輪胎及鋼絲圈的生產(chǎn)工藝和作用

金波，陳峰，武博，羅成立，曲紅旭

(中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018)

1 輪胎的制造工藝

1.1 輪胎的分類

輪胎的分類方法多種多樣，輪胎按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類可分為子午線輪胎和斜交輪胎兩種，子午線輪胎內(nèi)部簾布層的排列是相互平行的，與胎冠中心周向成90°夾角。目前基本上所有的轎車使用的都是子午線輪胎。按表面花紋分類可分為條形花紋輪胎、橫向花紋輪胎、混合花紋輪胎和越野花紋輪胎四種。按氣候分類可分為冬季雪地胎、夏季胎以及全氣候輪胎三種。從使用途徑進(jìn)行分類，主要類別有轎車輪胎（PC）、輕型載貨汽車輪胎（LT）、載貨汽車及大客車輪胎(TB)、工程車輪胎(OTR)、農(nóng)用車輪胎（AG）、工業(yè)用車輪胎飛機(jī)輪胎（ID）等，如圖表1。

表1 輪胎的種類

1.2 輪胎的構(gòu)成

輪胎的種類雖然很多，但是輪胎的構(gòu)成大致相同，主要分為兩大類：有內(nèi)胎輪胎和無(wú)內(nèi)胎輪胎。有內(nèi)胎輪胎主要由外胎、內(nèi)胎和墊帶構(gòu)成，無(wú)內(nèi)胎輪胎主要由胎體、胎面、墊膠、內(nèi)襯層、帶束層、胎側(cè)、三角以及鋼絲圈等20多種零部件構(gòu)成，1903年無(wú)內(nèi)胎的輪胎有固特異申請(qǐng)了專利。

1.3 輪胎的生產(chǎn)工序

輪胎的生產(chǎn)工序主要有煉膠、半制品、成型、硫化、成品檢驗(yàn)等。煉膠工序就是把碳黑、天然或合成橡膠、油、添加劑、促進(jìn)劑等原材料混合到一起，在密煉機(jī)里進(jìn)行加工，生產(chǎn)出“膠料”的過(guò)程；半制品工序是將生產(chǎn)的膠料通過(guò)壓延壓出裁斷等工序生產(chǎn)構(gòu)成輪胎的全部半成品的過(guò)程；成型工序是利用成型機(jī)將全部半成品組裝成生胎（沒(méi)經(jīng)過(guò)硫化處理過(guò)的輪胎）無(wú)花紋；硫化工序是將生胎裝入硫化機(jī)的模具里，在適宜的條件下，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間的復(fù)合，硫化成各種花紋的成品輪胎；成品檢驗(yàn)工序是指生產(chǎn)出來(lái)的輪胎進(jìn)行檢驗(yàn)檢查的工序，如圖1所示。

圖1 輪胎的生產(chǎn)工序

1.4 子午胎的優(yōu)缺點(diǎn)

全鋼載重子午線輪胎，主要用于轎車、貨車、客車等大型車輛，其優(yōu)點(diǎn)有：

（1）使用壽命長(zhǎng)。子午線輪胎胎面周向形變小，剛性大，胎面采用較硬質(zhì)的橡膠材料，因此具有良好的耐磨性。輪胎表面與地面接觸面積大，載荷分布均勻，單位面積內(nèi)受到壓力小，在路面上行駛滑移量小，行駛里程較斜交輪胎長(zhǎng)約50%。

（2) 滾動(dòng)阻力小、節(jié)省燃料。由于子午線輪胎簾布層數(shù)少，層間摩擦力小，故與斜交輪胎相比，其滾動(dòng)阻力可減小25%～30%，不但能提高燃料經(jīng)濟(jì)性，還助于提升汽車的動(dòng)力性，在實(shí)際使用過(guò)程中，節(jié)油率可達(dá)6%～8%，并且車速越快，效果越好。

（3）承載能力大。子午線輪胎可充分利用徑向排列的簾線強(qiáng)度，承載能力較斜交輪胎可提升約14%。

（4）附著性能好。由于胎體附著性能好，即胎面滑移少、接地面積大，彈性好，有助于提升汽車動(dòng)力性。

（5）減震性能好。子午線輪胎胎體較斜交胎彈性好，柔軟性強(qiáng)，因此具有優(yōu)良的緩沖性能，能增加乘坐舒適性，改善汽車行駛平順性，并能增加汽車部件的使用壽命。

（6）胎溫低，散熱快。由于子午線輪胎所用簾布層數(shù)較少，簾布層相互之間不會(huì)產(chǎn)生剪切作用，因此與斜交輪胎相比溫升低，散熱快，摩擦力小，有利于車速的提升。

（7）胎面不易爆胎，不易穿刺。子午線輪胎簾線強(qiáng)度被充分得到了利用，使其在惡劣的行駛環(huán)境下，也不會(huì)輕易發(fā)生爆破，此外帶束層具有很強(qiáng)的韌性，被釘子等尖刺物體扎穿的情形可減少約50%。

子午線輪胎也存在不足：胎圈附近及胎側(cè)和胎面過(guò)渡區(qū)容易出現(xiàn)裂口，這對(duì)制造技術(shù)和材料要求很高，制造成本較高。但由于子午線輪胎明顯優(yōu)越于普通斜交胎，因此，應(yīng)用越來(lái)越普遍。優(yōu)缺點(diǎn)如表2。

表2 子午線輪胎優(yōu)缺點(diǎn)

2 鋼絲圈的制造工藝

2.1 鋼絲圈在輪胎中的作用

子午線輪胎胎圈部除承受著充氣壓力、離心力、側(cè)滑和制動(dòng)力矩以及輪輞與胎圈相互作用產(chǎn)生的復(fù)雜應(yīng)力外，還由于胎體柔軟，胎體簾布層少，胎體簾線子午排列，致使輪胎在行駛中一直處于反復(fù)曲撓狀態(tài)之中。在這樣的應(yīng)力情況下，鋼絲圈，子口部分和胎側(cè)下部受力最大，容易造成簾布包邊位置端點(diǎn)脫離。由于胎側(cè)柔軟，輪胎在行駛時(shí)特別是高速行駛時(shí)其不穩(wěn)定性將會(huì)增加，不利于車輛的靈活控制，所以必須大大增強(qiáng)胎圈的位置，同時(shí)，又要兼顧柔軟的胎側(cè)與增強(qiáng)的胎圈之間有一個(gè)合適的剛性過(guò)渡，以防胎圈出現(xiàn)不同類型的損壞或斷裂，改善輪胎行駛性能。鋼絲圈內(nèi)層受下部材料壓縮造成的輪輞過(guò)盈力最大，其次是鋼絲兩側(cè)應(yīng)力，最后是鋼絲外層應(yīng)力。由此可知，鋼絲圈斷面如為方型則所受應(yīng)力不均勻，故子午線輪胎不適合采用層數(shù)多的方型鋼圈。鋼絲圈斷面如為扁平狀的寬斜六角形，則可增加胎圈挺性和剛性，加寬胎圈，使輪輞與胎圈緊密地貼合不會(huì)發(fā)生因滑動(dòng)而導(dǎo)致的緩慢泄氣。無(wú)內(nèi)胎輪胎的鋼絲圈應(yīng)使用這種。

2.2 鋼絲圈制造工藝流程

鋼絲圈是全鋼載重子午線輪胎的一個(gè)關(guān)鍵部位，它所處多種部件的交接之地，和同等規(guī)格斜交輪胎相比，承受的附加應(yīng)力和內(nèi)壓應(yīng)力要多出30%～50%，因此對(duì)它的生產(chǎn)工藝技術(shù)具有嚴(yán)格的要求，并且支撐力度必須過(guò)硬。全鋼載重子午線輪胎的鋼絲圈制造是由單根高延伸的胎圈鋼絲(通常用直徑為1.65，1.55和1.42 mm等的鍍青銅胎圈鋼絲)被壓出機(jī)產(chǎn)出的膠片附著后，再由程序控制鋼絲圈卷成盤(pán)將其纏繞成具有一定斷面形狀的鋼絲圈，最后在表層螺旋纏繞一至二層纖維包布，停放后貼合三角膠供胎坯成型使用，其成型工藝流程如圖2。

圖2 鋼絲圈生產(chǎn)工序

2.3 鋼絲圈的分類

根據(jù)全鋼載重子午線輪胎鋼絲圈的斷面形狀，可分成下述三種情況：

（1）規(guī)則六邊形

鋼絲排列層數(shù)分奇偶兩種情況，當(dāng)層數(shù)為奇數(shù)時(shí)，其斷面形狀為軸對(duì)稱圖形，中心線是鋼絲圈寬度最大的那一層；當(dāng)層數(shù)為偶數(shù)時(shí)，其斷面形狀為近似軸對(duì)稱圖形。根據(jù)需要生產(chǎn)的鋼絲圈形狀，無(wú)論是斜底無(wú)內(nèi)胎載重子午線輪胎鋼絲圈還是平底的有內(nèi)胎載重子午線輪胎鋼絲圈，均可按照上一節(jié)介紹的調(diào)整過(guò)程對(duì)鋼絲圈進(jìn)行生產(chǎn)。圖3所示為規(guī)則六邊形鋼絲圈的幾種斷面形狀。

圖3 規(guī)則六邊形鋼絲圈斷面

（2）斜底的傾斜六邊形

當(dāng)鋼絲圈中鋼絲排列存在若干層鋼絲數(shù)量相同時(shí)，就會(huì)在排列下一層的方向上出現(xiàn)向左或向右傾斜的問(wèn)題，此時(shí)就產(chǎn)生了斜底的傾斜六邊形鋼絲圈。圖4所示為斜底的傾斜六邊形鋼絲圈的兩種斷面形狀。

圖4 斜六邊形鋼絲圈斷面

（3）斜底的七邊形

斜底的七邊形鋼絲圈相比六邊形成型更難，這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)鋼絲圈的排列時(shí)，在某些指定層，步進(jìn)電機(jī)在起始步跨步時(shí)要比前一層多半步(如一步半、兩步半等)才可以形成的斷面形狀為七邊形的鋼絲圈。針對(duì)這種鋼絲圈，在調(diào)整鋼絲圈成型機(jī)時(shí)略有區(qū)別，首先需將旋轉(zhuǎn)選擇圖形按鈕，打至七邊形圖形這一邊，根據(jù)前面一節(jié)說(shuō)過(guò)的方法進(jìn)行調(diào)整，再次輸入準(zhǔn)確的程序至程序盤(pán)上，最后編寫(xiě)特定數(shù)值的控制指令在“編碼設(shè)置”中，使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)頭布線輪在指定層排列鋼絲時(shí)起始步能根據(jù)控制指令大跨步，從而實(shí)現(xiàn)制造出的鋼絲圈斷面形狀為七邊形。圖5所示為斜底的七邊形鋼絲圈的斷面形狀。

圖5 斜底七邊形鋼絲圈斷面

2.4 鋼絲圈制造時(shí)的注意事項(xiàng)

鋼絲圈制造的質(zhì)量對(duì)輪胎質(zhì)量的好壞有著非常大的影響，因此要注意鋼絲圈制造時(shí)的工藝要求：

（1）要確保鋼絲排列的順序正確、準(zhǔn)確、到位。確保排絲電機(jī)的起始位置正確，步距合適。參數(shù)一旦設(shè)置不合理就有可能導(dǎo)致鋼絲排列出現(xiàn)偏差。上述情況從胎圈受力分析來(lái)看，均會(huì)引起胎圈脫空。

（2）要嚴(yán)格控制鋼絲圈各項(xiàng)尺寸指標(biāo)。如內(nèi)周長(zhǎng)是否在公差允許范圍，頂寬，低寬，總寬度，鋼絲搭頭長(zhǎng)度等都要求確保在在允許公差的范圍之內(nèi)。為了避免此類問(wèn)題的發(fā)生，需要經(jīng)常對(duì)尺寸指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。

（3）要調(diào)整好鋼絲預(yù)彎曲度。若預(yù)彎曲度調(diào)整不好 ，當(dāng)鋼絲圈制造完成之后會(huì)發(fā)生鋼絲圈變形扭曲等現(xiàn)象。有的則會(huì)在存放一定時(shí)間之后再出現(xiàn)上述情況。這都是我們要避免發(fā)生的情況。

（4）控制好壓出機(jī)對(duì)鋼絲的覆膠，調(diào)節(jié)好壓出機(jī)的速度，保證壓出機(jī)各段的溫度在要求范圍內(nèi)，從而保證覆膠均勻。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前輪胎的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的一部分，輪胎已經(jīng)從陸地運(yùn)用發(fā)展轉(zhuǎn)成為航空、海洋等多方位的使用，橡膠行業(yè)的發(fā)展將成為永久性，更要每個(gè)使用者了解怎么樣去維和使用，也需要我們更深入的了解其舒適性和耐用性。