延長AB型硫化膠囊使用壽命的措施

姚峰轉(zhuǎn)

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311600]

目前輪胎企業(yè)經(jīng)濟運行壓力較大，節(jié)約能源、提質(zhì)降耗、有效降低輪胎生產(chǎn)成本成為很多企業(yè)節(jié)流的首選。硫化膠囊是輪胎生產(chǎn)過程中（硫化工序）的重要消耗品之一，是硫化環(huán)節(jié)成本消耗的重點。由于硫化膠囊使用環(huán)境苛刻，需要反復(fù)承受高溫高壓以及往復(fù)拉伸和擠壓作用[1]，若選擇不當(dāng)或設(shè)計參數(shù)與工裝設(shè)計匹配欠佳，極易造成硫化膠囊早期損壞。因此硫化膠囊的選取及硫化機相應(yīng)工裝合理匹配對硫化膠囊的平均使用壽命起著關(guān)鍵性作用。

我公司AB型硫化膠囊平均使用壽命僅有186次，輪胎生產(chǎn)成本較高，影響輪胎外觀質(zhì)量控制和生產(chǎn)效率控制。為此，我們進(jìn)行了現(xiàn)場、現(xiàn)物、現(xiàn)狀多次對比分析與反復(fù)驗證，最終通過改進(jìn)硫化膠囊匹配度和硫化機工裝設(shè)計參數(shù)、提升員工操作技能、延緩硫化膠囊氧化等措施使硫化膠囊平均使用次數(shù)得到了有效增加。

1 不同硫化膠囊類別的對比選用

1.1 硫化膠囊生產(chǎn)方式對尺寸及質(zhì)量的影響

硫化膠囊生產(chǎn)方式包括模壓法和注射法。模壓法是傳統(tǒng)的硫化膠囊生產(chǎn)方式，大部分輪胎的硫化膠囊都可采用模壓法生產(chǎn)。而注射法硫化膠囊生產(chǎn)工藝因注射量的限制只能生產(chǎn)全鋼子午線輪胎、半鋼子午線輪胎以及一些小規(guī)格輪胎硫化膠囊。

因模壓法與注射法生產(chǎn)原理不同，膠料在壓力作用下填充硫化膠囊模具內(nèi)表面的流動方式不同，導(dǎo)致硫化膠囊各部位膠料分布密度存在一定差異。相比而言，注射法生產(chǎn)的硫化膠囊尺寸均勻性較高。

1.2 硫化膠囊外表面花紋設(shè)計

硫化膠囊外表面花紋有多種形式：一種是帶有一定角度的排氣溝槽，溝槽區(qū)間有碎石花紋，其優(yōu)點是排氣效果良好，但老化后不夠美觀，且輪胎胎里缺陷病疵不易發(fā)現(xiàn)，易出現(xiàn)輪胎缺陷漏檢問題；另一種也帶有一定角度的排氣溝槽，但溝槽區(qū)間是光滑的亞光曲面，優(yōu)點是美觀，一般高檔子午線輪胎多使用光面硫化膠囊硫化，便于胎里露線、胎里缺膠和胎里雜質(zhì)等的識別與控制。

同時，基于考慮輪胎市場退賠問題，在進(jìn)行硫化膠囊新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計時，多選用亞光曲面溝槽排氣式硫化膠囊。

2 硫化膠囊設(shè)計參數(shù)與硫化機工裝參數(shù)的合理匹配

2.1 主要問題分析

通過對報廢硫化膠囊使用次數(shù)、報廢原因和損壞點數(shù)的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，硫化膠囊上下子口斷裂和拉破現(xiàn)象占比較高，見表1和圖1。

圖1 硫化膠囊上下子口斷裂情況

表1 硫化膠囊報廢情況分析

綜合以上實際情況，對硫化膠囊進(jìn)行實物測繪和斷面解剖分析，并與在用規(guī)格輪胎相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對比核算，同時對硫化機輔助工裝影響點進(jìn)行排查確認(rèn)，分析異常點及相應(yīng)改善措施如下。

問題一，原配用硫化膠囊伸張比較大（1.33～1.38），硫化過程中硫化膠囊存在過大拉伸；問題二，原配用AB型硫化膠囊在上子口位置和下子口與脖頸過渡區(qū)設(shè)計尺寸不合理，出現(xiàn)局部過渡拉伸的情況，導(dǎo)致硫化膠囊斷面產(chǎn)生應(yīng)力集中點，受壓受拉情況下易產(chǎn)生斷裂。

改進(jìn)措施：重新設(shè)計伸張比更加合理的膠囊。子午線輪胎用硫化膠囊適合的伸張比要求如下：外直徑伸張比 1.12～1.25，斷面周長伸張比1.08～1.18，以避免硫化膠囊過渡拉伸問題，優(yōu)化應(yīng)力集中段設(shè)計[2]。

問題三，AB型硫化機原配用的上蓋板直徑與硫化膠囊上子口設(shè)計匹配不合理；上蓋板鋸齒狀螺紋設(shè)計分布位置與硫化膠囊上子口尺寸設(shè)計匹配不合理。

改進(jìn)措施：優(yōu)化上蓋板設(shè)計與硫化膠囊上子口設(shè)計匹配度。

問題四，硫化膠囊下子口尺寸設(shè)計與硫化機囊筒夾持高度匹配不合理，硫化膠囊夾緊高度偏小，硫化膠囊安裝定型后下子口易在拉力作用下被拉出。

改進(jìn)措施：優(yōu)化硫化膠囊下子口設(shè)計與工裝設(shè)計的匹配度。

鑒于以上異常點問題，同時考慮膠囊與硫化機工裝設(shè)計參數(shù)的合理匹配，最終決定重新設(shè)計更加合理的新膠囊。

2.2 硫化膠囊上蓋板設(shè)計優(yōu)化

針對硫化膠囊使用中存在的問題，對硫化機上蓋板進(jìn)行實際測繪與設(shè)計優(yōu)化，將其直徑由180 mm調(diào)整為240 mm；在上蓋板與硫化膠囊上子口夾持位置增加鋸齒狀螺紋分布，減緩硫化膠囊上子口在受力情況下的應(yīng)力集中現(xiàn)象，硫化膠囊上子口拉斷發(fā)生率由56.4%降至12.6%。上蓋板設(shè)計改進(jìn)前后對比如圖2所示，改進(jìn)后使用情況見圖3。

圖2 上蓋板設(shè)計改善前后對比

圖3 上蓋板設(shè)計改進(jìn)后使用情況

2.3 硫化機輔助工裝改進(jìn)

在進(jìn)行報廢硫化膠囊原因異常核查統(tǒng)計時發(fā)現(xiàn)，硫化膠囊存在下子口周向裂口、下模排氣槽端點對應(yīng)位置裂口現(xiàn)象，因此對硫化機輔助工裝進(jìn)行異常點排查，存在主要問題及改進(jìn)措施如下。

問題一，囊筒夾持環(huán)上端位置直角設(shè)計且有毛刺。

改進(jìn)措施：夾持環(huán)端部位置設(shè)計倒圓角并進(jìn)行拋光處理。

問題二，部分機臺過渡環(huán)上端位置直角設(shè)計且未進(jìn)行倒圓角過渡。

改進(jìn)措施：過渡環(huán)上端設(shè)計倒圓角并進(jìn)行拋光處理。

問題三，下模排氣槽為直角設(shè)計且未進(jìn)行拐點位置倒圓角拋光處理。

改進(jìn)措施：下模排氣槽設(shè)計調(diào)整（周向排氣槽配徑向排氣線，且排氣線拐點倒圓角并進(jìn)行拋光處理）。

硫化膠囊問題及改進(jìn)后情況見圖4，改進(jìn)前膠囊破損點及改進(jìn)后情況見圖5。

圖4 膠囊問題及改進(jìn)后情況

圖5 改進(jìn)前后膠囊破損情況對比

2.4 膠囊安裝操作標(biāo)準(zhǔn)化

新硫化膠囊投用初期，下子口斷裂情況時有發(fā)生，經(jīng)過對現(xiàn)場實際情況進(jìn)行排查匯總發(fā)現(xiàn)，在硫化膠囊下子口夾緊位置有余膠殘留。當(dāng)新硫化膠囊安裝時下子口與囊筒夾緊圈周向接觸不平整，在進(jìn)行夾持環(huán)下降夾緊操作時，出現(xiàn)硫化膠囊下子口局部膠料被切削的現(xiàn)象，如圖6所示。

圖6 硫化膠囊下子口夾緊位置余膠導(dǎo)致的缺陷

因此，要求硫化膠囊安裝人員按規(guī)范要求進(jìn)行更換操作，及時使用硫化膠囊余膠清理專用鏟刀對夾持環(huán)位置余膠進(jìn)行周向刮除清理操作，確保硫化膠囊下子口與囊筒夾緊圈周向接觸平整。

3 硫化膠囊內(nèi)壁氧化的改善

硫化膠囊內(nèi)壁氧化現(xiàn)象是氮氣硫化工藝中常見的問題之一，硫化膠囊內(nèi)壁氧化層會在使用過程中脫落，導(dǎo)致硫化膠囊變薄，提前損壞甚至報廢；脫落的氧化層會粘附在中心機構(gòu)，甚至堵塞排凝孔，給硫化設(shè)備維修帶來一定難度，同時給硫化管路系統(tǒng)帶來不可逆轉(zhuǎn)的不良影響。

硫化膠囊內(nèi)壁氧化的原因可能是硫化介質(zhì)中混入了一定量的氧氣，在高溫高壓條件下丁基橡膠與氧氣發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致橡膠從網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)重組為線形交聯(lián)結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為硬化發(fā)脆、龜裂、老化和粉化。由此分析氮氣純度和硫化膠囊硫化程度可能是影響該異常項的關(guān)鍵點。

對公司制氮系統(tǒng)進(jìn)行氮氣純度確認(rèn)，確保氮氣純度不小于99.99%。同時對B型機報廢硫化膠囊內(nèi)壁氧化情況進(jìn)行對比確認(rèn)，B型機老化硫化膠囊內(nèi)壁氧化現(xiàn)象未見異常，為此排除氮氣純度不足的影響。與硫化膠囊生產(chǎn)廠家技術(shù)人員進(jìn)行溝通，確認(rèn)該批次硫化膠囊從膠料配方到硫化成品均未核查到異常點。因此硫化膠囊內(nèi)表面氧化現(xiàn)象的原因可以排除氮氣含氧量偏高和硫化膠囊硫化程度不足。

最后對AB型報廢硫化膠囊進(jìn)行機臺號與氧化程度集中分析，針對內(nèi)壁氧化異常硫化膠囊對應(yīng)的硫化機展開排查，發(fā)現(xiàn)硫化機機臺比較集中，經(jīng)過設(shè)備泄漏檢查發(fā)現(xiàn)有兩臺硫化機定型壓力平衡閥存在不同程度泄漏，更換閥門后報廢硫化膠囊內(nèi)壁氧化情況明顯改善。硫化膠囊內(nèi)壁氧化情況改善前后對比見圖7。

圖7 硫化膠囊內(nèi)壁氧化情況改善前后對比

4 結(jié)語

經(jīng)過以上改進(jìn)措施的實施，硫化膠囊平均使用次數(shù)由186次增加至323次，改進(jìn)效果明顯。硫化膠囊正常老化報廢（使用上限350次）占比提升至74.29%，輪胎因硫化膠囊破損原因產(chǎn)生的廢品明顯減少，硫化膠囊的更換頻次也趨于正常，AB型機輪胎生產(chǎn)成本有效降低。

輪胎硫化膠囊作為輪胎制造過程中成本較大的消耗品，如何在不影響輪胎質(zhì)量的情況下延長硫化膠囊使用壽命，在以后的工作中還需聯(lián)合硫化膠囊制造廠家技術(shù)人員以及硫化設(shè)備技術(shù)人員進(jìn)行多溝通、多探討、多改進(jìn)，以達(dá)到有效降低輪胎生產(chǎn)成本的目的。