汽车线束用扎带枪设计优化

陶勇 程琼 杨立峰

摘 要：汽车线束就是汽车的神经和血管，线束性能的可靠性决定着汽车行驶的可靠性。在汽车线束生产过程中需要用扎带枪将不同的线束捆绑在一起，因此对扎带枪的使用量非常大。目前生产企业大多数都采用日本生产的扎带枪而很少使用国产扎带枪。究其原因主要是因为国产扎带枪使用寿命短，剪切费力。本文主要针对目前某合作企业的扎带枪使用寿命低的问题进行优化设计，从而提高扎带枪使用寿命，达到或超过日本同类产品平均使用寿命，从而提高企业核心竞争力。

关键词：汽车线束;扎带枪

引言

在汽车生产上游行业就有专门为汽车主机厂定制生产线束的企业。近年来汽车线束的产值大概在250亿元左右。在汽车线束生产工艺中需要用扎带将不同的导线进行捆绑，因而具有自动扎紧、剪断的手持扎带枪孕育而生。目前，汽车线束用扎带枪的主要生产厂为日本企业，汽车线束生产厂也主要使用日本品牌的扎带枪，单价2000元左右，使用寿命仅仅为2到3月。相对于日本产扎带枪，国产扎带枪目前还存在使用寿命低，切断费力等问题。

1 背景

随着汽车安全化、信息化和智能化程度的不断提高，各种控制器、传感器的使用也越来越多，因此汽车线束也越来庞杂，汽车线束将各种元器件与控制器及电源有机连接。如果把一台微机、传感器与其他执行元件比作人体的各个器官，那么微机相当于人类的大脑，传感器相当于人的眼镜、耳朵等感觉器官，执行元件相当于手脚等运动器官，那么这个汽车线束就是连接大脑、心脏与各个人体器官的神经和血管[1]。

汽车线束是汽车电路不可或缺的组成部分，连接汽车各电气部件并使之发挥作用。就目前汽车发展而言市场常见的经济实用性普通轿车、高端豪华轿车和新能源汽车的线束结构形式是基本一致，大同小异，只是不同的品牌不同的车型线束的多少、长短不同而已。线束一般都是由线缆、快插件以及所缠绕的胶带或者塑料扎带组成。这些线束要保证供电、信号的传输又要保证安全可靠[2]。

随着中国汽车工业的发展，中国汽车零部件生产企业也得到快速发展。中国已然成为全球汽车线束生产基地。中国汽车保有量世界第一，虽然受到突如其来的新冠疫情影响，2020年我国汽车全年产销分别完成2522.5万辆和2531.1万辆。德尔福、传奇等全球汽车零部件供应商都在中国设立合资或者独自公司，无疑都把中国当其成全球最重要的汽车线束生产基地。目前这些外资企业主要分布在中国东部沿海地区，如长三角、珠三角地区。目前，外资企业的出口已经占到我国汽车线束出口比例的99%[3]。

根据奥尔威咨询研究完成一份研究报告显示，汽车线束产业在中国得到了蓬勃发展。2017年我国汽车线束行业的产值规模达到250亿元，出口规模约88亿元。另外我国在高端线束方面还有约20亿元的进口。

汽车线束的生产将使用大量的扎带，目前国内线束厂使用最多的扎带枪是来自日本的品牌。由于扎带使用频繁，那么对于扎带枪的性能要求就很过。以目前最先进的日本品牌来说，一般一把扎带枪售价为1600-2000元左右，使用寿命为2-3个月。国产扎带枪平均售价低于1600元，但是国产扎带枪相对于日本产扎带枪最大的缺点是使用寿命低。日本产扎带枪在完成1000次扎带剪断操作后，刀口仍然很锋利，但是过程扎带枪在完成6000-1000次扎带剪断操作后就明显出现刀锋变钝，切断费力等问题，因此如何提高国产扎带枪的使用寿命，对于国产扎带枪生产厂家来说可以提高企业产品质量，提高企业核心竞争力;对于汽车线束生产厂家來说，使用国产扎带枪将大大降低生产成本。

2 扎带枪刀片使用寿命较短的原因分析及解决

当刀片顶到枪头的上臂时将扎带剪断，实际在使用中发现刀片的寿命并不长，大概剪断5000到8000次后就会变钝，从而使得剪切费力，进而影响扎带枪的使用寿命。通过分析，刀片变钝的原因可能是刀片在切割过程中反复顶到金属枪头的缘故。由于金属枪头是45#优质钢，所以当刀片反复顶到金属枪头时加大了刀片的磨损。为了不让刀片与枪头碰触，那么必须增加刀片与金属枪头之间的距离，让刀片运动到最上端时仍然无法抵到枪头。测量10把不同扎带枪的刀片在切割时上升的最高高度，为设计提供实际数据。最后测量数据见表1，从表中可以看出不同的扎带枪随着拉紧档位的不同以及加工误差的存在尤其是刀片加工误差的存在使得刀片伸出的高度不同，范围在2.94mm至3.71mm之间。

通过数据分析及问题排查，重新设计金属枪头的结构，增加刀片到金属枪头之间的距离，从而减少刀片与金属枪头磨损，提高扎带枪使用寿命，使得刀片寿命提高到6000-10000次左右。

3 杠杆优化设计

杠杆在扎带枪中的作用就是利用杠杆原理将刀片顶起，实际使用中杠杆承受所有剪切力。最初设计的杠杆为了使线切割能够一次成型，所以在杠杆上留了一条缝，这样可以使线切割不用穿丝打孔，缩短了工时，降低了成本。但是在使用过程中出现应力集中从而杠杆沿工艺缝的对称处断裂现象，为了弥补此次设计缺陷，做了两方面优化。首先，杠杆中间不留工艺缝隙，采用钻铣加工。其次，在满足结构要求的前提下，适当加厚杠杆板材厚度。通过以上优化设计，新杠杆在实际的测试生产中再未出现断裂情况。

4 塑料壳体优化设计

扎带枪的塑料壳体是注塑成型，手柄销轴固定处因为没有加强筋，从而造成在使用过程中销轴固定柱直接断裂。为了给优化提供依据、找准方向，对优化前的扎带枪外壳和优化后的扎带枪外壳进行Ansys力学分析。优化前销轴固定柱根部在受力时存在应力集中，因此在实际使用过程中，容易在根部出现裂纹，进而发展成为断裂。为了克服断裂缺陷，在销轴固定柱根部均布若干数量的加强筋，然后再用Ansys进行受力分析。此时，销轴固定柱根部应力分散，没有出现明显应力集中现象。因此，通过Ansys力学分析，为塑料壳体优化设计提供了科学的依据，指明了修改方向，大大的提高了设计效率，减少了企业研发成本。

参考文献：

[1]叶常晖. 汽车线束产品开发管理研究[D].吉林大学，2012.

[2]陆刚.漫谈汽车的电子电路和线束[J].家电检修技术，2005（18）：49-50.

[3]苑静. 汽车电线束的设计和制造[D].河南科技大学，2017.

作者简介：

陶勇（1986-），男，硕士，单位：杭州职业技术学院，从事汽车相关教学和研究工作。

基金项目：杭州职业技术学院校级科研立项，课题编号：ky202103。

（杭州职业技术学院，浙江 杭州 310018）