汽车冷却系统管路连接密封性影响因素研究

摘 要：本文旨在深入研究汽车冷却系统管路连接密封性的影响因素。通过分析设计尺寸匹配、卡箍选型、产品实际状态及装配工艺等关键环节，揭示了各因素对管路连接密封性能的具体作用机制。研究结果表明，设计尺寸的精确匹配对于确保密封性至关重要，而卡箍的类型和材质选择也直接影响连接的稳固性和密封效果。此外，装配过程中的操作规范性和环境条件同样不容忽视。本文的研究不仅为汽车冷却系统管路连接的设计与生产提供了理论支撑，也为行业人员解决汽车冷却系统管路泄漏问题提供了有益参考。通过优化这些影响因素，可以有效提高管路连接的密封性能，进而增强汽车冷却系统的稳定性和耐久性。

关键词：汽车 冷却管路 密封性 卡箍

1 绪论

汽车冷却系统作为整车的重要组成部分，对于确保发动机在适宜的温度范围内运行至关重要。它不仅能够防止发动机过热，还能维持其内部各部件的正常工作，从而延长发动机的使用寿命。然而，冷却系统的管路连接部分却经常面临着密封性的挑战。这些连接点必须能够承受高温、高压以及冷却液的腐蚀，同时还要保证长时间使用下的稳定性和可靠性。一旦管路连接出现泄漏，不仅会导致冷却液的流失，还可能引发发动机过热，甚至造成严重的机械故障。因此，汽车冷却系统管路连接的密封性问题一直是汽车制造商和维修技术人员关注的焦点。提高管路连接的密封性能，对于提升汽车的整体质量和可靠性，保障行车安全，具有十分重要的现实意义。

2 汽车冷却系统管路连接密封性概述

冷却管路连接是汽车冷却系统中不可或缺的一部分，管路在整车设计中，布置优先级是最低的，一般是待其他件布置完成后，再根据整车的空间适应性地布置管路系统，在这样的前提下，管路的设计形状用奇形怪状来形容也不为过。因此管路会分成若干段，管路之间的连接以及冷却系统各部件之间的连接是必不可少的。管路连接的基本构造通常由金属或塑料接头和橡胶管道，这些管道负责将冷却液从散热器输送到发动机，以及将热冷却液从发动机带回到散热器进行冷却。管路中还包括各种接头、软管和卡箍夹子等组件，它们共同确保管路的紧密连接和冷却液的正常流动。良好的密封性是冷却系统正常工作的前提，密封性指的是管路连接处不泄漏冷却液的能力，确保系统内部的压力和冷却液量稳定。在工作过程中管路主要承受系统内由于冷却液加热而产生的温度变化和压力变化，在温度冲击和压力冲击的情况下需要保持连接处密封性良好，通常设计要求在200kpa压力下管路在进行水检时无可视气泡。如果管路连接密封不良，冷却液会泄露，导致发动机过热，车辆抛锚。

3 影响密封性的主要因素分析

3.1 管路的连接设计

在设计方面，主要的因素有尺寸匹配、公差配合、结构选型。在汽车冷却管路的设计中，常用的管路连接接头设计结构有：

紧固件接头：一种软管与接管过盈配合，并装配紧固件卡箍、卡环等的接头结构）见图1，该接头一般用于橡胶材质软管和接头的连接。

竹节接头：一种尼龙管与接管过盈配合，通过压装工艺实现连接和密封的接头结构，见图2，该接头一般用于尼龙管材质的胶管连接。

快插接头：一种通过阴接头和阳接头，实现快速连接和密封的接头结构，见图3，该结构通常是把快插接头与橡胶软管或尼龙管等连接。

不管是哪一种结构，在设计方面，影响管路连接密封性的主要因素是设计尺寸匹配和尺寸允许误差范围，从以上三种接头结构可知，均采用过盈配合设计，由此可知关键是需要设计准确的过盈量和制定合适的公差带。在软管与接头的尺寸和公差设计上，可以参考行业标准QC/T 621.3，该标准提供钢带式弹性软管卡箍的选型，并推荐软管内径和接头外径的尺寸配合和极限公差。在尺寸设计锁定以后，还需要进行样件试验验证，通常主要验证接头的拔脱力、卡箍的夹紧力、几何尺寸。拔脱力主要是验证接头承受轴向载荷的能力，夹紧力主要是验证卡箍提供长时间的密封作用能力，几何尺寸主要是验证实现安装的可靠性。

在产品设计开发阶段，设计人员应该充分考虑整车的装配工艺和装配环境，结合实际情况，选择正确接头结构，可以规避很多制造过程产生的问题。在装配作业空间狭小的情况下，应尽量选择快插接头，可以保证产品可以轻松安装到位。其他类型结构可以根据成本考虑，工艺设备能力和生产效率等方面进行最优选择。同时，管路上卡箍安装标识的设计也至关重要，原则是标识必须在管路结合直段部位，不能超出管口或凸缘，安装标识的作用主要是指导生产，把紧固件装配在正确的位置，避免紧固件装配位置错误引起的泄漏，如图4。

3.2 产品的实际状态

在产品设计状态锁定验证无问题后，对管路接头密封性造成影响的主要因素就集中在零部件的状态上，主要有以下几个方面。

3.2.1 零件实际尺寸

在汽车冷却管路系统中，管路连接处胶管内径、接头外径、接头凸缘尺寸和紧固件尺寸（卡箍、卡环）等参数都会直接影响到管路的密封性，尺寸符合设计要求是最基本的保证。胶管内径和接头外径是管路连接处最关键的尺寸，胶管内径过大会导致配合间隙大，从而影响密封性；胶管内径过小，会导致管路插接困难，插接后胶管被胀大，胶管管口壁厚减薄，影响卡箍的卡接力也会影响密封性。接头外径对密封性同样有直接影响。它需要与胶管内径匹配，如果接头外径过大，可能导致胶管开裂，破坏密封性。过小的接头外径会使胶管与接头之间存在间隙，有漏液风险。

在紧固件接头结构中，在接头端部通常设计有凸缘结构，接头凸缘尺寸对密封性也有影响，尺寸过大或过小都可能导致不良密封现象。过大的凸缘尺寸可能过度侵入胶管，产生内应力，增大胶管破裂的风险。过小的凸缘尺寸可能减小接头与胶管的接触面积，影响密封性。除了胶管和接头的尺寸外，紧固件尺寸对密封性也有影响，对于卡箍和卡环这样的紧固件，其尺寸是非常重要的。紧固件尺寸过大，可能无法将胶管及接头合适地固定在一起，造成密封不够紧密。尺寸过小的紧固件可能会导致过度挤压，对胶管造成损伤，影响密封性。在确认胶管、接头、紧固件尺寸时，特别要注意不只是测量一个方向的尺寸，应该测量多个方向的尺寸，从而判断零件的圆度是否正常，如果圆度超过设计标准，同样对密封性有影响。胶管壁厚及均匀性不良也是密封性差的贡献者，壁厚过小和周圈壁厚不均匀，都会影响胶管与接头的接合紧密性。

综上所述，在实际问题解决过程中，尺寸分析时，需要分析全，胶管内径、接头外径、接头凸缘尺寸、紧固件尺寸的合适匹配都对汽车冷却管路的密封性有极大的影响。因此，设计和安装时，必须严格遵照相应的规格和标准，确保管路连接处的良好密封性，防止漏液，确保冷却系统的正常运作。

3.2.2 胶管和接头结合面状态

在胶管与接头结合部位，属于产品的功能表面，胶管的内表面以及接头外表面，对表面粗糙度均有明确的设计要求，连接材料表面的粗糙度直接影响连接处的密封性。理想情况下，结合面应该是平滑且没有任何瑕疵。如果表面过于粗糙，可能会在密封材料和连接材料之间产生微小间隙，形成潜在的漏点。此外，表面缺陷对密封性影响最大，任何类型的表面缺陷，如划痕、裂纹、颗粒凸起、坑洼等，都可能导致密封性能下降。这些缺陷可能会在应用压力时形成微小的通道，冷却液穿过微通道渗出。结合表面的清洁度，结合面的清洁度也是一个重要因素。若有尘土、油污、异物等杂质，可能会造成密封材料与结合面接触不良，容易产生漏点。比如，油污会使得密封结合面的摩擦力减小，在工作压力极限情况下，会导致管路脱出从而泄漏。

3.3 制造装配过程

在设计和零件质量都保证的情况下，最后一个重要的环节就是装配过程，它是保证管路连接密封性的最后一道屏障，也是极其容易出问题的一个环节。特别是在装配人员更换交接的时间段，最容易发生质量问题。通常推荐工厂把冷却水管装配的岗位设置为关键岗位，需要持证上岗，并且要进行相应的技能鉴定，达到标准后才允许上岗。

在装配制造环节，影响管路连接密封性的影响因素主要有以下几个点。

首先是胶管和卡箍安装。胶管与接头的插接是否到位，通常接头会设计有限位，装配时必须插接到接头限位处，否则可能因为结合量少而影响密封性。针对快插接头结构，装配时必须遵循“一插、二响、三拔”的步骤，才能确保插接到位。在胶管插接到位后，需要安装紧固件（卡箍或卡环），紧固件的安装状态极其重要，卡箍安装后不能存在歪斜，否则会导致一侧无法压紧，卡箍必须安装在胶管上设计的“工”字形标识以内，超过标识可能会导致卡箍与接头的凸缘接触，导致密封不良，如图5。

其次是安装卡箍使用的工具是否合理，通常需要根据卡箍制造供应商的推荐，使用适应的专用安装工具，使用不当的工具会导致紧固件变形，从而影响密封性。在夹持紧固件的过程中，需要一次装夹到位，避免反复夹卡箍，会影响卡箍的夹紧力，通常推荐反复拆装不超过三次。同理，使用压环紧固结构的，也需要遵循上述要求。

最后，是容易忽略的一个因素，装配过程使用的辅料润滑剂。因为管路的连接都是使用过盈配合原理，从而装配时需要用力才能把胶管插接到位，在制造过程中，为了降低员工的劳动强度，工艺会允许使用润滑剂辅助装配，胶管内部和接头外表面涂抹润滑剂降低摩擦力，从而提升装配的便捷性。润滑剂的选择极其关键，如果润滑性太强，挥发性太差，在防冻液加注过程中加注压力最大时，以及车辆运行过程中极限工况下，管路有脱出导致防冻液泄露的风险。通常推荐使用浓度为20%—25%的肥皂凝胶剂与清水以1：3进行配比使用，或者使用车型配置的相应冷却液进行辅助装配，值得注意的是需要根据实际情况规定涂抹的量。因此需要定期确认装配现场使用的润滑液是否符合工艺要求。

4 结论与建议

以上分别从管路的连接设计，产品的实际状态，以及制造装配过程三个方面进行了详细阐述。在管路连接设计中，影响密封性的主要因素是尺寸匹配，公差配合和结构选型。在产品实际状态方面，零件的尺寸和形状是否符合设计要求，材料表面的粗糙度状态都直接影响连接处的密封性，结合面应该是平滑且没有任何瑕疵。在装配制造环节，影响管路密封性的重要因素有胶管和卡箍的安装质量以及使用的工具和辅料润滑剂。根据以上分析，在实际解决过程问题中，工程师可以从以上分析角度逐一确认，找到问题发生的根本原因，从而解决问题，

对于更深的层次，可以进一步研究如何降低装配误差，探索先进的装配工艺从而消除人为的影响，提升工具和润滑剂的选材质量，以进一步提高汽车冷却系统管路连接的密封性。同时，针对不同的接头结构设计，还需要开展进一步的实验研究，以验证现有设计的合理性并探索新的优化方案。探索智能诊断和监测技术，以便及早检测到管路连接处的泄漏问题并采取相应措施。

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