半钢子午线轮胎结构设计及成型工艺的研究

半钢子午线轮胎结构设计及成型工艺的研究

李贤良

万力轮胎股份有限公司510940

摘要：半钢子午线胎是一种新型轮胎，由于花纹特殊使用中更稳定，综合性能也优于普通的轮胎。本文主要针对半钢子午线轮胎的成型机作业中，不同的二段后压辊技术类型进行介绍，帮助明确不同成型机二段后压辊类型在技术上的区别，以及压辊中需要注意的技术要点。

关键词：半钢子午线胎；轮胎成型机；二段后压辊

随着社会的发展，人们对轮胎负荷能力的要求不断提高。对于半钢子午线轮胎，尤其是适配355.6mm（14英寸）以上轮辋的轮胎，其负荷能力和速度级别不断提高，同时客户更注重轮胎的安全性能。20世纪90年代后，我国轮胎工业的升级速度不断加快，以斜交轮胎和硫化罐硫化工艺为主的生产方式逐步被子午线轮胎和硫化机硫化工艺所取代。目前，半钢子午线轮胎系列规格更加齐全和丰富，对硫化胶囊的需求也更加旺盛，硫化胶囊替代使用频繁。本工作探讨硫化胶囊结构对其使用寿命及半钢子午线轮胎质量的影响。

1.产品发展特点

新型汽车的不断出现使汽车子午线轮胎的规格品种系列更多样化；公路等级的提高和高速公路的发展促进汽车行驶速度提高，相应对轮胎的安全性能要求也逐步提高，行驶舒适性已上升到顾客非常关注的地位；全球环保意识的增强，轮胎低噪声、低滚动阻力已被用户关注，耐磨、耐用、经济更是大众永恒的追求。当前对汽车子午线轮胎的规模投资势头不减，研发越来越受到轮胎生产企业的重视，新产品推出越来越快，趋于同质化的时间也越来越短。宽断面、大轮辋的高性能甚至超高性能轮胎新品层出不穷。以我公司产品发展来看，在近10年间，轿车子午线轮胎从轮辋名义直径为406.4mm(16英寸)的50系列发展到轮辋名义直径为660.4mm(26英寸)的25系列，并开发了多种形式运动花纹，以满足SUV轮胎的越野、运动性和超静度的要求；全天候花纹的轮胎适应不同地区和不同路面，提高了轮胎的安全性能。轻型载重子午线轮胎添加了37×12.5R16.5，285/50R20，275/70R16，265/65R17等半钢大轮辋规格轮胎和215/75R17.5，245/70R19.5，8.00R16等全钢小轮辋规格轮胎，宽基全钢载重子午线轮胎在欧洲公路运输车辆用轮胎中成为主流，使资源利用率提高。

2.制造工艺特点

当前，低断面半钢子午线轮胎（55和50系列及以下）已成为主流产品。由于轮胎扁平率的变化，硫化胶囊与轮胎内轮廓选型越来越不好匹配，原因是不同轮胎生产厂家的卡盘参数五花八门，相同硫化胶囊即使生产相同规格轮胎，很多也不能通用，导致硫化胶囊模具越来越多，对硫化胶囊生产和管理控制造成极大不便。相对于普通断面轮胎，低断面半钢子午线轮胎胎里质量缺陷问题率明显要高，一是轮胎结构（冠部宽、胎侧短）所致，二是胎坯存放时肩部变形、装模操作不易定型，三是轮胎内轮廓与硫化胶囊断面形状匹配差，四是硫化胶囊自身夹缘部位曲线过渡急，易造成使用隐患。均匀性好的半钢子午线轮胎生产工艺过程比全钢载重子午线轮胎更加严格，强调混炼胶的一致性和均匀性，胶料停放充分冷却，胶料使用次序为先进先出；半成品部件的尺寸精准、形状精确，表面具有成型要求的粘性；成型时，精确定长的半成品部件在成型机上准确自动定位进行贴合，在定型压合力作用下保证部件不滑移、不变形；硫化温度、压力和时间的稳定及装备精度也相当重要。

3.普通国产二段成型机后压辊

应用普通的国产二段成型机来制作半钢子午胎，主要是针对正面进行压辊达到成型效果，与倍耐力方法相比，并没有用涉及到侧面的压辊。该种技术应用中，制作成型效率更快，在轮胎的正面经过压辊处理后，具有极强的抗压能力，能够达到预期的使用效果。同样，使用不同型号的组合压辊来按顺序作业，达到压辊的强度需求。在作业过程中，还要考虑是否能够达到预期的成型效果。这一技术应用中，压辊之间的间隔距离是固定的，预先设计好之后在运作中不可调节，在碾压中缺乏侧面压辊，很容易导致半钢子午线轮胎的胎肩部分碾压不实问题出现。普通的国产二段成型机压辊使用中需要对设备作出调节，确保碾压能够达到预期的效果，这样确保轮胎在长期使用中才不会受到影响。

4.精元二段成型机后压辊

该种成型机后压辊在运行中有严格的运行轨迹标准，将压辊作业的运动轨迹设置为x、y、z三个不同的坐标轴，其中x与y坐标轴分别面对横向与纵向，在z坐标轴上则表示处于旋转阶段。根据不摘要：半钢子午线胎是一种新型轮胎，由于花纹特殊使用中更稳定，综合性能也优于普通的轮胎。本文主要针对半钢子午线轮胎的成型机作业中，不同的二段后压辊技术类型进行介绍，帮助明确不同成型机二段后压辊类型在技术上的区别，以及压辊中需要注意的技术要点。

同坐标轴方向所代表的运动轨迹，进行现场坐标轴的控制，达到精准二段成型机后压辊作业标准。

后压辊在作业中，是通过气缸之间的导通与切断来实现精准控制的。技术方法应用中，要保持导通与切断时间上的一致，这样才能避免未来持续应用中受到影响。轮胎碾压成型进入到最后的阶段，很容易出现成型效果不理想的现象，原因在于最终的高压气缸控制在最终阶段容易产生不足，造成影响压辊成型的问题。精元二段成型机在运行使用中，会在作业前对设备的气缸状态作出检测，根据所得结果判断是否存在需要调整，为最终的成型阶段创造适合的环境。

在压辊成型中，采用PLC自动化技术来进行控制，将不同碾压作业需要的参数输入到控制系统中，便形成了完善的控制体系，从而实现通过碾压技术来完成现场控制的作业标准。PLC技术应用在二段后压辊成型中，可以提升整体形成作业的连贯性，避免由于作业停滞而导致碾压成型与实际情况之间存在差异性。压辊成型中采用旋转作业方法保障了整体的作业面宽度，可以避免在运转中产生与轮胎面宽度不一致的情况，在作业面宽度与压辊强度达到设计标准的前提下，半钢子午线轮胎成型制作才能够快速开展。

5.硫化工艺对轮胎质量和硫化胶囊使用寿命的影响

硫化胶囊本身质量好（导热性好、伸长率大、硬度适当、耐高温老化、永久变形小等）是提高轮胎内外在质量及硫化胶囊使用次数的基础，但在保护性的条件下使用，更能体现硫化胶囊的使用价值和寿命。

5.1新装硫化胶囊的使用

新安装硫化胶囊的夹缘尺寸与卡盘尺寸应合理匹配，保证硫化胶囊密封完好、充气验证硫化胶囊质量符合工艺技术要求。不得过度充压，一般充至硫化胶囊直径到模具直径1.25～1.4倍时，硫化胶囊的大部分缺陷（偏心、表面异物、气泡、砂眼等）均可发现，能够验证硫化胶囊均匀性和外观质量；活动上卡盘，以验证夹缘是否压紧、压正和密封完好。有条件的可提前在待用硫化胶囊表面均匀涂刷保护剂，无条件的则在硫化胶囊安装后先均匀涂刷隔离剂，特别是与轮胎趾口接触的区域更要涂刷均匀、厚实，然后合模均匀预热硫化胶囊待用。

5.2正常在用硫化胶囊的控制

（1）胎坯装模定型操作时，对硫化胶囊必须有效均匀涂刷隔离剂。特别是对于低扁平率轮胎，一次定型压力不宜太低，以减少胎里窝存气体总量，二次定型高度不宜过高，以便于排除肩部窝藏气体和胎趾圆角，各轮胎公司应根据各自的设备状况、员工的实际操作水平，切实、合理地制定自动硫化程序或手动定型细节，既能保证轮胎质量，又可改善硫化胶囊的早期损坏，增加硫化胶囊的使用次数。（2）轮胎硫化结束后合理设定排压、抽真空时间和抽真空拉伸（上卡盘）高度。先进的液压硫化机设备已具备自动控制调整拉伸高度的能力，设定硫化胶囊使用一定的次数后，拉伸高度可逐步增大，从而抵消了硫化胶囊热老化、疲劳变形等影响，可以明显缓解硫化胶囊夹缘的周向裂口、筋线沟的纵向裂口等。同时，如果硫化机控制管路上排压阀、真空阀、调压阀不严密以及过度抽真空等，会导致硫化胶囊出现一些意外损伤（挤伤、撕裂）而报废。不良的操作习惯（涂刷隔离剂不匀匀、不及时）以及隔离剂效果差等均会影响硫化胶囊的使用次数。

5.3现场硫化胶囊的合理保护

虽然购销合同中都有对硫化胶囊的预期保护性储存等明文约束条款，但在实际现场理赔中发现，不少企业储存间、维修间共用，更有严重的是室内阳光直射，润滑油、机油等共储一室。硫化胶囊提前拆包装、大量折叠摞压、不能做到先进先出循环使用等，会导致新硫化胶囊出现局部老化裂口、折叠处龟裂等现象。正确的做法是：根据轮胎生产计划量和硫化胶囊预期使用量，领用对应数量的待用硫化胶囊储存在硫化现场专一的周转库房，拆除包装，恢复硫化胶囊原状存放待用，存放4～8h以消除硫化胶囊胶料变形部位的内应力，达到提高硫化胶囊使用次数的目的。

结论

综上所述，半钢子午线轮胎二段成型机后压辊无论是采用组合压辊加侧压辊滚压，还是采用组合压辊顺次滚压，均不如采用PLC控制后压辊按设定的参数沿三维曲线对胎面滚压效果好。PLC控制的成型机后压辊结构复杂，但在生产中不需要更换压辊，可以节省生产费用。实际生产采用PLC控制的后压辊后，胎面滚压总宽合格率和成品轮胎合格率均得到明显提升，对半钢子午线轮胎制作质量提升也有明显的促进效果。

参考文献:

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