线束世界 | 若何设计单线密封塞？

1.先容

本指南的目的是定义单线密封塞的一些主要设计特色。

注释：连接器型腔堵头的设计不是本文件的一部分。
型腔堵头是不同的，由于它们不是通过端子保持在腔中，就像电线密封塞一样。

2. 材料选择

2.1. 密封塞材料

电线密封塞材料的选择紧张限于丙烯腈-丁二烯橡胶(NBR)、硅酮或氟硅酮。
丁腈橡胶NBR的操作温度范围为-30C至100C，具有良好的耐化学性。
液态供应的硅酮是用于单丝密封塞的紧张材料。
它耐高温，操作范围为-65+250C，但它可以通过暴露于燃料和润滑油来降解。
氟硅酮比硅酮具有更好的流体阻力和抗拉强度，特殊是当单线密封塞暴露在碳氢化合物中时，推举用于分外运用。

2.2. 润滑剂材料

在自动压接过程中，材料润滑常日是必要的，以方便电线通过密封，以减少必要的插入力，并只管即便减少端子插入连接器外壳破坏的风险。
加油量常日在重量2%到6.5%之间。

3. 工艺技能

液体注射成型(LIM)和转移成型是弹性体最常用的工艺技能。
液体注射成型用于制造液体硅橡胶制成的密封件。
丁腈橡胶或任何其他固体橡胶的密封是利用转移成型工艺。

3.1. 液体注射成型

液体注射成型(LIM)弹性体又称液态硅橡胶(LSR)，属于热固化橡胶组。
一个特点是它们在加工过程中的粘度比固体硅酮或其他弹性体低。
见图1。
它们分两部分供应，个中含有硫化所需的铂。
部件通过搅拌机由计量泵抽运。
在静态稠浊器中，部件稠浊良好，并转移到注塑机的冷却计量段。
从那里，化合物被推进通过冷却浇道和流道系统进入一个加热的型腔。
当稠浊物达到170C以上的必要活化等级时，开始交联或固化。
这种反应比转移成型的固化反应快得多。

3.2. 传送成型

在转移成型过程中，一块未固化的橡胶被放置在模具的一部分，称为“锅。
” 见图2。
模具关闭，在液压压力下，橡胶被逼迫通过小孔（“门”）进入空腔。
见图3。
模具保持关闭，而橡胶热固化。
转移成型模具比用于LIM的模具更昂贵，但它们可能包含多达200个电缆密封塞型腔。

图2

图3

4. 电线密封塞接口

导线密封的特点是有三个密封接口：

A. 电线密封

B. 连接器型腔密封

C. 端子密封

见图4

图4

4.1.电线接口密封

不宜有平直的表里面。
密封的部分被连接器型腔壁和插入后的电线径向压缩，应具有至少两个唇的内孔表面。
见图5。

图5

这个几何许可四个紧张优点：

1. 由于可能的电缆形状毛病，多个密封打仗面优于连续密封面。

2. 纵然电线波折，内唇轮廓也能确保良好的密封。

3. 被困在第一和第二唇之间的流体比外部流体具有较低的压力值。
压力低落发生从第一唇到第二唇之间。
因此，流体渗透概率降落。

4. 外径和内径达到最大值和最小值处的密封点对齐。
见图6。

图6

如果采取这种几何形状，电线和密封塞之间的自由体积定位在每个外部唇下。
见图7。

图7

当密封塞被连接器型腔壁径向压缩时，险些是不可压缩材料的橡胶可以膨胀和添补这些自由空间。
这种压缩的紧张效果是只管即便减少密封塞在腔内的纵向扩展。
然而，插入后，密封塞总是发生轻微的拉伸。
因此，在设计阶段必须考虑连接器型腔中有足够的纵向空间。
见图8和图20。

图8

两个相邻的唇应分开至少0.2mm。
内唇轮廓应是圆形的，以方便在成型过程中的后模顶出，并避免材料撕裂。
须要一个正面倒角，以方便电线插入。
见图9。

图9

塑料材料的完全电缆护套是连接器密封的另一个主要哀求。
未覆盖的电线使连接器的内部与外部环境直接打仗。
水可以从电缆的破坏点通过毛细管浸染吸引到端子并进入外壳。
因此，当连接器提交水密性测试时，其电线的末端必须密封。
见图10。

图 10

4.2. 连接器型腔密封

连接器型腔打仗面的密封，由密封塞外唇和连接器型腔壁组成。
见图11。

图11

唇和连接器型腔直径的差异产生密封压缩。
唇形必须设计成，端子插入连接器型腔的力不太高，密封所需的连接器型腔与唇之间干涉的不会导致任何密封表面切割。
由于这些缘故原由，唇不应该有对称的半圆形轮廓。
见图12。
它该当是圆形的，并具有平坦的部分，以方便端子插入。
见图13。

图12 图13

与内唇一样，外唇比外直表面更能担保紧密程度。
到达连接器型腔密封表面的流体在每个唇附近显示压力低落。
见图14。

图14

型腔在密封区域上不得有模具分型线，以避免端子插入外壳时产生任何密封撕裂。
腔壁必须在端子插入的一侧为圆形，以方便密封塞插入。
与密封塞直接打仗的所有型腔区域的粗糙度均匀值(Ra)应为5m或更小。
见图15。

图15

每个型腔表面的任何毛病都会危害密封水密性，特殊是当橡胶在靠近玻璃化转变温度（低温)事情时。
在此温度点下，材料失落去了弹性性能，行为从橡胶状转变为玻璃态，密封不太能覆盖型腔中的表面毛病。

4.3. 端子打仗密封

端子打仗密封由密封塞的外部直面和端子绝缘套筒构成。
见图16。

图16

密封塞常日是为特定的电线尺寸范围而定的，在端子被附上之前，通过自动过程放置在电线上。
随后，端子在电线和密封塞上压接。
绝缘套筒必须关闭并保持密封，而不会在表面产生切割。
在压接阶段，如果端子绝缘套筒有一个孔，压缩密封材料可以出来，则密封完全性得到担保。
如果绝缘套筒有这个孔，可以设计一个外部颈圈（external collar），以避免在端子插入期间密封和电线之间的任何相对移动。
在装置过程中，密封件在传送机中时不得相互粘着。
在个中一个密封面上设计了一个称为垫片（spacer）的特色，以减少与下面密封塞的打仗面积。
见图17。

图17

5. 电线密封塞设计

5.1. 外唇数量

大多数单线密封塞设计利用三唇配置。
一个均匀的唇设计可以利用在，个中每个唇被设计以创造三层冗余密封。
如果轴向空间不受限定，则可采取四唇设计，以最大限度地扩大密封打仗面。

5.2. 外唇高度与宽度之比

唇的高度不应超过其宽度的1.5:1比。
如果高度的特点是一个较大的比率，唇本身更随意马虎波折，而不是在连接器型腔供应密封压缩。
优选的比例范围为0.5:1~1:1。
这种条件将确保一个坚固的唇，也是足够柔韧的，以抵抗端子在插入连接器时撕裂力。
见图18。

图18

5.3. 外唇压缩比

唇压缩比是指唇压缩量与其自由状态高度的比值。
推举的压缩比范围为10%至50%，最佳百分比为30。
在10%以下，压盖压缩不敷以密封，而超过50%的压缩会导致唇部的大的永久变形。
见图19。

图19

5.4. 导体直径密封范围

内孔径是导线尺寸范围的一个功能。
单丝密封塞被设计用于安装在外径大于孔直径的电线上(10%min至100%max)。
在这些条件下，电线上的密封压缩一贯都在。
当端子插入连接器外壳时，型腔壁会产生额外的压缩力。

当密封塞在高温下利用时，必须特殊把稳。
在这种情形下，导线不能被认为是刚性元件；有时可以在其上不雅观察到永久变形。
绝缘直径的减小发生在唇打仗的点上。
在这种情形下，密封所需的压缩量可以大大降落。
为了避免高温运用中的这一问题，产品或开拓工程师必须找到电线和密封唇之间滋扰的精确折中方法。

5.5. 唇轴间距

另一个主要的几何参数是相邻唇之间的间距。
轴向间距应使唇在端子插入到外壳腔时完备波折，而不与彼此打仗。
见图20。

图20

5.6. 材料硬度

材料硬度应规定为40-50邵氏硬度A。
这一范围被认为是最优的，以供应范例汽车运用所需必要的压缩，抗撕裂和耐久性性能。

5.7. 样品打算

以下是零件编号184139-1的一些主要参数打算（图21）。

图21

A. 数据：

• 070型端子上利用的电线密封塞：

• 连接器型腔直径：4.400.1mm

• 外径： 4.800.1mm

• 内孔直径： 0.90.1mm

• 导线尺寸范围： 1.2-1.7mm

• 唇宽： 1.10 mm

• 唇高： 0.60 mm

B. 外唇高宽比：

• 目标达到1.5:1

• 唇高/唇宽度=（0.60/1.1）=0.55。
这个值包含在最优比例范围内。

C. 外唇压缩比：

中等案例：

• 唇压缩=（外直径-型腔直径)/2=(4.8-4.4)/2=0.2mm

• 唇压缩比=（唇压缩/唇高度）X100

=（0.20/0.60）x100=33.3%

• 1中等唇压缩比设计目标：30%。
本设计符合规定的目标。

最坏案例（最小压缩）：

• 唇压缩=（最小外径-最大型腔直径）/2

=(4.7-4.5)/2=0.1 mm

•唇压缩比=（唇压缩/唇高度）X100

=(0.1/0.6）x100=16.6%

1最小唇压缩比设计目标：10%。
本设计符合规定的目标。

最佳案例（最大压缩）：

• 唇压缩=（最大外径-最小型腔直径）/2

=（4.9-4.3）/2=0.3mm

• 唇压缩比=（唇压缩/唇高度）X100

=（0.3/0.6）100%=50%

• 1最大唇部压缩比设计目标：50%。
本设计符合规定的目标。

D. 直径密封范围：

• 最小电线直径：1.2mm→内孔径+33.3%

• 最大电线线径：1.7mm→内孔径+88.8%

线径范围包括在10%至100%的最佳范围内。

1 在打算中没有考虑由于导线插入而引起的密封的径向扩展，因此在所有三种情形下，压缩比值略低于实际值。
产品或开拓工程师应在发布产品前检讨压缩范围。