单线密封塞设计指南

2020年12月3日产品开发评论1字数 3751阅读模式

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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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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。文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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图2文章源自线束工程师之家-https://www.suncve.com/guide-for-the-design-of-single-line-sealing-plugs/

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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。