汽車線束用扎帶槍設(shè)計(jì)優(yōu)化

陶勇 程瓊 楊立峰

摘 要：汽車線束就是汽車的神經(jīng)和血管，線束性能的可靠性決定著汽車行駛的可靠性。在汽車線束生產(chǎn)過(guò)程中需要用扎帶槍將不同的線束捆綁在一起，因此對(duì)扎帶槍的使用量非常大。目前生產(chǎn)企業(yè)大多數(shù)都采用日本生產(chǎn)的扎帶槍而很少使用國(guó)產(chǎn)扎帶槍。究其原因主要是因?yàn)閲?guó)產(chǎn)扎帶槍使用壽命短，剪切費(fèi)力。本文主要針對(duì)目前某合作企業(yè)的扎帶槍使用壽命低的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而提高扎帶槍使用壽命，達(dá)到或超過(guò)日本同類產(chǎn)品平均使用壽命，從而提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：汽車線束;扎帶槍

引言

在汽車生產(chǎn)上游行業(yè)就有專門為汽車主機(jī)廠定制生產(chǎn)線束的企業(yè)。近年來(lái)汽車線束的產(chǎn)值大概在250億元左右。在汽車線束生產(chǎn)工藝中需要用扎帶將不同的導(dǎo)線進(jìn)行捆綁，因而具有自動(dòng)扎緊、剪斷的手持扎帶槍孕育而生。目前，汽車線束用扎帶槍的主要生產(chǎn)廠為日本企業(yè)，汽車線束生產(chǎn)廠也主要使用日本品牌的扎帶槍，單價(jià)2000元左右，使用壽命僅僅為2到3月。相對(duì)于日本產(chǎn)扎帶槍，國(guó)產(chǎn)扎帶槍目前還存在使用壽命低，切斷費(fèi)力等問(wèn)題。

1 背景

隨著汽車安全化、信息化和智能化程度的不斷提高，各種控制器、傳感器的使用也越來(lái)越多，因此汽車線束也越來(lái)龐雜，汽車線束將各種元器件與控制器及電源有機(jī)連接。如果把一臺(tái)微機(jī)、傳感器與其他執(zhí)行元件比作人體的各個(gè)器官，那么微機(jī)相當(dāng)于人類的大腦，傳感器相當(dāng)于人的眼鏡、耳朵等感覺(jué)器官，執(zhí)行元件相當(dāng)于手腳等運(yùn)動(dòng)器官，那么這個(gè)汽車線束就是連接大腦、心臟與各個(gè)人體器官的神經(jīng)和血管[1]。

汽車線束是汽車電路不可或缺的組成部分，連接汽車各電氣部件并使之發(fā)揮作用。就目前汽車發(fā)展而言市場(chǎng)常見(jiàn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性普通轎車、高端豪華轎車和新能源汽車的線束結(jié)構(gòu)形式是基本一致，大同小異，只是不同的品牌不同的車型線束的多少、長(zhǎng)短不同而已。線束一般都是由線纜、快插件以及所纏繞的膠帶或者塑料扎帶組成。這些線束要保證供電、信號(hào)的傳輸又要保證安全可靠[2]。

隨著中國(guó)汽車工業(yè)的發(fā)展，中國(guó)汽車零部件生產(chǎn)企業(yè)也得到快速發(fā)展。中國(guó)已然成為全球汽車線束生產(chǎn)基地。中國(guó)汽車保有量世界第一，雖然受到突如其來(lái)的新冠疫情影響，2020年我國(guó)汽車全年產(chǎn)銷分別完成2522.5萬(wàn)輛和2531.1萬(wàn)輛。德?tīng)柛！髌娴热蚱嚵悴考?yīng)商都在中國(guó)設(shè)立合資或者獨(dú)自公司，無(wú)疑都把中國(guó)當(dāng)其成全球最重要的汽車線束生產(chǎn)基地。目前這些外資企業(yè)主要分布在中國(guó)東部沿海地區(qū)，如長(zhǎng)三角、珠三角地區(qū)。目前，外資企業(yè)的出口已經(jīng)占到我國(guó)汽車線束出口比例的99%[3]。

根據(jù)奧爾威咨詢研究完成一份研究報(bào)告顯示，汽車線束產(chǎn)業(yè)在中國(guó)得到了蓬勃發(fā)展。2017年我國(guó)汽車線束行業(yè)的產(chǎn)值規(guī)模達(dá)到250億元，出口規(guī)模約88億元。另外我國(guó)在高端線束方面還有約20億元的進(jìn)口。

汽車線束的生產(chǎn)將使用大量的扎帶，目前國(guó)內(nèi)線束廠使用最多的扎帶槍是來(lái)自日本的品牌。由于扎帶使用頻繁，那么對(duì)于扎帶槍的性能要求就很過(guò)。以目前最先進(jìn)的日本品牌來(lái)說(shuō)，一般一把扎帶槍售價(jià)為1600-2000元左右，使用壽命為2-3個(gè)月。國(guó)產(chǎn)扎帶槍平均售價(jià)低于1600元，但是國(guó)產(chǎn)扎帶槍相對(duì)于日本產(chǎn)扎帶槍最大的缺點(diǎn)是使用壽命低。日本產(chǎn)扎帶槍在完成1000次扎帶剪斷操作后，刀口仍然很鋒利，但是過(guò)程扎帶槍在完成6000-1000次扎帶剪斷操作后就明顯出現(xiàn)刀鋒變鈍，切斷費(fèi)力等問(wèn)題，因此如何提高國(guó)產(chǎn)扎帶槍的使用壽命，對(duì)于國(guó)產(chǎn)扎帶槍生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)可以提高企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力;對(duì)于汽車線束生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，使用國(guó)產(chǎn)扎帶槍將大大降低生產(chǎn)成本。

2 扎帶槍刀片使用壽命較短的原因分析及解決

當(dāng)?shù)镀數(shù)綐岊^的上臂時(shí)將扎帶剪斷，實(shí)際在使用中發(fā)現(xiàn)刀片的壽命并不長(zhǎng)，大概剪斷5000到8000次后就會(huì)變鈍，從而使得剪切費(fèi)力，進(jìn)而影響扎帶槍的使用壽命。通過(guò)分析，刀片變鈍的原因可能是刀片在切割過(guò)程中反復(fù)頂?shù)浇饘贅岊^的緣故。由于金屬槍頭是45#優(yōu)質(zhì)鋼，所以當(dāng)?shù)镀磸?fù)頂?shù)浇饘贅岊^時(shí)加大了刀片的磨損。為了不讓刀片與槍頭碰觸，那么必須增加刀片與金屬槍頭之間的距離，讓刀片運(yùn)動(dòng)到最上端時(shí)仍然無(wú)法抵到槍頭。測(cè)量10把不同扎帶槍的刀片在切割時(shí)上升的最高高度，為設(shè)計(jì)提供實(shí)際數(shù)據(jù)。最后測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1，從表中可以看出不同的扎帶槍隨著拉緊檔位的不同以及加工誤差的存在尤其是刀片加工誤差的存在使得刀片伸出的高度不同，范圍在2.94mm至3.71mm之間。

通過(guò)數(shù)據(jù)分析及問(wèn)題排查，重新設(shè)計(jì)金屬槍頭的結(jié)構(gòu)，增加刀片到金屬槍頭之間的距離，從而減少刀片與金屬槍頭磨損，提高扎帶槍使用壽命，使得刀片壽命提高到6000-10000次左右。

3 杠桿優(yōu)化設(shè)計(jì)

杠桿在扎帶槍中的作用就是利用杠桿原理將刀片頂起，實(shí)際使用中杠桿承受所有剪切力。最初設(shè)計(jì)的杠桿為了使線切割能夠一次成型，所以在杠桿上留了一條縫，這樣可以使線切割不用穿絲打孔，縮短了工時(shí)，降低了成本。但是在使用過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力集中從而杠桿沿工藝縫的對(duì)稱處斷裂現(xiàn)象，為了彌補(bǔ)此次設(shè)計(jì)缺陷，做了兩方面優(yōu)化。首先，杠桿中間不留工藝縫隙，采用鉆銑加工。其次，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下，適當(dāng)加厚杠桿板材厚度。通過(guò)以上優(yōu)化設(shè)計(jì)，新杠桿在實(shí)際的測(cè)試生產(chǎn)中再未出現(xiàn)斷裂情況。

4 塑料殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)

扎帶槍的塑料殼體是注塑成型，手柄銷軸固定處因?yàn)闆](méi)有加強(qiáng)筋，從而造成在使用過(guò)程中銷軸固定柱直接斷裂。為了給優(yōu)化提供依據(jù)、找準(zhǔn)方向，對(duì)優(yōu)化前的扎帶槍外殼和優(yōu)化后的扎帶槍外殼進(jìn)行Ansys力學(xué)分析。優(yōu)化前銷軸固定柱根部在受力時(shí)存在應(yīng)力集中，因此在實(shí)際使用過(guò)程中，容易在根部出現(xiàn)裂紋，進(jìn)而發(fā)展成為斷裂。為了克服斷裂缺陷，在銷軸固定柱根部均布若干數(shù)量的加強(qiáng)筋，然后再用Ansys進(jìn)行受力分析。此時(shí)，銷軸固定柱根部應(yīng)力分散，沒(méi)有出現(xiàn)明顯應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，通過(guò)Ansys力學(xué)分析，為塑料殼體優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了科學(xué)的依據(jù)，指明了修改方向，大大的提高了設(shè)計(jì)效率，減少了企業(yè)研發(fā)成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉常暉. 汽車線束產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理研究[D].吉林大學(xué)，2012.

[2]陸剛.漫談汽車的電子電路和線束[J].家電檢修技術(shù)，2005（18）：49-50.

[3]苑靜. 汽車電線束的設(shè)計(jì)和制造[D].河南科技大學(xué)，2017.

作者簡(jiǎn)介：

陶勇（1986-），男，碩士，單位：杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，從事汽車相關(guān)教學(xué)和研究工作。

基金項(xiàng)目：杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級(jí)科研立項(xiàng)，課題編號(hào)：ky202103。

（杭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）