轎車輪胎模具設(shè)計(jì)降低生產(chǎn)成本的方法研究

張 勇，王 君，曲賓建，王明杰，趙笑燕，羅寶玉

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

模具設(shè)計(jì)是影響輪胎尺寸的重要因素，模具設(shè)計(jì)前工程師需要充分了解市場對(duì)輪胎性能的需求[1-4]。同時(shí)，輪胎尺寸必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，如《中國輪胎輪輞氣門嘴標(biāo)準(zhǔn)年鑒》（CAS）、《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)》（ETRTO）、《美國輪胎輪輞協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)年鑒》（TRA）等。

為快速響應(yīng)市場需求，輪胎企業(yè)不僅要推出高質(zhì)量的產(chǎn)品，而且亟需降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，以提高市場競爭力。本工作首先分析近年來CAS的輪胎規(guī)格變化情況，然后針對(duì)轎車輪胎的規(guī)格特點(diǎn)探討模具共用花紋塊的可行性，最后介紹模塊化設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低模具費(fèi)用及生產(chǎn)成本的目的。

1 近年來CAS的輪胎規(guī)格變化

1.1 以扁平比為基準(zhǔn)的輪胎規(guī)格

2022年與2018年CAS以扁平比為基準(zhǔn)的輪胎規(guī)格對(duì)比如表1所示。

表1 2022年與2018年CAS以扁平比為基準(zhǔn)的輪胎規(guī)格對(duì)比

從表1可以看出：與2018年相比，2022年的CAS中輪胎規(guī)格增加了44個(gè)，其中低扁平比（25以下、30、45和50）的輪胎規(guī)格增加較多；在2018和2022年的CAS中扁平比為30，35和40的輪胎規(guī)格占比較大。

1.2 以輪輞直徑為基準(zhǔn)的輪胎規(guī)格

2022年與2018年CAS以輪輞直徑為基準(zhǔn)的輪胎規(guī)格對(duì)比如表2所示。

表2 2022年與2018年CAS以輪輞直徑為基準(zhǔn)的輪胎規(guī)格對(duì)比

從表2可以看出：輪輞直徑為15，16和17英寸的輪胎規(guī)格占比較大；與2018年相比，2022年的CAS中19，20，21和23—30英寸等較大輪輞直徑的輪胎規(guī)格較多，呈不斷增加趨勢(shì)。

2 模具共用花紋塊的可行性

輪胎規(guī)格不斷增加，為降低模具成本，實(shí)現(xiàn)更多規(guī)格輪胎的生產(chǎn)，應(yīng)實(shí)施模具模塊化設(shè)計(jì)。模具設(shè)計(jì)多采用活絡(luò)模具[5-7]，型腔主要有花紋塊、側(cè)板和鋼菱圈等。下面針對(duì)轎車輪胎[8-9]的規(guī)格特點(diǎn)，探討模具共用花紋塊的可行性。

（1）相同扁平比、不同輪輞直徑的輪胎外直徑變化對(duì)比如表3所示。從表3可以看出，相同扁平比、輪輞直徑增大1英寸，輪胎外直徑增大25～26 mm，差值較大，因此模具不適合共用花紋塊。

表3 相同扁平比、不同輪輞直徑的輪胎外直徑變化對(duì)比

（2）相同輪輞直徑、不同扁平比的輪胎外直徑變化對(duì)比如表4所示。從表4可以看出，相同輪輞直徑、扁平比降低5，輪胎外直徑減小20～22 mm，差值較大，因此模具不適合共用花紋塊。

表4 相同輪輞直徑、不同扁平比的輪胎外直徑變化對(duì)比

（3）小規(guī)格（斷面寬較?。┹喬サ耐庵睆阶兓瘜?duì)比如表5所示。從表5可以看出：扁平比降低5且輪輞直徑增大1英寸時(shí)，輪胎外直徑增大7～10 mm；小規(guī)格輪胎的外直徑差別較大，因此模具不適合共用花紋塊。

表5 小規(guī)格輪胎的外直徑變化對(duì)比

（4）中規(guī)格（斷面寬中等）輪胎的外直徑變化對(duì)比如表6所示。從表6可以看出：扁平比降低5且輪輞直徑增大1英寸時(shí)，輪胎外直徑增大2～6 mm；中規(guī)格輪胎的外直徑差別較小，因此模具可以考慮共用花紋塊。

表6 中規(guī)格輪胎的外直徑變化對(duì)比

（5）大規(guī)格（斷面寬較大）輪胎的外直徑變化對(duì)比如表7所示。從表7可以看出：扁平比降低5且輪輞直徑增大1英寸時(shí)，輪胎外直徑的變化量為－3～1 mm；大規(guī)格輪胎的外直徑差別較小，因此模具可以考慮共用花紋塊。

表7 大規(guī)格輪胎的外直徑變化對(duì)比

3 模具的模塊化設(shè)計(jì)

以上討論的是不同規(guī)格輪胎的模具共用花紋塊，當(dāng)然，相同規(guī)格輪胎的模具也可以共用花紋塊。對(duì)于相同規(guī)格輪胎的模具設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮模具上分型面寬度、高度、花紋塊與側(cè)板結(jié)合點(diǎn)的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)側(cè)板互換和花紋塊的共用，從而實(shí)現(xiàn)不同側(cè)板方式的多種產(chǎn)品，如標(biāo)準(zhǔn)型側(cè)板、狂野型側(cè)板和白胎側(cè)側(cè)板等。

降低生產(chǎn)成本除采用模具共用花紋塊外，還可以考慮共用模套、共用側(cè)板等，關(guān)鍵是要實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，同時(shí)考慮模具制造的精度以及模具的科學(xué)管理和維護(hù)工作。

通過模具降低成本還應(yīng)考慮產(chǎn)品系列化時(shí)配套市場和替換市場的產(chǎn)品共用，應(yīng)優(yōu)先根據(jù)配套市場的需要，按照配套市場產(chǎn)品的開發(fā)形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)產(chǎn)品不具備競爭力時(shí)，可采取模具優(yōu)化方式來提升產(chǎn)品競爭力。

另外，制造模具時(shí)應(yīng)充分了解國家標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)等的相關(guān)規(guī)定以及市場的需求，根據(jù)需要進(jìn)行模具活字塊的加工[10]。比如，2022年的CAS規(guī)定，對(duì)于行駛速度為240～300 km·h-1的輪胎，其規(guī)格標(biāo)志中可用“R”；對(duì)于行駛速度超過300 km·h-1的輪胎，其結(jié)構(gòu)類型代號(hào)應(yīng)用“ZR”代替“R”。2020年的ETRTO規(guī)定，只有對(duì)于行駛速度超過300 km·h-1的輪胎，輪輞直徑標(biāo)志前的“R”必須用“ZR”代替。因此，對(duì)于行駛速度為300 km·h-1及以下的輪胎，可以在模具上直接?？獭癛”，不必再刻制“ZR”和“R”兩種活字塊，這樣就減少了活字塊的加工費(fèi)用。

4 結(jié)論

（1）模具的外直徑和斷面寬等主要參數(shù)的設(shè)計(jì)除應(yīng)滿足各類標(biāo)準(zhǔn)要求外，還要滿足市場的性能需求，之后再綜合考慮成本問題。

（2）模具共用花紋塊可以縮短加工周期，降低模具成本，產(chǎn)品容易系列化，提升模具利用率，尤其對(duì)于大輪輞直徑、產(chǎn)量小的產(chǎn)品，避免了模具的閑置，但對(duì)模具的管理有更高的要求，共用規(guī)格無法同時(shí)生產(chǎn)，兩個(gè)輪輞直徑的模具變形不同，容易出現(xiàn)輪胎外觀問題。

（3）實(shí)施模塊化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考慮模具下分型面高度、模具著合面直徑、鋼菱圈等的模塊化設(shè)計(jì)，不僅可以提高設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)周期，還可以降低設(shè)計(jì)成本及模具采購成本。