3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線背絲問題的工藝優(yōu)化

孫仲超，陳立強(qiáng)，邱長青，張建立，杜源花

（山東勝通鋼簾線股份有限公司，山東 東營 257500）

隨著國內(nèi)輪胎產(chǎn)能的持續(xù)提升，行業(yè)競爭壓力日趨激烈，負(fù)荷能力強(qiáng)、安全性能出色、耐磨性能穩(wěn)定的子午線輪胎愈發(fā)受到輪胎行業(yè)的重視。鋼絲簾線作為子午線輪胎的主要骨架材料，其產(chǎn)品穩(wěn)定性及在輪胎中的使用性能對成品輪胎質(zhì)量產(chǎn)生直接影響[1-3]。面對復(fù)雜的市場環(huán)境，子午線輪胎對鋼絲簾線的性能需求也日益多樣，鋼絲簾線除滿足基本破斷力、銅含量等要求外，還要求具備良好的耐疲勞性能。與此同時(shí)，在輪胎輕量化、綠色化的發(fā)展方向中，鋼絲簾線的發(fā)展也呈現(xiàn)出一系列新特點(diǎn)[4-5]：（1）傳統(tǒng)交互捻制且?guī)饫@絲多層結(jié)構(gòu)的鋼絲簾線正逐漸被同捻向、無外繞絲的新型鋼絲簾線所替代；（2）普通強(qiáng)度（NT）的鋼絲簾線正被高強(qiáng)度（HT）、超高強(qiáng)度（ST）、特高強(qiáng)度（UT）的鋼絲簾線所替代，強(qiáng)度更高的鋼絲簾線在輪胎生產(chǎn)過程中能顯著減小膠料和鋼絲簾線的用量，更符合輪胎綠色化發(fā)展道路；（3）在捻制過程中鋼絲變形方式對鋼絲簾線的滲膠和耐疲勞等關(guān)鍵性能以及輪胎的綜合性能尤為重要，全滲膠空間預(yù)變形技術(shù)和預(yù)變形器Crimp預(yù)變形技術(shù)在不影響鋼絲簾線基本性能的同時(shí)，顯著提高了鋼絲簾線的滲膠性能，輪胎的使用性能更穩(wěn)定；（4）膠料與鋼絲簾線間的粘合力是衡量輪胎骨架材料性能的重要指標(biāo)，子午線輪胎技術(shù)的日益成熟對膠料與鋼絲簾線的耐老化性能也提出了更高要求，貝卡爾特（中國）技術(shù)研發(fā)有限公司開發(fā)的貝泰威鋼絲簾線在一定程度上提高了特定環(huán)境下老化粘合力保持率，同時(shí)改善膠料的耐熱老化性能，為鋼絲簾線鍍層的發(fā)展開辟了一個(gè)新方向。

我公司在為國內(nèi)某大型工程機(jī)械輪胎企業(yè)生產(chǎn)3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線時(shí)，曾遇到產(chǎn)品成型不佳、背絲現(xiàn)象頻繁的問題。為提高生產(chǎn)效率，改善產(chǎn)品質(zhì)量，本工作采用正交試驗(yàn)法優(yōu)選工藝參數(shù)[6]，得到3＋9＋15× 0.225ST鋼絲簾線背絲問題的改善方案。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 鋼絲簾線的性能指標(biāo)及背絲檢測方法

3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的主要性能指標(biāo)為：直徑 1.31 mm，捻向 Z/Z/Z，捻距 6.3/12.5/18 mm，破斷力 ≥3 510 N，鍍層銅質(zhì)量分?jǐn)?shù) 0.635，鍍層質(zhì)量 3.8 g·kg-1。

GB/T 11181—2016《子午線輪胎用鋼簾線》中規(guī)定，鋼絲簾線成品應(yīng)捻制均勻，不得出現(xiàn)背絲（背股）等缺陷。在鋼絲簾線生產(chǎn)過程中，常規(guī)背絲的檢測手段為背絲檢測儀（SBD）片接觸式檢測，其方法為選用符合鋼絲簾線直徑的SBD片（本試驗(yàn)采用SBD片直徑為1.4 mm），在鋼絲簾線收卷時(shí)經(jīng)過SBD片中間圓孔，如鋼絲簾線出現(xiàn)背絲（背股）現(xiàn)象，必然導(dǎo)致鋼絲簾線直徑超出SBD片直徑，使SBD片向上位移，從而觸動(dòng)報(bào)警裝置，停車。背絲檢測方法如圖1所示。

1.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

結(jié)合以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，確定影響3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線成品背絲問題的主要因素為＋3層芯線單絲預(yù)變形器（A）、＋9層殘余扭轉(zhuǎn)（B）和涂油棉線直徑（C）。其中，不同的預(yù)變形器對應(yīng)不同的預(yù)變形量。相互獨(dú)立的參數(shù)選定后，根據(jù)這些參數(shù)在生產(chǎn)中可能的變化范圍來安排試驗(yàn)，試驗(yàn)測試的鋼絲簾線性能指標(biāo)是捻制后成品鋼絲簾線的萬米背絲點(diǎn)數(shù)量。

正交試驗(yàn)因素水平表見表1，選用L9（33）進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)方案如表2所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

表2 正交試驗(yàn)方案

2 結(jié)果與討論

依據(jù)正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，將不同組合的影響因素進(jìn)行調(diào)試，獲取不同工藝生產(chǎn)的3＋9＋15×0.225ST鋼簾線的萬米背絲點(diǎn)數(shù)量，結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

為更直觀地探討正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，理清各影響因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，對計(jì)算結(jié)果做進(jìn)一步分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的極差分析結(jié)果如表4所示。

表4 正交試驗(yàn)鋼絲簾線萬米背絲點(diǎn)數(shù)量極差分析結(jié)果

對比表3中9個(gè)試驗(yàn)3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線的萬米背絲點(diǎn)數(shù)量可知，方案5的結(jié)果最理想，在給定的試驗(yàn)條件下，鋼絲簾線背絲問題完全消除。

根據(jù)表4中各因素不同水平總和及平均值，可以看出各因素不同水平對鋼絲簾線萬米背絲點(diǎn)數(shù)量影響的變化趨勢，計(jì)算分析結(jié)果與表3試驗(yàn)結(jié)果相吻合，即最優(yōu)組合為A2B2C3，因此選出的最佳工藝組合為：＋3層芯線單絲預(yù)變形器選用預(yù)變形器sleeve15、＋9層殘余扭轉(zhuǎn)控制在（18±3）圈范圍內(nèi)、涂油棉線直徑為1 mm。

本試驗(yàn)中選取萬米背絲點(diǎn)數(shù)量為最終輸出結(jié)果，極差值的大小與試驗(yàn)結(jié)果呈負(fù)相關(guān)性，極差值越小表示對試驗(yàn)結(jié)果影響越大，反之則正相反。由表4可知，試驗(yàn)因素影響3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線成品背絲問題的主次順序依次為涂油棉線直徑、＋9層殘余扭轉(zhuǎn)、＋3層芯線單絲預(yù)變形器。由此可見，涂油棉線直徑對萬米背絲點(diǎn)數(shù)量的影響最大。

3 工藝穩(wěn)定性評(píng)估

采用所選的最優(yōu)工藝組合，對3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線成品背絲問題進(jìn)行工藝穩(wěn)定性評(píng)估試驗(yàn)。評(píng)估試驗(yàn)選用小批量捻股機(jī)臺(tái)進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)，讀取SBD片報(bào)警次數(shù)，并采用人工測量確認(rèn)法進(jìn)行測試，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表5所示。

由表5可知，背絲率總計(jì)僅為6%，由此判定優(yōu)選工藝組合較為理想，生產(chǎn)過程穩(wěn)定。

表5 工藝穩(wěn)定性評(píng)估結(jié)果

4 結(jié)論

采用正交試驗(yàn)法對3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線背絲問題進(jìn)行測試，得到較為理想的工藝組合條件：＋3層芯線單絲預(yù)變形器選用預(yù)變形器sleeve15、＋9層殘余扭轉(zhuǎn)控制在（18±3）圈范圍內(nèi)、涂油棉線直徑為1 mm。同時(shí)確定影響該結(jié)構(gòu)鋼絲簾線背絲的首要因素為涂油棉線直徑，即棉線涂油量。

實(shí)踐證明，采用優(yōu)化工藝生產(chǎn)的3＋9＋15×0.225ST鋼絲簾線背絲現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率顯著降低，生產(chǎn)過程穩(wěn)定，生產(chǎn)效率得到較大提升，產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合客戶標(biāo)準(zhǔn)要求，優(yōu)化工藝在實(shí)際生產(chǎn)中得到了廣泛推廣。