半钢子午线轮胎胎趾缺陷的原因分析及解决措施

2020-07-19王金营陈雪梅

轮胎工业 2020年11期

王金营，胡鑫，陈雪梅

（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东招远 265400）

受汽车行业主要经济效益指标增速趋缓的影响，轮胎行业出现了产销低迷现象。各轮胎企业都承受着很大的压力，降低消耗，提升产品质量成为当务之急[1-2]。轮胎胎趾缺陷是轮胎外观质量缺陷之一。硫化后胎趾缺陷严重的轮胎会影响胎圈与轮辋间的装配，在轮胎使用中会有漏气或胎圈脱离轮辋的风险。胎趾缺陷超出企业外观质量检验标准的成品轮胎需降级或报废处理，造成了严重的材料浪费。

本文分析了半钢子午线轮胎胎趾缺陷的产生原因，并提出相应解决措施，取得了良好效果。

1 胎趾缺陷类型

根据不同的轮胎规格，轮胎胎趾缺陷有的轻微（胎趾圆角），有的严重（胎趾内侧凹陷），有的沿胎圈周向很长（约1/2圈或更长），有的很短（约1/3圈或更短），有的单面瘦小，有的双面瘦小。这主要是由于不同规格的模具钢圈曲线宽度与胎坯配合不良、硫化装胎时胎坯与模具接触状态不良等因素造成的。

半钢子午线轮胎胎趾缺陷主要分为两种情况：一种是胎趾圆角，胎趾处没有尖角；另一种是胎趾内侧凹陷。轮胎胎圈理想断面和胎趾缺陷断面如图1所示。

图1 胎圈理想断面和胎趾缺陷断面示意

2 原因分析及解决措施

2.1 模具钢圈曲线

通常情况下，轿车轮胎一般采用5°深槽轮辋，轮辋底部与轮胎胎圈着合面曲线斜角为5°，如图2所示。为使胎趾紧贴轮辋，以保证轮胎的气密性能，在设计轮胎模具钢圈曲线时有两种设计理论，即两段弧设计和一段弧设计（见图3）。轮胎模具钢圈曲线角度和宽度取值不合理会导致成品轮胎胎趾缺陷。

图2 轮辋曲线示意

图3 模具钢圈曲线示意

轮胎模具钢圈宽度也是非常重要的参数。若胎坯胎圈宽度比模具钢圈宽度小，在装胎合模硫化过程中，胎圈处胶料流动；若模具钢圈宽度过大，胶料填充不满时，会造成成品轮胎胎趾缺陷；若模具钢圈宽度过小，模具钢圈宽度不足以承担胶料时，多余的胶料向模具钢圈外面流动，造成胎趾出边。

解决措施：（1）通常采用两段弧设计时模具钢圈曲线角度β1和β2分别取6°～9°和15°～20°，一段弧设计时模具钢圈曲线角度β3取9°～11°。（2）设计模具钢圈时必须重视钢圈宽度的取值，钢圈宽度一般应比成品轮胎胎圈宽度大1.0～2.0 mm。

2.2 施工设计

目前，半钢子午线轮胎主要有两种成型工艺，即二次法成型和一次法成型。采用二次法成型工艺时，胎侧为正包，多数采用的是胎侧胶直接正包到胎圈内侧，一段后压辊打压时很容易造成胎圈胶打褶，在二段成型机头伸缩调间距过程中，造成胎圈胶移位。硫化时，此处胶料产生不规则流动，最终导致成品轮胎胎趾缺陷。

解决措施：（1）在二次法成型工艺施工设计时相应减小胎侧宽度，不让其正包到胎圈内侧，只包到钢圈的1/3多一点；另外，需在内衬层上预复合胎圈包布或耐磨胶片，随内衬层一起反包。这样可以减少成型时一段胎圈胶料打褶情况，从而避免由于胎圈胶移位所造成的胎趾缺陷。（2）采用一次法成型工艺时，胎侧胶与内衬层胶复合件先贴在胎体鼓上，采用聚氨酯环内支撑将胎侧末端正包压实。采用一次法成型工艺，胎坯胎圈处非常光滑，可以有效避免胎圈胶料移位。施工设计时一般胎圈处胎侧端点超过胎圈内侧伸出量为3～6 mm。

2.3 成型机头

轿车轮胎常用的成型设备为二次法成型机。早期，此类成型机的二段机头多采用卡盘式结构[见图4（a）]，成型过程中靠内压和卡盘共同作用使胎圈间距变化，很容易造成胎圈胶料移位。

图4 二次法成型机二段机头

解决措施：（1）采用早期二次法成型机有两种方法可以避免产生胎圈胶料移位，一种是确保一段胎坯胎圈处不打褶，且无胎圈脱层；另一种是周期性地在二段卡盘上涂抹润滑油，增加卡盘的润滑度，防止强拉硬扯胎圈胶料。（2）随着成型机技术的逐渐升级，二次法成型机普遍采用聚氨酯环式结构二段机头[见图4（b）]，该成型机头与卡盘式完全不同，其工作原理为：将一段胎坯套上后，在气压的作用下，膨胀块迅速撑起聚氨酯环，使得聚氨酯环密封起一段胎坯的胎圈，然后两个聚氨酯环间充入内压，同时调整胎圈间距，进行二段成型。由于聚氨酯环完全包住胎圈，在移动过程中，不会强拉硬扯胎圈胶料，杜绝了胎圈胶料移位情况。（3）采用一次法成型机。一次法成型机胎体鼓（见图5）直径小于胎圈内直径，成型时胎侧胶与内衬层胶先进行预复合后再贴合到成型鼓上，然后胎圈由胎圈小车转移到胎体鼓设定的位置，胎体鼓聚氨酯环膨胀块上升，使聚氨酯环与胎圈吻合压紧，胎体鼓充气后进行胎侧反包动作，同时聚氨酯环内支撑将胎侧末端正包压实。采用一次法成型工艺，各个半成品材料在胎体鼓上一次贴合成型完毕，可以有效避免胎圈胶料移位。

图5 一次法成型机胎体鼓

2.4 钢丝圈内径

钢丝圈内径大小决定其下方材料的压缩率。钢丝圈内径过大，钢丝圈底部材料压缩率减小，可能会导致胎圈部位缺少材料而发生胎趾缺陷，另外还可能会影响胎圈与轮辋的配合，从而影响成品轮胎的气密性能，出现漏气的情况；钢丝圈内径过小，会造成钢丝圈底部材料压缩率过大，将胶料等挤向胎趾处，导致胎趾出边。

解决措施：设计钢丝圈内径尺寸时必须要考虑钢丝圈底部材料的压缩率，压缩率取值范围一般在3%～5%为宜。

2.5 胎坯的存放和转运

大部分轮胎企业采用胎坯车来存放和转运胎坯，胎坯车主要分为竖放布兜式胎坯车和平放托盘式胎坯车，其中竖放布兜式胎坯车很容易造成胎坯受挤压椭圆变形，导致硫化装胎时，胎圈与模具吻合不好，出现局部胎趾出边和局部胎趾缺陷。近年来，随着产业升级，为提升产业自动化程度和生产效率，部分轮胎企业采用了胎坯自动输送系统，胎坯在立体库采用托盘进行存放，胎坯导出后，由输送带接取，然后输送至硫化车间的自动转运车上，由转运车运送至硫化机台。在输送带输送过程中，由于胎坯是自然平放，对于胎体软、质量大的轮胎，下胎侧很容易压扁或倾斜，胎坯输送到硫化机台后若下胎侧还没有完全恢复形状，很容易造成硫化装偏，导致局部胎趾缺陷产生。

解决措施：（1）采用平放托盘式胎坯车可以有效解决胎坯受挤压椭圆变形的问题，从而减少因胎坯变形导致胎趾缺陷现象的发生。（2）采用胎坯自动输送系统时需要对常规硫化机台的存胎器进行改造，增加1个下机械手（见图6），在胎坯装锅前，由上下机械手共同作用将变形胎坯进行强制纠正，避免因胎坯变形导致胎趾缺陷。