數(shù)字化技術(shù)在輪胎模具設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用解析

鐘君臣

摘要：伴隨汽車工業(yè)的快速發(fā)展，與汽車生產(chǎn)有關(guān)的模具行業(yè)也得到了快速的發(fā)展，出現(xiàn)了多種材質(zhì)和類型的汽車生產(chǎn)模具，其中輪胎模具以其技術(shù)含量高在眾多模具類型中得到了人們的青睞。文章在闡述數(shù)字化技術(shù)內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，分析了輪胎模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀，并論述了數(shù)字化快速制模技術(shù)在汽車子午線輪胎模具的花紋加工中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；輪胎模具；花紋加工；設(shè)計(jì)制造；汽車工業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG385 文章編號：1009-2374（2016）22-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.021

在數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展下，人們對汽車輪胎模具設(shè)計(jì)方式和輪胎模具制造提出了更高的要求，使得傳統(tǒng)的汽車輪胎模具設(shè)計(jì)方式受到了一種全新的挑戰(zhàn)。輪胎的花紋樣式得到了不斷更新，對于汽車的子午線輪胎來講，一旦輪胎花紋設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)加工精度差一點(diǎn)，最終很可能導(dǎo)致企業(yè)輪胎動(dòng)、靜平衡性能、均勻性、散熱性等方面出現(xiàn)問題。為了實(shí)現(xiàn)輪胎模具設(shè)計(jì)的科學(xué)、有效，保證汽車性能的充分實(shí)現(xiàn)，需要有關(guān)汽車輪胎設(shè)計(jì)人員充分利用數(shù)字化技術(shù)完善汽車輪胎模具設(shè)計(jì)。

1 數(shù)字化技術(shù)概述

21世紀(jì)的發(fā)展是數(shù)字化發(fā)展時(shí)代，一系列的數(shù)字概念如雨后春筍般產(chǎn)生，同時(shí)也促進(jìn)了汽車制造業(yè)的發(fā)展變化。數(shù)字制造一般是指在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上技術(shù)、快速原型、數(shù)據(jù)庫和多媒體技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶需求來獲得其需要的信息資源，并在對資源獲取分析的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能的仿真制造，從而以最快的速度生產(chǎn)消費(fèi)者滿意的產(chǎn)品。簡單的說，數(shù)字制造是指在針對制造過程數(shù)字化描述而建立的數(shù)字空間中完成產(chǎn)品制造的過程。在計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展下，計(jì)算機(jī)圖形和機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)得到了充分的結(jié)合，繼而產(chǎn)生了以數(shù)據(jù)路為中心，以交互圖形系統(tǒng)和技術(shù)為基本手段，以工程分析計(jì)算為主體的一體化計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)（CAD）。這種系統(tǒng)能夠在二維或者三維空間來對物體進(jìn)行精準(zhǔn)化的描述，從而提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。將計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)中產(chǎn)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品制造、工藝規(guī)則等信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械加工工序和工步的重新組合，并能夠?qū)γ總€(gè)工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間及輔助時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。這種規(guī)劃是計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）。

通過對數(shù)字化技術(shù)性能的分析，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)字制造是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造技術(shù)共同作用的結(jié)果。在科技快速發(fā)現(xiàn)下，制造器、生產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化發(fā)展是一種必然趨勢。以制造業(yè)發(fā)展為例，其設(shè)備的控制參數(shù)一般都是數(shù)字信號，各種信息都會以數(shù)字的形式借助網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行傳播。在數(shù)字制造的影響下，企業(yè)、個(gè)人、設(shè)備、經(jīng)銷商等會形成一種連接。

2 輪胎模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀

輪胎模具行業(yè)在近幾年的發(fā)展中，基本處于一個(gè)設(shè)備不斷更新、產(chǎn)品不斷升級的快速發(fā)展時(shí)期，對原有傳統(tǒng)的手工刻模模具加工工具進(jìn)行了更新，用電火花蝕刻工藝加工模具代替了傳統(tǒng)手工刻模模具。在科技不斷發(fā)展的情況下，尤其是微機(jī)控制在模具加工方面的應(yīng)用，得到了先進(jìn)軟件和設(shè)備的支持，表現(xiàn)為先進(jìn)三維CAD、CAM技術(shù)的應(yīng)用，微機(jī)能夠?qū)η嬖煨瓦M(jìn)行仿真加工，且應(yīng)用的加工策略能夠支持三軸數(shù)控機(jī)床來完成電機(jī)和模具加工。其中全自動(dòng)的數(shù)控電火花機(jī)床分度誤差沒有超過±20″，深度誤差≤0.01mm，體現(xiàn)了模具設(shè)計(jì)的高精度和高檔次。

文章以輪胎模具花紋制造技術(shù)加工為例，闡述數(shù)字化技術(shù)下汽車輪胎模具制造發(fā)展現(xiàn)狀?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外對輪胎模具花紋加工應(yīng)用的方法主要有三種，包括數(shù)控雕刻花紋、EDM（電火花腐蝕加工）、精密鑄造。數(shù)控雕刻花紋設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件、模擬加工路線、機(jī)械雕刻成型、人工修整成型技術(shù)。EDM（電火花腐蝕加工）主要應(yīng)用的是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)花紋電極，利用電極放電腐蝕成型，最后由人工對設(shè)計(jì)模型表面進(jìn)行修整。精密鑄造一般是利用計(jì)算機(jī)輔助軟件設(shè)計(jì)加工出能夠用于仿制精鑄母模（基模），之后利用材料模仿制作硅膠模、石膏模芯、砂芯等，最后澆鑄成型，其中精密鑄造用于半鋼絲子午線輪胎模具。

3 數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎模具中的應(yīng)用

3.1 數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎模具花紋設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

汽車輪胎模具的花紋設(shè)計(jì)是否合理對汽車花紋系列輪胎的開發(fā)成果影響意義深遠(yuǎn)。但是，現(xiàn)階段全球范圍內(nèi)的具有汽車輪胎模具花紋設(shè)計(jì)開發(fā)能力和輪胎廠以及研究機(jī)構(gòu)很少，大多數(shù)的輪胎廠商開發(fā)花紋輪胎模具都需要借鑒有開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的輪胎廠家，并根據(jù)自身發(fā)展實(shí)際，在輪胎模具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)和完善。進(jìn)過模仿改進(jìn)而設(shè)計(jì)出來的花紋汽車輪胎，其各項(xiàng)性能指標(biāo)是否合格有待驗(yàn)證，且在預(yù)測輪胎成型過程中存在一些缺陷。我國現(xiàn)階段很多輪胎廠花紋技術(shù)設(shè)計(jì)基本停留在二維水平，對于輪胎模型花紋的實(shí)際加工缺乏科學(xué)的規(guī)劃。

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)輪胎花紋的三維立體設(shè)計(jì)，即通過對三維造型模擬輪胎表觀的計(jì)算，保證輪胎花紋設(shè)計(jì)的美觀、合理。在數(shù)字化技術(shù)的支持下，我國有一些輪胎廠家通過模具制造設(shè)備、軟件等將輪胎的二維花紋進(jìn)行了三維立體設(shè)計(jì)，通過數(shù)據(jù)技術(shù)在一定程度上隱含和處理了輪胎花紋的缺陷，實(shí)現(xiàn)了輪胎花紋的合理設(shè)計(jì)，提升了設(shè)計(jì)的效率。

3.2 數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎花紋工藝中的應(yīng)用

輪胎模具的設(shè)計(jì)需要很高的技術(shù)含量，尤其是汽車子午線胎輪胎模具。汽車子午線胎輪胎模具具有特殊的花紋造型、特殊的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由此決定其加工工藝的復(fù)雜、獨(dú)特。因此，汽車輪胎花紋設(shè)計(jì)中除了需要注重CAD/CAE技術(shù)之外，還需要注重輪胎花紋的加工工藝。數(shù)據(jù)化技術(shù)在輪胎模具中的應(yīng)用主要是指計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)在輪胎花紋中的應(yīng)用，通過數(shù)字化技術(shù)處理能夠?qū)⑤喬セy加工工藝在實(shí)際操作之前可能遇到的問題事先展現(xiàn)給工藝設(shè)計(jì)人員，從而不斷優(yōu)化汽車輪胎花紋工藝，實(shí)現(xiàn)一次性合格設(shè)計(jì)。數(shù)字化技術(shù)能夠?yàn)槠囕喬セy工藝設(shè)計(jì)提供一種新的設(shè)計(jì)思想，在綜合模擬技術(shù)、分析、干涉報(bào)告等智能技術(shù)于一體的同時(shí)，對輪胎模具，尤其是高性能的子午線輪胎花紋設(shè)計(jì)優(yōu)化產(chǎn)生了重要的影響。

3.3 數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎加工中的應(yīng)用

在國內(nèi)，汽車輪胎模具，尤其是子午線輪胎活絡(luò)模具的花紋加工，大多是由模具廠家進(jìn)行加工，主要的加工手段仍停留在傳統(tǒng)加工工藝方面，大規(guī)模的加工廠家大多是以EDM為主力加工手段。伴隨高性能子午線輪胎的大規(guī)模應(yīng)用，社會主義經(jīng)濟(jì)市場對輪胎硫化生產(chǎn)的要求逐漸提升，表現(xiàn)在對汽車子午線輪胎的活絡(luò)模具精確度提出了更高的要求。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對高性能子午線輪胎模具花紋中壁厚只有0.8mm這樣細(xì)小的花紋的一次成型，在最短的周期內(nèi)加工出高質(zhì)量、低能耗的產(chǎn)品。數(shù)字化應(yīng)用在汽車輪胎高速加工與傳統(tǒng)的加工方式相比，具有以下六種優(yōu)點(diǎn)：第一，汽車輪胎加工精確度能夠達(dá)到0.002mm；第二，汽車輪胎加工時(shí)間減少了原來的60%～80%；第三，汽車進(jìn)給速度應(yīng)該提升5～10倍以上；第四，汽車輪胎所應(yīng)用刀具的耐用度應(yīng)該提高原來的70%左右；第五，汽車輪胎表面粗糙度至少要達(dá)到Ra0.8；第六，在高速切削和風(fēng)冷卻影響下，對于工件冷熱加工引起的輕微變形可以適當(dāng)?shù)?/p>

忽略。

3.4 數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎生產(chǎn)管理中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，我國汽車輪胎模具制造廠家的發(fā)展規(guī)模很難擴(kuò)大，大多數(shù)的輪胎制造企業(yè)都是中小型規(guī)模的企業(yè)，一些甚至還是家庭作坊。這些企業(yè)的輪胎制造管理手段較為落后，輪胎生產(chǎn)質(zhì)量遭到投訴的情況時(shí)常發(fā)生，可見大多數(shù)企業(yè)的輪胎模具生產(chǎn)制作存在技術(shù)方面的問題，對于大額投資的設(shè)備也不能充分利用。汽車輪胎模具設(shè)計(jì)和制造與一般類型的模具制造不同，但基本存在一些共性，即都是典型的依據(jù)訂單加工生產(chǎn)的單件小批量產(chǎn)品，在模具的業(yè)務(wù)訂單、技術(shù)設(shè)備、物料采購以及生產(chǎn)滾利方面都需要信息的充分對應(yīng)。成功的企業(yè)管理需要應(yīng)用先進(jìn)的管理方式，而數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)的高效管理，加強(qiáng)企業(yè)和客戶之間的交流溝通，從而提升企業(yè)輪胎模具生產(chǎn)的效率，加強(qiáng)對汽車輪胎模具生產(chǎn)成本的控制，實(shí)現(xiàn)對汽車生產(chǎn)車間的及時(shí)性監(jiān)控和管理，同時(shí)在CAD技術(shù)的應(yīng)用下，實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部信息資源的共享。應(yīng)用數(shù)字化管理是提升汽車企業(yè)良好經(jīng)營發(fā)展的重要手段，在實(shí)現(xiàn)企業(yè)發(fā)展規(guī)范化管理的同時(shí)，不斷提升企業(yè)在市場發(fā)展的競爭力，將企業(yè)工作人員從繁瑣的工作程序中解脫出來，為業(yè)務(wù)人員和顧客之間的交流溝通提供更充分的時(shí)間。

3.5 數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎模具檢驗(yàn)中的應(yīng)用

伴隨公路建設(shè)的發(fā)展，汽車輪胎特別是高性能子午線輪胎得到了快速的發(fā)展。汽車輪胎生產(chǎn)廠家對輪胎模具設(shè)計(jì)要求逐漸提升。在這種形勢下，汽車輪胎模具檢測技術(shù)和檢測設(shè)備的應(yīng)用變得尤為重要。數(shù)字化技術(shù)下的3D檢測技術(shù)和4D激光檢測設(shè)備的應(yīng)用能夠滿足這種性能的需要，加強(qiáng)對汽車輪胎的精確檢測。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)字化技術(shù)在汽車輪胎模具設(shè)計(jì)和制造中具有重要的應(yīng)用意義，得到了有關(guān)人員的廣泛應(yīng)用，為我國汽車輪胎模具設(shè)計(jì)和制造創(chuàng)造了新的發(fā)展機(jī)遇。為此，需要有關(guān)人員加強(qiáng)對國內(nèi)外先進(jìn)汽車輪胎模具設(shè)計(jì)制造數(shù)字化技術(shù)的學(xué)習(xí)，并結(jié)合汽車企業(yè)自身發(fā)展實(shí)際，將數(shù)字化技術(shù)充分應(yīng)用到汽車輪胎模具設(shè)計(jì)和制造中，不斷促進(jìn)企業(yè)的穩(wěn)定、健康發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）