轮胎及钢丝圈的生产工艺和作用

金波，陈峰，武博，罗成立，曲红旭

(中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310018)

1 轮胎的制造工艺

1.1 轮胎的分类

轮胎的分类方法多种多样，轮胎按内部结构分类可分为子午线轮胎和斜交轮胎两种，子午线轮胎内部帘布层的排列是相互平行的，与胎冠中心周向成90°夹角。目前基本上所有的轿车使用的都是子午线轮胎。按表面花纹分类可分为条形花纹轮胎、横向花纹轮胎、混合花纹轮胎和越野花纹轮胎四种。按气候分类可分为冬季雪地胎、夏季胎以及全气候轮胎三种。从使用途径进行分类，主要类别有轿车轮胎（PC）、轻型载货汽车轮胎（LT）、载货汽车及大客车轮胎(TB)、工程车轮胎(OTR)、农用车轮胎（AG）、工业用车轮胎飞机轮胎（ID）等，如图表1。

表1 轮胎的种类

1.2 轮胎的构成

轮胎的种类虽然很多，但是轮胎的构成大致相同，主要分为两大类：有内胎轮胎和无内胎轮胎。有内胎轮胎主要由外胎、内胎和垫带构成，无内胎轮胎主要由胎体、胎面、垫胶、内衬层、带束层、胎侧、三角以及钢丝圈等20多种零部件构成，1903年无内胎的轮胎有固特异申请了专利。

1.3 轮胎的生产工序

轮胎的生产工序主要有炼胶、半制品、成型、硫化、成品检验等。炼胶工序就是把碳黑、天然或合成橡胶、油、添加剂、促进剂等原材料混合到一起，在密炼机里进行加工，生产出“胶料”的过程；半制品工序是将生产的胶料通过压延压出裁断等工序生产构成轮胎的全部半成品的过程；成型工序是利用成型机将全部半成品组装成生胎（没经过硫化处理过的轮胎）无花纹；硫化工序是将生胎装入硫化机的模具里，在适宜的条件下，经过适当的时间的复合，硫化成各种花纹的成品轮胎；成品检验工序是指生产出来的轮胎进行检验检查的工序，如图1所示。

图1 轮胎的生产工序

1.4 子午胎的优缺点

全钢载重子午线轮胎，主要用于轿车、货车、客车等大型车辆，其优点有：

（1）使用寿命长。子午线轮胎胎面周向形变小，刚性大，胎面采用较硬质的橡胶材料，因此具有良好的耐磨性。轮胎表面与地面接触面积大，载荷分布均匀，单位面积内受到压力小，在路面上行驶滑移量小，行驶里程较斜交轮胎长约50%。

（2) 滚动阻力小、节省燃料。由于子午线轮胎帘布层数少，层间摩擦力小，故与斜交轮胎相比，其滚动阻力可减小25%～30%，不但能提高燃料经济性，还助于提升汽车的动力性，在实际使用过程中，节油率可达6%～8%，并且车速越快，效果越好。

（3）承载能力大。子午线轮胎可充分利用径向排列的帘线强度，承载能力较斜交轮胎可提升约14%。

（4）附着性能好。由于胎体附着性能好，即胎面滑移少、接地面积大，弹性好，有助于提升汽车动力性。

（5）减震性能好。子午线轮胎胎体较斜交胎弹性好，柔软性强，因此具有优良的缓冲性能，能增加乘坐舒适性，改善汽车行驶平顺性，并能增加汽车部件的使用寿命。

（6）胎温低，散热快。由于子午线轮胎所用帘布层数较少，帘布层相互之间不会产生剪切作用，因此与斜交轮胎相比温升低，散热快，摩擦力小，有利于车速的提升。

（7）胎面不易爆胎，不易穿刺。子午线轮胎帘线强度被充分得到了利用，使其在恶劣的行驶环境下，也不会轻易发生爆破，此外带束层具有很强的韧性，被钉子等尖刺物体扎穿的情形可减少约50%。

子午线轮胎也存在不足：胎圈附近及胎侧和胎面过渡区容易出现裂口，这对制造技术和材料要求很高，制造成本较高。但由于子午线轮胎明显优越于普通斜交胎，因此，应用越来越普遍。优缺点如表2。

表2 子午线轮胎优缺点

2 钢丝圈的制造工艺

2.1 钢丝圈在轮胎中的作用

子午线轮胎胎圈部除承受着充气压力、离心力、侧滑和制动力矩以及轮辋与胎圈相互作用产生的复杂应力外，还由于胎体柔软，胎体帘布层少，胎体帘线子午排列，致使轮胎在行驶中一直处于反复曲挠状态之中。在这样的应力情况下，钢丝圈，子口部分和胎侧下部受力最大，容易造成帘布包边位置端点脱离。由于胎侧柔软，轮胎在行驶时特别是高速行驶时其不稳定性将会增加，不利于车辆的灵活控制，所以必须大大增强胎圈的位置，同时，又要兼顾柔软的胎侧与增强的胎圈之间有一个合适的刚性过渡，以防胎圈出现不同类型的损坏或断裂，改善轮胎行驶性能。钢丝圈内层受下部材料压缩造成的轮辋过盈力最大，其次是钢丝两侧应力，最后是钢丝外层应力。由此可知，钢丝圈断面如为方型则所受应力不均匀，故子午线轮胎不适合采用层数多的方型钢圈。钢丝圈断面如为扁平状的宽斜六角形，则可增加胎圈挺性和刚性，加宽胎圈，使轮辋与胎圈紧密地贴合不会发生因滑动而导致的缓慢泄气。无内胎轮胎的钢丝圈应使用这种。

2.2 钢丝圈制造工艺流程

钢丝圈是全钢载重子午线轮胎的一个关键部位，它所处多种部件的交接之地，和同等规格斜交轮胎相比，承受的附加应力和内压应力要多出30%～50%，因此对它的生产工艺技术具有严格的要求，并且支撑力度必须过硬。全钢载重子午线轮胎的钢丝圈制造是由单根高延伸的胎圈钢丝(通常用直径为1.65，1.55和1.42 mm等的镀青铜胎圈钢丝)被压出机产出的胶片附着后，再由程序控制钢丝圈卷成盘将其缠绕成具有一定断面形状的钢丝圈，最后在表层螺旋缠绕一至二层纤维包布，停放后贴合三角胶供胎坯成型使用，其成型工艺流程如图2。

图2 钢丝圈生产工序

2.3 钢丝圈的分类

根据全钢载重子午线轮胎钢丝圈的断面形状，可分成下述三种情况：

（1）规则六边形

钢丝排列层数分奇偶两种情况，当层数为奇数时，其断面形状为轴对称图形，中心线是钢丝圈宽度最大的那一层；当层数为偶数时，其断面形状为近似轴对称图形。根据需要生产的钢丝圈形状，无论是斜底无内胎载重子午线轮胎钢丝圈还是平底的有内胎载重子午线轮胎钢丝圈，均可按照上一节介绍的调整过程对钢丝圈进行生产。图3所示为规则六边形钢丝圈的几种断面形状。

图3 规则六边形钢丝圈断面

（2）斜底的倾斜六边形

当钢丝圈中钢丝排列存在若干层钢丝数量相同时，就会在排列下一层的方向上出现向左或向右倾斜的问题，此时就产生了斜底的倾斜六边形钢丝圈。图4所示为斜底的倾斜六边形钢丝圈的两种断面形状。

图4 斜六边形钢丝圈断面

（3）斜底的七边形

斜底的七边形钢丝圈相比六边形成型更难，这是因为在设计钢丝圈的排列时，在某些指定层，步进电机在起始步跨步时要比前一层多半步(如一步半、两步半等)才可以形成的断面形状为七边形的钢丝圈。针对这种钢丝圈，在调整钢丝圈成型机时略有区别，首先需将旋转选择图形按钮，打至七边形图形这一边，根据前面一节说过的方法进行调整，再次输入准确的程序至程序盘上，最后编写特定数值的控制指令在“编码设置”中，使步进电机带动机头布线轮在指定层排列钢丝时起始步能根据控制指令大跨步，从而实现制造出的钢丝圈断面形状为七边形。图5所示为斜底的七边形钢丝圈的断面形状。

图5 斜底七边形钢丝圈断面

2.4 钢丝圈制造时的注意事项

钢丝圈制造的质量对轮胎质量的好坏有着非常大的影响，因此要注意钢丝圈制造时的工艺要求：

（1）要确保钢丝排列的顺序正确、准确、到位。确保排丝电机的起始位置正确，步距合适。参数一旦设置不合理就有可能导致钢丝排列出现偏差。上述情况从胎圈受力分析来看，均会引起胎圈脱空。

（2）要严格控制钢丝圈各项尺寸指标。如内周长是否在公差允许范围，顶宽，低宽，总宽度，钢丝搭头长度等都要求确保在在允许公差的范围之内。为了避免此类问题的发生，需要经常对尺寸指标进行检测。

（3）要调整好钢丝预弯曲度。若预弯曲度调整不好 ，当钢丝圈制造完成之后会发生钢丝圈变形扭曲等现象。有的则会在存放一定时间之后再出现上述情况。这都是我们要避免发生的情况。

（4）控制好压出机对钢丝的覆胶，调节好压出机的速度，保证压出机各段的温度在要求范围内，从而保证覆胶均匀。

3 结束语

目前轮胎的应用已经发展成为当今社会不可缺少的一部分，轮胎已经从陆地运用发展转成为航空、海洋等多方位的使用，橡胶行业的发展将成为永久性，更要每个使用者了解怎么样去维和使用，也需要我们更深入的了解其舒适性和耐用性。