防爆轮胎内圈胶料挤出工艺评估与质量策划

蔡辉

摘 要

质量策划关系到一个产品从设计到最终实现的全过程，产品设计人员需明确目标，时刻掌握产品设计方向以达到保障产品质量的目的。工艺评估作为产品生产加工前的关键一步，是对产品质量保证的基础。因此，对新产品进行质量策划和工艺评估意义重大。本文以防爆轮胎挤出工艺为例，介绍了防爆轮胎相关成型工艺和质量策划方法，通过对防爆轮胎内圈胶料挤出工艺技术难题进行阐述并给出解决方法，为类似项目的开展提供了参考。

关键词

防爆轮胎;工艺评估;质量策划;FMEA;成型工艺

中图分类号： U463.341      文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.080

0 引言

质量策划是质量管理的一部分，用于控制和指导与质量有关的活动。对于一件新产品，只有经过质量策划才能有明确的对象和目标，从而制定切实的措施和方法，促进产品质量的提升。工艺评估是对预生产产品工艺进行全面的风险性验证和评价，确保产品工艺准确无误。工艺评估是产品研制过程中质量控制的关键一环，对产品改进以及质量保障意义重大。防爆轮胎能够有效弥补充气轮胎爆胎后重心迅速转移，导致汽车失控的缺陷，受到汽车制造商的广泛应用。防爆轮胎内圈胶料挤出工艺是防爆轮胎制造工艺中的重要部分，其工艺质量直接影响到防爆轮胎在使用过程中的工作性能，因此通过对内圈胶料挤出工艺进行工艺评估和质量策划研究，能够有效优化生产工艺，提升防爆轮胎的工作性能。

1 防爆輪胎简介

防爆轮胎专业名称为汽车保护轮胎（Run Stability Control），英文缩写为RSC。传统轮胎是充气轮胎，充气后胎壁由于内部压力而膨胀，从而支撑着车身的整体重量。行驶过程中传统轮胎发生突然爆胎时会引起车辆重心发生迅速变化，使得汽车操控性降低，容易导致交通事故[1]。防爆轮胎与传统轮胎的不同之处在于其具有加厚的橡胶侧壁，汽车行驶过程中即使失去了气压，侧壁也能够支撑车身的重量，不会导致严重的变形。因此，轮胎爆胎后并不会影响车辆的正常行驶，汽车仍能以80公里每小时的车速行驶250公里，甚至司机有可能感觉不到爆胎现象。为了防止轮胎变形后脱离轮圈，轮圈采用了特殊设计，轮圈上的凸峰能防止轮胎在压力突然下降时脱离。装备防爆轮胎的车辆在发生微量泄气时，可能车主不会发觉，因此防爆轮胎还包含了安装在轮圈上的TPI电子警告系统，一旦轮胎压力开始下降立即向驾驶者发出警告，毕竟轮胎气压不足总是非常危险的。

RSC防爆胎的设计原理是利用坚固的侧壁提供支撑。同时还有一种防爆轮胎的设计方案是在里面安装一个被称作固定圈的装置，这个固定圈可以从内侧支撑轮胎，从而使轮胎不至于被压坏，同时还能防止轮胎从轮胎垫圈上脱落。防爆轮胎已在欧洲市场实现了广泛的流通，为了进一步拓宽市场决定在中国进行防爆轮胎的研发和制造。防爆轮胎中内部支撑加强的内圈胶料的挤出工艺是防爆轮胎工艺的关键，为了更好地保障最终产品的质量，组织了工艺评估并对产品流程图、FMEA失效模式进行分析，对项目实施过程中遇到的技术难题进行深刻剖析给出相应解决策略。

2 前期质量策划

2.1 控制计划

汽车行业中不少新产品正朝着高精度、复杂化、集成化的方向发展，为了提高工作效率，增加产量，对质量控制就提出了更高的要求。控制计划是一项覆盖产品研发、加工、生产全过程的任务，使参与者明确质量目标以及达到质量目标的途径，是一项具有实际可操作性的指导性文件[2]。

从涉及范围来看，防爆轮胎产品控制计划涉及范围较广，包含产品在研发、工艺、制造到产品实现全过程中可能影响产品质量的各个因素，还有一部分环节也需要纳入考虑，如防爆轮胎的来料品质，轮胎的运输情况以及轮胎出厂过程中的包装环节等。从阶段来看，防爆轮胎的控制计划程序在不同阶段要分别进行编制和修订。因为产品在不同阶段的性质不同，需要采用不同的控制方式，并且各阶段所加入的产品原材料都会影响到防爆轮胎的最终工作性能，可以根据需要编制产品送样阶段、设计定型阶段以及批产定型阶段的控制计划。根据防爆轮胎的研发设计，加工过程中从信息输入、编制、验证、修订四个方面开展质量控制计划的实施。防爆轮胎控制计划的制定要根据用户的实际需求，产品行业标准以及产品实现的具体工艺步骤进行。信息的输入要确保准确性，可以通过对防爆轮胎的市场调研了解防爆轮胎的市场情况，从而完成信息的输入。在收集到防爆轮胎的使用信息以及客户需求后，产品经理会同工艺、质量人员，在综合考虑每道影响产品功能实现的步骤的基础上，对每道工艺提出质量要求和工艺参数控制要求，从而完成质量控制计划的编订。防爆轮胎控制计划编制完成后，通过会审以及领导审批开展评审，确认控制计划无误后发放至各部门进行控制计划的有效性、可操作性验证，如验证过程中出现问题需要及时修订。

2.2 FMEA失效模式与后果分析

防爆轮胎内圈胶料挤出工艺生产过程中，对风险因素的影响程度进行评估，并根据风险趋势及时采取措施，有利于防爆轮胎生产的有序进行。FMEA是对防爆轮胎生产系统采用归纳分析法，分析系统中所可能的故障模式以及可能产生的影响，并按照每个故障模式给予相应的处置措施。失效模式及影响分析（Failure Modes and Effects Analysis）简称FMEA，是系统工程中重要的分析方法之一。FEMA将防爆轮胎内圈胶料挤出工艺生产过程中所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，按照每一个模式造成后果的影响程度分为严重程度（S）、发生频率（O）和检测难易程度（D）进行分类，通过相应的公式计算出风险优先度的值（RPN）[3]。根据计算出的RPN值进行分析判断，明确是否对系统进行升级和改进。

在对产品进行失效模式分析前要对产品的失效模式进行推测。所谓的失效模式就是指产品某部分功能无法实现计划预设的目标或者不能够实现预定发挥的功能，这种就是产品失效也称作失效模式。一般失效模式会出现开路或者产品出现了过度的损耗，从而无法正常运行。产品失效现象是研究失效模式分析的切入点也是关键点，通过失效现象进行原因的查找，可以说是各个失效模式分析最根本的方法。对于防爆轮胎内圈胶料挤出工艺的失效模式是指胶料挤出过多从而造成了材料的过度损耗或者是胶料挤出过少达不到胶料的支撑力，影响防爆轮胎的工作性能，因此在胶料挤压过程中需要进行风险分析。风险分析中需要使用图形工具（矩阵图）进行辅助的定量分析。根据FMEA失效模式的分析流程对防爆轮胎内圈胶料挤出工艺生产过程做了综合分析，对内圈挤压工艺的风险给予了相应的补偿措施，从而使防爆轮胎的有效性得到了极大的提高。

3 工艺评估与优化

3.1 产品设计与工艺限制

防爆轮胎制造中，由于橡胶侧壁的作用是在轮胎泄气时支撑车身运动，因此对橡胶的要求是很严格的。胶料采用挤出机进行挤出成型，挤出机的流道和胶料预成型的口型是一样的，最终胶料的形状是根据不同形状口型板挤压成型的。为了节约成本，首先决定从现有的设备考虑，根据条件可知在现有设备上需要根据预成型口的形状做一个新部件，为了确保现有设备能够正常运行且加工出符合要求的产品，需要对现有工艺生产做工艺评估。测量流道预成型口和厚度得到其尺寸为长120mm，宽6mm。由于胶料在挤压过程中需要高温将胶粒融化，此过程胶料将产生热膨胀，考虑到胶料的热膨胀系数以及挤出机头的压力，生产出的產品有严格的尺寸要求，从而无法生产长度大于100mm，厚度大于9mm的产品，使产品生产尺寸出现了极大的局限性，同时还会对下一道工艺产生影响，不利于产品制造。

产品设计方面，新产品厚度不是均匀分布的，其厚度分布呈现机翼型，表现为一边厚一边薄。倘若要生产110mm宽度的产品，按照图纸要求是无法生产出来的。胶料挤出过程中，由于产品流道形状的局限性，胶料不能在内圈边缘分布过多，这种情况下为了有效避免上述情况，在胶料通过口型板时削弱流道预口型处的胶料，同时将产品边缘处的橡胶压到内圈需要多橡胶的地方，从而满足产品挤出时各个地方的胶料。虽然实现了胶料口型板的削弱，但产品挤压出的边缘出现了锯齿状，导致产品外观效果差。这样在挤压过程中就遇到了产品设计和工艺两方面的限制，成了本项目的技术难题。

3.2 挤出工艺优化

由于防爆轮胎内圈胶料挤出工艺出现外观不光滑和不平整的现象，考虑了尝试开大边缘口型板的口子，可是经过验证发现这样就无法满足胶料边缘厚度的要求，所以这种方法行不通。面对项目实施过程中的两个技术难点，通过对现有设备、工艺和产品进行综合评估，深刻剖析新部件出现不能一次成型的情况，最终决定更改设计方案。通过对工序成型方法进行分析决定采用下道工序双层成型的办法，在挤出机处挤出两种规格的产品提供给下道工序使用。经过现场试验和验证后发现此种方法能够有效规避以上问题，从而解决了产品设计和工艺限制的技术难题，实现了工艺的优化，生产效率也得到了极大地提高，保证了项目的如期完成。

4 结束语

本文阐述了防爆轮胎的设计原理和优势，为提高工作效率并保障产品质量对防爆轮胎进行了质量控制，并运用FMEA失效模式与后果分析，实现了风险规避。通过对项目实施过程中产品设计与工艺限制技术难点进行深刻剖析，总结出了下道工序双层成型的办法实现了工艺优化。

参考文献

[1]王新博，刘双燕，王迪，崔洪杰，赵文明.越野车新型安全防爆轮胎的设计[J].汽车零部件，2020（02）：44-47.

[2]崔帼艳.产品质量控制计划的编制要领[J].科技创新导报，2017，14（24）：184-185.

[3]陈永权.潜在失效模式及后果分析在纠正和预防措施中的应用[J].机电信息，2006（06）：60-62.