活絡(luò)模具的受力及外觀影響

栗曉華，栗琳

(1.四川輪胎橡膠（集團(tuán)）股份有限公司，四川 成都 641402；2.河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，河南 鄭州 450000)

輪胎模具是輪胎制造過程中必不可少的關(guān)鍵工裝之一，其加工精度和質(zhì)量，對輪胎外觀有著舉足輕重的作用。目前，輪胎模具有兩半模具和活絡(luò)模具兩種結(jié)構(gòu)形式，活絡(luò)模具具有加工精度高、使用壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對輪胎質(zhì)量要求較高的全鋼工程胎（OTR）、全鋼載重胎（TBR）和乘用胎（PCR）等的生產(chǎn)。

1 活絡(luò)模具的類型

在輪胎制造企業(yè)里，活絡(luò)模具通常按照加熱方式和導(dǎo)向方式進(jìn)行分類。見圖1，活絡(luò)模具分類圖。目前，在行業(yè)技術(shù)人員的努力下，在原活絡(luò)模具基礎(chǔ)上又研究出了一些新型活絡(luò)模具結(jié)構(gòu)形式，比如兩半活絡(luò)模具、弓形座帶導(dǎo)向定位裝置的活絡(luò)模具等。

圖1 活絡(luò)模具分類圖

1.1 按加熱方式分類

活絡(luò)模具按加熱方式分為熱板式活絡(luò)模具和蒸鍋式活絡(luò)模具。熱板式活絡(luò)模具的特點(diǎn)是中模套內(nèi)有汽室，安裝環(huán)與中模套之間無調(diào)整墊塊；蒸鍋式活絡(luò)模具的中模套內(nèi)無汽室，安裝環(huán)與中模套之間有調(diào)整墊塊。

1.2 按導(dǎo)向方式分類

活絡(luò)模具按導(dǎo)向方式分為斜平面活絡(luò)模具和圓錐面活絡(luò)模具。斜平面活絡(luò)模具的特點(diǎn)是中模套與弓形座以斜平面形式配合，它的弓形座與中模套耐磨板的自潔性好，在合模過程中能自動清除配合面上的油污及其他異物，但是加工精度要求高，加工困難，需要專用工裝和設(shè)備。圓錐面活絡(luò)模具的特點(diǎn)是中模套與弓形座以圓錐面的形式配合，圓錐面活絡(luò)模具優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)熱性能好，維護(hù)及調(diào)整較容易，自定位能力強(qiáng)，但中模套與弓形座配合面無自潔性能，易造成耐磨板磨損。

2 活絡(luò)模具的結(jié)構(gòu)

活絡(luò)模具是由模套機(jī)構(gòu)、型腔組件和膠囊夾具等三部分組成。如圖2，熱板式斜平面活絡(luò)模具結(jié)構(gòu)圖。

圖2 熱板式斜平面活絡(luò)模具結(jié)構(gòu)圖

2.1 模套機(jī)構(gòu)

模套是構(gòu)成模具外殼并實(shí)現(xiàn)花紋塊開合的零件組合，是由中模套1、安裝環(huán)2、提升塊3、上蓋4、底座12、耐磨板14（4處）、弓形座15、導(dǎo)向鍵16、定中環(huán)17、限位塊18等零件組成。

中模套傳遞來自硫化機(jī)動力并實(shí)現(xiàn)模具開合的模具零件。安裝環(huán)安裝在中模套的上端面，與硫化機(jī)熱板連接的環(huán)形模具零件，起連接硫化機(jī)與調(diào)整預(yù)加載高度的作用。提升塊用于連接上蓋和弓形座的零件，在模具開合過程中作徑向移動。上蓋固定模具上胎側(cè)板和連接在硫化機(jī)動力缸上，傳遞來自動力缸的動力并輔助模具開合的模具零件。底座固定模具下胎側(cè)板，使模具準(zhǔn)確定位并固定在硫化機(jī)工作臺上的模具零件。耐磨板包括中模套耐磨板、底座耐磨板、上蓋耐磨板。弓形座用于搭載花紋塊并在模具開合過程中傳遞來自中模套動力的模具零件。導(dǎo)向鍵斜平面模具的導(dǎo)向鍵安裝在弓形座上、圓錐面模具導(dǎo)向鍵安裝在中模套上，起到連接弓形座與中模套并實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向的作用。定中環(huán)模具與硫化機(jī)安裝時，起到定位模具的作用。限位塊18—在開模時，限制弓形座的行程，起掛接作用，防止弓形座脫落。

2.2 型腔組件

型腔是構(gòu)成輪胎制品外輪廓的零件組合，由上胎側(cè)板5、上鋼圈6、下鋼圈10、下胎側(cè)板11、花紋塊13等組成。上胎側(cè)板和上蓋組裝在一起，下胎側(cè)板和底座組裝在一起，花紋塊跟弓形座組裝在一起。側(cè)板（上胎側(cè)板、下胎側(cè)板）是輪胎胎側(cè)的成型體，如果側(cè)板上有花紋時,在側(cè)板上安裝有花紋塊的定位塊；鋼圈（上鋼圈、下鋼圈）是用于輪胎輪輞部位定型硫化的模具零件；花紋塊是輪胎胎冠花紋的成型體。

2.3 膠囊夾具

膠囊夾具是由上壓盤7、膠囊上夾盤8、膠囊下夾盤9等組成，在使用中起到連接膠囊的作用。

3 活絡(luò)模具的工作原理

在輪胎生產(chǎn)過程中，每硫化一條輪胎，活絡(luò)模具循環(huán)動作一次。通過模套機(jī)構(gòu)上下運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)弓形座帶動花紋塊作徑向運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)活絡(luò)模具的開合過程。大概分為下降時花紋塊擴(kuò)張、合模時花紋塊收縮、開模時花紋塊擴(kuò)張、上升時花紋塊收縮四個過程。以熱板式斜平面活絡(luò)模具為例，介紹幾個動作過程。

3.1 下降時花紋塊擴(kuò)張

當(dāng)胎胚裝機(jī)過程完成后，活絡(luò)模具從安全停止位開始下降，在下降過程中，上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊等組件在模具伸縮缸推動下，相對于安裝環(huán)和中模套向下伸出，同時在導(dǎo)向鍵和提升塊的共同作用下，弓形座和花紋塊向外徑向擴(kuò)張，當(dāng)弓形座滑移至中模套上的限制位置時，停止伸出動作，完成花紋塊擴(kuò)張。此后，活絡(luò)模具繼續(xù)下降到胎胚定型位置。

3.2 合模時花紋塊收縮

當(dāng)胎胚完成定型動作后，活絡(luò)模具繼續(xù)下降，當(dāng)弓形座抵達(dá)下胎側(cè)板上的耐磨板后，上蓋、上胎側(cè)板、弓形座、花紋塊停止下降動作，此時，在活絡(luò)模具升降裝置作用下，安裝環(huán)和中模套繼續(xù)下降，迫使弓形座和花紋塊收縮，使花紋塊與上胎側(cè)板、下胎側(cè)板完全密合，此時完成合模動作，進(jìn)入硫化狀態(tài)。

3.3 開模時花紋塊擴(kuò)張

當(dāng)輪胎硫化結(jié)束滿足開模條件后，在活絡(luò)模具升降裝置作用下，開始提升安裝環(huán)和中模套，此時上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊仍然保持原有位置，并迫使弓形座和花紋塊向外徑向擴(kuò)張。當(dāng)安裝環(huán)和中模套提升至弓形座限制位置時，完成開模動作。隨后,上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊等跟隨安裝環(huán)和中模套的升降裝置繼續(xù)提升。

3.4 上升時花紋塊收縮

活絡(luò)模具升至一定高度時，為了使弓形座和花紋塊保持原有溫度、需將弓形座和花紋塊收縮至合模位。此時，伸縮動力缸拉動上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊等組件相對于安裝環(huán)和中模套進(jìn)行收縮，當(dāng)花紋塊與上胎側(cè)板完全密合后，完成收縮動作。此后，升降裝置繼續(xù)提升活絡(luò)模具至安全停止位，等待執(zhí)行下一條輪胎硫化動作。

4 活絡(luò)模具的受力分析

活絡(luò)模具在工作過程中，主要受到以下幾種作用力。一是受到硫化時的鎖模力作用、二是受到內(nèi)壓力作用、三是在開合模過程中，活絡(luò)模具在升降油缸和伸縮動力缸的推力和拉力作用下，其組件受到拉力、壓力和摩擦力作用。本節(jié)主要對活絡(luò)模具在開合過程中所受作用力進(jìn)行分析。為了更直觀地進(jìn)行分析，在受力分析中忽略了重力的作用。活絡(luò)模具是組合式結(jié)構(gòu)，活絡(luò)模具所受升降油缸和動力伸縮缸的作用力為整體作用力，在受力分析時，僅分析花紋塊單元所受的作用力。

4.1 下降時模具擴(kuò)張受力分析

在活絡(luò)模具下降過程中，上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊在伸縮動力缸推力F1作用下，弓形座和花紋快相對于中模套向下伸出、同時向外徑向移動，實(shí)現(xiàn)弓形座擴(kuò)張動作。在此過程中，弓形座受到推力F1作用導(dǎo)向鍵受到拉力N1和摩擦力f1的作用，與其接觸的中模套耐磨板受到壓力-N1、摩擦力-f1的作用；弓形座在伸縮動力缸推力F1和摩擦力f1共同作用下，其上平面受到摩擦力f2的作用，與其接觸的上蓋的下耐磨板受到摩擦力-f2的作用。詳見圖3，下降時模具擴(kuò)張受力分析圖。

4.2 合模時模具收縮受力分析

當(dāng)擴(kuò)張后的活絡(luò)模具接觸到底座上的耐磨板后，弓形座停止動作。在活絡(luò)模具升降油缸推力F2作用下，弓形座徑向收縮，當(dāng)花紋塊與上胎側(cè)板、下胎側(cè)板完全密合后，完成合模動作。在此過程中，中模套受到推力F2作用；弓形座受到壓力N2和摩擦力f3的作用，與其接觸的中模套耐磨板受到壓力-N2、摩擦力-f3的作用；弓形座的上平面受到摩擦力f4的作用，與其接觸的上蓋的下耐磨板受到摩擦力-f4的作用；弓形座的下平面受到摩擦力f5的作用，與其接觸的底座上的耐磨板受到摩擦力-f5的作用。詳見圖4，合模時模具收縮受力分析圖。

4.3 開模時模具擴(kuò)張受力分析

當(dāng)輪胎硫化結(jié)束后，中模套在升降油缸拉力F3作用下提升，此時上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊保持原有位置，僅弓形座向外徑向移動。當(dāng)中模套上的限位塊提升至弓形座的極限位置時，上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊跟隨中模套一同提升，完成開模動作。在此過程中，中模套受到拉力F3作用；導(dǎo)向鍵受到拉力N3、摩擦力f6的作用，與其接觸的弓形座耐磨板受到壓力-N3、摩擦力-f6的作用；弓形座在升降油缸拉力F3和摩擦力f6的共同作用下，其上平面受到摩擦力f7的作用，與其接觸的上蓋的下耐磨板受到摩擦力-f7的作用；弓形座的下平面受到摩擦力f8的作用，與其接觸的底座上的耐磨板受到摩擦力-f8的作用。詳見圖五，開模時模具擴(kuò)張受力分析圖。

4.4 上升時模具收縮受力分析

當(dāng)活絡(luò)模具上升到一定高度時，上蓋、上胎側(cè)板、弓形座和花紋塊等組件在伸縮動力缸的拉力F4作用下，弓形座開始收縮，當(dāng)花紋塊與上胎側(cè)板完全密合后，完成模具收縮動作。在此過程中，弓形座受到拉力F4、壓力N4和摩擦力f9的作用，與其接觸的中模套耐磨板受到壓力-N4、摩擦力-f9的作用；上蓋的上耐磨板在伸縮動力缸拉力F4和摩擦力f9共同作用下，受到摩擦力f10的作用，與其接觸的提升塊受到摩擦力-f10的作用。詳見圖六，上升時模具收縮受力分析圖。

5 活絡(luò)模具受力產(chǎn)生的影響

活絡(luò)模具除了受到合模力、內(nèi)壓力作用外，還存在模具在擴(kuò)張和收縮過程中，其內(nèi)部組件間受到的拉力、壓力和摩擦力。合模力過大造成模具部件或硫化機(jī)部件變形，影響輪胎外觀質(zhì)量。合模力過小，模具組件工作運(yùn)行配合不到位，也會影響輪胎外觀質(zhì)量。模具內(nèi)部組件所受摩擦力，必然對各耐磨板產(chǎn)生磨損，勢必降低模具的裝配精度，進(jìn)而影響輪胎的外觀質(zhì)量。詳見表一，模具受力對輪胎外觀的影響。除了上述輪胎外觀影響因素外，硫化機(jī)精度、模具裝配及安裝調(diào)試精度、生產(chǎn)工藝過程、膠料配方、動力系統(tǒng)、操作過程等也會對輪胎外觀產(chǎn)生影響。

表1 模具受力對輪胎外觀的影響

續(xù)表

6 結(jié)束語

活絡(luò)模具可以保證子午線輪胎的質(zhì)量，應(yīng)加強(qiáng)對活絡(luò)模具的管理與維護(hù)。對出現(xiàn)的模具問題進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的方法進(jìn)行解決，保證模具的使用精度，避免外觀缺陷的產(chǎn)生，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的子午線輪胎。