汽車冷卻系統管路連接密封性影響因素研究

摘 要：本文旨在深入研究汽車冷卻系統管路連接密封性的影響因素。通過分析設計尺寸匹配、卡箍選型、產品實際狀態及裝配工藝等關鍵環節，揭示了各因素對管路連接密封性能的具體作用機制。研究結果表明，設計尺寸的精確匹配對于確保密封性至關重要，而卡箍的類型和材質選擇也直接影響連接的穩固性和密封效果。此外，裝配過程中的操作規范性和環境條件同樣不容忽視。本文的研究不僅為汽車冷卻系統管路連接的設計與生產提供了理論支撐，也為行業人員解決汽車冷卻系統管路泄漏問題提供了有益參考。通過優化這些影響因素，可以有效提高管路連接的密封性能，進而增強汽車冷卻系統的穩定性和耐久性。

關鍵詞：汽車 冷卻管路 密封性 卡箍

1 緒論

汽車冷卻系統作為整車的重要組成部分，對于確保發動機在適宜的溫度范圍內運行至關重要。它不僅能夠防止發動機過熱，還能維持其內部各部件的正常工作，從而延長發動機的使用壽命。然而，冷卻系統的管路連接部分卻經常面臨著密封性的挑戰。這些連接點必須能夠承受高溫、高壓以及冷卻液的腐蝕，同時還要保證長時間使用下的穩定性和可靠性。一旦管路連接出現泄漏，不僅會導致冷卻液的流失，還可能引發發動機過熱，甚至造成嚴重的機械故障。因此，汽車冷卻系統管路連接的密封性問題一直是汽車制造商和維修技術人員關注的焦點。提高管路連接的密封性能，對于提升汽車的整體質量和可靠性，保障行車安全，具有十分重要的現實意義。

2 汽車冷卻系統管路連接密封性概述

冷卻管路連接是汽車冷卻系統中不可或缺的一部分，管路在整車設計中，布置優先級是最低的，一般是待其他件布置完成后，再根據整車的空間適應性地布置管路系統，在這樣的前提下，管路的設計形狀用奇形怪狀來形容也不為過。因此管路會分成若干段，管路之間的連接以及冷卻系統各部件之間的連接是必不可少的。管路連接的基本構造通常由金屬或塑料接頭和橡膠管道，這些管道負責將冷卻液從散熱器輸送到發動機，以及將熱冷卻液從發動機帶回到散熱器進行冷卻。管路中還包括各種接頭、軟管和卡箍夾子等組件，它們共同確保管路的緊密連接和冷卻液的正常流動。良好的密封性是冷卻系統正常工作的前提，密封性指的是管路連接處不泄漏冷卻液的能力，確保系統內部的壓力和冷卻液量穩定。在工作過程中管路主要承受系統內由于冷卻液加熱而產生的溫度變化和壓力變化，在溫度沖擊和壓力沖擊的情況下需要保持連接處密封性良好，通常設計要求在200kpa壓力下管路在進行水檢時無可視氣泡。如果管路連接密封不良，冷卻液會泄露，導致發動機過熱，車輛拋錨。

3 影響密封性的主要因素分析

3.1 管路的連接設計

在設計方面，主要的因素有尺寸匹配、公差配合、結構選型。在汽車冷卻管路的設計中，常用的管路連接接頭設計結構有：

緊固件接頭：一種軟管與接管過盈配合，并裝配緊固件卡箍、卡環等的接頭結構）見圖1，該接頭一般用于橡膠材質軟管和接頭的連接。

竹節接頭：一種尼龍管與接管過盈配合，通過壓裝工藝實現連接和密封的接頭結構，見圖2，該接頭一般用于尼龍管材質的膠管連接。

快插接頭：一種通過陰接頭和陽接頭，實現快速連接和密封的接頭結構，見圖3，該結構通常是把快插接頭與橡膠軟管或尼龍管等連接。

不管是哪一種結構，在設計方面，影響管路連接密封性的主要因素是設計尺寸匹配和尺寸允許誤差范圍，從以上三種接頭結構可知，均采用過盈配合設計，由此可知關鍵是需要設計準確的過盈量和制定合適的公差帶。在軟管與接頭的尺寸和公差設計上，可以參考行業標準QC/T 621.3，該標準提供鋼帶式彈性軟管卡箍的選型，并推薦軟管內徑和接頭外徑的尺寸配合和極限公差。在尺寸設計鎖定以后，還需要進行樣件試驗驗證，通常主要驗證接頭的拔脫力、卡箍的夾緊力、幾何尺寸。拔脫力主要是驗證接頭承受軸向載荷的能力，夾緊力主要是驗證卡箍提供長時間的密封作用能力，幾何尺寸主要是驗證實現安裝的可靠性。

在產品設計開發階段，設計人員應該充分考慮整車的裝配工藝和裝配環境，結合實際情況，選擇正確接頭結構，可以規避很多制造過程產生的問題。在裝配作業空間狹小的情況下，應盡量選擇快插接頭，可以保證產品可以輕松安裝到位。其他類型結構可以根據成本考慮，工藝設備能力和生產效率等方面進行最優選擇。同時，管路上卡箍安裝標識的設計也至關重要，原則是標識必須在管路結合直段部位，不能超出管口或凸緣，安裝標識的作用主要是指導生產，把緊固件裝配在正確的位置，避免緊固件裝配位置錯誤引起的泄漏，如圖4。

3.2 產品的實際狀態

在產品設計狀態鎖定驗證無問題后，對管路接頭密封性造成影響的主要因素就集中在零部件的狀態上，主要有以下幾個方面。

3.2.1 零件實際尺寸

在汽車冷卻管路系統中，管路連接處膠管內徑、接頭外徑、接頭凸緣尺寸和緊固件尺寸（卡箍、卡環）等參數都會直接影響到管路的密封性，尺寸符合設計要求是最基本的保證。膠管內徑和接頭外徑是管路連接處最關鍵的尺寸，膠管內徑過大會導致配合間隙大，從而影響密封性；膠管內徑過小，會導致管路插接困難，插接后膠管被脹大，膠管管口壁厚減薄，影響卡箍的卡接力也會影響密封性。接頭外徑對密封性同樣有直接影響。它需要與膠管內徑匹配，如果接頭外徑過大，可能導致膠管開裂，破壞密封性。過小的接頭外徑會使膠管與接頭之間存在間隙，有漏液風險。

在緊固件接頭結構中，在接頭端部通常設計有凸緣結構，接頭凸緣尺寸對密封性也有影響，尺寸過大或過小都可能導致不良密封現象。過大的凸緣尺寸可能過度侵入膠管，產生內應力，增大膠管破裂的風險。過小的凸緣尺寸可能減小接頭與膠管的接觸面積，影響密封性。除了膠管和接頭的尺寸外，緊固件尺寸對密封性也有影響，對于卡箍和卡環這樣的緊固件，其尺寸是非常重要的。緊固件尺寸過大，可能無法將膠管及接頭合適地固定在一起，造成密封不夠緊密。尺寸過小的緊固件可能會導致過度擠壓，對膠管造成損傷，影響密封性。在確認膠管、接頭、緊固件尺寸時，特別要注意不只是測量一個方向的尺寸，應該測量多個方向的尺寸，從而判斷零件的圓度是否正常，如果圓度超過設計標準，同樣對密封性有影響。膠管壁厚及均勻性不良也是密封性差的貢獻者，壁厚過小和周圈壁厚不均勻，都會影響膠管與接頭的接合緊密性。

綜上所述，在實際問題解決過程中，尺寸分析時，需要分析全，膠管內徑、接頭外徑、接頭凸緣尺寸、緊固件尺寸的合適匹配都對汽車冷卻管路的密封性有極大的影響。因此，設計和安裝時，必須嚴格遵照相應的規格和標準，確保管路連接處的良好密封性，防止漏液，確保冷卻系統的正常運作。

3.2.2 膠管和接頭結合面狀態

在膠管與接頭結合部位，屬于產品的功能表面，膠管的內表面以及接頭外表面，對表面粗糙度均有明確的設計要求，連接材料表面的粗糙度直接影響連接處的密封性。理想情況下，結合面應該是平滑且沒有任何瑕疵。如果表面過于粗糙，可能會在密封材料和連接材料之間產生微小間隙，形成潛在的漏點。此外，表面缺陷對密封性影響最大，任何類型的表面缺陷，如劃痕、裂紋、顆粒凸起、坑洼等，都可能導致密封性能下降。這些缺陷可能會在應用壓力時形成微小的通道，冷卻液穿過微通道滲出。結合表面的清潔度，結合面的清潔度也是一個重要因素。若有塵土、油污、異物等雜質，可能會造成密封材料與結合面接觸不良，容易產生漏點。比如，油污會使得密封結合面的摩擦力減小，在工作壓力極限情況下，會導致管路脫出從而泄漏。

3.3 制造裝配過程

在設計和零件質量都保證的情況下，最后一個重要的環節就是裝配過程，它是保證管路連接密封性的最后一道屏障，也是極其容易出問題的一個環節。特別是在裝配人員更換交接的時間段，最容易發生質量問題。通常推薦工廠把冷卻水管裝配的崗位設置為關鍵崗位，需要持證上崗，并且要進行相應的技能鑒定，達到標準后才允許上崗。

在裝配制造環節，影響管路連接密封性的影響因素主要有以下幾個點。

首先是膠管和卡箍安裝。膠管與接頭的插接是否到位，通常接頭會設計有限位，裝配時必須插接到接頭限位處，否則可能因為結合量少而影響密封性。針對快插接頭結構，裝配時必須遵循“一插、二響、三拔”的步驟，才能確保插接到位。在膠管插接到位后，需要安裝緊固件（卡箍或卡環），緊固件的安裝狀態極其重要，卡箍安裝后不能存在歪斜，否則會導致一側無法壓緊，卡箍必須安裝在膠管上設計的“工”字形標識以內，超過標識可能會導致卡箍與接頭的凸緣接觸，導致密封不良，如圖5。

其次是安裝卡箍使用的工具是否合理，通常需要根據卡箍制造供應商的推薦，使用適應的專用安裝工具，使用不當的工具會導致緊固件變形，從而影響密封性。在夾持緊固件的過程中，需要一次裝夾到位，避免反復夾卡箍，會影響卡箍的夾緊力，通常推薦反復拆裝不超過三次。同理，使用壓環緊固結構的，也需要遵循上述要求。

最后，是容易忽略的一個因素，裝配過程使用的輔料潤滑劑。因為管路的連接都是使用過盈配合原理，從而裝配時需要用力才能把膠管插接到位，在制造過程中，為了降低員工的勞動強度，工藝會允許使用潤滑劑輔助裝配，膠管內部和接頭外表面涂抹潤滑劑降低摩擦力，從而提升裝配的便捷性。潤滑劑的選擇極其關鍵，如果潤滑性太強，揮發性太差，在防凍液加注過程中加注壓力最大時，以及車輛運行過程中極限工況下，管路有脫出導致防凍液泄露的風險。通常推薦使用濃度為20%—25%的肥皂凝膠劑與清水以1：3進行配比使用，或者使用車型配置的相應冷卻液進行輔助裝配，值得注意的是需要根據實際情況規定涂抹的量。因此需要定期確認裝配現場使用的潤滑液是否符合工藝要求。

4 結論與建議

以上分別從管路的連接設計，產品的實際狀態，以及制造裝配過程三個方面進行了詳細闡述。在管路連接設計中，影響密封性的主要因素是尺寸匹配，公差配合和結構選型。在產品實際狀態方面，零件的尺寸和形狀是否符合設計要求，材料表面的粗糙度狀態都直接影響連接處的密封性，結合面應該是平滑且沒有任何瑕疵。在裝配制造環節，影響管路密封性的重要因素有膠管和卡箍的安裝質量以及使用的工具和輔料潤滑劑。根據以上分析，在實際解決過程問題中，工程師可以從以上分析角度逐一確認，找到問題發生的根本原因，從而解決問題，

對于更深的層次，可以進一步研究如何降低裝配誤差，探索先進的裝配工藝從而消除人為的影響，提升工具和潤滑劑的選材質量，以進一步提高汽車冷卻系統管路連接的密封性。同時，針對不同的接頭結構設計，還需要開展進一步的實驗研究，以驗證現有設計的合理性并探索新的優化方案。探索智能診斷和監測技術，以便及早檢測到管路連接處的泄漏問題并采取相應措施。

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