关于成型鼓及其撑块优化研究

洪志远，陆胜雷，王达尊，张先亮，黄晋

(杭州朝阳橡胶有限公司，浙江 杭州 310018)

杭州朝阳橡胶有限公司工程胎分厂（以下简称“分厂”）全钢子午线工程胎子口缺胶病疵发生率达到了3.2%，在分厂高发病疵排行中位居第一；目前分厂小矿卡产量占比60%~70%，其中部分小矿卡规格花纹发生率高达25%~35%,因此应市场质量需求与分厂内部成本管控要求，扩大品牌效应与增加小矿卡盈利率迫在眉睫，降低子口缺胶病疵发生率成为了首要目标。

子口部位是轮胎与轮辋的接触部位，该部位结构复杂，对轮胎起着承重与传递动力的作用，由内向外分别是钢丝圈、胎体帘布、钢丝包布、耐磨胶等材料，多层材料带给子口优良的性能的同时也带来了更多的外在因素，给子口带来了更高的质量风险。

子口的形状对于子口缺胶的发生率有着决定性的作用，而撑块的排布与形状对子口宽度、饱和度有着直接的反馈。根据不同规格及设计需求设计匹配的撑块能够很好地改善子口的均匀性，也是目前主流改善子口的科研方向。

1 国内全钢子午工程胎发展概况

近几年国内全钢子午工程胎发展迅速，全国各厂商相继扩产，相比国外起步早，具有成熟的科研与发展的进程，国内目前发展参差不齐，但是总体研究方向是利用扇形块尺寸决定了成型过程的两大关键参数——胎圈落点位置及子口饱和度。保证定型过程中扇形块撑起并对胎圈进行锁紧。这样在中心充气压力作用，胶囊鼓起，扇形块撑起，锁紧子口材料，防止子口分布材料的偏移从而降低质量风险。

2 无缝撑块的原理

无缝撑块能在胎胚成型过程中钢丝圈被锁紧时表面处于完整圆环形态，如（图1）所示：无缝鼓撑块分为两部分即大、小扇形块简称一分块和二分块，两分块呈等角度穿插分布，由连杆连接，经机械螺杆传动，限位器定位，二分块首先经滑块回缩，一分块1再回缩至原位且形成一个高低位置差，锁紧时同理反向运行，形成一个无缝隙的圆环[1]。

3 试验方案

3.1 主要设备

成型机:本次试验使用成型机均为两鼓一次成型法成型机。

成型鼓：目前国内外成型鼓分为两大类：有缝鼓与无缝鼓。顾名思义，这两种成型鼓最大的差别就在于撑块撑起时形成的锁紧圆环是否存在缝隙。有缝鼓作为我国早期进入轮胎行业引入结构，是目前国内主流结构，具有结构简单，价格相对低廉的优势，但随着生产质量的需求，技术的循序发展，因其结构原因造成胎胚子口表面呈波浪状，胶料分布不均等问题，使得有缝鼓需要被替换淘汰掉；而无缝鼓近年渐渐从全钢子午胎发展深入载重胎领域，其生产胎胚子口饱满，胶料分布均匀，但价格也相对高昂。

硫化机：硫化机采用板热式硫化机活络模高压蒸汽硫化。硫化条件为151 ℃×210 min。

3.2 撑块介绍

本次试验使用有缝鼓扇形块曲线（如图2）。

该撑块为原两鼓成型机配套撑块，其撑块间部存在三角状突起，虽然能够更好锁紧绕圈，防止子口在定型过程中向外逃出，但是也是目前子口缺胶问题的主要原因。

本次试验使用无缝鼓原扇形块曲线（如图3），该撑块为25＂成型鼓通用撑块，为分厂采用无缝鼓替换有缝鼓时所设计，就撑块来看，无缝撑块加宽了撑块底部直径由19 mm增加至30 mm，同时撑块开口直径增加至56 mm，降低撑块高度。

新型撑块为张先亮[2]根据分厂子口缺胶病疵发生率较高的几类花纹的子口饱满度以及轮胎设计子口规格在原无缝鼓撑块基础上重新设计的新型撑块，其相较原撑块在上下部位的宽度和撑块高度均有所增加，新型撑块各项数据可见图4。

3.3 试验设计

试验条件：温度：24±4℃；湿度：≤55%；

气压 ：I3：0.66 MPa ；K1：0.66 MPa

（1）方案一

试验1：14.00R25-CB771A 设备编号：K1

成型鼓：无缝鼓老撑块；

试验2：14.00R25-CB771A 设备编号：I3 （结构同 K1）；

成型鼓：无缝鼓型新撑块；

试验3：14.00R25-CB771A 设备编号：K1

成型鼓：有缝鼓；

（2）方案二

试验4：14.00R25-CB793A 设备编号：K1

成型鼓：无缝鼓老撑块；

试验5：14.00R25-CB793A 设备编号：I3

成型鼓：无缝鼓新型撑块。

本试验过程，胎胚成型工艺参数严格按照施工表标准执行，各半制品部件质量参数符合标准，胎胚下线经人员检验、修补后方可硫化，确保试验结果准确、切实。

3.4 试验结果

3.4.1 有无缝鼓试验结果

以试验1/3为例，2021年7月安排在两鼓成型机K1上使用有缝鼓试产规格14.00R25-CB771A （以下简称规格1）31条，生胎胚子口一圈均匀排布撑块挤压形成的凸起，如图5所示。

硫化后规格1子口缺胶11条，发生率35.5%，缺胶呈月牙状且多处分布，经成品检验X光及外观未见其他病疵。

同月换老无缝鼓试制规格1轮胎，生胎子口厚度55 mm，胎胚内径525 mm，子口较为饱满，外观无异常，如图7所示。

本次试验试产41条，硫化后出现11条子口缺胶，发生率26.8%，相较有缝鼓能够作出一定的改善，但并没有达到预期效果，即便子口饱满度已经作出极大改善。因子口缺胶发生原因做综复杂，仅能预测原因为生胎子口形状与零模不匹配。其X光图如图8所示。

3.4.2 新旧撑块试验结果

同期安排试验2/4/5，其中试验2/5安排在I3机台，采用新型设计无缝撑块，其中试验2试产8条规格1轮胎，抽检胎胚子口厚度55 mm，胎胚内径525 mm，子口形状如图9，成品胎X光成像如图10，试验5沿用新型撑块试产14.00R25-CB793（以下简称规格2）花纹轮胎10条，抽检胎胚子口厚度与胎胚内径与规格1相同，不做赘述，其子口形状如图11，X光成像如图12。试验4为日常生产，7月规格2轮胎共870条抽检胎胚子口厚度55 mm，胎胚内径528 mm，子口形状如图13, X光成像如图14，三次试验与试验1结果统计见表1。

经MES系统统计，试验2和试验5生产的规格1和规格2轮胎子口外观X光检验均无异常。

从表1的发生率可以很明显的对比出，新老撑块的结果差异，采用新型设计撑块形成子口更为平整，饱满，且根据其设计结构的优化使运行过程中机械结构运作更为流畅，拥有更好的稳定性，减少了偶发病疵的发生率，同时不同花纹块的情况下，对于子口缺胶病疵也能作出一定的改善，证明了其自身具有较好的的兼容性。

表1 子口缺胶发生率统计表

4 结论

全钢子午工程胎小矿卡子口采用无缝鼓撑块后，成功解决了部分小矿卡子口缺胶问题，子口缺胶发生率大幅度下降，分厂子口缺胶最终发生率维持在2.5%左右。张先亮等设计的25＂新型无缝鼓在全钢子午工程胎小矿卡子口的饱满度、均匀性和一致性改善上相较有缝鼓具有较好的改善作用，能够有效防止子口缺胶病疵大规模产生。这表明了无缝鼓在对子口部位的受力处理上更具优势，针对单个规格，进行撑块设计的方向是正确的，通过进一步优化撑块规格，能够使胎胚子口性能在无缝鼓基础上进一步提升，但介于经济性因素考虑，开发单规格多花纹适用撑块更具可行性。