基于產(chǎn)品制造工藝的線束設(shè)計(jì)方法研究

茍榮非，龍昭燈，彭曉燕

（長安汽車工程研究總院電裝中心，重慶 401120）

汽車線束作為整車電器連接網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部至少有約1000個連接回路，而每個回路均需要經(jīng)過下線、壓接、插端子、包扎、附件組裝、檢測等工位完成，這些工位中60%需要靠人工手動操作完成。所以，對于汽車線束制造這類勞動密集型產(chǎn)業(yè)來說，圍繞人所開展的各種改善，比如降低人員操作的難度、提高人員操作效率等，從某種意義來說就是提升產(chǎn)品性能的改進(jìn)。

目前行業(yè)內(nèi)針對線束設(shè)計(jì)的方法多圍繞整車電氣原理、線束物料選配等整車應(yīng)用層面開展，而從線束制造角度發(fā)掘線束設(shè)計(jì)改善點(diǎn)的研究相對較少。本文將從產(chǎn)品制造工藝角度研究提升線束設(shè)計(jì)水平的方法，從根本上降低產(chǎn)品制造風(fēng)險，提高線束設(shè)計(jì)品質(zhì)。

1 制造效率提升的設(shè)計(jì)方法

在整個線束制造過程中，制造效率的提升體現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備使用效率提升和人工裝配效率提升。機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用在線束制造過程中主要為端子壓接，所以在物料選擇時，應(yīng)減少端子使用種類，這樣不但可以提高壓接模具的使用效率，減少換模、調(diào)模所帶來的時間浪費(fèi)，同時端子種類減少后，對于壓接品質(zhì)的控制范圍縮小，一定程度上也便于壓接品質(zhì)的控制。

對于人工裝配效率的提升，從線束制造角度來看，較繁瑣的工作是線束分支點(diǎn)的纏繞和線束膠帶的包扎。如果線束無分支點(diǎn)，那么整個線束的制作速度將大大提升，但實(shí)際的汽車線束因大量汽車零部件需要對接，所以分支較多，而這種現(xiàn)象隨著汽車用電功能的增加，還在加劇。所以針對線束設(shè)計(jì)中分支長度、分支點(diǎn)的位置選擇、膠帶的纏繞方式等一系列耗費(fèi)人工大量裝配時間的位置，需要在線束設(shè)計(jì)中提前進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，形成如下設(shè)計(jì)要求。

1）從主干到接插件尾部的分支長度不小于60 mm。

2）孔式接頭的分支長度不小于60 mm，同時孔式接頭安裝中心距離線束主干的距離不小于20 mm。

3）主干上各分支點(diǎn)之間距離不小于100 mm。

4）對于小于60 mm的支線，避免使用波紋管進(jìn)行包覆，其分支可采用點(diǎn)纏或不進(jìn)行包扎。如果需要保護(hù)，可采用不需要纏繞膠帶的套管進(jìn)行保護(hù)。

5）在采用波紋管進(jìn)行保護(hù)的主干，盡量避免或減少在波紋管包覆部分設(shè)置分支點(diǎn)。在分支位置限制的情況下，可采用反綁或回折工藝滿足分支位置要求。

6）接點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在線束主干上，避免在小分支上設(shè)置節(jié)點(diǎn)，簡化工裝板加工及線束組裝。

7）導(dǎo)線根數(shù)較少（一般指少于3根或線束外徑小于5 mm）的線束分支，避免采用膠帶直接花纏或滿纏，避免員工包扎時膠帶扭曲折皺。

8）并接導(dǎo)線的長度不小于150 mm，以便操作者在接點(diǎn)壓接機(jī)或超聲波焊接機(jī)上進(jìn)行操作。

2 可靠性提升的設(shè)計(jì)方法

影響線束可靠性的因素多、范圍廣，各個環(huán)節(jié)對可靠性都會產(chǎn)生影響。從線束制造角度提升線束連接可靠性的設(shè)計(jì)方法，主要體現(xiàn)在以下兩方面：避免線束自身受到損傷；避免線束在實(shí)車上受到損傷。

對于線束產(chǎn)品自身受到損傷的現(xiàn)象，在實(shí)際應(yīng)用中時常有出現(xiàn)線束內(nèi)部節(jié)點(diǎn)刺破、端子的壓接根數(shù)過多導(dǎo)致壓接不良等。這些問題的產(chǎn)生，其實(shí)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時，未考慮到加工風(fēng)險，在設(shè)計(jì)上增加了線束失效的幾率。所以在線束設(shè)計(jì)時，應(yīng)將易導(dǎo)致線束不可靠的因素予以規(guī)避，總結(jié)起來應(yīng)注意以下方面。

1）各接點(diǎn)之間應(yīng)避免相互重疊，其之間的距離不小于20 mm。

2）接點(diǎn)離分支點(diǎn)的距離不小于50 mm。

3）接點(diǎn)不能分布在線束彎折區(qū)域。

4）并接線左、右兩側(cè)導(dǎo)線數(shù)量差異不大于1，尤其針對需要防水的節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)線數(shù)量差異過大將導(dǎo)致密封困難。

5）同一并接點(diǎn)處的并接導(dǎo)線根數(shù)不超過8。

6）同一端子（包括插接件端子和孔式搭鐵端子）其壓接導(dǎo)線根數(shù)不超過2。

7）禁止將扎帶直接安裝在裸露的導(dǎo)線上。

8）插接件的選擇應(yīng)便于導(dǎo)通臺探針檢測，避免探針直接插入端子的電氣連接面。如圖1所示。

圖1 便于導(dǎo)通檢測與否的插接件示例

9）插接件應(yīng)選擇帶端子二次鎖止的產(chǎn)品。

對于線束在實(shí)車上受到損傷的問題，最常見的就是插接件尾部導(dǎo)線受力，對于有運(yùn)動余量、裝配余量要求的部位，線束的長度如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，易導(dǎo)致線束拉拽，影響接觸性能。同時對于插接件尾部導(dǎo)線出線有側(cè)偏時，插接件尾部導(dǎo)線還應(yīng)設(shè)置出線方向。

在線束長度和插接件尾部出線方向設(shè)計(jì)考慮后，在設(shè)計(jì)中還應(yīng)將插接件尾部導(dǎo)線未包扎的距離在設(shè)計(jì)中予以體現(xiàn)，避免膠帶或包覆物擠壓插接件后部導(dǎo)線。一般情況下設(shè)計(jì)要求如圖2所示。

線束在實(shí)車上受到損傷的情況，還有一類比較普遍的是，線束產(chǎn)品裝車時偏離了正常的設(shè)計(jì)，比如：設(shè)計(jì)和制作時線束卡子在某位置，但實(shí)車裝配時，線束卡子位置變化了。出現(xiàn)這樣的情況除了制造中扎帶未束緊外，還需考慮線束過細(xì)時，扎帶是否可以束緊，同時扎帶是否位于較易滑脫或位置偏差較大的區(qū)域。設(shè)計(jì)的目的就是為了降低風(fēng)險、提升品質(zhì)，這些易出現(xiàn)問題的地方就是在設(shè)計(jì)時應(yīng)該予以規(guī)避的內(nèi)容。

圖2 插接件尾部未包扎的距離

3 降低制造控制難度的設(shè)計(jì)方法

在線束產(chǎn)品開發(fā)過程中，會遇到一些問題，出現(xiàn)頻次高，已要求供應(yīng)商制造時重點(diǎn)控制，但還是無法避免。比如：分支方向的控制。在抱怨供應(yīng)商控制不力的同時，是否有考慮過設(shè)計(jì)是否合理，是否在設(shè)計(jì)上增大了線束制造上的控制難度。在實(shí)際開發(fā)中，我們有遇到某個案例，同一分支點(diǎn)出來3個分支，每個分支的長度相差只有5 mm，而每個分支的端子相同，不同分支間還有同色線，導(dǎo)致在裝配過程中，時常出現(xiàn)端子插錯的情況。這就是未基于產(chǎn)品制造工藝進(jìn)行線束設(shè)計(jì)所帶來的弊端。結(jié)合實(shí)際開發(fā)，總結(jié)出如下降低制造控制難度的設(shè)計(jì)方法。

1）在主干上，同一分支點(diǎn)處的分支數(shù)量不大于3。

2）同一分支點(diǎn)處的各分支出線方向應(yīng)保持統(tǒng)一。

3）同一分支點(diǎn)的各分支長度有差異時，其長度差異不要小于20 mm，降低工藝控制難度。

4）避免在PVC套管或波紋管等管類包覆外安裝過孔橡膠套。

5）帶節(jié)點(diǎn)回路，如果接點(diǎn)另一端具有相似的端子或長度，應(yīng)保持各導(dǎo)線規(guī)格統(tǒng)一。

6）對于導(dǎo)線過細(xì)的線束部分，直接安裝扎帶或卡扣時，會出現(xiàn)扎帶或卡扣滑動現(xiàn)象，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注對線束的處理方式，以確保扎帶或卡扣裝配牢靠。

7）從粗主干上分出的細(xì)分支（線束外徑φ值差異超過20），為確保分支不在主干上纏繞，應(yīng)增加反綁工藝，固化分支方向。

8）扎帶或卡扣的選擇時，其種類應(yīng)盡量少，避免使用外形類似的不同件號的扎帶或卡扣，如果需要使用，應(yīng)采用不同顏色予以區(qū)分。

9）同一插接件中，同樣線徑的各導(dǎo)線應(yīng)避免顏色相同和相近，避免導(dǎo)致插接錯亂現(xiàn)象。主要有以下幾種類型：主色和輔色相互顛倒的導(dǎo)線同時存在于一個插接件中；藍(lán)色和黑色，橙色和紅色易產(chǎn)生辨識錯覺，應(yīng)避免其存在于同一插接件回路中作為差異區(qū)分點(diǎn)。

4 整車性能改善的設(shè)計(jì)方法

線束產(chǎn)品在整車上的性能改善主要集中在線束異響改善和裝配性能提升。線束異響往往在車輛開發(fā)后期才會被識別，這樣會導(dǎo)致設(shè)計(jì)更改難度增大，一般易出現(xiàn)異響的區(qū)域在頂棚和車內(nèi)上，其線束設(shè)計(jì)需要有針對性的特殊處理方法。比如：在包扎固定卡子時，常規(guī)的要求是膠帶不要超出固定卡扣邊緣（圖3）。但是在車門或頂棚上有使用該卡扣，同時卡扣邊緣與鈑金直接接觸時，為避免卡扣邊緣撞擊金屬所產(chǎn)生的異響，在設(shè)計(jì)時，反而要求膠帶要包覆卡扣邊緣。

圖3 常規(guī)的卡扣包扎要求

裝配性能提升主要體現(xiàn)在線束裝車后的成型效果良好，不出現(xiàn)過度扭曲或影響其它零部件裝配的情況。比如線束在門檻上布置時，由于該處還會布置門檻護(hù)板，如果線束扭曲，不但會導(dǎo)致門檻護(hù)板裝配困難，還會導(dǎo)致線束被壓損，所以在該區(qū)域，設(shè)計(jì)時會要求線束采用波紋管或硬質(zhì)PVC片進(jìn)行保護(hù)，使線束更平直，同時也對線束進(jìn)行保護(hù)。總結(jié)起來對整車性能改善的設(shè)計(jì)方法如下。

1）四門及行李廂過孔橡膠套內(nèi)的導(dǎo)線應(yīng)松散，避免使用膠帶等其它包覆物包扎。

2）頂棚線和門線應(yīng)優(yōu)先選擇海綿或絨布進(jìn)行包扎。

3）分支點(diǎn)處的包扎柔軟后線束更易裝配。若采用波紋管保護(hù)，應(yīng)將波紋管與分支點(diǎn)的距離控制約在20 mm為宜，同時波紋管的包扎如果沒有美觀要求或在車內(nèi)不可見，可選擇采用花纏或點(diǎn)纏進(jìn)行包覆。

4）在位于車門及頂棚處對噪聲要求較高的區(qū)域，對卡扣類卡子進(jìn)行膠帶纏繞固定時，膠帶纏繞的厚度應(yīng)高于卡扣鎖止點(diǎn)高度或膠帶纏繞時覆蓋卡扣鎖止點(diǎn)。

5）在車內(nèi)門檻或A柱處線束需要卡接在內(nèi)飾安裝卡扣的位置，線束應(yīng)采購波紋管或硬質(zhì)套管保護(hù)，避免線束內(nèi)部分導(dǎo)線被卡扣壓損。

6）位于濕區(qū)的接點(diǎn)應(yīng)采用含膠熱縮管進(jìn)行密封處理。

7）橡膠件內(nèi)線束總線徑不能超過橡膠件內(nèi)徑的三分之二為宜。

8）扎帶寬度的選擇應(yīng)與所捆扎導(dǎo)線的外徑相匹配，線束外徑大于15 mm的，其固定扎帶寬度不應(yīng)小于8 mm。

5 結(jié)束語

線束設(shè)計(jì)方法的研究是一個持續(xù)優(yōu)化的過程，很多設(shè)計(jì)方法是隨著線束行業(yè)所面臨的問題而出現(xiàn)的。本文旨在通過大量失效模式和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，研究基于線束產(chǎn)品制造的設(shè)計(jì)方法，降低工藝制造難度的同時也提升了線束產(chǎn)品品質(zhì)。本文所提到的設(shè)計(jì)方法可作為線束設(shè)計(jì)從業(yè)人員的設(shè)計(jì)指南予以應(yīng)用。

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