1.介紹

本指南的目的是定義單線密封塞的一些重要設(shè)計特征。

注釋：連接器型腔堵頭的設(shè)計不是本文件的一部分。型腔堵頭是不同的，因為它們不是通過端子保持在腔中，就像電線密封塞一樣。

2. 材料選擇

2.1. 密封塞材料

電線密封塞材料的選擇主要限于丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR)、硅酮或氟硅酮。丁腈橡膠NBR的操作溫度范圍為-30°C至100°C，具有良好的耐化學(xué)性。液態(tài)供應(yīng)的硅酮是用于單絲密封塞的主要材料。它耐高溫，操作范圍為-65°+250°C，但它可以通過暴露于燃料和潤滑油來降解。氟硅酮比硅酮具有更好的流體阻力和抗拉強度，特別是當(dāng)單線密封塞暴露在碳氫化合物中時，推薦用于特殊應(yīng)用。

2.2. 潤滑劑材料

在自動壓接過程中，材料潤滑通常是必要的，以方便電線通過密封，以減少必要的插入力，并盡量減少端子插入連接器外殼損壞的風(fēng)險。加油量通常在重量2%到6.5%之間。

3. 工藝技術(shù)

液體注射成型(LIM)和模壓成型是彈性體最常用的工藝技術(shù)。液體注射成型用于制造液體硅橡膠制成的密封件。丁腈橡膠或任何其他固體橡膠的密封是使用模壓成型工藝。

3.1. 液體注射成型

液體注射成型(LIM)彈性體又稱液態(tài)硅橡膠(lsr)，屬于熱固化橡膠組。一個特點是它們在加工過程中的粘度比固體硅酮或其他彈性體低。見圖1。它們分兩部分供應(yīng)，其中含有硫化所需的鉑。部件通過攪拌機由計量泵抽運。在靜態(tài)混合器中，部件混合良好，并轉(zhuǎn)移到注塑機的冷卻計量段。從那里，化合物被推進通過冷卻澆道和流道系統(tǒng)進入一個加熱的型腔。當(dāng)混合物達到170°C以上的必要活化等級時，開始交聯(lián)或固化。這種反應(yīng)比轉(zhuǎn)移成型的固化反應(yīng)快得多。

3.2. 模壓成型

在模壓成型過程中，一塊未固化的橡膠被放置在模具的一部分，稱為“鍋?！?見圖2。模具關(guān)閉，在液壓壓力下，橡膠被強制通過小孔（“門”）進入空腔。見圖3。模具保持關(guān)閉，而橡膠熱固化。模壓成型模具可能比比用于LIM的模具更昂貴，但它們可能包含多達200個電纜密封塞型腔。

圖2

圖3

4. 電線密封塞接口

導(dǎo)線密封的特點是有三個密封接口：

A. 電線密封
B. 連接器型腔密封
C. 端子密封

見圖4

圖4

4.1.電線接口密封

不宜有平直的內(nèi)表面。密封的部分被連接器型腔壁和插入后的電線徑向壓縮，應(yīng)具有至少兩個唇的內(nèi)孔表面。見圖5。

圖5

這個幾何允許四個主要優(yōu)點：

1. 由于可能的電纜形狀缺陷，多個密封接觸面優(yōu)于連續(xù)密封面。
2. 即使電線彎曲，內(nèi)唇輪廓也能確保良好的密封。
3. 被困在第一和第二唇之間的流體比外部流體具有較低的壓力值。壓力下降發(fā)生從第一唇到第二唇之間。因此，流體滲透概率降低。
4. 外徑和內(nèi)徑達到最大值和最小值處的密封點對齊。見圖6。

圖6

如果采用這種幾何形狀，電線和密封塞之間的自由體積定位在每個外部唇下。見圖7。

圖7

當(dāng)密封塞被連接器型腔壁徑向壓縮時，幾乎是不可壓縮材料的橡膠可以膨脹和填充這些自由空間。這種壓縮的主要效果是盡量減少密封塞在腔內(nèi)的縱向擴張。然而，插入后，密封塞總是發(fā)生輕微的拉伸。因此，在設(shè)計階段必須考慮連接器型腔中有足夠的縱向空間。見圖8和圖20。

圖8

兩個相鄰的唇應(yīng)分開至少0.2mm。內(nèi)唇輪廓應(yīng)是圓形的，以方便在成型過程中的后模頂出，并避免材料撕裂。需要一個正面倒角，以方便電線插入。見圖9。

圖9

塑料材料的完整電纜護套是連接器密封的另一個重要要求。未覆蓋的電線使連接器的內(nèi)部與外部環(huán)境直接接觸。水可以從電纜的損壞點通過毛細管作用吸引到端子并進入外殼。因此，當(dāng)連接器提交水密性測試時，其電線的末端必須密封。見圖10。

圖 10

4.2. 連接器型腔密封

連接器型腔接觸面的密封，由密封塞外唇和連接器型腔壁組成。見圖11。

圖11

唇和連接器型腔直徑的差異產(chǎn)生密封壓縮。唇形必須設(shè)計成，端子插入連接器型腔的力不太高，密封所需的連接器型腔與唇之間干涉的不會導(dǎo)致任何密封表面切割。由于這些原因，唇不應(yīng)該有對稱的半圓形輪廓。見圖12。它應(yīng)該是圓形的，并具有平坦的部分，以方便端子插入。見圖13。

                圖12                                                     圖13

與內(nèi)唇一樣，外唇比外直表面更能保證緊密程度。到達連接器型腔密封表面的流體在每個唇附近顯示壓力下降。見圖14。

圖14

型腔在密封區(qū)域上不得有模具分型線，以避免端子插入外殼時產(chǎn)生任何密封撕裂。腔壁必須在端子插入的一側(cè)為圓形，以方便密封塞插入。與密封塞直接接觸的所有型腔區(qū)域的粗糙度平均值(Ra)應(yīng)為5μm或更小。見圖15。

圖15

每個型腔表面的任何缺陷都會損害密封水密性，特別是當(dāng)橡膠在接近玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（低溫)工作時。在此溫度點下，材料失去了彈性性能，行為從橡膠狀轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，密封不太能覆蓋型腔中的表面缺陷。

4.3. 端子接觸密封

端子接觸密封由密封塞的外部直面和端子絕緣套筒構(gòu)成。見圖16。

圖16

密封塞通常是為特定的電線尺寸范圍而定的，在端子被附上之前，通過自動過程放置在電線上。隨后，端子在電線和密封塞上壓接。絕緣套筒必須關(guān)閉并保持密封，而不會在表面產(chǎn)生切割。在壓接階段，如果端子絕緣套筒有一個孔，壓縮密封材料可以出來，則密封完整性得到保證。如果絕緣套筒有這個孔，可以設(shè)計一個外部頸圈（external collar），以避免在端子插入期間密封和電線之間的任何相對移動。在裝配過程中，密封件在傳送機中時不得相互粘著。在其中一個密封面上設(shè)計了一個稱為墊片（spacer）的特征，以減少與下面密封塞的接觸面積。見圖17。

圖17

5. 電線密封塞設(shè)計

5.1. 外唇數(shù)量

大多數(shù)單線密封塞設(shè)計使用三唇配置。一個均勻的唇設(shè)計可以使用在，其中每個唇被設(shè)計以創(chuàng)造三層冗余密封。如果軸向空間不受限制，則可采用四唇設(shè)計，以最大限度地擴大密封接觸面。

5.2. 外唇高度與寬度之比

唇的高度不應(yīng)超過其寬度的1.5:1比。如果高度的特點是一個較大的比率，唇本身更容易彎曲，而不是在連接器型腔提供密封壓縮。優(yōu)選的比例范圍為0.5:1~1:1。這種條件將確保一個堅固的唇，也是足夠柔韌的，以抵抗端子在插入連接器時撕裂力。見圖18。

圖18

5.3. 外唇壓縮比

唇壓縮比是指唇壓縮量與其自由狀態(tài)高度的比值。推薦的壓縮比范圍為10%至50%，最佳百分比為30。在10%以下，壓蓋壓縮不足以密封，而超過50%的壓縮會導(dǎo)致唇部的大的永久變形。見圖19。

圖19

5.4. 導(dǎo)體直徑密封范圍

內(nèi)孔徑是導(dǎo)線尺寸范圍的一個功能。單絲密封塞被設(shè)計用于安裝在外徑大于孔直徑的電線上(10%min至100%max)。在這些條件下，電線上的密封壓縮一直都在。當(dāng)端子插入連接器外殼時，型腔壁會產(chǎn)生額外的壓縮力。

當(dāng)密封塞在高溫下使用時，必須特別注意。在這種情況下，導(dǎo)線不能被認為是剛性元件；有時可以在其上觀察到永久變形。絕緣直徑的減小發(fā)生在唇接觸的點上。在這種情況下，密封所需的壓縮量可以大大降低。為了避免高溫應(yīng)用中的這一問題，產(chǎn)品或開發(fā)工程師必須找到電線和密封唇之間干擾的正確折中方法。

5.5. 唇軸間距

另一個重要的幾何參數(shù)是相鄰唇之間的間距。軸向間距應(yīng)使唇在端子插入到外殼腔時完全彎曲，而不與彼此接觸。見圖20。

圖20

5.6. 材料硬度

材料硬度應(yīng)規(guī)定為40-50邵氏硬度A。這一范圍被認為是最優(yōu)的，以提供典型汽車應(yīng)用所需必要的壓縮，抗撕裂和耐久性性能。

5.7. 樣品計算

以下是零件編號184139-1的一些重要參數(shù)計算（圖21）。

圖21

A. 數(shù)據(jù)：

? 070型端子上使用的電線密封塞：
? 連接器型腔直徑：4.40±0.1mm
? 外徑：              4.80±0.1mm
? 內(nèi)孔直徑：        0.9±0.1mm
? 導(dǎo)線尺寸范圍：  1.2-1.7mm
? 唇寬：             1.10 mm
? 唇高：              0.60 mm

B. 外唇高寬比：

? 目標(biāo)達到1.5:1
? 唇高/唇寬度=（0.60/1.1）=0.55。這個值包含在最優(yōu)比例范圍內(nèi)。

C. 外唇壓縮比：

中等案例：
? 唇壓縮=（外直徑-型腔直徑)/2=(4.8-4.4)/2=0.2mm
? 唇壓縮比=（唇壓縮/唇高度）X100
=（0.20/0.60）x100=33.3%
? 1中等唇壓縮比設(shè)計目標(biāo)：30%。本設(shè)計符合規(guī)定的目標(biāo)。

最壞案例（最小壓縮）：
? 唇壓縮=（最小外徑-最大型腔直徑）/2
=(4.7-4.5)/2=0.1 mm
?唇壓縮比=（唇壓縮/唇高度）X100
=(0.1/0.6）x100=16.6%
1最小唇壓縮比設(shè)計目標(biāo)：10%。本設(shè)計符合規(guī)定的目標(biāo)。

最佳案例（最大壓縮）：

? 唇壓縮=（最大外徑-最小型腔直徑）/2
=（4.9-4.3）/2=0.3mm
? 唇壓縮比=（唇壓縮/唇高度）X100
=（0.3/0.6）×100%=50%
? 1最大唇部壓縮比設(shè)計目標(biāo)：50%。本設(shè)計符合規(guī)定的目標(biāo)。

D. 直徑密封范圍：

? 最小電線直徑：1.2mm→內(nèi)孔徑+33.3%
? 最大電線線徑：1.7mm→內(nèi)孔徑+88.8%
線徑范圍包括在10%至100%的最佳范圍內(nèi)。

在計算中沒有考慮由于導(dǎo)線插入而引起的密封的徑向擴張，因此在所有三種情況下，壓縮比值略低于實際值。產(chǎn)品或開發(fā)工程師應(yīng)在發(fā)布產(chǎn)品前檢查壓縮范圍。

來源：線束世界 https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/