半鋼子午線輪胎胎趾缺陷的原因分析及解決措施

王金營(yíng)，胡 鑫，陳雪梅

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

受汽車行業(yè)主要經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)增速趨緩的影響，輪胎行業(yè)出現(xiàn)了產(chǎn)銷低迷現(xiàn)象。各輪胎企業(yè)都承受著很大的壓力，降低消耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量成為當(dāng)務(wù)之急[1-2]。輪胎胎趾缺陷是輪胎外觀質(zhì)量缺陷之一。硫化后胎趾缺陷嚴(yán)重的輪胎會(huì)影響胎圈與輪輞間的裝配，在輪胎使用中會(huì)有漏氣或胎圈脫離輪輞的風(fēng)險(xiǎn)。胎趾缺陷超出企業(yè)外觀質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的成品輪胎需降級(jí)或報(bào)廢處理，造成了嚴(yán)重的材料浪費(fèi)。

本文分析了半鋼子午線輪胎胎趾缺陷的產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)解決措施，取得了良好效果。

1 胎趾缺陷類型

根據(jù)不同的輪胎規(guī)格，輪胎胎趾缺陷有的輕微（胎趾圓角），有的嚴(yán)重（胎趾內(nèi)側(cè)凹陷），有的沿胎圈周向很長(zhǎng)（約1/2圈或更長(zhǎng)），有的很短（約1/3圈或更短），有的單面瘦小，有的雙面瘦小。這主要是由于不同規(guī)格的模具鋼圈曲線寬度與胎坯配合不良、硫化裝胎時(shí)胎坯與模具接觸狀態(tài)不良等因素造成的。

半鋼子午線輪胎胎趾缺陷主要分為兩種情況：一種是胎趾圓角，胎趾處沒(méi)有尖角；另一種是胎趾內(nèi)側(cè)凹陷。輪胎胎圈理想斷面和胎趾缺陷斷面如圖1所示。

圖1 胎圈理想斷面和胎趾缺陷斷面示意

2 原因分析及解決措施

2.1 模具鋼圈曲線

通常情況下，轎車輪胎一般采用5°深槽輪輞，輪輞底部與輪胎胎圈著合面曲線斜角為5°，如圖2所示。為使胎趾緊貼輪輞，以保證輪胎的氣密性能，在設(shè)計(jì)輪胎模具鋼圈曲線時(shí)有兩種設(shè)計(jì)理論，即兩段弧設(shè)計(jì)和一段弧設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖3）。輪胎模具鋼圈曲線角度和寬度取值不合理會(huì)導(dǎo)致成品輪胎胎趾缺陷。

圖2 輪輞曲線示意

圖3 模具鋼圈曲線示意

輪胎模具鋼圈寬度也是非常重要的參數(shù)。若胎坯胎圈寬度比模具鋼圈寬度小，在裝胎合模硫化過(guò)程中，胎圈處膠料流動(dòng)；若模具鋼圈寬度過(guò)大，膠料填充不滿時(shí)，會(huì)造成成品輪胎胎趾缺陷；若模具鋼圈寬度過(guò)小，模具鋼圈寬度不足以承擔(dān)膠料時(shí)，多余的膠料向模具鋼圈外面流動(dòng)，造成胎趾出邊。

解決措施：（1）通常采用兩段弧設(shè)計(jì)時(shí)模具鋼圈曲線角度β1和β2分別取6°～9°和15°～20°，一段弧設(shè)計(jì)時(shí)模具鋼圈曲線角度β3取9°～11°。（2）設(shè)計(jì)模具鋼圈時(shí)必須重視鋼圈寬度的取值，鋼圈寬度一般應(yīng)比成品輪胎胎圈寬度大1.0～2.0 mm。

2.2 施工設(shè)計(jì)

目前，半鋼子午線輪胎主要有兩種成型工藝，即二次法成型和一次法成型。采用二次法成型工藝時(shí)，胎側(cè)為正包，多數(shù)采用的是胎側(cè)膠直接正包到胎圈內(nèi)側(cè)，一段后壓輥打壓時(shí)很容易造成胎圈膠打褶，在二段成型機(jī)頭伸縮調(diào)間距過(guò)程中，造成胎圈膠移位。硫化時(shí)，此處膠料產(chǎn)生不規(guī)則流動(dòng)，最終導(dǎo)致成品輪胎胎趾缺陷。

解決措施：（1）在二次法成型工藝施工設(shè)計(jì)時(shí)相應(yīng)減小胎側(cè)寬度，不讓其正包到胎圈內(nèi)側(cè)，只包到鋼圈的1/3多一點(diǎn)；另外，需在內(nèi)襯層上預(yù)復(fù)合胎圈包布或耐磨膠片，隨內(nèi)襯層一起反包。這樣可以減少成型時(shí)一段胎圈膠料打褶情況，從而避免由于胎圈膠移位所造成的胎趾缺陷。（2）采用一次法成型工藝時(shí)，胎側(cè)膠與內(nèi)襯層膠復(fù)合件先貼在胎體鼓上，采用聚氨酯環(huán)內(nèi)支撐將胎側(cè)末端正包壓實(shí)。采用一次法成型工藝，胎坯胎圈處非常光滑，可以有效避免胎圈膠料移位。施工設(shè)計(jì)時(shí)一般胎圈處胎側(cè)端點(diǎn)超過(guò)胎圈內(nèi)側(cè)伸出量為3～6 mm。

2.3 成型機(jī)頭

轎車輪胎常用的成型設(shè)備為二次法成型機(jī)。早期，此類成型機(jī)的二段機(jī)頭多采用卡盤(pán)式結(jié)構(gòu)[見(jiàn)圖4（a）]，成型過(guò)程中靠?jī)?nèi)壓和卡盤(pán)共同作用使胎圈間距變化，很容易造成胎圈膠料移位。

圖4 二次法成型機(jī)二段機(jī)頭

解決措施：（1）采用早期二次法成型機(jī)有兩種方法可以避免產(chǎn)生胎圈膠料移位，一種是確保一段胎坯胎圈處不打褶，且無(wú)胎圈脫層；另一種是周期性地在二段卡盤(pán)上涂抹潤(rùn)滑油，增加卡盤(pán)的潤(rùn)滑度，防止強(qiáng)拉硬扯胎圈膠料。（2）隨著成型機(jī)技術(shù)的逐漸升級(jí)，二次法成型機(jī)普遍采用聚氨酯環(huán)式結(jié)構(gòu)二段機(jī)頭[見(jiàn)圖4（b）]，該成型機(jī)頭與卡盤(pán)式完全不同，其工作原理為：將一段胎坯套上后，在氣壓的作用下，膨脹塊迅速撐起聚氨酯環(huán)，使得聚氨酯環(huán)密封起一段胎坯的胎圈，然后兩個(gè)聚氨酯環(huán)間充入內(nèi)壓，同時(shí)調(diào)整胎圈間距，進(jìn)行二段成型。由于聚氨酯環(huán)完全包住胎圈，在移動(dòng)過(guò)程中，不會(huì)強(qiáng)拉硬扯胎圈膠料，杜絕了胎圈膠料移位情況。（3）采用一次法成型機(jī)。一次法成型機(jī)胎體鼓（見(jiàn)圖5）直徑小于胎圈內(nèi)直徑，成型時(shí)胎側(cè)膠與內(nèi)襯層膠先進(jìn)行預(yù)復(fù)合后再貼合到成型鼓上，然后胎圈由胎圈小車轉(zhuǎn)移到胎體鼓設(shè)定的位置，胎體鼓聚氨酯環(huán)膨脹塊上升，使聚氨酯環(huán)與胎圈吻合壓緊，胎體鼓充氣后進(jìn)行胎側(cè)反包動(dòng)作，同時(shí)聚氨酯環(huán)內(nèi)支撐將胎側(cè)末端正包壓實(shí)。采用一次法成型工藝，各個(gè)半成品材料在胎體鼓上一次貼合成型完畢，可以有效避免胎圈膠料移位。

圖5 一次法成型機(jī)胎體鼓

2.4 鋼絲圈內(nèi)徑

鋼絲圈內(nèi)徑大小決定其下方材料的壓縮率。鋼絲圈內(nèi)徑過(guò)大，鋼絲圈底部材料壓縮率減小，可能會(huì)導(dǎo)致胎圈部位缺少材料而發(fā)生胎趾缺陷，另外還可能會(huì)影響胎圈與輪輞的配合，從而影響成品輪胎的氣密性能，出現(xiàn)漏氣的情況；鋼絲圈內(nèi)徑過(guò)小，會(huì)造成鋼絲圈底部材料壓縮率過(guò)大，將膠料等擠向胎趾處，導(dǎo)致胎趾出邊。

解決措施：設(shè)計(jì)鋼絲圈內(nèi)徑尺寸時(shí)必須要考慮鋼絲圈底部材料的壓縮率，壓縮率取值范圍一般在3%～5%為宜。

2.5 胎坯的存放和轉(zhuǎn)運(yùn)

大部分輪胎企業(yè)采用胎坯車來(lái)存放和轉(zhuǎn)運(yùn)胎坯，胎坯車主要分為豎放布兜式胎坯車和平放托盤(pán)式胎坯車，其中豎放布兜式胎坯車很容易造成胎坯受擠壓橢圓變形，導(dǎo)致硫化裝胎時(shí)，胎圈與模具吻合不好，出現(xiàn)局部胎趾出邊和局部胎趾缺陷。近年來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為提升產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，部分輪胎企業(yè)采用了胎坯自動(dòng)輸送系統(tǒng)，胎坯在立體庫(kù)采用托盤(pán)進(jìn)行存放，胎坯導(dǎo)出后，由輸送帶接取，然后輸送至硫化車間的自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)車上，由轉(zhuǎn)運(yùn)車運(yùn)送至硫化機(jī)臺(tái)。在輸送帶輸送過(guò)程中，由于胎坯是自然平放，對(duì)于胎體軟、質(zhì)量大的輪胎，下胎側(cè)很容易壓扁或傾斜，胎坯輸送到硫化機(jī)臺(tái)后若下胎側(cè)還沒(méi)有完全恢復(fù)形狀，很容易造成硫化裝偏，導(dǎo)致局部胎趾缺陷產(chǎn)生。

解決措施：（1）采用平放托盤(pán)式胎坯車可以有效解決胎坯受擠壓橢圓變形的問(wèn)題，從而減少因胎坯變形導(dǎo)致胎趾缺陷現(xiàn)象的發(fā)生。（2）采用胎坯自動(dòng)輸送系統(tǒng)時(shí)需要對(duì)常規(guī)硫化機(jī)臺(tái)的存胎器進(jìn)行改造，增加1個(gè)下機(jī)械手（見(jiàn)圖6），在胎坯裝鍋前，由上下機(jī)械手共同作用將變形胎坯進(jìn)行強(qiáng)制糾正，避免因胎坯變形導(dǎo)致胎趾缺陷。

圖6 硫化機(jī)上下機(jī)械手作用原理

2.6 硫化裝胎

硫化裝胎過(guò)程也是造成胎趾缺陷的因素之一。若裝胎機(jī)械手與中心機(jī)構(gòu)同心度不好，硫化裝胎時(shí)胎圈整周受力不均勻，胎坯定型硫化后必然會(huì)造成胎圈部位膠料流動(dòng)不均勻，導(dǎo)致局部胎趾缺陷，同時(shí)嚴(yán)重影響輪胎的動(dòng)平衡性能和均勻性。

解決措施：硫化裝胎時(shí)，必須保證裝胎機(jī)械手與中心機(jī)構(gòu)的同心度良好。

2.7 其他因素

可能導(dǎo)致胎趾缺陷的其他因素還有內(nèi)襯層寬度或厚度過(guò)小、胎體簾布和胎側(cè)等材料過(guò)薄、鋼絲圈寬度小以及成型時(shí)內(nèi)襯層和胎側(cè)材料貼偏等。

解決措施：加強(qiáng)工藝過(guò)程管理，提高員工的質(zhì)量意識(shí)，增強(qiáng)過(guò)程監(jiān)督檢查力度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取上述措施，有效控制住半鋼子午線輪胎胎趾缺陷的發(fā)生，有助于企業(yè)降低消耗，提升產(chǎn)品質(zhì)量，保證胎圈與輪輞之間配合良好，提高輪胎使用安全性。