全鋼子午線輪胎硫化膠邊的原因分析及解決措施

胡藤花，姚峰轉(zhuǎn)

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 杭州 311607]

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，汽車的需求量日益增大，客戶對與汽車安全性能直接相關(guān)的輪胎質(zhì)量也提出越來越高的要求。輪胎不僅應(yīng)具有良好的舒適性和安全性，滿足低滾動阻力和低油耗等綠色環(huán)保的要求，同時還要兼顧外觀質(zhì)量。硫化膠邊是全鋼子午線輪胎生產(chǎn)過程中常見的一種外觀缺陷。對成品輪胎進行割膠邊處理操作不僅增加輪胎生產(chǎn)成本，還增大產(chǎn)品使用過程中的早期損壞風險，對輪胎的承載性能和安全性能產(chǎn)生一定不利影響。全鋼子午線輪胎結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，生產(chǎn)過程中受各種不穩(wěn)定因素影響較大，而改善硫化膠邊問題一直是我公司提升輪胎外觀質(zhì)量的一個重點管理項目。本工作分析全鋼子午線輪胎硫化膠邊的產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)解決措施。

1 輪胎硫化膠邊問題

全鋼子午線輪胎因模具設(shè)計形式不同，實際硫化膠邊產(chǎn)生的部位不一，常見情況如圖1所示。采用活絡(luò)模生產(chǎn)的輪胎硫化膠邊以冠部花紋塊膠邊、胎肩膠邊和令模?？p膠邊為主，而采用兩半模生產(chǎn)的輪胎以?？谀z邊和令模膠邊為主。

圖1 輪胎各部位膠邊示意

2 原因分析及常規(guī)改善措施

研究發(fā)現(xiàn)，影響全鋼子午線輪胎硫化膠邊產(chǎn)生的強相關(guān)因素包括胎坯設(shè)計尺寸與模具匹配度、模具精度和裝配精度及硫化工藝和設(shè)備。

2.1 胎坯尺寸或形狀與模具匹配度

2.1.1 原因分析

（1）胎坯尺寸與模具尺寸匹配度不佳。

（2）胎坯形狀不合理，肩部曲線及材料分布設(shè)計與活絡(luò)模塊動作軌跡不匹配[1]。

2.1.2 改善措施

（1）針對胎坯尺寸與模具尺寸的匹配度，可以通過模壓試驗進行確認。模壓試驗即在硫化機程控氣源關(guān)閉的情況下，胎坯內(nèi)按標準充定型氣源后進行合模，合模到位后硫化程序不啟動，進行開模操作，查看胎坯在零壓狀態(tài)下膠邊的產(chǎn)生情況。在零壓狀態(tài)下開模后，胎坯在模具各分型面如有明顯膠邊，則需要對應(yīng)調(diào)整胎坯的結(jié)構(gòu)設(shè)計施工參數(shù)，應(yīng)重點考慮胎坯外輪廓周長（徑向方向）與模具外輪廓周長的比例及胎坯外圓周長（圓周方向）與模具內(nèi)圓周長的比例，二者的經(jīng)驗比值分別為0.995和0.965。

（2）嚴格執(zhí)行胎坯形狀及重點參數(shù)的標準。確定胎坯左右肩部周長差值（≤5 mm）和成型鼓充氣前后因內(nèi)腔壓力釋放導(dǎo)致的胎坯周長差值（≤15 mm）標準；控制胎坯肩部材料尺寸變化；嚴格控制胎面延展率（R16及以下系列產(chǎn)品延展率為9%～10%，R16以上系列產(chǎn)品延展率為10%～13%）；控制胎肩左右對稱度和胎面寬度，從而達到控制固定位置的材料厚度及圓周方向尺寸的目的，使胎坯冠部整體形狀與活絡(luò)模塊動作軌跡盡可能趨于一致。

2.2 模具分型面設(shè)計和裝配精度

2.2.1 原因分析

（1）活絡(luò)模塊與側(cè)板間隙設(shè)計不合理，導(dǎo)致分型面間隙不能滿足生產(chǎn)需要。

（2）模具裝配精度不達標，或模具組裝完成后預(yù)加載量（模具調(diào)節(jié)環(huán)與導(dǎo)環(huán)之間的間距）不在標準要求范圍內(nèi)。

2.2.2 改善措施

（1）針對模具分型面設(shè)計問題，可通過增設(shè)溢膠槽增大膠邊的寬度和厚度，從而避免因分型面膠邊薄而寬不易修理或容易粘模的現(xiàn)象；根據(jù)模具使用年限進行相應(yīng)的分型面改造，增設(shè)導(dǎo)膠槽，實現(xiàn)模具的自清潔[1]。

（2）模具組裝前應(yīng)仔細檢查模具表面清潔度、檢查并清理花紋塊之間或側(cè)板分型面污垢；同一廠家、同一模號的模具對應(yīng)整套組裝，避免不同廠家模具混裝造成組裝型腔較差現(xiàn)象發(fā)生；模具裝配過程中花塊按拼接順序組裝、花紋塊合攏后使用塞尺進行間隙測量，需要根據(jù)工藝要求進行縫隙調(diào)整，盡量保證各縫隙尺寸一致；組裝完成后通過塞尺進行間隙評價，并進行預(yù)加載量調(diào)整，使模具精度滿足工藝標準要求[2]。

2.3 硫化工藝

2.3.1 原因分析

（1）硫化機合模力不足，造成模具不能有效合模，出現(xiàn)分型面間溢流膠邊。

（2）模具預(yù)加載量不足，合模力不能足夠加在中套上，使模具合模不能完全到位。

（3）硫化定型壓力（含一次定型壓力和二次定型壓力）過大及時間過長也會造成膠邊。

2.3.2 改善措施

（1）當輪胎肩部出現(xiàn)周向膠邊時，首先檢查硫化機合模力，當合模力不足時需按輪胎規(guī)格對應(yīng)壓力標準進行調(diào)整。

（2）若合模力滿足工藝標準，需再進行模具預(yù)加載量檢查，若預(yù)加載量不足，須在中套上端增加墊片進行調(diào)整（墊片增加厚度根據(jù)膠邊厚度進行相應(yīng)計算）。此類情況一般多在舊模具中發(fā)生，主要是由于減磨板磨損導(dǎo)致。

（3）硫化定型過程中，若定型壓力過大、時間過長，會使胎坯伸張、膨脹過大，造成膠邊產(chǎn)生[3]。因此需嚴格執(zhí)行定型壓力標準，避免定型時間過長，以便有效排除膠囊與胎坯之間的空氣。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，采用活絡(luò)模硫化時二次定型壓力一般大于一次定型壓力，但這對兩半模生產(chǎn)不適用，目前我公司兩半模硫化一次、二次定型壓力無差異。

除考慮以上常規(guī)影響因素外，本工作還結(jié)合我公司AB型硫化機兩半模硫化膠邊問題，重點從硫化工藝標準設(shè)計及硫化機合模力管控方面進行輪胎膠邊產(chǎn)生原因試驗驗證及分析。

3 AB型硫化機兩半模合模力和硫化氮氣壓力對硫化膠邊的影響

3.1 合模力的理論計算

兩半模與活絡(luò)模合模力計算存在差異，兩半模合模力計算主要考慮模具內(nèi)介質(zhì)壓力在模具橫向分型面法向投影的合力[4]，其計算公式為

式中：F為合模力，η為安全因數(shù)，取值范圍為1.05～1.15，常規(guī)取值1.1；Fh為模具內(nèi)介質(zhì)壓力在模具橫向分型面法向投影的合力；D為輪胎外直徑或輪胎模具內(nèi)直徑；P為硫化介質(zhì)最大壓力。

此次試驗選用公司正常生產(chǎn)的8.25R16和7.50R16兩個規(guī)格輪胎，按式（1）計算的合模力如表1所示。

表1 不同規(guī)格輪胎合模力理論計算結(jié)果

3.2 合模力和正硫化氮氣壓力的影響

8.25R16輪胎的試驗方案說明如下。

方案1：硫化工藝參數(shù)不做任何調(diào)整，現(xiàn)場執(zhí)行的硫化機空模合模力為1 900 kN，正硫化階段氮氣壓力為（2.5±0.1） MPa，正硫化時對應(yīng)合模力最大值為1 920 kN，輪胎硫化情況如圖2所示。

圖2 方案1硫化條件下輪胎的硫化情況

硫化膠邊產(chǎn)生情況為：左模冠部1／8周膠邊，膠邊厚度為0.2 mm，高度為3 mm；右模冠部1／4周膠邊，膠邊厚度為0.4 mm，高度為5 mm。

對輪胎進行割膠邊處理后，均能達到外觀管控標準要求。

方案2：正硫化階段氮氣壓力為（2.5±0.1）MPa，調(diào)整左右模合模力至接近理論標準值1 630／1 680 kN（該機型合模力目前為手動調(diào)試，精度比電動調(diào)試差），正硫化時對應(yīng)左右模合模力最大值為1 650／1 700 kN，輪胎硫化情況如圖3所示。

圖3 方案2硫化條件下輪胎的硫化情況

硫化膠邊產(chǎn)生情況為：左模冠部整周膠邊，膠邊厚度為2.0 mm，高度為88 mm；右模冠部3／4周膠邊，膠邊厚度為1.9 mm，高度為57 mm。

硫化膠邊嚴重超出外觀管控標準要求，即在（2.5± 0.1） MPa的正硫化壓力下，合模力理論標準值不能滿足生產(chǎn)需要。

方案3：將正硫化氮氣壓力調(diào)整為（2.2±0.1）MPa，空模（零壓狀態(tài)）左右模合模力保持1 630／1 680 kN，正硫化時對應(yīng)左右模合模力最大值為1 630／1 680 kN，輪胎硫化情況如圖4所示。

圖4 方案3硫化條件下輪胎的硫化情況

試驗結(jié)果表明，左、右模冠部均無膠邊。

方案4：保持正硫化氮氣壓力為（2.2±0.1）MPa，調(diào)整左右模合模力為1 530／1 530 kN，正硫化時對應(yīng)左右模合模力最大值為1 530／1 530 kN，輪胎硫化情況如圖5所示。

圖5 方案4硫化條件下輪胎的硫化情況

硫化膠邊產(chǎn)生情況為：左模冠部1／6周膠邊，膠邊厚度為0.4 mm，高度為3 mm；右模冠部1／8周膠邊，膠邊厚度為0.3 mm，高度為2 mm。

硫化膠邊符合外觀管控標準要求。

方案5：保持正硫化氮氣壓力為（2.2±0.1）MPa，調(diào)整左右模合模力為1 450／1 450 kN，正硫化時對應(yīng)左右模合模力最大值為1 460／1 450 kN，輪胎硫化情況如圖6所示。

圖6 方案5硫化條件下輪胎的硫化情況

硫化膠邊產(chǎn)生情況為：左模冠部1／2周膠邊，膠邊厚度為0.4 mm，高度為4.3 mm；右模冠部1／3周膠邊，膠邊厚度為0.3 mm，高度為3 mm。

硫化膠邊符合外觀管控標準要求，即在（2.2±0.1） MPa的正硫化氮氣壓力下，合模力理論標準值能滿足生產(chǎn)需要，考慮生產(chǎn)安全性，不建議合模力再降低。

3.3 硫化時間

在高溫高壓蒸汽保持時間、壓力不變的情況下，將正硫化氮氣壓力標準值由（2.5±0.1） MPa調(diào)整至（2.2±0.1） MPa，進行8.25R16 CR926輪胎硫化氣泡消失點及測溫對比試驗。結(jié)果表明，正硫化氮氣壓力調(diào)整前后輪胎硫化氣泡消失點時間和硫化程度均無明顯變化，因此硫化時間不做調(diào)整。

3.4 輪胎耐久性能

其他工藝參數(shù)不變，在正硫化氮氣壓力為（2.2±0.1） MPa、空模左右模合模力為1 630／1 680 kN、正硫化階段左右模合模力最大值為1 630／1 680 kN的條件下生產(chǎn)8.25R16成品輪胎，其耐久性能按照企業(yè)標準進行測試。試驗條件為：充氣壓力 770 kPa，標準負荷 1 800 kg，試驗速度 65 km·h-1，試驗通過時間 ≥107 h。結(jié)果表明，輪胎行駛107 h后，累計行駛里程為6 955 km，輪胎無損壞，符合企業(yè)標準要求。

4 結(jié)語

通過以上試驗研究發(fā)現(xiàn)，針對輪胎硫化膠邊問題，可采取調(diào)整胎坯設(shè)計尺寸與模具尺寸匹配度、模具精度及硫化工藝（定型壓力、定型時間、合模力）等常規(guī)措施。對于采用兩半模硫化的情況，正硫化氮氣壓力越高，對應(yīng)的合模力越大，對設(shè)備負載穩(wěn)定性的要求也越高，因此通過適當調(diào)低正硫化氮氣壓力不僅可直接改善硫化機合模力偏高和設(shè)備負荷較大的問題，還可以在確保輪胎性能滿足企業(yè)標準的前提下有效減少輪胎硫化膠邊。