1、2014年第 6期（总第 370期） QIYEKEJIYUFAZHAN 企业科技与发展 qiyekejiyufazhan 在 现 代 汽车造型设 计与开发过 程中， 虽然 计算机数 字化模 型 和 虚拟 现 实技术已经成熟 使用，但目 前 油泥 模 型在 真实塑 造 、 直观 展 示、 三 维 形 体 角 度 方面依然具有不可取代的作用 。 油 泥 模 型 师 在 制作过程中不仅渗透模型师对产品设计的理解 ， 而且把设计 师的设计思 想、设计创造 在 模 型 车上 完 全 体 现。 油 泥 模 型 的 设计 与制作是 汽车产品设 计中的重要 阶段 ， 也是 汽车 造型中的关键环节，它 是造型设
2、计 与工程之间 的桥梁。在 科学 技术飞速发展 的 今 天 ，油 泥 模 型 制作 技术还将 长期处于 一个不 可动摇的重 要位置。 1 油泥 模型 的历史 及特点 油 泥 模型 出 现于 20世 纪 20年 代 ，由于 它使用便捷 、性能 稳定 ， 因 而 被 广 泛 采 用 。 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 计摆脱了呆 板的石膏、 木板 的历史。而 我国是在 20世 纪 70年 代 初 开 始 应 用 这一技术 。 当 今 ，对世界 知名汽车公司 而
3、言 ，制 作油泥模型 是设计过 程中非 常重要的一 个环节。 油泥是 一种人工制 造的材料，与普通水性 黏土相比， 具 有 强度高、粘 性强的特点 。以前用于 汽车造型的 油泥主要成 分是 由滑石粉、 凡士林、石 蜡、不饱和 聚酯树脂等根据硬度要 求按 一定比例混 合而成。但 现在早已用 可塑性合成 材料取代， 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 （ 一 般 采 用 60 ） 后 ，很 容易敷 在骨 架上 ， 冷却 至 室 温 其 表 面 会 硬 化 ， 但仍可用特 制的刮刀 、铲刀 、锉刀 等工 具轻易地加 工成形，完成 后 可 以 得
4、到 十 分 光 滑的 表 面 。 油泥 之 所以会成为 汽车模型材 料的首选， 主要是因为 油泥具有软硬 可 调 、质 地细腻 均匀和不易干 裂变形的 性质， 这种材料 便于成 形 、 修 改 和 补 充 ， 因 此 尺寸比较稳定 ， 从 而 成为制作汽车 模型 的理想材料 。 2 汽车油泥 模型制作 2.1 油 泥 模 型 材 料 与 工 具 通常 情 况 下 ，制 作 油 泥模 型 主 要材 料 有油 泥 、 泡沫 、 板 材 、 胶 带 以 及 模 型 检验用锡纸膜、油 泥模型用薄 膜。主要工 具 有油 泥刮刀和刮 片等制作 工具。 2.1.1 油泥 工业油泥的 特点是性质 稳定，色 彩
5、一致，质 地细腻，受 温 度影响 变 化 小， 易刮削和填 敷，展示 效果良好。 在工作环境 温 度 恒 定在 20 25 的 情 况 下 ， 能 保持适当的硬度和稳定的形 态 。 在 常 温 下 比较 坚 固 ，所以需要在 专用的油泥 烘烤箱中进 行 加 热 后 才 能使 用 ， 当加 热 到 50 60 时， 油 泥 自身 会 变软 ， 可 以 在 制 作好 的内芯上进 行敷涂作业。 等 冷 却 后， 可 用 专 业的 油 泥工 具进 行手 动 切 削 作业。与其他 模型材料相比，油泥模 型 可进 行多次敷 涂和切削， 使造型设计 的修改变得 更为容易。 刮 削下来 的 油 泥经过回收加
6、工处理可重 复使用。工业 油 泥 常 温下 的 形 态 如 图 1所示 。 2.1.2 泡沫 高 密 度 的 硬 质 泡沫用 于制作 模型模芯 ，是做内 芯 、 骨架 的 一 种 理 想 材 料 ， 从而使 油泥的利 用既经 济又充分 。制作中 常 用 的 泡沫 有 聚氯 乙 烯泡沫 、 氨基 甲酸乙 酯泡沫和 聚苯乙烯 泡沫 等 。优 质的 泡沫 不 仅 能 很 好 地 粘 接 木 芯 和 油 泥 ， 还 可 以 有 效地替 代油泥 作为 填 充 物 ， 起 到 了节约 油泥、减 少填敷油 泥 工 作 量的 作 用， 如 果 泡沫 模 芯 制作 精 细， 还 可 以清楚地展 现 造 型 的
7、轮 廓 。 2.1.3 板 材 及 胶 带 木 材 和 铁 条 主 要 的 用 途 是制作模 型的模芯骨 架，再将泡沫 覆 盖在 其 上 ，以 承 受各种负 荷。 胶带种类 很多，常 用 的 胶 带 主 要 包 括构思图 胶带、自由 彩色胶带、和 纸 胶 带 （ 如 图 2所 示 ）。 构 思 图 胶 带 由 皱纸材料 制成黑色 、稍 有光泽， 能柔软地 跟 现 代汽车 造型领 域油泥 模 型的 应 用 郭上 清 （ 上 汽 通 用五菱汽车股份 有限公司 ，广西 柳州 545007） 【摘 要】 现 代 汽车 设计过程 中，油泥 模型 因使 用便捷 、性能 稳定、 仿真性 高被广 泛采 用，各
8、知名的大中汽车 公 司 、 汽车 设计公司等 都使 用 油泥 材料 制作 模型车 ，油泥 模 型车 的制 作环 节 是汽车 造型设计 中的重要 环节 ，也 是表 达 设计师 构思与创意 的主要 途径 。文 章结合自己 参与 造型中 心油泥 模型 区 域筹 建、 模 型加 工设 备 定制 的工 作经 验 及 使 用的体会，介绍 油泥模 型 的 发 展 历 史 及特点、汽车 比 例模 型 制作 流 程、 全 尺寸 模型 制 作、 油泥 模型制 作中 CNC设 备 的 应 用。 【关键词】 汽车造型； 油泥模型 ；逆向 扫描 【中图分类号】 TP391 【文献标识码】 A 【文章编号】 1674-0
9、688（ 2014） 06-0029-04 【作者简介】 郭上 清 （ 1987 ）， 男 ， 江 西 吉 安 人， 本 科， 上汽 通 用五菱汽车 股份 有限公 司 油泥 模型 工 程师 ，从 事汽车 模 型设计制 作。 图 1 油 泥 292014年第 6期（总第 370期） 企业科技与发展 QIYEKEJIYUFAZHAN qiyekejiyufazhan 图 2 胶带类 自由 彩色胶 带 构思图 胶带 和纸胶 带 随曲线进 行作业，用 于实物模型 或者比例模 型的制图胶 带也可 以贴在油 泥模型表面 作为切削时的 辅助线及 部件和部 件间缝隙 的装饰线 条，粘性较 强，纸质较厚，表面略
10、 显粗糙。彩 色胶带 也是由皱纸 为 材 料 制成 用 于 粘 贴曲 线 的 条 状胶 带 。 因 为 粘力比 较强，但 不伤害其外表 ，所以比较 容 易 重 贴和 修 正 ， 而且可以 弯曲，改型 的时候用 彩色胶带很 方便。和纸 胶带以和 纸为材料 制作的弱 粘性胶带 ，制 作 油 泥 模 型 时，用于 拉假设的制 图 线 和 形 状设定 、讨论使用 。 2.1.4 油泥 模 型用 薄 膜 油 泥模 型 用 薄 膜是 专 门 为 油泥 模 型 的 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 ，所以可根据 油泥模 型表 面 的曲 面变 化 而 进 行 检 查 、
11、 粘 贴 装 饰 和 表 面 光 顺 的工作。 这 种薄膜 可替代油漆 喷涂工序， 这样既避免 了油漆喷涂 工序中 对人体的 危害，又可 以使油泥能 多次重复使 用 （ 如图 3所示 ）。 2.1.5 油泥 模 型工 具 刮削 工具主要包 括刮刀、刮 片和刮锯 （ 如图 4所示 ）。 刮刀 是油泥进行 刮削加工过 程中的常用 工具，根据 尺寸刮 刀 ， 可 划分 为大、中、小型刮刀 ；根据其形状和 功能的不同， 又 可 以 划分 为 平 面 刮刀 、 弧 形 刮刀 和 三 角 刮刀 等 。 用 于 油泥 粗 刮 阶 段 的主 要 工 具 是平 面 刮刀， 它可以快速 地刮出平缓 或者带 有弧度
12、的 曲面，对于 平面刮刀难以 刮削的曲 面或对于凹 型的处 理等主要 用弧形刮刀 。而在后期 精刮阶段或 者因曲面复 杂难以 使 用 平 刮 的 地方 （ 如 连 接 窄 槽 ） 主 要使用三 角刮刀， 刮片根 据 形 状 可 分 为 矩 形 刮片和 异形刮片 。如果说 刮刀主要 用来造 型 ， 那么 刮 片主 要 用 来 光 顺 造 型 ， 其最终目 的是使造 型曲面 更 加 顺畅 。 2.2 汽车 比例 油泥模 型制作 比例模型 的制作在汽车 设 计 主 题确 定 阶 段起 至 关重要 的作 用 ，设计师们 制 定了各自 的设计方案 ，在这些 设计方案中 筛选 出 合理的方案 用 于比例模
13、 型制作。 在比例模型 制作期间， 设计 师 与模型师密 切协作，不 断地调整设 计特征和 细节，共同 把油 泥 模型展现出最 真 实 的 效果。汽车 比例油泥模 型的制作主 要包 括 以下环节： 准 备阶段 木芯骨架 制作泡沫 内芯制作敷 油 泥 粗 刮 油 泥 造 型 精刮表面处 理最终结 果。 下 面 ，以汽车外饰 1/3比 例 油 泥 模 型 为 例 ， 结 合 实 践 经 验 ， 分 析 油 泥 模 型 的 主 要 制 作 过 程 。 2.2.1 效果 图准备 汽车 油泥 模 型 的制作严格来讲需要一套制作严谨 的图样， 通常 根据效果 图绘制各 面视图，标 注好主要尺寸 ， 确 定
14、 制作 比 例，以供模型 制作与设计 过程参考 。一般打印 几个关键视 角的 三 维效果图， 这样在制作 中对比模型 与效果图 更加直观。 除此 之 外，胶带 图或者轮廓 图用于泡沫 内芯制作，比 例 模 型 结构 图 如图 5所 示 。 2.2.2 木芯骨架制 作 骨架是整 个模型的基 础，就如 人的骨骼一 样 ， 在制作 过程 中 要注意如下 问题：骨架 要有良好 的承重能力， 骨 架 要 有良好 的 稳定性，注 意后续装配 工作的空 间预留 ， 合 理占用空间 ；骨 架 的拆卸要方 便 ，可以再 次 利 用 ，这 有 利 于节 省材料 ，节约成 本， 缩 短 制 作时 间 。由于 油泥比
15、例 模型体积小、 重 量 轻 ，所以 骨 架全部用木 板 制作。 2.2.3 泡沫 内芯制 作 制作合理的模芯不仅 可以明确地 表达出油 泥模型的整 体效 果 ，还可以起 到 有效地节 省油泥的作 用 。在木制骨 架基础上制 作 泡沫内芯， 采用轮廓图 分块的方法 制作泡沫 内芯最节省 时间 （ 如图 6所示 ）。 2.2.4 油泥 造型 在初敷油 泥时，要遵 循宜薄忌 厚的原则， 上泥时用力 要均 匀 一 致，遵 循“ 平 薄 宽 长” 的 原 则，保证油 泥之间不 出现裂 图 3 薄膜类 检查 膜 装 饰膜 图 4 油泥 加工工 具 图 5 比例 模型结构 示意 图 302014年第 6期
16、（总第 370期） QIYEKEJIYUFAZHAN 企业科技与发展 qiyekejiyufazhan 图 12 骨架 结构 缝 。 填 敷 油 泥 时 先薄 敷 ，再厚 敷 。 敷好 油 泥后开始粗 刮 （ 如 果 有 类 似 车 型 数 据 ，可以采 用机床铣 出来再造 型，这 样可以 节 省 粗 刮 时 间 ）， 油 泥 粗 刮 （ 如 图 7 所 示 ）的 主 要目的是快速 造 型 ， 根据准 备好的 设 计 效果 图 ，大致 使 油泥 模 型 显露 出基 本的形 态，先确 定 轮罩 位置 （ 如 图 8所 示 ）， 确 定 轮 罩 形 状 ， 把 模 型 顶 部 和 窗 面做 好 ，
17、再 依据窗的 形状把 整个汽车 的大致 轮 廓刮 出来。 大的面基 本完成后 ，接下来完成 局 部 的 刮削 ， 这 个阶 段需 要不断的修补 ， 注 意 进行 模 型 车 和胶 带 图 的对 照。在初 步造型 结束之后， 进入到精刮 的阶段。模 型的精刮主 要目的在 于使油 泥 表 面 更 加 平 顺 和 精 致，同时 还 可 以处 理 一些 小 而 复杂 的 细 节。模 型的细 节部分 主 要 是 一 些 凹 槽 ， 如 牌 照 槽 、 侧 边 凹 槽 等 。模 型整体 再 次 确 认 无 误 ， 各 面 的 光 顺 度 都 已达到要求后 ， 开 始 表 面 装 饰 处理（ 如 图 9所
18、示 ）， 主 要 包 括 贴 膜 、 胶 带 和 其 他部件装饰 。根据需要使 用 一 些 特殊 的 胶 带 在薄 膜 上 能表 现 特 殊 的 效果， 值得注意的是，要在面 与面的接缝 处贴上胶带 ，最 后放上车轮 。比例油泥 模型车最终 效果如图 10所 示 。 2.2.5 比 例 模 型 逆 向 完成多 个比例模型 制作后，组织 相 关 人员 进行评审，对 设 计 方 案 进 行最 后 的 筛 选工 作 ， 最终 确定主题方 案用于全尺寸 模 型 的制作。 把比例模型 转换成全尺寸 模 型 需 要使 用 逆 向 扫描 设 备 ， 运用逆 向设备采 集比例 模型数据 ，通过相 关 CAD软
19、 件 ， 建 立 全 尺寸 的数字模型 ，逆向处理 后的数据将 用于后阶段 的全 尺寸 模型制作。比 例 模 型 逆向如图 11所 示 。 2.3 汽车 全 尺寸 模 型 制作 在比 例 模 型 阶 段 可 以 按照 设计 师需 要 制作 6个 、 9个 或 者 更 多模 型 ， 在这 些比例模 型中，通过 评审委员会 评审确定 1或 2个 方 案 进 行 全 尺寸 模 型 制 作 ； 比 例模 型 制 作 成本低，周 期 短 ， 可 以 快 速 、比较准确地 反映设计效果 ， 全 尺寸 的模型制 作 周期 长，却更 为真实地把 设计比例尺寸 、 设 计 特征 效果展示出 来 。汽车全尺寸 模
20、 型制作流 程如下： 骨架设计制 作泡沫内 芯 制 作 油 泥 填 敷 CNC铣床 加工 油 泥 手 工 修 改 造 型 更 改 模 型 逆 向 扫 描 CNC铣床验证 加工最终 硬 质零 件 装 饰模 型 VDR数 据 验 证 模 型 。 2.3.1 骨架设计 制 作 全 尺寸 油 泥模 型一 般 为 1 2t， 骨 架 必 须 有 足 够 的 承 载 能 力，才不容易发 生变形， 要用一定厚 度的方钢材 料制作；骨 架 设计 包含轮胎 安装机构， 安装机构要方 便 轮 胎 的前后、上下调 整 及装卸工作； 根据 平台的 定位要求 ，制作相应 的支撑定位 结 构； 模型车如需 要转移别处 评
21、审 ， 骨 架底部设计 支撑卡勾结构 要方 便转移设备 。骨架结构 如 图 12所 示 。 2.3.2 泡沫内 芯制作 油泥最终是 直接填敷到 泡沫表面 ， 因此使用 的泡沫要硬 度 高，机 械 加 工 耐久 性 好 ，以保证油泥 敷在其表面 牢固可靠； 为 了降 低整套模 型车质量， 采用的泡沫 质量越轻越 好；在泡沫 及 骨架 之间 ，制 作 木 板底座 （ 如图 13所 示 ）， 把 泡沫 内 芯 （ 如图 14所 示 ） 用 强 力 粘粘 到 木板 上 ，利 用 铣床 设 备把 大概 的模 型 形 状 加 工 出 来 ，完成泡沫内 芯骨架制作 。 2.3.3CNC加 工油泥模 型车 C
22、NC设 备 在 汽车 油泥模 型制作 领域越 来越广泛 ，基于它 成 熟 的 编 程 系 统 和 易 上 手 的 操 作步骤 ， CAM工 程师 及油泥 模 型 师 都 可 以 熟 练 操 作 设 备 。 在 各 大 主 机 厂 及设计 公司，三轴 悬 臂 式 铣床 （ 如图 15所 示 ）、 五 轴 龙 门 式 铣床 （ 如图 16所 示 ） 使 用 比较广泛，三轴 CNC设 备 加 工 场 地 空 旷 ， 便 于 加 工 反 复 图 7 模 型粗刮 图 8 轮 罩 定位 图 9 贴膜装 饰过程 图 10 比例油 泥模型 车最终 效 果 图 11 比例 模型逆向 图 6 分块 制作泡沫内芯
23、木板 312014年第 6期（总第 370期） 企业科技与发展 QIYEKEJIYUFAZHAN qiyekejiyufazhan 修 改 的模 型，加工便 利。五轴设 备主要为封闭 工 作场地 ，切削 效率及加 工质量高， 可快速完成 整个模型车 的铣削工作 ；目前 大多厂家把 三 轴 与 五轴 设 备 结 合一 起 ， 形 成效 率 高、加 工灵活 的模型加 工系统。 在准 备好的泡沫 模型车上， 进行一定量的 油 泥 填 敷， 油 泥 厚 度一般 在 3050cm 之 间 ， 把 利 用 扫 描 所 得 数 据 建 立 的 全 尺 寸 模 型 车 CAD数 据 输 入 给 CNC设 备
24、，再 电脑编 程、机 床 操作 对 敷 有 油 泥 的模型车进 行铣削工作； 在 拥 有 CNC设 备 的 辅助 下 ，模型 师拥有充足 时间，可根据 设 计 师 的设 计 想 法 对模 型 车 进 行造型 设计，同时 油泥模型的制 作 周 期大大 缩 短 。 2.3.4 手 工 更 改 造 型 油 泥 模 型 师 对 加 工 后 的 油 泥 模 型 车 进 行 处 理，去除 残留碎 泥，设计 师对模型车 造型进行评估，对 未 达到 设 计 要 求的 造 型 提 出 进一步 修 改 意 见， 将 模 型 观感 效果优化 完善，这一 过程需 要油泥模 型师与设计 师沟通协作 ，油泥模型 师采用整
25、车 模型半 侧手工方 式进行修改 （ 如图 17所 示 ） ； 为节约时间，能 快速地 看到更改 效果，经油 泥模型师和 设计师沟通 协商后，选 定修改 半个模型 车，察看前 脸与尾部的 修改 。为了体 现模型车整 体效 果，在车头 和 车 尾 中心 线 位置放 置一定高度 的镜子，完成本主 题方案优 化，在通过 评审以后， 利用逆向设 备把更改侧 的造型 进行扫描 （ 如图 18所 示 ），再将 扫描数据交 给数据师， 根据工 程要求数 据师对模型 数据进行优 化调整，并且 完成一版 初始数 据发布。 2.3.5 最终硬质 零件模 型及验证 模型 利用更 改后的数 据把整个模 型车加工出 来
26、 ， 油泥 模型师精 刮 油 泥 模 型 车 表 面 ，完成及局 部细节 处理后，对 整 车 进行 装 饰 。 装 饰 的 主 要内容 包括贴车身使 用 膜 或 者喷 涂 车 身 漆， 把 灯 具、 格 栅 、 把手 等 样 件 安装 到 相 应位置。配合设 计 师 ， 把相 关 的分 逢 线 用专 用 胶 带 体现， 让 油 泥模 型 车 更 具真 车 的 感 觉 。 评 审人员将对模 型 车 进 行最终的评审 。 在装有硬 质零件的模 型评审完成 后，数据 师基于这个 模型 数 据 进 行 进一步 优 化 ，比如各种分线细节。完成数据 评审后 ， 可 以 进 行 最终 数据发布 （ VDR
27、）工 作 ； 油 泥 模 型 师 在这个阶段 将 不再用手工更改模型特征 ， 而利用设备把 VDR数 据 加 工 油 泥 模 型 车 出 来 ， 在 模 型 车 上体现细 节 ； 产品工 程师及相关 人员 一 起 查 看 VDR数 据 模 型 车 后 ， 可 以提出小范围的调整 ； 最终 数 据 发 布 用 于 钣 金 开 模 具 ， 在 每 个 主 机 厂 ， 冲 压 模 具 是 非 常大 的成本投入，为了避免模具返修甚至报废，所以 VDR数 据 验 证 模 型 车 是 非 常 必要的。 3 油泥 模型制作 在汽车 设计 开发中的 作用 油 泥 模 型的 设 计 与制 作在汽车造 型设计中
28、起着承前启 后的 关键 性 作 用 。一 方面，它 是连接设 计与工程的 媒介 ， 即将 二维 的 平面视图、 效果 图转 化为真实的 三维实物， 能够有效弥 补平 面 表达中不能 解 决的许多 空间问题 ，使设计对象 更 直观、 更具 体 。通过对 油泥模型的刮削 修 改 ，将 设 计 师 的创 意 概 念 准确 地 表达出来，这 也是对设计 方案可行 性的论证和 优化处理。 另一 方面 ， 技术人员 将 借 助油 泥 模 型 对汽车造型的 空间尺寸数 据进 行 测量并应用 于 汽车模 具生产、 加 工。油泥模 型正是创新 思想 的 最终体现，所以这项技术 值 得 重视 及 推 广 。 在
29、国 内 、外 ， 油 泥 都是 汽车模型 制作的首 选材料 ，是工业 造 型专用的 黏 土，我们 可以从各个 不同角度去 观察、分析 、 研 究 油 泥 造 型 、 功 能 、 生 产 、 使 用 的有 关 问题 ，从而使产品造 型 、 设 计 更 加 合 理、完美 。通过对 油泥模型特点 和制作过 程的 分 析，不难 看出 油泥模 型在汽车造 型设计中的 重要作用。 参 考 文 献 1 陈 雷 汽车油泥 模 型制 作 J 装 饰 ，2001 （ 6） 2 陈 震邦 工业 产品 造型设计 M 北京 ：机械 工业出 版社 ，2004 3 周 力 辉 汽车油泥模 型设计 制 作 M 北京 ： 清 华 大学出 版社 ， 2006 责任编辑： 许桂霞 图 13 木板底座 图 14 泡沫内芯 图 15 三 轴悬臂 设备 图 16 五轴龙门设 备 图 17 手 工 更改造型 图 18 更改造型逆向扫描 32
