防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝評估與質(zhì)量策劃

蔡輝

摘 要

質(zhì)量策劃關(guān)系到一個產(chǎn)品從設(shè)計到最終實現(xiàn)的全過程，產(chǎn)品設(shè)計人員需明確目標(biāo)，時刻掌握產(chǎn)品設(shè)計方向以達(dá)到保障產(chǎn)品質(zhì)量的目的。工藝評估作為產(chǎn)品生產(chǎn)加工前的關(guān)鍵一步，是對產(chǎn)品質(zhì)量保證的基礎(chǔ)。因此，對新產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量策劃和工藝評估意義重大。本文以防爆輪胎擠出工藝為例，介紹了防爆輪胎相關(guān)成型工藝和質(zhì)量策劃方法，通過對防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝技術(shù)難題進(jìn)行闡述并給出解決方法，為類似項目的開展提供了參考。

關(guān)鍵詞

防爆輪胎;工藝評估;質(zhì)量策劃;FMEA;成型工藝

中圖分類號： U463.341? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.080

0 引言

質(zhì)量策劃是質(zhì)量管理的一部分，用于控制和指導(dǎo)與質(zhì)量有關(guān)的活動。對于一件新產(chǎn)品，只有經(jīng)過質(zhì)量策劃才能有明確的對象和目標(biāo)，從而制定切實的措施和方法，促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提升。工藝評估是對預(yù)生產(chǎn)產(chǎn)品工藝進(jìn)行全面的風(fēng)險性驗證和評價，確保產(chǎn)品工藝準(zhǔn)確無誤。工藝評估是產(chǎn)品研制過程中質(zhì)量控制的關(guān)鍵一環(huán)，對產(chǎn)品改進(jìn)以及質(zhì)量保障意義重大。防爆輪胎能夠有效彌補充氣輪胎爆胎后重心迅速轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致汽車失控的缺陷，受到汽車制造商的廣泛應(yīng)用。防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝是防爆輪胎制造工藝中的重要部分，其工藝質(zhì)量直接影響到防爆輪胎在使用過程中的工作性能，因此通過對內(nèi)圈膠料擠出工藝進(jìn)行工藝評估和質(zhì)量策劃研究，能夠有效優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提升防爆輪胎的工作性能。

1 防爆輪胎簡介

防爆輪胎專業(yè)名稱為汽車保護(hù)輪胎（Run Stability Control），英文縮寫為RSC。傳統(tǒng)輪胎是充氣輪胎，充氣后胎壁由于內(nèi)部壓力而膨脹，從而支撐著車身的整體重量。行駛過程中傳統(tǒng)輪胎發(fā)生突然爆胎時會引起車輛重心發(fā)生迅速變化，使得汽車操控性降低，容易導(dǎo)致交通事故[1]。防爆輪胎與傳統(tǒng)輪胎的不同之處在于其具有加厚的橡膠側(cè)壁，汽車行駛過程中即使失去了氣壓，側(cè)壁也能夠支撐車身的重量，不會導(dǎo)致嚴(yán)重的變形。因此，輪胎爆胎后并不會影響車輛的正常行駛，汽車仍能以80公里每小時的車速行駛250公里，甚至司機(jī)有可能感覺不到爆胎現(xiàn)象。為了防止輪胎變形后脫離輪圈，輪圈采用了特殊設(shè)計，輪圈上的凸峰能防止輪胎在壓力突然下降時脫離。裝備防爆輪胎的車輛在發(fā)生微量泄氣時，可能車主不會發(fā)覺，因此防爆輪胎還包含了安裝在輪圈上的TPI電子警告系統(tǒng)，一旦輪胎壓力開始下降立即向駕駛者發(fā)出警告，畢竟輪胎氣壓不足總是非常危險的。

RSC防爆胎的設(shè)計原理是利用堅固的側(cè)壁提供支撐。同時還有一種防爆輪胎的設(shè)計方案是在里面安裝一個被稱作固定圈的裝置，這個固定圈可以從內(nèi)側(cè)支撐輪胎，從而使輪胎不至于被壓壞，同時還能防止輪胎從輪胎墊圈上脫落。防爆輪胎已在歐洲市場實現(xiàn)了廣泛的流通，為了進(jìn)一步拓寬市場決定在中國進(jìn)行防爆輪胎的研發(fā)和制造。防爆輪胎中內(nèi)部支撐加強(qiáng)的內(nèi)圈膠料的擠出工藝是防爆輪胎工藝的關(guān)鍵，為了更好地保障最終產(chǎn)品的質(zhì)量，組織了工藝評估并對產(chǎn)品流程圖、FMEA失效模式進(jìn)行分析，對項目實施過程中遇到的技術(shù)難題進(jìn)行深刻剖析給出相應(yīng)解決策略。

2 前期質(zhì)量策劃

2.1 控制計劃

汽車行業(yè)中不少新產(chǎn)品正朝著高精度、復(fù)雜化、集成化的方向發(fā)展，為了提高工作效率，增加產(chǎn)量，對質(zhì)量控制就提出了更高的要求?？刂朴媱澥且豁椄采w產(chǎn)品研發(fā)、加工、生產(chǎn)全過程的任務(wù)，使參與者明確質(zhì)量目標(biāo)以及達(dá)到質(zhì)量目標(biāo)的途徑，是一項具有實際可操作性的指導(dǎo)性文件[2]。

從涉及范圍來看，防爆輪胎產(chǎn)品控制計劃涉及范圍較廣，包含產(chǎn)品在研發(fā)、工藝、制造到產(chǎn)品實現(xiàn)全過程中可能影響產(chǎn)品質(zhì)量的各個因素，還有一部分環(huán)節(jié)也需要納入考慮，如防爆輪胎的來料品質(zhì)，輪胎的運輸情況以及輪胎出廠過程中的包裝環(huán)節(jié)等。從階段來看，防爆輪胎的控制計劃程序在不同階段要分別進(jìn)行編制和修訂。因為產(chǎn)品在不同階段的性質(zhì)不同，需要采用不同的控制方式，并且各階段所加入的產(chǎn)品原材料都會影響到防爆輪胎的最終工作性能，可以根據(jù)需要編制產(chǎn)品送樣階段、設(shè)計定型階段以及批產(chǎn)定型階段的控制計劃。根據(jù)防爆輪胎的研發(fā)設(shè)計，加工過程中從信息輸入、編制、驗證、修訂四個方面開展質(zhì)量控制計劃的實施。防爆輪胎控制計劃的制定要根據(jù)用戶的實際需求，產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品實現(xiàn)的具體工藝步驟進(jìn)行。信息的輸入要確保準(zhǔn)確性，可以通過對防爆輪胎的市場調(diào)研了解防爆輪胎的市場情況，從而完成信息的輸入。在收集到防爆輪胎的使用信息以及客戶需求后，產(chǎn)品經(jīng)理會同工藝、質(zhì)量人員，在綜合考慮每道影響產(chǎn)品功能實現(xiàn)的步驟的基礎(chǔ)上，對每道工藝提出質(zhì)量要求和工藝參數(shù)控制要求，從而完成質(zhì)量控制計劃的編訂。防爆輪胎控制計劃編制完成后，通過會審以及領(lǐng)導(dǎo)審批開展評審，確認(rèn)控制計劃無誤后發(fā)放至各部門進(jìn)行控制計劃的有效性、可操作性驗證，如驗證過程中出現(xiàn)問題需要及時修訂。

2.2 FMEA失效模式與后果分析

防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝生產(chǎn)過程中，對風(fēng)險因素的影響程度進(jìn)行評估，并根據(jù)風(fēng)險趨勢及時采取措施，有利于防爆輪胎生產(chǎn)的有序進(jìn)行。FMEA是對防爆輪胎生產(chǎn)系統(tǒng)采用歸納分析法，分析系統(tǒng)中所可能的故障模式以及可能產(chǎn)生的影響，并按照每個故障模式給予相應(yīng)的處置措施。失效模式及影響分析（Failure Modes and Effects Analysis）簡稱FMEA，是系統(tǒng)工程中重要的分析方法之一。FEMA將防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝生產(chǎn)過程中所有可能產(chǎn)生的故障模式及其對系統(tǒng)造成的所有可能影響，按照每一個模式造成后果的影響程度分為嚴(yán)重程度（S）、發(fā)生頻率（O）和檢測難易程度（D）進(jìn)行分類，通過相應(yīng)的公式計算出風(fēng)險優(yōu)先度的值（RPN）[3]。根據(jù)計算出的RPN值進(jìn)行分析判斷，明確是否對系統(tǒng)進(jìn)行升級和改進(jìn)。

在對產(chǎn)品進(jìn)行失效模式分析前要對產(chǎn)品的失效模式進(jìn)行推測。所謂的失效模式就是指產(chǎn)品某部分功能無法實現(xiàn)計劃預(yù)設(shè)的目標(biāo)或者不能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定發(fā)揮的功能，這種就是產(chǎn)品失效也稱作失效模式。一般失效模式會出現(xiàn)開路或者產(chǎn)品出現(xiàn)了過度的損耗，從而無法正常運行。產(chǎn)品失效現(xiàn)象是研究失效模式分析的切入點也是關(guān)鍵點，通過失效現(xiàn)象進(jìn)行原因的查找，可以說是各個失效模式分析最根本的方法。對于防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝的失效模式是指膠料擠出過多從而造成了材料的過度損耗或者是膠料擠出過少達(dá)不到膠料的支撐力，影響防爆輪胎的工作性能，因此在膠料擠壓過程中需要進(jìn)行風(fēng)險分析。風(fēng)險分析中需要使用圖形工具（矩陣圖）進(jìn)行輔助的定量分析。根據(jù)FMEA失效模式的分析流程對防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝生產(chǎn)過程做了綜合分析，對內(nèi)圈擠壓工藝的風(fēng)險給予了相應(yīng)的補償措施，從而使防爆輪胎的有效性得到了極大的提高。

3 工藝評估與優(yōu)化

3.1 產(chǎn)品設(shè)計與工藝限制

防爆輪胎制造中，由于橡膠側(cè)壁的作用是在輪胎泄氣時支撐車身運動，因此對橡膠的要求是很嚴(yán)格的。膠料采用擠出機(jī)進(jìn)行擠出成型，擠出機(jī)的流道和膠料預(yù)成型的口型是一樣的，最終膠料的形狀是根據(jù)不同形狀口型板擠壓成型的。為了節(jié)約成本，首先決定從現(xiàn)有的設(shè)備考慮，根據(jù)條件可知在現(xiàn)有設(shè)備上需要根據(jù)預(yù)成型口的形狀做一個新部件，為了確保現(xiàn)有設(shè)備能夠正常運行且加工出符合要求的產(chǎn)品，需要對現(xiàn)有工藝生產(chǎn)做工藝評估。測量流道預(yù)成型口和厚度得到其尺寸為長120mm，寬6mm。由于膠料在擠壓過程中需要高溫將膠粒融化，此過程膠料將產(chǎn)生熱膨脹，考慮到膠料的熱膨脹系數(shù)以及擠出機(jī)頭的壓力，生產(chǎn)出的產(chǎn)品有嚴(yán)格的尺寸要求，從而無法生產(chǎn)長度大于100mm，厚度大于9mm的產(chǎn)品，使產(chǎn)品生產(chǎn)尺寸出現(xiàn)了極大的局限性，同時還會對下一道工藝產(chǎn)生影響，不利于產(chǎn)品制造。

產(chǎn)品設(shè)計方面，新產(chǎn)品厚度不是均勻分布的，其厚度分布呈現(xiàn)機(jī)翼型，表現(xiàn)為一邊厚一邊薄。倘若要生產(chǎn)110mm寬度的產(chǎn)品，按照圖紙要求是無法生產(chǎn)出來的。膠料擠出過程中，由于產(chǎn)品流道形狀的局限性，膠料不能在內(nèi)圈邊緣分布過多，這種情況下為了有效避免上述情況，在膠料通過口型板時削弱流道預(yù)口型處的膠料，同時將產(chǎn)品邊緣處的橡膠壓到內(nèi)圈需要多橡膠的地方，從而滿足產(chǎn)品擠出時各個地方的膠料。雖然實現(xiàn)了膠料口型板的削弱，但產(chǎn)品擠壓出的邊緣出現(xiàn)了鋸齒狀，導(dǎo)致產(chǎn)品外觀效果差。這樣在擠壓過程中就遇到了產(chǎn)品設(shè)計和工藝兩方面的限制，成了本項目的技術(shù)難題。

3.2 擠出工藝優(yōu)化

由于防爆輪胎內(nèi)圈膠料擠出工藝出現(xiàn)外觀不光滑和不平整的現(xiàn)象，考慮了嘗試開大邊緣口型板的口子，可是經(jīng)過驗證發(fā)現(xiàn)這樣就無法滿足膠料邊緣厚度的要求，所以這種方法行不通。面對項目實施過程中的兩個技術(shù)難點，通過對現(xiàn)有設(shè)備、工藝和產(chǎn)品進(jìn)行綜合評估，深刻剖析新部件出現(xiàn)不能一次成型的情況，最終決定更改設(shè)計方案。通過對工序成型方法進(jìn)行分析決定采用下道工序雙層成型的辦法，在擠出機(jī)處擠出兩種規(guī)格的產(chǎn)品提供給下道工序使用。經(jīng)過現(xiàn)場試驗和驗證后發(fā)現(xiàn)此種方法能夠有效規(guī)避以上問題，從而解決了產(chǎn)品設(shè)計和工藝限制的技術(shù)難題，實現(xiàn)了工藝的優(yōu)化，生產(chǎn)效率也得到了極大地提高，保證了項目的如期完成。

4 結(jié)束語

本文闡述了防爆輪胎的設(shè)計原理和優(yōu)勢，為提高工作效率并保障產(chǎn)品質(zhì)量對防爆輪胎進(jìn)行了質(zhì)量控制，并運用FMEA失效模式與后果分析，實現(xiàn)了風(fēng)險規(guī)避。通過對項目實施過程中產(chǎn)品設(shè)計與工藝限制技術(shù)難點進(jìn)行深刻剖析，總結(jié)出了下道工序雙層成型的辦法實現(xiàn)了工藝優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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