高性能低斷面輪胎直壓硫化技術(shù)

張金云，鄧世濤，焦志偉，楊衛(wèi)民

(1.北京化工大學機電工程學院，北京 100029；2.三角集團有限公司，山東 威海 264200；3.輪胎設(shè)計與制造工藝國家工程實驗室，北京 100029)

高性能低斷面輪胎直壓硫化技術(shù)

Tire direct pressure curing technology with high performance and low profle of tire

張金云1,3，鄧世濤2,3，焦志偉1,3，楊衛(wèi)民1,3

(1.北京化工大學機電工程學院，北京 100029；2.三角集團有限公司，山東 威海 264200；3.輪胎設(shè)計與制造工藝國家工程實驗室，北京 100029)

簡要列舉了國內(nèi)外新概念輪胎硫化制造技術(shù)，介紹了輪胎直壓硫化技術(shù)工藝原理及在工程實踐中的應(yīng)用。該技術(shù)利用高剛性內(nèi)模具，取代輪胎定型硫化機中心機構(gòu)上的硫化膠囊，胎坯內(nèi)腔熱媒采用電磁感應(yīng)加熱方式直接使內(nèi)模具的鼓瓦生熱。與現(xiàn)有工藝技術(shù)相比，輪胎直壓硫化技術(shù)優(yōu)勢明顯，單胎節(jié)能達40%，輪胎動平衡、均勻性提高30%。

直壓硫化；電磁感應(yīng)加熱；節(jié)能；動平衡

隨著汽車工業(yè)和航空工業(yè)的快速發(fā)展，輪胎工業(yè)也正逐步由百年歷史的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，向以安全化、節(jié)能化、智能化的綠色生產(chǎn)為標志的現(xiàn)代制造業(yè)轉(zhuǎn)變，發(fā)展新概念輪胎制造技術(shù)的理念，也已逐漸取代以實現(xiàn)輪胎子午化為中心的工業(yè)革命。

硫化作為輪胎制造中的關(guān)鍵工序，是輪胎生產(chǎn)過程中的主要耗能環(huán)節(jié)，但所消耗的這些蒸汽、過熱水等傳熱介質(zhì)實際被輪胎吸收利用的卻很少，大部分耗散在無效的管路循環(huán)中，近年來發(fā)展起來的基于“等壓變溫”原理的氮氣硫化技術(shù)，雖然在節(jié)能及提高硫化效率方面效果明顯，但也帶來了新的問題，在向膠囊內(nèi)通入氮氣后高溫蒸汽會因局部冷凝而沉積于膠囊底部，致使膠囊上下側(cè)部位溫度不同，從而引起傳熱不均，輪胎上下胎側(cè)溫差較大，輪胎硫化質(zhì)量降低。另一方面，硫化對輪胎綜合力學性能起著決定性作用，但現(xiàn)行工藝中膠囊在使用時常因黏膠、尺寸設(shè)計不合理等原因出現(xiàn)膨脹不徹底或結(jié)構(gòu)不對稱等問題，導致成品輪胎質(zhì)量不均勻，另外，受半成品膠部件加工精度及成型精度影響胎坯易造成自身質(zhì)量分布不均，而膠囊是柔性體，它所能提供的壓力較低，無法迫使輪胎膠料在硫化過程中實現(xiàn)再均勻分布，質(zhì)量不均嚴重影響成品輪胎的動平衡性及均勻性。

因此，發(fā)展節(jié)能、高效、精密的輪胎硫化工藝技術(shù)，已逐漸成為輪胎行業(yè)關(guān)注的課題。

1 國內(nèi)外新概念輪胎硫化制造技術(shù)

1.1 MIRS技術(shù)

倍耐力的MIRS技術(shù)將膠料擠出到預熱的成型鼓上得到氣密層，膠料被預硫化，接著成型鼓連同膠料進入下一工序，機械手與擠出機交叉操作，依次在鼓面上形成各種補強膠條、胎體層、帶束層及胎面膠。之后成型鼓連同胎坯一起被裝入硫化機，鼓腔內(nèi)通入氮氣，氮氣通過鼓壁通孔溢出到鼓面使胎坯脹大，預硫化的胎坯氣密層實際上起到膠囊的作用，該硫化技術(shù)仍采用蒸汽加熱。圖1為MIRS技術(shù)的工藝設(shè)備。

圖1 MIRS技術(shù)工藝設(shè)備

1.2 NEO-T01技術(shù)

日本住友公司于2012年底推出了NEO-T01技術(shù)，并于2013年生產(chǎn)了第一條輪胎，新技術(shù)是將輪胎各個部件貼在與成品輪胎內(nèi)輪廓結(jié)構(gòu)完全一致的“金屬芯”上，之后完成從成型到硫化的整個工藝過程，與以往工藝相比，“NEO-T01”生產(chǎn)的輪胎實現(xiàn)了“高速均勻性”提高70% 、“輕量化”提高10%以及“高速行駛時的形變”降低50%。圖2為NEO-T01的“金屬芯”。

1.3 ABCD技術(shù)

福建華橡自控也提出了自己的“隨行中心鼓技術(shù)”，循環(huán)工序使用的隨行中心鼓，完全取代胎體成型中的軟體機構(gòu)和硫化成型中的中心膠囊機構(gòu)，該技術(shù)體系的前段組成部分，熱媒采用電磁感應(yīng)加熱產(chǎn)生電熱油。

圖2 NEO-T01的“金屬芯”

2 輪胎直壓硫化技術(shù)

為提高企業(yè)核心競爭力，推動輪胎行業(yè)整體技術(shù)進步，北京化工大學聯(lián)合三角集團有限公司共同開發(fā)了高性能低斷面輪胎直壓硫化技術(shù)，該技術(shù)利用自主研制的高剛性內(nèi)模具，取代輪胎定型硫化機B型中心機構(gòu)上的硫化膠囊，內(nèi)模具在連桿機構(gòu)的驅(qū)動下可實現(xiàn)大幅徑向漲縮，以滿足裝卸胎需要。合模時，外模具上蓋緊壓成型鼓端部的限位夾環(huán)，保證內(nèi)模具在硫化時固定不動。內(nèi)模具整體采用超高強度合金鋼制作，依靠有限元分析軟件的多體分析模塊對其結(jié)構(gòu)進行整體強度校核，使其在高熱壓作用下能夠保持良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。圖3為輪胎直壓硫化工藝設(shè)備。

輪胎直壓硫化技術(shù)的另一亮點是胎坯內(nèi)腔熱媒采用電磁感應(yīng)加熱方式直接使內(nèi)模具的鼓瓦生熱，從而省去了蒸汽、過熱水等任何傳統(tǒng)導熱介質(zhì)，真正實現(xiàn)了輪胎的“綠色制造”。在所有鼓瓦背部各安裝一組電磁感應(yīng)線圈，為使寬窄鼓瓦各對應(yīng)位置溫升同步一致，設(shè)置窄瓦上電磁線圈的電感量小于寬瓦上電磁線圈的電感量，憑借電路控制系統(tǒng)中的時間繼電器功能，調(diào)整控制寬窄鼓瓦加熱的變頻器異步工作，以消除相鄰鼓瓦間的磁場干擾。

3 直壓硫化技術(shù)的應(yīng)用

目前該技術(shù)可用于制作255/30R22規(guī)格的低斷面跑車胎。硫化時，通過嵌在鼓瓦表面的高溫熔體壓力傳感器觀測到硫化壓力達到3.2 MPa，較膠囊硫化工藝提高了約25%。硫化后的輪胎經(jīng)外觀檢測未發(fā)現(xiàn)胎冠海綿，胎肩損傷，胎里表面凹凸不平或氣密層氣泡等缺陷，產(chǎn)品外觀如圖4所示。

圖3 輪胎直壓硫化工藝設(shè)備

圖4 直壓硫化產(chǎn)品外觀

圖5 對直壓硫化產(chǎn)品進行無損檢測

利用X光機及干涉輪胎檢測系統(tǒng)檢測直壓硫化產(chǎn)品內(nèi)部是否存在帶束層位置偏移或微小氣密層氣泡，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)有上述缺陷，檢測結(jié)果如圖5所示。

對實驗樣胎進行室內(nèi)性能檢測，通過與原工藝產(chǎn)品的對比分析，發(fā)現(xiàn)輪胎動平衡、均勻性較原有工藝提高約30%，檢測結(jié)果如表1所示。

表1 255/30R22輪胎室內(nèi)性能檢測表

實驗證明，直壓硫化技術(shù)在節(jié)能方面效果明顯，經(jīng)測算平均每條輪胎可節(jié)約能耗約40%。通過多次的樣胎試制及反復的測試分析，證明輪胎直壓硫化技術(shù)相比于現(xiàn)行硫化方法具有多方面優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在：

（1）精密性。高剛性內(nèi)模具取代中心機構(gòu)的硫化膠囊，硫化壓力提升25%，成品輪胎的動平衡性及均勻性提高30%。

（2）節(jié)能性。通過采用電磁感應(yīng)加熱方式，替代蒸汽、過熱水等傳統(tǒng)硫化動力介質(zhì)，單胎節(jié)能可達40%。

（3）高效性。依靠電磁感應(yīng)加熱方式直接使內(nèi)模具的鼓瓦生熱，使輪胎硫化過程的傳熱效率大幅提高。

5 結(jié)語

輪胎直壓硫化技術(shù)借鑒了國外新概念輪胎制造技術(shù)的理念，通過不斷的方案論證及實驗探索，該技術(shù)已逐漸趨于成熟。在裝備制造業(yè)快速發(fā)展的今天，相信以輪胎直壓硫化技術(shù)為代表的全新概念輪胎制造技術(shù)，必將使輪胎工業(yè)進入一個嶄新的時代。

（XS-05）

TQ330.6

：1009-797X(2015)03-0044-05

BDOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.03.008

張金云，在讀博士研究生，研究方向為輪胎設(shè)計與制造工藝。

2013-11-20