汽車線束用扎帶槍設計優化

陶勇 程瓊 楊立峰

摘 要：汽車線束就是汽車的神經和血管，線束性能的可靠性決定著汽車行駛的可靠性。在汽車線束生產過程中需要用扎帶槍將不同的線束捆綁在一起，因此對扎帶槍的使用量非常大。目前生產企業大多數都采用日本生產的扎帶槍而很少使用國產扎帶槍。究其原因主要是因為國產扎帶槍使用壽命短，剪切費力。本文主要針對目前某合作企業的扎帶槍使用壽命低的問題進行優化設計，從而提高扎帶槍使用壽命，達到或超過日本同類產品平均使用壽命，從而提高企業核心競爭力。

關鍵詞：汽車線束;扎帶槍

引言

在汽車生產上游行業就有專門為汽車主機廠定制生產線束的企業。近年來汽車線束的產值大概在250億元左右。在汽車線束生產工藝中需要用扎帶將不同的導線進行捆綁，因而具有自動扎緊、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廠為日本企業，汽車線束生產廠也主要使用日本品牌的扎帶槍，單價2000元左右，使用壽命僅僅為2到3月。相對于日本產扎帶槍，國產扎帶槍目前還存在使用壽命低，切斷費力等問題。

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越多，因此汽車線束也越來龐雜，汽車線束將各種元器件與控制器及電源有機連接。如果把一臺微機、傳感器與其他執行元件比作人體的各個器官，那么微機相當于人類的大腦，傳感器相當于人的眼鏡、耳朵等感覺器官，執行元件相當于手腳等運動器官，那么這個汽車線束就是連接大腦、心臟與各個人體器官的神經和血管[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揮作用。就目前汽車發展而言市場常見的經濟實用性普通轎車、高端豪華轎車和新能源汽車的線束結構形式是基本一致，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、信號的傳輸又要保證安全可靠[2]。

隨著中國汽車工業的發展，中國汽車零部件生產企業也得到快速發展。中國已然成為全球汽車線束生產基地。中國汽車保有量世界第一，雖然受到突如其來的新冠疫情影響，2020年我國汽車全年產銷分別完成2522.5萬輛和2531.1萬輛。德爾福、傳奇等全球汽車零部件供應商都在中國設立合資或者獨自公司，無疑都把中國當其成全球最重要的汽車線束生產基地。目前這些外資企業主要分布在中國東部沿海地區，如長三角、珠三角地區。目前，外資企業的出口已經占到我國汽車線束出口比例的99%[3]。

根據奧爾威咨詢研究完成一份研究報告顯示，汽車線束產業在中國得到了蓬勃發展。2017年我國汽車線束行業的產值規模達到250億元，出口規模約88億元。另外我國在高端線束方面還有約20億元的進口。

汽車線束的生產將使用大量的扎帶，目前國內線束廠使用最多的扎帶槍是來自日本的品牌。由于扎帶使用頻繁，那么對于扎帶槍的性能要求就很過。以目前最先進的日本品牌來說，一般一把扎帶槍售價為1600-2000元左右，使用壽命為2-3個月。國產扎帶槍平均售價低于1600元，但是國產扎帶槍相對于日本產扎帶槍最大的缺點是使用壽命低。日本產扎帶槍在完成1000次扎帶剪斷操作后，刀口仍然很鋒利，但是過程扎帶槍在完成6000-1000次扎帶剪斷操作后就明顯出現刀鋒變鈍，切斷費力等問題，因此如何提高國產扎帶槍的使用壽命，對于國產扎帶槍生產廠家來說可以提高企業產品質量，提高企業核心競爭力;對于汽車線束生產廠家來說，使用國產扎帶槍將大大降低生產成本。

2 扎帶槍刀片使用壽命較短的原因分析及解決

當刀片頂到槍頭的上臂時將扎帶剪斷，實際在使用中發現刀片的壽命并不長，大概剪斷5000到8000次后就會變鈍，從而使得剪切費力，進而影響扎帶槍的使用壽命。通過分析，刀片變鈍的原因可能是刀片在切割過程中反復頂到金屬槍頭的緣故。由于金屬槍頭是45#優質鋼，所以當刀片反復頂到金屬槍頭時加大了刀片的磨損。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，讓刀片運動到最上端時仍然無法抵到槍頭。測量10把不同扎帶槍的刀片在切割時上升的最高高度，為設計提供實際數據。最后測量數據見表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。

通過數據分析及問題排查，重新設計金屬槍頭的結構，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 杠桿優化設計

杠桿在扎帶槍中的作用就是利用杠桿原理將刀片頂起，實際使用中杠桿承受所有剪切力。最初設計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，降低了成本。但是在使用過程中出現應力集中從而杠桿沿工藝縫的對稱處斷裂現象，為了彌補此次設計缺陷，做了兩方面優化。首先，杠桿中間不留工藝縫隙，采用鉆銑加工。其次，在滿足結構要求的前提下，適當加厚杠桿板材厚度。通過以上優化設計，新杠桿在實際的測試生產中再未出現斷裂情況。

4 塑料殼體優化設計

扎帶槍的塑料殼體是注塑成型，手柄銷軸固定處因為沒有加強筋，從而造成在使用過程中銷軸固定柱直接斷裂。為了給優化提供依據、找準方向，對優化前的扎帶槍外殼和優化后的扎帶槍外殼進行Ansys力學分析。優化前銷軸固定柱根部在受力時存在應力集中，因此在實際使用過程中，容易在根部出現裂紋，進而發展成為斷裂。為了克服斷裂缺陷，在銷軸固定柱根部均布若干數量的加強筋，然后再用Ansys進行受力分析。此時，銷軸固定柱根部應力分散，沒有出現明顯應力集中現象。因此，通過Ansys力學分析，為塑料殼體優化設計提供了科學的依據，指明了修改方向，大大的提高了設計效率，減少了企業研發成本。

參考文獻：

[1]葉常暉. 汽車線束產品開發管理研究[D].吉林大學，2012.

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

[3]苑靜. 汽車電線束的設計和制造[D].河南科技大學，2017.

作者簡介：

陶勇（1986-），男，碩士，單位：杭州職業技術學院，從事汽車相關教學和研究工作。

基金項目：杭州職業技術學院校級科研立項，課題編號：ky202103。

（杭州職業技術學院，浙江 杭州 310018）