潘景洪

(廣州鉆石車胎有限公司，廣東 廣州 510940)

小輪徑車胎用模具的設(shè)計(jì)與制造

Mold design and manufacturing for small wheel diameter tyres

潘景洪

(廣州鉆石車胎有限公司，廣東 廣州 510940)

介紹本企業(yè)小輪徑車胎開發(fā)過程中， 產(chǎn)品和工具制品的模具設(shè)計(jì)和制造的情況，存在問題，解決方法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)， 祝愿小輪徑車胎生產(chǎn)技術(shù)不斷發(fā)展和完善。

小輪徑車胎；外胎；內(nèi)胎；膠囊； 氣囊； 模具；制造

近年來力車胎產(chǎn)品市場競爭異常激烈,力車胎生產(chǎn)企業(yè)為求生存和發(fā)展,加大了新產(chǎn)品開發(fā)投入:一方面更新品種、優(yōu)化結(jié)構(gòu);另一方面促進(jìn)新產(chǎn)品系列而帶來的生產(chǎn)領(lǐng)域 ,消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化。新技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用,使新產(chǎn)品設(shè)計(jì)層出不窮,通過采用新工藝技術(shù),迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,為企業(yè)創(chuàng)造效益。同時(shí),經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 ,社會進(jìn)步,物質(zhì)文化的需要,擴(kuò)大了車胎產(chǎn)品領(lǐng)域 ,出現(xiàn)了隧道車胎、小卡丁車胎、草地園藝車胎等,稱為小輪徑車胎。本文僅介紹小輪徑車胎的開發(fā)中模具的設(shè)計(jì)與制造。

1 可行性分析

小輪徑車胎多數(shù)直徑小、斷面大,生產(chǎn)工藝尚未定型,難度大,剛開發(fā)時(shí)國內(nèi)沒有廠家生產(chǎn),工藝技術(shù)處于探索階段，沒有成熟的工裝設(shè)備。利用原來大型的力車胎生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)和車胎產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn),還需要有新產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)備工裝器具、模具設(shè)計(jì)和制造人員,具備機(jī)械、車胎模具加工技術(shù)和能力,為小輪徑車胎開發(fā)提供了條件。

車胎新產(chǎn)品開發(fā)包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、配方、生產(chǎn)工藝、模具、設(shè)備工裝器具設(shè)計(jì)制造,其中模具設(shè)計(jì)包括外胎、內(nèi)胎、膠囊（隔膜）模具設(shè)計(jì),模具設(shè)計(jì)制造對產(chǎn)品外觀,硫化生產(chǎn)工藝性起著重要作用,在模具設(shè)計(jì)制造中,工程技術(shù)人員、加工操作人員,充分應(yīng)用CAD/ CAM軟件和加工技術(shù),電火花加工技術(shù),確保按要求完成小輪徑車胎設(shè)計(jì)、加工任務(wù)。

2 小輪徑車胎開發(fā)

剛開始進(jìn)行了4.10/3.50-4小輪徑車胎開發(fā)研究工作,當(dāng)時(shí)開發(fā)工作并不順利,是由于小輪徑車胎與普通力車胎的差異造成的,小輪徑車胎直徑小、斷面大,工藝技術(shù)和工裝設(shè)備屬于探索階段,初開發(fā)時(shí) ,外胎采用傳統(tǒng)氣囊（風(fēng)胎）型硫化,受到工藝技術(shù)、工裝設(shè)備限制,難成型,接頭位置容易開裂,生產(chǎn)合格率很低。

隨著小輪徑車胎市場需求,解決小輪徑車胎工藝問題,提高合格率,正式投入生產(chǎn)越來越迫切,小輪徑車胎被列入新產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃,成立了專業(yè)小組,對小輪徑車胎生產(chǎn)各工序存在問題進(jìn)行分析、可行性研究,工藝上大膽創(chuàng)新 ,將外胎氣囊（風(fēng)胎）硫化改為膠囊（隔膜）型硫化,在工裝設(shè)備尚不具備膠囊（隔膜）硫化工藝情況下,大膽創(chuàng)新,充分利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造,需要補(bǔ)充的工裝設(shè)備,自行設(shè)計(jì)、制造。

3 膠囊(隔膜)硫化工藝與氣囊(風(fēng)胎)硫化工藝的比較

力車胎模具（如自行車胎外胎、電動車胎模具）多為分上下模具,放入胎坯合模后, 膠囊或氣囊充入壓縮空氣內(nèi)壓或蒸汽,硫化成型。 硫化型式分膠囊和氣囊, 氣囊硫化多數(shù)選液壓硫化機(jī)。 膠囊硫化,選配膠囊中心機(jī)構(gòu)專用硫化機(jī), 方便實(shí)現(xiàn)雙向?qū)?內(nèi)壓使用過熱水、中壓蒸汽、加熱氮?dú)?是當(dāng)今車胎硫化工藝發(fā)展的趨勢。

（1）小輪徑車胎如采用氣囊形式硫化,在硫化前須模具外先定型,將大斷面小直徑的氣囊裝入胎坯內(nèi),過程相當(dāng)費(fèi)時(shí)間和體力,工人勞動強(qiáng)度大,由于小輪徑車胎輪廓斷面大,外徑與內(nèi)徑比例大,套接后 ,氣囊形狀偏差大（理想型狀是圓環(huán)型）套接位置貼合強(qiáng)度不夠 ,氣囊硫化過程沖內(nèi)壓后,容量開裂,氣囊硫化成型難,硫化后車胎緊貼模具,起胎難,容易損傷外胎和氣囊（風(fēng)胎）,造成產(chǎn)品合格率低, 氣囊消耗大，生產(chǎn)成本高。

（2）采用膠囊形式硫化, 膠囊裝在硫化機(jī)中心機(jī)構(gòu)和模具上,硫化前, 胎坯套住膠囊外邊,通過調(diào)整中心機(jī)構(gòu)膠囊的氣壓大小,實(shí)現(xiàn)模具內(nèi)定型,操用過程簡單,操作工無須消耗大體力,降低了勞動強(qiáng)度,提高生產(chǎn)率,硫化模內(nèi)定型,硫化內(nèi)壓均勻 , 膠囊厚度比氣囊薄約50%, 膠囊伸張性好,硫化時(shí)壓力傳遞到車胎制品及模具,損耗低,使車胎制品花紋清晰,提高車胎產(chǎn)品結(jié)構(gòu)致密性和耐磨性,膠囊硫化工藝好,使產(chǎn)品各方面的性能和合格率高，方便實(shí)現(xiàn)硫化雙向?qū)? 膠囊安裝在中心機(jī)構(gòu)上,通過硫化機(jī)組電腦自動控制臺設(shè)置,控制膠囊中心機(jī)構(gòu)內(nèi),介質(zhì)蒸汽進(jìn)入沖內(nèi)壓和抽真空排放時(shí)間,實(shí)現(xiàn)硫化過程雙向?qū)?縮短硫化時(shí)間,大幅度提高了生產(chǎn)效率。

4 內(nèi)外胎模具設(shè)計(jì)和制造

4.10 /3.50-4小輪徑車胎剛開發(fā),模具制造工藝是傳統(tǒng)的銑刻工藝,外胎模具制造工藝復(fù)雜,由于模具直徑小 ,不能套住銑刻機(jī)床的銑頭,外胎模具花呤要用線切割割開,才能夠銑刻加工,銑刻完工后 ,花呤加外圈組裝,制造工序多、加工技術(shù)難度大,效率低 ,難以適應(yīng)產(chǎn)品開發(fā)市場要求,且產(chǎn)品外觀質(zhì)量受到模具制造工藝限制,后來對模具制造工藝進(jìn)行技術(shù)改造,采用電火花成型加工模具,制造小輪徑車胎模具不用割開花呤,制造工序減少,制造質(zhì)量和效率有較大提高。同時(shí) ,根據(jù)硫化設(shè)備改進(jìn)了小輪徑車胎模具結(jié)構(gòu)。

（1）采用小直徑的硫化機(jī)生產(chǎn)小輪徑車胎,減少模具外徑,便于硫化工操作,降低裝拆模具勞動強(qiáng)度,節(jié)約了模具材料。

（2）模具采用層片結(jié)構(gòu)（見圖1）,改善了模具的排氣效果,延長模具洗模周期,降低維修費(fèi)用。在現(xiàn)有硫化機(jī)蒸汽室位置對小直徑模具位置不對應(yīng),傳熱效果不理想,內(nèi)胎模具采用模內(nèi)運(yùn)蒸汽結(jié)構(gòu)（見圖2） ,外胎硫化機(jī)另外配小直徑熱板,保證了硫化溫度,提高了熱效應(yīng)。

圖1 多用途車胎層片結(jié)構(gòu)外胎模具圖

圖2 用途車胎模內(nèi)運(yùn)蒸汽結(jié)構(gòu)內(nèi)胎模具

5 膠囊輪廓、模具設(shè)計(jì)和制造

小輪徑車胎硫化膠囊制品的設(shè)計(jì)、制造是要急需解決的，需考慮到下列幾個(gè)方面:

（1）膠囊與胎坯配合:外胎硫化時(shí) ,保證放入胎坯和取胎情況下,及膠囊（隔膜）制品硫化時(shí)工藝性,膠囊外徑尺寸盡量取大 ,膠囊選合適的厚度可保證硫化時(shí)的拉伸強(qiáng)度,膠囊使用壽命,根據(jù)小輪徑車胎產(chǎn)品輪廓配合尺寸其徑向拉伸比以4.10/3.50-4小輪徑車胎為例約2倍。

（2） 膠囊與夾持配合:由于徑向尺寸小 ,下夾持中心要通過內(nèi)壓、真空管及方便膠囊制品硫化時(shí)脫模 ,所以膠囊與夾持的配合部分尺寸要緊湊，便于安裝內(nèi)壓、真空管,控制硫化動作。

（3）膠囊模具制造及膠囊生產(chǎn)工藝性:在不具備膠囊制造情況下,將100 t外胎水壓硫化機(jī)改造為平板硫化機(jī) ,膠囊模具設(shè)計(jì)根據(jù)膠囊輪廓尺寸大小,采用了如下二種結(jié)構(gòu):

a.采用開邊、臥式兩端側(cè)模板、模芯分體套接結(jié)構(gòu)（見圖3），保證了膠囊模具制造的工藝性,硫化工藝采用模芯包膠壓模式硫化,采用氣動調(diào)壓控制,氣缸拉開模芯脫模。

圖3 膠囊圖及膠囊模具圖

b.工作高度較小的，3.50以下規(guī)格膠囊采用立式結(jié)構(gòu)（見圖4），通過氣動元件控制膠囊硫化開合模,膠料壓入模具型腔，頂出型腔，使膠囊在機(jī)臺開模時(shí)脫模，提高生產(chǎn)自動化，降低生產(chǎn)工人勞動強(qiáng)度（見圖5）。

圖5膠囊硫化機(jī)工藝操作過程見表1。

c.在膠囊制造過程中,經(jīng)過對存在問題分析,及時(shí)整改完善,解決了膠囊制造的問題。

6 結(jié)束語

圖4 立式結(jié)構(gòu)膠囊(隔膜)硫化裝置圖

圖5 100 t硫化機(jī)膠囊硫化、氣控、熱工管路圖

通過本公司技術(shù)團(tuán)隊(duì)工程技術(shù)人員共同努力,成型、硫化工序的裝備也改造成功,在小輪徑車胎開發(fā)過程中,應(yīng)用車胎模具電火花成型加工技術(shù),發(fā)揮機(jī)加工人員的技術(shù)，生產(chǎn)工藝技術(shù)的協(xié)調(diào)下，小輪徑小輪徑車胎經(jīng)開發(fā)成功。它的成功，關(guān)鍵是對工藝性、可行性進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致的研究，工藝大膽創(chuàng)新，對開發(fā)過程存在問題及時(shí)分析、解決，也對產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力、工裝設(shè)計(jì)能力、工裝制造能力有一定要求， 生產(chǎn)工藝性的合理性，車胎和膠囊設(shè)計(jì)、 車胎和膠囊模具設(shè)計(jì)與制造的工藝性是關(guān)鍵。目前，已開發(fā)了小輪徑車胎品種，規(guī)格有40多個(gè)，模具140多套，小輪徑車胎生產(chǎn)已完善，填補(bǔ)國內(nèi)的空白，擴(kuò)大了本企業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域，并形成生產(chǎn)能力，創(chuàng)造社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

表1 膠囊硫化機(jī)工藝操作過程

[1] 虞福榮，李書春. 橡膠模具實(shí)用手冊. 1996, (12).

[2] 王樹勛，林法禹，魏華光.實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造. 1991, (04).

[3] 化學(xué)工業(yè)出版社.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊. 1980.

[4] 梁守智，張丹秋.橡膠工業(yè)手冊—第四分冊. 1998.

(R-01)

TQ336.1 TG70

1009-797X(2016)07-0027-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.07.007

潘景洪，男，工程師，1979年參加工作，現(xiàn)在廣州鉆石車胎有限公司，從事機(jī)械、車胎和橡膠制品模具設(shè)計(jì)及制造工作。

2016-01-12