数字化技术在轮胎模具设计制造中的应用解析

2016-08-16钟君臣

中国高新技术企业 2016年22期

钟君臣

摘要：伴随汽车工业的快速发展，与汽车生产有关的模具行业也得到了快速的发展，出现了多种材质和类型的汽车生产模具，其中轮胎模具以其技术含量高在众多模具类型中得到了人们的青睐。文章在阐述数字化技术内涵的基础上，分析了轮胎模具制造技术的现状，并论述了数字化快速制模技术在汽车子午线轮胎模具的花纹加工中的应用。

关键词：数字化技术；轮胎模具；花纹加工；设计制造；汽车工业文献标识码：A

中图分类号：TG385 文章编号：1009-2374（2016）22-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.021

在数字化技术的不断发展下，人们对汽车轮胎模具设计方式和轮胎模具制造提出了更高的要求，使得传统的汽车轮胎模具设计方式受到了一种全新的挑战。轮胎的花纹样式得到了不断更新，对于汽车的子午线轮胎来讲，一旦轮胎花纹设计和结构加工精度差一点，最终很可能导致企业轮胎动、静平衡性能、均匀性、散热性等方面出现问题。为了实现轮胎模具设计的科学、有效，保证汽车性能的充分实现，需要有关汽车轮胎设计人员充分利用数字化技术完善汽车轮胎模具设计。

1 数字化技术概述

21世纪的发展是数字化发展时代，一系列的数字概念如雨后春笋般产生，同时也促进了汽车制造业的发展变化。数字制造一般是指在虚拟现实、计算机网络上技术、快速原型、数据库和多媒体技术的支持下，根据用户需求来获得其需要的信息资源，并在对资源获取分析的同时实现对产品设计和产品功能的仿真制造，从而以最快的速度生产消费者满意的产品。简单的说，数字制造是指在针对制造过程数字化描述而建立的数字空间中完成产品制造的过程。在计算机的快速发展下，计算机图形和机械设计技术得到了充分的结合，继而产生了以数据路为中心，以交互图形系统和技术为基本手段，以工程分析计算为主体的一体化计算机辅助系统（CAD）。这种系统能够在二维或者三维空间来对物体进行精准化的描述，从而提升产品的生产效率。将计算机辅助系统中产生的产品设计信息转化为产品制造、工艺规则等信息，能够实现对机械加工工序和工步的重新组合，并能够对每个工序的机动时间及辅助时间进行计算。这种规划是计算机辅助工艺规划（CAPP）。

通过对数字化技术性能的分析，可以发现数字制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术共同作用的结果。在科技快速发现下，制造器、生产业的数字化发展是一种必然趋势。以制造业发展为例，其设备的控制参数一般都是数字信号，各种信息都会以数字的形式借助网络在企业内部进行传播。在数字制造的影响下，企业、个人、设备、经销商等会形成一种连接。

2 轮胎模具制造技术的现状

轮胎模具行业在近几年的发展中，基本处于一个设备不断更新、产品不断升级的快速发展时期，对原有传统的手工刻模模具加工工具进行了更新，用电火花蚀刻工艺加工模具代替了传统手工刻模模具。在科技不断发展的情况下，尤其是微机控制在模具加工方面的应用，得到了先进软件和设备的支持，表现为先进三维CAD、CAM技术的应用，微机能够对曲面造型进行仿真加工，且应用的加工策略能够支持三轴数控机床来完成电机和模具加工。其中全自动的数控电火花机床分度误差没有超过±20″，深度误差≤0.01mm，体现了模具设计的高精度和高档次。

文章以轮胎模具花纹制造技术加工为例，阐述数字化技术下汽车轮胎模具制造发展现状。现阶段，国内外对轮胎模具花纹加工应用的方法主要有三种，包括数控雕刻花纹、EDM（电火花腐蚀加工）、精密铸造。数控雕刻花纹设计主要应用的是计算机辅助设计软件、模拟加工路线、机械雕刻成型、人工修整成型技术。EDM（电火花腐蚀加工）主要应用的是计算机辅助设计花纹电极，利用电极放电腐蚀成型，最后由人工对设计模型表面进行修整。精密铸造一般是利用计算机辅助软件设计加工出能够用于仿制精铸母模（基模），之后利用材料模仿制作硅胶模、石膏模芯、砂芯等，最后浇铸成型，其中精密铸造用于半钢丝子午线轮胎模具。

3 数字化技术在汽车轮胎模具中的应用

3.1 数字化技术在汽车轮胎模具花纹设计中的应用

汽车轮胎模具的花纹设计是否合理对汽车花纹系列轮胎的开发成果影响意义深远。但是，现阶段全球范围内的具有汽车轮胎模具花纹设计开发能力和轮胎厂以及研究机构很少，大多数的轮胎厂商开发花纹轮胎模具都需要借鉴有开发经验的轮胎厂家，并根据自身发展实际，在轮胎模具设计结构的基础上对产品进行改进和完善。进过模仿改进而设计出来的花纹汽车轮胎，其各项性能指标是否合格有待验证，且在预测轮胎成型过程中存在一些缺陷。我国现阶段很多轮胎厂花纹技术设计基本停留在二维水平，对于轮胎模型花纹的实际加工缺乏科学的规划。

数字化技术的应用能够实现轮胎花纹的三维立体设计，即通过对三维造型模拟轮胎表观的计算，保证轮胎花纹设计的美观、合理。在数字化技术的支持下，我国有一些轮胎厂家通过模具制造设备、软件等将轮胎的二维花纹进行了三维立体设计，通过数据技术在一定程度上隐含和处理了轮胎花纹的缺陷，实现了轮胎花纹的合理设计，提升了设计的效率。

3.2 数字化技术在汽车轮胎花纹工艺中的应用

轮胎模具的设计需要很高的技术含量，尤其是汽车子午线胎轮胎模具。汽车子午线胎轮胎模具具有特殊的花纹造型、特殊的设计结构，由此决定其加工工艺的复杂、独特。因此，汽车轮胎花纹设计中除了需要注重CAD/CAE技术之外，还需要注重轮胎花纹的加工工艺。数据化技术在轮胎模具中的应用主要是指计算机辅助工艺设计在轮胎花纹中的应用，通过数字化技术处理能够将轮胎花纹加工工艺在实际操作之前可能遇到的问题事先展现给工艺设计人员，从而不断优化汽车轮胎花纹工艺，实现一次性合格设计。数字化技术能够为汽车轮胎花纹工艺设计提供一种新的设计思想，在综合模拟技术、分析、干涉报告等智能技术于一体的同时，对轮胎模具，尤其是高性能的子午线轮胎花纹设计优化产生了重要的影响。

3.3 数字化技术在汽车轮胎加工中的应用

在国内，汽车轮胎模具，尤其是子午线轮胎活络模具的花纹加工，大多是由模具厂家进行加工，主要的加工手段仍停留在传统加工工艺方面，大规模的加工厂家大多是以EDM为主力加工手段。伴随高性能子午线轮胎的大规模应用，社会主义经济市场对轮胎硫化生产的要求逐渐提升，表现在对汽车子午线轮胎的活络模具精确度提出了更高的要求。数字化技术的应用，能够实现对高性能子午线轮胎模具花纹中壁厚只有0.8mm这样细小的花纹的一次成型，在最短的周期内加工出高质量、低能耗的产品。数字化应用在汽车轮胎高速加工与传统的加工方式相比，具有以下六种优点：第一，汽车轮胎加工精确度能够达到0.002mm；第二，汽车轮胎加工时间减少了原来的60%～80%；第三，汽车进给速度应该提升5～10倍以上；第四，汽车轮胎所应用刀具的耐用度应该提高原来的70%左右；第五，汽车轮胎表面粗糙度至少要达到Ra0.8；第六，在高速切削和风冷却影响下，对于工件冷热加工引起的轻微变形可以适当地

忽略。

3.4 数字化技术在汽车轮胎生产管理中的应用

现阶段，我国汽车轮胎模具制造厂家的发展规模很难扩大，大多数的轮胎制造企业都是中小型规模的企业，一些甚至还是家庭作坊。这些企业的轮胎制造管理手段较为落后，轮胎生产质量遭到投诉的情况时常发生，可见大多数企业的轮胎模具生产制作存在技术方面的问题，对于大额投资的设备也不能充分利用。汽车轮胎模具设计和制造与一般类型的模具制造不同，但基本存在一些共性，即都是典型的依据订单加工生产的单件小批量产品，在模具的业务订单、技术设备、物料采购以及生产滚利方面都需要信息的充分对应。成功的企业管理需要应用先进的管理方式，而数字化技术的应用能够实现企业的高效管理，加强企业和客户之间的交流沟通，从而提升企业轮胎模具生产的效率，加强对汽车轮胎模具生产成本的控制，实现对汽车生产车间的及时性监控和管理，同时在CAD技术的应用下，实现企业内部信息资源的共享。应用数字化管理是提升汽车企业良好经营发展的重要手段，在实现企业发展规范化管理的同时，不断提升企业在市场发展的竞争力，将企业工作人员从繁琐的工作程序中解脱出来，为业务人员和顾客之间的交流沟通提供更充分的时间。

3.5 数字化技术在汽车轮胎模具检验中的应用

伴随公路建设的发展，汽车轮胎特别是高性能子午线轮胎得到了快速的发展。汽车轮胎生产厂家对轮胎模具设计要求逐渐提升。在这种形势下，汽车轮胎模具检测技术和检测设备的应用变得尤为重要。数字化技术下的3D检测技术和4D激光检测设备的应用能够满足这种性能的需要，加强对汽车轮胎的精确检测。

4 结语

综上所述，数字化技术在汽车轮胎模具设计和制造中具有重要的应用意义，得到了有关人员的广泛应用，为我国汽车轮胎模具设计和制造创造了新的发展机遇。为此，需要有关人员加强对国内外先进汽车轮胎模具设计制造数字化技术的学习，并结合汽车企业自身发展实际，将数字化技术充分应用到汽车轮胎模具设计和制造中，不断促进企业的稳定、健康发展。

参考文献

[1]黄德中，魏宏玲.数字化技术在轮胎模具设计制造中

的应用[J].模具技术，2002，（3）.

[2]王斌.我国轮胎模具工业的现状与发展之我见[J].中

国橡胶，2007，（6）.

[3]曾旭钊，郑栩栩.数字化快速制模技术在汽车轮胎

模具制造中的发展趋势[J].橡塑技术与装备，2007，

（10）.

[4]张阁.子午线航空轮胎结构设计及性能仿真研究[D].

北京化工大学，2013.

[5]鲁军.基于自定义特征的轮胎花纹参数化设计的研究

[D].合肥工业大学，2013.