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線束橡膠件異形件設計原則(全)

發布日期:2020-05-29 14:06瀏覽次數:

1. 概述

 

2. 術語及縮寫:

NR: 天然橡膠

CR: 氯丁橡膠

EPDM: 三元乙丙橡膠

 

3. 定義

橡膠件的主要用途是保證電器件在穿過車身等物體時,保證電器件不受損害和保持穿 過物體的密封性。

 

4. 職責:

4.1 產品工程師負責橡膠件設計工作。

4.2 CAE工程師負責動態分析。

 

5. 橡膠件作用

橡膠件的主要用途是保證電器件在穿過車身等物體時,保證電器件不受損害和保持穿 過物體的密封性。其結構和固定方式也根據固定位置的不同而不同。

 

6. 橡膠件的特點

高彈性(含雙鍵)、機械強度高、減震、較高的可撓性、耐磨性、不透水、不透氣、某些合成橡膠具有耐油、耐熱、耐寒、耐燃、耐老化、耐輻射等。

 

7. 橡膠的種類

橡膠一般分為天然橡膠(NR)、氯丁橡膠(CR)、硅橡膠(TV)、三元乙丙橡膠(EPDM)。

7.1 天然橡膠的特性:具有良好的彈性和機械強度,有優異的耐曲撓性,有較高的撕裂強度和 良好的耐寒性。缺點:耐老化性不大好,不耐油和臭氧,易燃。

 

7.2 氯丁膠的特性:耐臭氧、耐熱老化、耐油等性能較好,具有難燃性和自熄性;但耐低溫性不好。

 

7.3 硅橡膠的特性:耐熱性、耐寒性和耐侯性較好;缺點是不耐油。

 

7.4 三元乙丙的特性:耐侯性、耐臭氧、耐熱、耐腐蝕性、耐酸堿等性能都較好,而且擁有高 強度和高伸縮率;缺點:粘接性較差,且彈性沒天然橡膠好,耐油性差。

 

比較而言,三元乙丙的綜合性能較好,所以現在汽車線束用橡膠件一般選用三元乙丙材料。

 

8. 常用線束橡膠件的使用位置及作用

主要分以下類別:地板類膠套,防火墻類膠套,前后門膠套,尾門膠套。

9. 橡膠件基本結構

目前常用橡膠件的結構有兩種:有骨架和無骨架(導向結構的材料多為PA66)。固定方式分為單孔和雙孔固定兩種。

 

9.1 下圖是單孔固定無導向結構橡膠件(右前艙線束過孔橡膠件)。

9.2 下圖是雙孔固定帶導向結構橡膠件(左前門線束過孔橡膠件)。

10. 汽車過孔橡膠密封件設計標準

 

10.1 過孔密封件與車身飯金裝配標準。

10.2 過孔密封件與板金密封標準。


10.3 過孔密封件與板件密封標準。



11. 汽車波紋管橡膠件設計標準
11.1 滿足線束通過性
線束過孔最大部位以任意的方式穿孔,都與孔邊緣一般保持單邊5mm的間距,最小 間距在3mm以上。

11.2 滿足密封性和保持力
11.2.1 膠套裝配后,在飯金孔徑向方向,飯金面法向方向都需要有過盈量,一般在徑向方向上 過盈量0.5mm,飯金面法向方向過盈量在0.5-1.2mm。

11.2.2 膠套翻邊高度一般在0.8-1.5mm,翻邊高度需要根據飯金厚度確定

11.2.3 確保密封性,在飯金孔周圍一般要有單邊5-8mm的平面。
11.2.4 膠套最大外圍尺寸比飯金孔尺寸大單邊5-9mm,飯金必要安裝平面需比膠套最大外圍尺寸單邊至少大2mm。

11.2.5 飯金孔內側結構尺寸,根據飯金孔大小,拉脫力大小等信息對內部結構進行倒角、圓弧處理 以方便安裝。
11.3 滿足使用壽命
11.3.1 過孔膠套兩種失效模式(FEMA):
    11.3.1.1 膠套內的線束在膠套未破損的情況下斷裂,
    11.3.1.2 膠套內的線束完好情況下,外層膠套破損。
11.3.2 膠套的使用壽命保證兩方面的壽命:
    11.3.2.1保證膠套中線束的使用壽命,
    11.3.2.2保證膠套的使用壽命。
11.3.3 為保證護套壽命,設計要素如下:
    11.3.3.1線束占膠套內部空間以四分之三為宜。線束到膠套內壁最小間隙>3mm ,
    11.3.3.2為保證線束在膠套內的延展性,一般采用線束在膠套的一端固定,另一端不做約束的形式。

    11.3.3.3為增加膠套的延展性,膠套中部一般設計為波紋型,波峰與波谷間5mm。  膠套波紋管套的延展 性最大在1:1.3, 一般在延展1.15為最佳狀態

    11.3.3.4 因關門狀態比開門狀態所占的時間多很多,所以一般設計膠套波紋管套在關門      時處于自然狀態(無拉伸無壓縮),開門時處于變形狀態。也有岀于美觀考慮,將開門      狀態時膠套波紋管套狀態設計為自然狀態的車型。

    11.3.3.5 一般波紋管套在開關門時,變形形式有軸向彎折和軸向旋轉兩種形式。軸向旋     轉形式無論是內部線束的變形量還是外部膠套的變形量都是很小的,使用壽命相應較         長。為較優方案,應優先選用。

11.3.3.6波紋管套的厚度一般定為1mm全1.5mm

    11.3.3.7在數模設計階段需對車門的開啟關閉過程進行校對,保證膠套在此過程中不存在干涉情況,一般通過導向結構,對波紋管套在此過程中的偏向進行引導,避免岀現干涉

11.4 滿足裝配要求
11.4.1 滿足裝配時的操作空間,在裝配時能夠較舒適地裝配。

11.4.2 控制過盈量,法向過盈量一般不超過1.5mm,軸向不超過1mm,并通過翻邊結構,滿足過盈量的同時,減小裝配阻力。

11.4.3 膠套頭部設計以穿越飯金小1-2mm,并進行圓角處理,減小裝配時阻力。

12. 設計構想
橡膠件設計主要是根據車身的開孔位置、尺寸以及料厚等因素進行設計和考慮的。設 計時要兼顧成本考慮沿用性和通用性,加強前期設計的參與,盡量按照現有車型車身開孔,同時考慮整車其他產品是否需要在我們的橡膠件上做結構。同時做好運動分析和校核,確 保運動的始末以及過程中無干涉現象發生。
橡膠件典型的安裝位置
如下圖所示,為典型的橡膠件在車身上的分布位置,設計時盡量在以下位置上布置橡 膠件。

橡膠件設計應滿足以下要求:
12.1 橡膠件功能要求
橡膠件應保證產品的密封性、工藝性和耐久性,同時滿足外觀美觀。
 
12.2 顧客要求
不能因為橡膠件設計缺陷,導致漏水,干涉,提前老化等。
 
12.3 性能要求 
橡膠件的材料性能應該滿足要求。
 
13. 橡膠件的設計流程
新開發車型的橡膠件的設計流程一般可歸納為:
13.1 橡膠件的設計要在整車的設計前期及早介入。與總布置共同確認橡膠件的開孔位置,其位置的選擇要充分考慮線束的可通過性(主要考慮較大插件的尺寸)、密 封性、安裝工藝和保證產品安裝后無扭曲,運動和靜止無干涉。開孔尺寸爭取保持與 現有車型一致,盡量沿用。線束用橡膠件開口位置大致分為:前艙、四門、地板、頂篷和后背門。其中前艙開孔盡量選擇左右兩側,以保證線束走向的連貫性和避讓高溫 區。四門的開孔要確保車身側圍的開孔高度高于門飯金的開孔高度,防止水流入室內。
 
由于橡膠件無法做手工件,所以對于橡膠件的數模必須利用3D軟件(取幾處特殊 點:主要是起始點、1/4點、1/2點、3/4點)做好運動分析校核和評審,方可確認。
 
13.2 收集相關設計參數:由電器部線束組提供過孔線束線徑和最大插件尺寸、由 總布置提供運動件的開起角度、由車身部提供飯金料厚等,獲得有效的設計輸入。
 
13.3 根據設計輸入設計橡膠件工藝數模
橡膠件與飯金有過盈配合、同徑配合和橡膠件孔小于飯金孔配合三種,因此橡膠件的密封性不完全體現在過孔的配合上,而很大程度上依賴于飯金料厚與橡膠件卡槽 的過盈配合上。為了更好的達到密封效果,建議使用過孔配合、飯金料厚與橡膠件卡槽 的配合均采用過盈配合。對于飯金料厚與橡膠件卡槽的配合過盈量建議值:0.5?1mm。建議雙孔固定的可運動橡膠件壁厚1mm,單孔橡膠件壁厚2mm。
 
根據要求選用EPDM為的橡膠件材料。
 
不允許任何流體或類似的工藝材料(粘合劑、潤滑劑等)在接近端子/殼體的地方裝配 部件(如扣眼)。根據客戶所使用的工藝材料的放行必須通過最初的取樣來證明。
 
13.4 將設計好的工藝數模發給總布置,做布置可行性分析,最終出具書面的分析報告(須總布置簽字確認);布置可行性分析沒問題后,將數據發放供應商細化和做 生產工藝確認;
 
13.5 供應商細化后的數據反饋回來,工程師確認無誤后,出二維圖紙,將圖錄入 系統中審批(包含3D數模和二維圖紙),發放正式數據給供應商,供應商開模生產送 樣。制作DVP,部門簽字確認后,發放供應商和提交項目組。
 
13.6確認滿足安裝要求
通過組織現場實車評審,簽訂評審紀要確認無問題后,在系統中掛圖,打數據凍結發放申請單給采購。由采購部發放正式數據給供應商。
 
13.7對橡膠件進行材料試驗
及時要求廠家按照DVP計劃提交樣條樣塊;按計劃提交試驗計劃給部門分項目經 理和試驗員。將供應商提交的樣條樣塊按提交的計劃交給產品部進行試驗。
 
13.8 將公司試驗中心出具的試驗報告提供給線束組,與線束一起做總成OTS認可,并在系統中掛圖。
 
14.材料選擇
電器橡膠件主要采用的材料是三元乙丙橡膠,簡稱EPDM。EPDM有以下幾方面優點
14.1 耐老化性好
通用橡膠中:EPDM的耐老化性是最好的。
a耐臭氧性最好:在含臭氧濃度較高的環境中不會產生裂口
b耐候性好:能長期在陽光、潮濕、寒冷的自然環境中使用而不會發生龜裂。
c耐熱性能:可以在120°C的環境中長期使用,最高使用溫度為150°C。當溫度高于 耐熱性能:可以在120°C的環境中長期使用,最高使用溫度為150°C時乙丙橡膠開始緩 慢分解,但加入防老化劑可以改善乙丙橡膠的高溫使用性能,提高使用溫度和高溫下使用壽命。
 
14.2 電絕緣性好:其具有良好的電絕緣性,特別適于制造電器絕緣制品。
 
14.3 低密度和高填充特性
EPDM的密度是所有橡膠中最低的,即同體積的乙丙橡膠制的重量較其它橡膠重量輕。
且可以大量填充油和填充劑,降低了成本,且對物理機械性能影響不大。
 
14.4 良好的耐低溫性能和沖擊彈性
其彈性僅次于NR。低溫下可保持較好的彈性和較小的壓縮變形。根據的不同的使用環境和設計需要,可以兼顧考慮其他的材料。
14.5 實用配方
適用于線束護套的配方體系舉例(非充油型):


15 橡膠件的技術要求
15.1 橡膠件與飯金孔配合尺寸,圓孔:橡膠件直徑應大于飯金孔直徑1mm,橢圓孔:
橡膠件的外廓尺寸應大于飯金外廓尺寸1mm;
15.2 橡膠件的公差范圍按所開孔直徑(Φ)的范圍分,如下:
Φ<6其上偏差為+0.2,下偏差為-0.2;
6<Φ<30其上偏差為+0.3,下偏差為-0.3;
30<Φ<120其上偏差為+0.5,下偏差為-0.5;
120<Φ其上偏差為+0.65%Φ,下偏差為-0.65% Φ
15.3 橡膠件表面應光滑有光澤,無氣泡,無裂痕,無飛邊、毛刺等缺陷;
15.4 橡膠件應滿足-30°C—120°C溫度交變環境下,在0-50HZ頻率循環振動200個小 時,橡膠件不應出現斷裂、開裂,老化,漏水等缺
15.5 橡膠件裝上線束后,固定到相應的飯金孔處,置于水中24小時,不應泄漏。
15.6 前艙橡膠件置于150°C環境中,70小時,表面無老化現象、無裂紋,室內橡膠件 置于125°C環境中,70小時,表面無老化現象、無裂紋。
15.7 橡膠件與飯金配合寬度和飯金的厚度相同。
15.8 在橡膠件表面上易看到的位置標識">EPDM<",字體高度為3mm。
15.9 要滿足線束上所有的插件都能穿過該孔,飯金孔的半徑應大于線束中最大接插件外廓圓半徑3mm以上,如下圖


15.10 插入力&拔出力




16. 橡膠件的測試規范
橡膠件的檢測和考核指標主要包括3個方面:尺寸、材料和可靠性。因此在整車試裝 階段要嚴格控制廠家產品的尺寸和材料,要求廠家提供尺寸檢驗報告和樣條樣塊。
尺寸檢驗報告用以核對尺寸的正確性(前期做好抽樣檢查),樣條樣塊按照相應標準 中樣條,交給公司產品部進行材料試驗,確保材料符合設計要求。
橡膠材料的性能確認主要包括以下幾個方面:(當客戶有標準的時候采用客戶標準,客戶無要求的時候采用以下標準)
16.1密度
標準:GB/T533—91、DIN 53479和 ISO 2781—1988
16.2 邵氏A硬度
標準:GB/T531—92、DIN 53505和 ISO 7619-1986
16.3 熱空氣老化
標準:GB3512—83、DIN 53508和 ISO 188
16.4 壓縮永久變形
標準:GB7759—91、DIN 53517和 ISO/R815
16.5 脆性溫度
標準:GB/T1682-94
16.6 耐臭氧
標準:GB7762—87、DIN53509-1 和ISO 1431/1-1980
16.7 撕裂強度
標準:GB/T529—91、DIN 53507 和 ISO 34—1979
16.8 耐磨性
標準:GB 9867—88、DIN 53516 和 ISO 4649-1985
16.9 拉伸強度/斷伸長率
標準:GB/T528
16.10 耐液體試驗
標準:GB/T1690-92 和ISO 1817-1985
16.11 擴孔試驗
擴孔>3倍10min最大延伸率250%
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