原创周庆文线束世界

1.介绍

本指南的目的是定义单线密封塞的一些重要设计特征。

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，因为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主要限于丙烯腈-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-30°C至100°C，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主要材料。它耐高温，操作范围为-65°+250°C，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，特别是当单线密封塞暴露在碳氢化合物中时，推荐用于特殊应用。

2.2. 润滑剂材料

在自动压接过程中，材料润滑通常是必要的，以方便电线通过密封，以减少必要的插入力，并尽量减少端子插入连接器外壳损坏的风险。加油量通常在重量2%到6.5%之间。

3. 工艺技术

液体注射成型(LIM)和转移成型是弹性体最常用的工艺技术。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使用转移成型工艺。

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，其中含有硫化所需的铂。部件通过搅拌机由计量泵抽运。在静态混合器中，部件混合良好，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。当混合物达到170°C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，橡胶被强制通过小孔（“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

不宜有平直的内表面。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

这个几何允许四个主要优点：

1. 由于可能的电缆形状缺陷，多个密封接触面优于连续密封面。

2. 即使电线弯曲，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。压力下降发生从第一唇到第二唇之间。因此，流体渗透概率降低。

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

如果采用这种几何形状，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，几乎是不可压缩材料的橡胶可以膨胀和填充这些自由空间。这种压缩的主要效果是尽量减少密封塞在腔内的纵向扩张。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。需要一个正面倒角，以方便电线插入。见图9。

图9

塑料材料的完整电缆护套是连接器密封的另一个重要要求。未覆盖的电线使连接器的内部与外部环境直接接触。水可以从电缆的损坏点通过毛细管作用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

连接器型腔接触面的密封，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。由于这些原因，唇不应该有对称的半圆形轮廓。见图12。它应该是圆形的，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保证紧密程度。到达连接器型腔密封表面的流体在每个唇附近显示压力下降。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。与密封塞直接接触的所有型腔区域的粗糙度平均值(Ra)应为5μm或更小。见图15。

图15

每个型腔表面的任何缺陷都会损害密封水密性，特别是当橡胶在接近玻璃化转变温度（低温)工作时。在此温度点下，材料失去了弹性性能，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缺陷。

4.3. 端子接触密封

端子接触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

密封塞通常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，则密封完整性得到保证。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。在装配过程中，密封件在传送机中时不得相互粘着。在其中一个密封面上设计了一个称为垫片（spacer）的特征，以减少与下面密封塞的接触面积。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使用三唇配置。一个均匀的唇设计可以使用在，其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制，则可采用四唇设计，以最大限度地扩大密封接触面。

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，唇本身更容易弯曲，而不是在连接器型腔提供密封压缩。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。推荐的压缩比范围为10%至50%，最佳百分比为30。在10%以下，压盖压缩不足以密封，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直都在。当端子插入连接器外壳时，型腔壁会产生额外的压缩力。

当密封塞在高温下使用时，必须特别注意。在这种情况下，导线不能被认为是刚性元件；有时可以在其上观察到永久变形。绝缘直径的减小发生在唇接触的点上。在这种情况下，密封所需的压缩量可以大大降低。为了避免高温应用中的这一问题，产品或开发工程师必须找到电线和密封唇之间干扰的正确折中方法。

5.5. 唇轴间距

另一个重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全弯曲，而不与彼此接触。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，以提供典型汽车应用所需必要的压缩，抗撕裂和耐久性性能。

5.7. 样品计算

以下是零件编号184139-1的一些重要参数计算（图21）。

图21

A. 数据：

070型端子上使用的电线密封塞：

连接器型腔直径：4.40±0.1mm

外径： 4.80±0.1mm

内孔直径： 0.9±0.1mm

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 在计算中没有考虑由于导线插入而引起的密封的径向扩张，因此在所有三种情况下，压缩比值略低于实际值。产品或开发工程师应在发布产品前检查压缩范围。