全鋼子午線輪胎肩部簾線彎曲原因分析與改善措施

林蔭祥，姚峰轉(zhuǎn)，蔣婷婷

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，汽車的需求量日益增大，全鋼子午線輪胎的需求也隨之增長。眾所周知，全鋼子午線輪胎的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，部件較多，成型硫化時受力變形較大，故在生產(chǎn)過程中質(zhì)量缺陷比較多[1-3]。肩部簾線彎曲是全鋼子午線輪胎生產(chǎn)過程中極易出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，在輪胎使用過程中會導(dǎo)致肩部早期脫層甚至爆破，嚴重影響輪胎的高速、耐久及安全性能。

本工作分析全鋼子午線輪胎肩部簾線彎曲原因，并提出相應(yīng)的改善措施。

1 肩部簾線彎曲問題及檢測

在對輪胎進行X光非破壞性的透視檢測過程中會發(fā)現(xiàn)，鋼絲簾線在胎側(cè)位置或肩部出現(xiàn)波浪形彎曲現(xiàn)象，稱為簾線彎曲，主要表現(xiàn)為胎里肩部一側(cè)或兩側(cè)簾線出現(xiàn)反弧現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 簾線彎曲X光圖片

通常為更好地進行簾線彎曲程度的評價，需要對輪胎進行斷面切割，如圖2所示。

圖2 簾線彎曲斷面解剖實物示意

根據(jù)各規(guī)格輪胎選取的鋼絲簾線規(guī)格差異，設(shè)定簾線彎曲合格品輪胎管控標準：低密度簾布（簾布密度≤50根·dm-1）簾線彎曲≤2.5根，高密度簾布（簾布密度＞50根·dm-1）簾線彎曲≤3.5根。測量確認方法如圖2所示，即輪胎斷面剝離內(nèi)襯層后，在簾線彎曲處選擇單根鋼絲采用熒光筆進行簾線分布曲線標記，選取兩側(cè)三角膠端點位置A，B，使用鋼直尺做直線連接，在簾線彎曲最高點位置C做垂線，計算位置C與D之間的簾線根數(shù)。

2 肩部簾線彎曲原因分析及改善措施

2.1 輪胎初始設(shè)計技術(shù)參數(shù)不合理

在半成品尺寸和質(zhì)量及成型機和硫化機各項工藝參數(shù)均符合標準設(shè)定且無異常情況下，新開發(fā)規(guī)格輪胎在試驗階段經(jīng)常會出現(xiàn)肩部簾線彎曲病疵。經(jīng)過對大量規(guī)格輪胎參數(shù)及改善經(jīng)驗的總結(jié)，首先考慮設(shè)計技術(shù)參數(shù)的匹配性，強相關(guān)因素包括擠出半成品尺寸、成型平面寬、胎坯外輪廓參數(shù)及胎坯尺寸與模具尺寸的匹配度等。

2.1.1 擠出半成品尺寸

在輪胎初始設(shè)計階段，擠出半成品的尺寸及質(zhì)量分布可按材料分布圖計算得到，因為擠出口型多為不規(guī)則形狀，計算時會產(chǎn)生一定誤差，若胎面和肩部墊膠體積過大，則會導(dǎo)致肩部材料過剩，造成肩部鋼絲簾線分布異常，產(chǎn)生簾線彎曲病疵；反之，在材料不足的情況下肩部露鋼絲的風險增大。因此，應(yīng)合理設(shè)計擠出口型，確保擠出半成品尺寸的精確性。

2.1.2 成型平面寬

成型平面寬是成型機胎體鼓上兩個鋼絲圈之間的距離。如果成型平面寬設(shè)置過大，輪胎裝模硫化時，部分簾線在胎肩處聚集而產(chǎn)生彎曲，嚴重時胎坯定型后胎肩部位發(fā)生彎曲。因此，應(yīng)合理設(shè)計成型平面寬。

2.1.3 胎坯尺寸與模具尺寸匹配度

除了擠出半成品尺寸及成型平面寬等關(guān)鍵設(shè)計參數(shù)外，胎坯整體尺寸與模具尺寸匹配度的確定也至關(guān)重要，胎坯外輪廓周長（徑向）與模具外輪廓周長、胎坯外圓周長（圓周方向）與模具內(nèi)圓周長的匹配比例需要重點考慮，經(jīng)過長期的經(jīng)驗總結(jié)及大量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)二者匹配比值分別為0.995和0.965時整體匹配比較合理。

胎坯外輪廓周長直接影響帶束層和胎面鼓的周長以及成型定型參數(shù)、硫化定型參數(shù)和胎坯冠部與模型外直徑比值的確定。胎坯外圓周長過大，裝模困難，簾線伸張不足導(dǎo)致肩部簾線彎曲；胎坯外圓周長過小，簾線伸張變形過大，會出現(xiàn)胎里露線等缺陷。因此應(yīng)嚴格控制胎坯形狀及重點參數(shù)的標準，確定胎坯左右肩部周長差（≤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（≤15 mm），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9%～10%，R16以上系列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，使得胎坯冠部整體形狀與活絡(luò)塊動作軌跡盡可能趨于一致，避免材料分布不均勻影響鋼絲簾線的伸張及分布。

2.2 生產(chǎn)工藝參數(shù)控制不當

2.2.1 擠出半成品尺寸

常規(guī)規(guī)格輪胎生產(chǎn)中突發(fā)肩部簾線彎曲病疵時，擠出半成品尺寸異常的可能性極高。胎面、墊膠或復(fù)合三角膠的口型在長時間使用中因為磨損或損傷，使擠出半成品尺寸超出公差，導(dǎo)致材料過剩，在硫化過程中膠料流動不均勻產(chǎn)生肩部簾線彎曲或胎里拱起現(xiàn)象。因此在日常生產(chǎn)管控過程中，擠出半成品的尺寸和質(zhì)量需要每班進行一定比例抽檢，避免批量性尺寸異常問題的發(fā)生。

2.2.2 鋼絲簾布壓延質(zhì)量

鋼絲簾線的伸張力直接影響簾布的平整性和均勻伸張性，要求鋼絲簾布在覆膠前后確保長度基本不變，因此錠子房張力設(shè)置應(yīng)控制在合理范圍。其次，整經(jīng)輥和壓力輥的尺寸、壓力輥壓力、壓力輥和3#輥的間隙需要穩(wěn)定控制在合理范圍。另外，還應(yīng)該嚴格控制擠出機擠出速度、溫度和機頭壓力，防止鋼絲簾線通過擠出口型后伸張性能損失過大，使帶束層對輪胎的箍緊力變大，產(chǎn)生肩部簾線彎曲現(xiàn)象。

2.2.3 成型工藝參數(shù)

（1）成型平面寬。在生產(chǎn)過程中必須確保各規(guī)格輪胎成型平面寬設(shè)置符合施工表標準，做好規(guī)格更換、班組更換、人員更換時成型平面寬參數(shù)的檢查確認工作。

（2）成型機撐塊壓力。在鋼絲圈扣圈定位后，定型鼓收縮定型充入壓力時，如果撐塊壓力不足，撐塊外側(cè)鋼絲簾布會被拉入胎里，鋼絲簾線在胎肩處會發(fā)生不同程度的聚集，導(dǎo)致彎曲現(xiàn)象發(fā)生。因此，生產(chǎn)過程中需每班檢查成型機機頭或定型鼓，確認撐塊壓力不泄露。

另外，成型機兩側(cè)撐塊撐起速度不一致時，速度慢的一側(cè)簾布會被拉入胎里，也會引起簾線聚集產(chǎn)生彎曲。因此需周期性對成型機撐塊起落節(jié)流閥進行氣流量檢測。

（3）成型定型鼓膠囊質(zhì)量。成型定型鼓的左右反包膠囊質(zhì)量差異過大，或當膠囊存在嚴重變形時，也會引起撐塊撐起速度不一致，導(dǎo)致簾線抽動，造成簾線彎曲。因此應(yīng)每班檢查定型鼓膠囊質(zhì)量，如有異常需及時更換。

（4）胎體簾布反包高度。胎體簾布反包高度低于控制標準時，極易使橫向塊狀花紋輪胎肩部材料分布較少，導(dǎo)致鋼絲簾線分布異常，因此成型時應(yīng)嚴格控制胎體簾布反包高度。

2.2.4 硫化工藝參數(shù)

（1）硫化定型壓力。胎坯在硫化定型時，如果定型壓力設(shè)定值過大，胎坯外輪廓尺寸會隨之變化，使鋼絲簾線過度伸張，硫化合模過程中胎坯被擠壓，極易導(dǎo)致肩部簾線彎曲。一般情況下，活絡(luò)模氮氣定型壓力需控制在0.03～0.06 MPa，兩半模氮氣定型壓力則需控制在0.01～0.03 MPa。另外，硫化機定型平衡閥失效會導(dǎo)致定型壓力不能按標準值調(diào)節(jié)，實際定型壓力通常會偏大，進而導(dǎo)致鋼絲簾線彎曲；當硫化機控制閥出現(xiàn)故障時，合模過程中定型壓力也會瞬間增大導(dǎo)致鋼絲簾線彎曲現(xiàn)，因此應(yīng)定期進行硫化設(shè)備檢查，保證設(shè)備正常運行。

（2）硫化裝模時間。硫化裝模過程中如果高溫受壓狀態(tài)持續(xù)時間較長，胎坯極易發(fā)生變形，胎里簾線會因為溫度不均勻而產(chǎn)生不同程度的異常抽動，因此應(yīng)合理控制裝模時間，盡量排除安全拉桿受外力作用或合模限位故障導(dǎo)致設(shè)備急停等情況發(fā)生。

（3）硫化定型高度。由于輪胎規(guī)格和硫化機型號多樣化，每種硫化機的中心機構(gòu)高度和不同規(guī)格輪胎尺寸設(shè)計存在差異，因此各規(guī)格輪胎的一次定型高度和二次定型高度標準均有差異。

輪胎硫化機中心機構(gòu)高度、一次定型高度和二次定型高度的計算公式為

式中：h為硫化機中心機構(gòu)高度；k為計算系數(shù)，取值與輪胎斷面高寬比有關(guān)；B為成品輪胎內(nèi)腔最大高度，即成品輪胎斷面高度減2倍胎側(cè)厚度；b為半成品胎圈寬度，一般取值為成品輪胎胎圈寬度（C）的1.1倍；C1為常數(shù)，胎坯與下模令模的間距，一般取值為5 mm；C2為經(jīng)驗值，膠囊充氣時上鼓定位高度比理論值小，故取值約為10 mm；h1為一次定型高度；h2為二次定型高度；L為模具與胎圈的間距。

如果二次定型高度過大，合模過程中活絡(luò)塊伸張狀態(tài)下不能包籠胎坯，合模后其對胎坯肩部會產(chǎn)生擠壓，造成局部簾線彎曲。

3 結(jié)語

針對新開發(fā)規(guī)格輪胎肩部簾線彎曲問題，重點考慮設(shè)計參數(shù)對胎坯尺寸與模具尺寸匹配度的影響，而對于常規(guī)規(guī)格輪胎肩部簾線彎曲問題，需重點考慮生產(chǎn)工藝參數(shù)異常變化的影響。

本工作通過分析全鋼子午線輪胎肩部簾線彎曲原因，提出相應(yīng)的改善措施，有效解決了輪胎肩部簾線彎曲問題，提高了輪胎質(zhì)量。