公司技术中心 杨 兴 陈 龙 孙红叶
随着中国汽车行业的高速发展，近两年汽车市场竞争更为激烈，顾客对于汽车品质提出更高的要求，无论从外观、内饰，智能网联化、综合能耗、声噪指标都有新的诉求。作为汽车研发部门，技术中心相关部门已初步具备仿真、彩、验证模型设计及主体模型加工能力。为继续加深模型自制业务能力，风洞油泥模型设计及制作能力成为解决综合能耗、声噪指标载体在模型中有着重要的作用。本文通过轿车风洞油泥模型X95项目设计与制作过程，对今后该类模型自制工作做了有益的探索。
一、风洞油泥模型的概念和用途
风洞油泥模型是用于汽车风洞试验的油泥模型，通过风洞试验过程中不断更改优化油泥车身表面进行风阻、声学测试，对比采集数据计算得到最佳风阻、声学系数的造型，给造型设计提供科学精准的参考依据。
二、风洞油泥模型主要的技术要求
1.模型骨架制作技术要求
（1）骨架采用圆形钢管或方形钢管制作，骨架需保持有足够的强度和刚度，需焊接厚15mm以上的基准块，焊接后采取人工去应力退火，以消除内应力，保证模型不会发生因骨架变形导致的表面翘曲、开裂等缺陷。
（2）模型骨架采用普碳钢，通常为A3钢，（考虑加工余量，厚度需大于5mm）；骨架需要建立车体坐标基准，基准块附近设置一块刻有坐标值的标牌，并指示坐标方向。
（3）骨架除定位面外，必须喷黑或黄漆以防锈；车轮连接轴在Z能正负方向移动调节，并且保证调整量＞±30mm。
（4）骨架材质要求：型材用钢，其中120*60mm方钢管要求厚度为5mm，50*50方钢管要求厚度为3mm。
（5）骨架制作完成后，涂上防锈漆，提供检测报告及实际尺寸与数据尺寸对照表，整体骨架满足配合要求。
（6）模型骨架不能外露，骨架与可加工树脂之间的固定方式采用轻钢骨架（足够细密的可拆件式方型钢和圆型。钢管）固定。模型骨架必须牢
固，确保模型在运输、存储过程中不变形、开裂，模型骨架必须设计适合运输固定、装卸（如叉车）结构，保证模型在运输和装卸过程中不损坏。骨架支撑脚杯 4个供保存时使用。
（7）骨架制作时根据设计定义的整车姿态，骨架可以调整姿态来体现设计要求。骨架要设置用于二次加工的复位基准和对刀块。
（8）要求有可拆卸的副骨架，用于支撑模型，以确保模型在长途运
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输途中安全。
（9）骨架精度要求如附表所示：
风洞油泥模型骨架精度表
图2 风洞油泥模型骨架设计图
2.风洞油泥模型制作要求
（1）油泥模型能够保证外表面在轮胎转动及高速气流吹拂下不发生变形及脱落。模型在搬运、包装、风洞试验的过程中，要保证模型内部的连接完整可靠，有足够的强度。油泥表面无开裂、杂质、翘曲；泽一致；油泥表面分块线、分界线清晰；油泥表面光洁，最底部隐约看见刀纹，手摸无凹凸感；附件安装牢固，无松动。模型内部主驾区域需要进行完全掏空处理。模型内部地板及前围钣金上铺设300 g/m2双组份棉+5 kg/m2的重涂层EVA。模型内部主驾区域增加两个麦克风固定支架。
（2）格栅保证前舱可以进气，且格栅可在风洞现场快速拆卸。根据机舱定义，制作格栅背面封板，用于现场验证不同状态的风阻。
（3）左右后视镜均可在风洞现场快速拆卸；表面油泥最薄处不得小于10mm。根据CFD流体软件计算优化结果，提前制作两套方案，用于现场验证。
（4）发动机舱保留影响背压大零件：发动机、变速箱、蓄电池、空滤、转向机(机舱内除线束和油液管路等细小的零件外的所有气流经过的零部件外形面)，保证部件外形、尺寸及位置关系，表面精度无要求。 前舱下护板、底盘护板、油箱导流板、前后轮扰流板、冷却导风板保证
边界位置正确、安装到位可拆卸。
（5）油泥模型保证风洞测试140km/h条件下无变形，多次拆装后无损坏：所有附件零件（前舱下护板、底盘护板、油箱导流板、前后轮扰流板、冷却导风板、其他附件）、进气格栅、后视镜，保证车身骨架与底板的有效密封。制动、轮毂采用真实的样件，其它骨架、发动机舱和下部需要采用仿真模型的制作。
（6）底盘按照风洞测试要求进行四点定位支撑设计，便于风洞测试时的车姿调整：四点定位就是底盘下靠近四个车轮有四个固定位置可以用于风洞台架卡钳固定的地方；整车姿态是指试验过程中会测试不同姿态下的 风阻系数，具体姿态包括整备姿态和基准重量姿态，设计方案安全可靠。
（7）车轮连接结构按照能承受1200r/min的转速进行设计，轮胎相对高度可调，车轮与轮毂总成是真车件。
制动器、轮毂、轮胎、轮毂轴承、散热器、冷凝器和风扇为真车件，按照“可拆式”方式设计。
（8）整车油泥厚度（除发动机盖外）≥30mm，发动机盖零件要求厚度：玻璃钢≥3mm，油泥≥25mm。模型整体
形状、配合公差要求≤± 1.0 mm；模型复位基准误差＜0.1mm；加工表面接刀误差要求≤0.3mm。
三、风洞油泥模型设计要点
U G （U n i g r a p h i c s N X ）是Siemens PLM Software公司出品的一个产品工程解决方案，它为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。Unigraphics NX针对用户的虚拟产品设计和工艺设计的需求，提供了经过实践验证的解决方案。这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。本次设计使用的设计和编程软件为UGNX12版本。
1．风洞油泥模型骨架设计
骨架根据分块方式和CAS数据，合理制定骨架布置方案，骨架拼焊完成后，还需经过时效处理及防锈处理，最后数控精加工后方可进行后期装配。设计中考虑开门机构和声学舱的布置，同时考虑零件B面可能出现的干涉。
前轮安装点
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图5 玻璃钢零件发动机罩设计图
图6 制作工艺流程图
图3 声学舱设计图
图4 声学舱实物图
图8 声学舱海绵粘接
2.风洞油泥模型声学舱设计
声学舱空间：驾驶舱封顶，用代
木制作，按照A面数据往里偏置油泥厚度。
密封性指标：棕为双层木板，木板之间封一层EV隔音材料，保证
空间密闭。
声学舱四周采用隔音棉的方式，门的开启采用夹紧铰链的方式，需要进入声学舱打开铰链后从侧门进入。
四、风洞油泥模型工艺制造
1.制作
流程包括以下步骤：风洞模型制作首先是骨架的设计及制作，因为部分模型涉及到声学试验，需要设计声学舱，声学舱需制作驾驶舱，保证驾驶舱空间和实车相近，声学舱內贴两
层木板，保持空间密闭。然后按常规装态贴封板，贴泡沫，然后进行泡沫过切，然后安装机罩、翼子板、前保等拆件，进行贴油泥，对油泥进行加
2.风洞油泥模型整体五轴精加工
除了单独安装的附件（后视镜，雨刮），机舱零件和底盘零件全部装配完成，声学舱部分组装到位后。精加工油泥模型。粗加工：采用层切开粗方式进行，尽量使用大直径的刀具，切深20mm，步距为使用刀具直汽车泥
径的85%精加工：采用R10非标定制的球刀，步距3,mm，工件加工余量
0.1mm（有特殊需要时步距调整为2mm）清根加工：最小圆角半径控制R3以下，采用参考刀具的方式进行加工。
3.封板、泡沫粘贴及密封方法
（1）粘贴。封板——用螺栓锁在骨架上；泡沫——用泡沫胶粘在封板上；底盘件——底盘件各分件用AB胶粘接，通过螺栓连接在骨架及相配合零件上；声学舱——声学舱各分件通过各环氧树脂粘接；机舱件——ABS件之间用过螺栓连接；PU泡沫用AB胶粘接，表面涂环氧树脂加固（发动机、变速箱），用糊状代木固定在骨架上的安装点上。
工，刮光，油泥加工完成后，沿机罩周边间隙分出前盖并拆卸；安装底板，格栅，前舱，玻璃，轮子等样件。最后进行检测，检测油泥面、底盘零件、轮胎位置、机舱内部零件及试验台固定点位置。
五、总结
经过此次风洞油泥模型项目制作，增强了技术中心制作该类模型的能力，取得了很好效果，主要体现在：提高了风洞油泥模型的设计能力，缩短数控加工制作时间，采用快换的设计工艺在风洞试验现场节约了试验换装时间，提高了试验效率，经济效益十分明显。在国
内汽车模型制造领域具有实用和推广价值，对提高技术中心自制模型核心技术能力有极大的促进作用。
与国际尖端模型企业相比，国内模型制作的能力已经接近国外先进技术，但是由于起步较晚，专业性较差，在现场调试数据的反馈、搜集、整理并重新融入设计再应用环节尚有一定的差距，各个模块数据库的建立
还处在比较初级的阶段，相信随着经验的积累，将逐步缩小与国外领先技术的差距，高端模型制造能力会不断加强。 □
图7 数控5轴加工模型
（2）密封。声学舱——糊状代木密封；地板——海绵材料进行铺覆。
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