一种汽车主模型检具前车灯检测模块的设计与制造
日期: 2023/6/14 浏览: 3 来源: 学海网收集整理 作者: 周栋亮
（泰州技师学院 江苏泰州 225300）
摘要：汽车行业的迅速发展，对汽车加工工艺的要求逐渐提升，在保证加工质量的前提下，必须提高加工效率。主模型检具作为汽车零部件生产加工质量监督工具，能够较为全面且准确的检测出汽车零件及结构加工问题，因而成为汽车加工主要工具，其设计与制造方案对汽车行业的发展影响较大。前车灯检测模块作为各孔位置度、周边轮廓度、车灯实物面差、零件之间的光顺度与间隙、车灯效果检测工具，被设定为汽车主模型检具重要组成部分。目前，尚未形成完善的前车灯检测模块设计及制造方案，因而选择此方案作为研究内容。通过分析前车灯加工及检测模块设计难点，提出模块结构设计方案，并配备前车灯模块正面开粗加工安排、前车灯模块第二次开粗、半精加工与时效处理加工安排，给予模块制造工艺、数控加工工序设计。应用测试结果表明，本研究设计的前车灯模块的整体设计方案可靠性较高，与相邻模块连接表面不存在色差，并且匹配度较高，具有较好真实车灯与模块互换性，可以作为相似产品设计与制造参考依据。
关键词：前车灯模块；主模型检具；开粗；半精加工；精加工
近年来，我国汽车产业发展较为迅速。随着汽车加工制造企业数量的增加，加大了行业之间的竞争压力，为了尽快占领市场，开发新型汽车产品，大部分企业选择主模型检具作为汽车零部件生产加工质量监督工具[1]。运用检具检测汽车周边轮廓度、零件表面、孔洞位置、不同零件共同应用的匹配度等，虽然检具的功能较为强大，但是对应用技术水平要求较高[2]。除了考虑加工工艺以外，还需要综合分析各项因素对后期装配的影响[3]。目前，主模型检具在汽车生产制造中的应用研究尚未成熟，本文尝试从前车灯模块制造出发，探究前车灯检测模块的设计方案，并设计与之相关的制造工艺流程[4]。
一、前车灯模块结构与检测标准
前车灯模块在汽车主模型中的位置比较特殊，其所处位置不仅与翼子板相连，而且与前保险杠、机罩模块相连[5]。另外，将此模块安装在汽车主模型框架上，还可以展现车体中前大灯的状态。所以，前车灯模块在汽车主模型设计中比较重要。如果将真实车灯与接头互换，便可以检测出各孔位置度、周边轮廓度、车灯实物面差、零件之间的光顺度与间隙，观察车灯光照情况，感受整体视觉效果[6]。因此，前车灯模块结构在汽车主模型检具中被称之为前车灯检测模块。本文着重探究前车灯模块结构特点，讨论前车灯检测模块设计方法。如图1所示为前车灯模块结构。
图1前车灯模块结构
模块检测功能与客户提供的前车灯表面数据保持一致，关于模块精度检测标准设定如下：
前车灯模块表面平整光亮，与其连接模块之间的刀纹方向必须一致，连接处不存在任何色差，且未出现气孔。关于该项参数检测标准的设置：（1）模块表面粗糙度不得高于0.8 ；（2）面轮廓度偏差不得超过±0.1mm；（3）相邻模块之间的间隙差控制在±0.1mm以内；（4）线轮廓度偏差控制在±0.1mm以内；（5）定位安装孔位置度偏差控制在0.1mm以内。
二、前车灯检测模块的设计
1、前车灯加工及检测模块设计难点分析
（1）由于前车灯模块为镂空结构，刚性相对小一些，边缘厚度参数数值较小，加工过程中容易出现变形问题。因此，该模块的加工工艺需要配合参数检测，根据变形检测结果，采取相应热处理，从而达到控制模型变形的目的。
（2）考虑到前车灯模块主要采用锻铝毛坯铣削加工，需要多次调换装夹位置，完成反面与正面加工[7]。为了满足此设计要求，需要保证调换装夹位置加工工艺基准统一，根据检测结果采取精修处理。
（3）模块加工材料的弹性模量偏小，熔点低，加工期间容易产生积屑瘤，降低工件质量[8]。为了达到加工质量标准，采用控制车间温度方法，利用检测装置测量加工温度，根据监测结果调节适当调节瞬时温度，不得超过30℃，从而避免加工材料变形。
（4）模块形态不规则，多处壁厚加工标准数值偏小，增加了加工难度。加工过程中装夹容易发生变形[9]。因此，要求设计的模块必须配备多个辅助支撑，尽可能缩小加工变形量。
2、模块结构设计
前车灯模块结构中布设了2个操作手柄，为了满足整体外观工艺和手柄强度需求，本设计模型将其与本体无缝连接，打造一体化装置。因此，选取的加工工艺为装夹工艺（正面加工的同时，吊装其反面），对两个高度不同的装配面采取吊装处理，以此提高结构的刚性。另外，本结构中还添加了2个小型吊装平面，作为刚性增强辅助工具。
为了满足前车灯模块加工标准，必须对模块的加工方案进行优化设计，严格按照加工基准，合理安排加工方案[10]。本研究根据前车灯模块加工要求，对几个重要工序的加工方法展开设计，具体内容包括开粗、半精加工。
3、前车灯模块反面开粗加工安排
模块开粗作为加工的重要工序，必须严格控制模块变形问题。反面开粗是模块开粗作业的第一步，以毛坯拐角作为初始基准开粗。考虑到材料用量控制问题，反面开粗为其预留两组吊装凸台，其中一组作为斜立辅助工具，另外一组作为正立辅助工具。由于加工期间模块容易出现变形问题，所以本加工工艺方案将开粗分为两次完成。第一次开粗为反面开粗，预留余量2.5mm，第二次开粗为正面开粗，吊装使用的工具为斜立辅助吊装凸台，剩余一组吊装凸台作为正面半精加工工具，以此缩小毛坯高度尺寸。
4、前车灯模块正面开粗加工安排
完成反面开粗后，开始对模型采取正面开粗处理，其加工基准与反面开粗相同，采用的加工工具为斜立辅助凸台。考虑到后续需要施工装夹和刀完成加工操作，此处未使用正立辅助工具，而是将其预留。与此同时，根据加工需求钻好吊装孔。完成正面开粗后，同样预留余量2.5mm。后续半精加工、第二次正面开粗加工以正立方形基准凸台为准。
5、前车灯模块第二次开粗、半精加工与时效处理加工安排
（1）时效处理
模块的时效处理分为3个环节，分别为自然时效处理、人工时效处理、自然时效处理。第一次自然时效处理发生在第一次开粗结束，处理持续时间约为7天，主要起到模块中残余内应力消除作用。人工时效处理发生在第二次开粗结束后，第二次自然时效处理发生在半精加工后。
（1）第二次开粗
第一次自然时效处理结束后，开启第二次开粗加工，仍然是以反面加工为先，布设对刀基准为方形基准凸台，利用高度相同的基准凸台、正面辅助吊装凸台，铣掉位于模型反面的斜立辅助吊装凸台，开粗后预留余量1mm。接下来，对模型的正面采取二次开粗加工。对刀基准保持不变，利用高度相同的正面辅助吊装凸台作为开粗工具，铣掉位于模型正面的斜立辅助吊装凸台，开粗后预留余量1mm。
（2）半精加工
利用人工时效处理开粗模块，使其结构中残余内应力有所降低，而后开启半精加工。以反面为先，以基准凸台为加工标准，铣掉位于反面的正立吊装凸台。如图2所示为模块反面半精加工示意图。
图2 模块反面半精加工
加工过程中，以4块吊装平面作为首要处理对象，铣掉后钻吊装孔，按照理论参数标准，严格控制4块吊装平面的高度，要求保持一致。此项加工工艺实施后的余量设置为0.1mm。接下来，对模块正面采取半精加工处理，方案如图3所示。
图3 模块正面半精加工
以正面方形基准凸柱作为中心，设置原点，加工期间铣掉正面凸台。为了保证加工质量，分两次完成，第一次铣掉操作的背刀吃量0.6mm，按照此标准完成加工后，开启第二次铣掉操作，指标参数下调0.3mm，两次操作预留余量，皆为0.2mm。
三、前车灯制造工艺与数控加工
1、前车灯制造工艺流程
第一步：下料。该工序的下料规格为630mm×210mm×130mm，要求预留余量，单边余量为5mm。
第二步：一次开粗。先反面开粗后正面开粗，两面的开粗加工均预留余量，参数数值为2.5mm。
第三步：热处理。采用自然时效方法，在一次开粗操作结束后对模块加以处理。
第三步：二次开粗。先反面开粗后正面开粗，两面的开粗加工均预留余量，参数数值为1mm。
第五步：热处理。采用人工时效方法，在二次开粗操作结束后对模块加以处理。
第六步：半精铣。先反面开粗后正面半精铣，两面的半精铣加工均预留余量，参数数值为0.2mm。
第七步：热处理。采用自然时效方法，在半精铣操作结束后对模块加以处理。
第八步：测量。采用三坐标测量方法，分别对各项指标参数进行检测，并记录相关数据。
第九步：精铣。对模块的功能面采取精铣处理。
第十步：检测。再次使用三坐标测量方法，分别对各项指标参数进行检测，并记录相关数据。
2、前车灯制造数控加工工序设计
前车灯制造数控加工涉及到的主要工序、加工策略如下：
（1）选取型号为D25R1的硬质合金材料刀具作为加工工具，采用型腔铣加工工艺，在模块的反面完成第一次开粗。其中各项加工参数设定为：余量2.5mm；进给速度2000mm/min；主轴转速2500r/min。正面第一次开粗与此项工序设计方案相同。
（2）选取型号为Z5的麻花钻作为加工工具，采用钻吊装孔加工工艺，在设定位置钻吊装孔。其中各项加工参数设定为：进给速度100mm/min；主轴转速600r/min。
（3）选取型号为D10的硬质合金材料刀具作为加工工具，以整修正面为加工基准，采用平面轮廓铣工艺整修模块正面。反面整修工序方案与之相同。
（4）选取型号为D16R0.8的硬质合金材料刀具作为加工工具，采用剩余铣工艺，在模块的反面完成第二次开粗。正面第二次开粗与此项工序设计方案相同。其中各项加工参数设定为：余量1mm；进给速度1600mm/min；主轴转速3500r/min。
（5）选取型号为B12硬质合金AlTiN涂层刀具作为加工工具，采用固定轮廓铣工艺，完成反面半精加工。其中各项加工参数设定为：余量0.1mm；进给速度1300mm/min；主轴转速3000r/min。正面半精加工工艺与反面相同。
（6）选取型号为B10硬质合金AlTiN涂层刀具作为加工工具，采用固定轮廓铣工艺，完成反面精加工。其中各项加工参数设定为：余量0mm；进给速度1000mm/min；主轴转速4500r/min。正面半精加工工艺与反面相同。正面精加工工艺与反面相同。
四、应用测试分析
按照本研究设计的前车灯检测模块加工制造方案，制造车灯模块，并将其安装在模型检具中，得到的效果如图4所示。而后将真实车灯更换至车灯模块，效果如图5所示。
图4车灯模块安装模型检具效果图
图5 更换真实车灯后的效果
观察图4和图5可知，本研究设计的前车灯模块与相邻模块连接表面不存在色差，并且匹配度较高。从外形来看，客户车身与模块外形完全相符。不仅如此，真实车灯与模块之间的互换性较好，整体设计方案可靠性较高。
总结
本文围绕汽车主模型检具中前车灯检测模块的设计方案展开探究，以前车灯模块结构设计、加工作业安排、制造工艺、数控加工工序为重点内容展开介绍。根据前车灯模块制造标准，设计加工工序参数。应用测试结果显示，本研究设计的前车灯检测模块与客户车身外形完全相符，支持真实车灯与模块之间的互换。
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