后充气上夹盘座的断裂失效分析

朱胜华 肖宝明 张国民

摘要：在轮胎硫化成型中，乘用胎机械式硫化机的后充气，对于硫化后熟胎起到充气定型和逐渐冷却的作用，避免造成轮胎台面下凹和胎圈变形等缺陷，从而影响轮胎质量。本文首先介绍后充气上夹盘座的作用，然后着重研究上夹盘座的支耳，在充气定型过程中，断裂失效的原因。本文主要通过机械性能的理化测试、对断口进行电镜扫描分析，找出其断裂根本原因。

关键词：硫化机;后充气;上夹盘座;支耳;断裂失效;分析

1  概述

在乘用胎硫化成型的生产工艺中，后充气是必不可少的。由于现今轮胎中，大部分采用尼龙或聚酯纤维的帘线作为其骨架材料，但是其弹性模量小、伸长率较大的缺点，以及材料热收缩特征，当轮胎在高温硫化后，按照硫化工艺程序进行开模、卸胎，由于轮胎温度较高，直接进行自然冷却，容易使得帘线和橡胶的收缩率突然增大，从而造成轮胎胎面下凹和胎圈变形等缺陷。所以在硫化生产工艺中，增加后充气，使得轮胎能够在充气压力大于使用时压力的状态下进行逐渐冷却，保證轮胎胎体不发生永久变形，确保能够生产出高精质量的轮胎。因此，对于轮胎硫化机和后充气的部件的原材料、加工精度的质量要求，必须要求供应商严格按照零部件图纸的技术要求执行。

2  断裂失效描述

当生胎经过硫化后，将会被机械手或者卸胎装置转运到后重启装置，而在后充气装置（图1）中有上下夹盘，高温的熟胎被卸胎装置转运至下夹盘上，然后两个上夹盘上的气缸活塞杆伸出，推动上夹盘，将轮胎夹紧于上、下夹盘之间，紧接着进行充气加压，使得轮胎膨胀定型。此工艺过程中，仅仅是气缸向下推上夹盘的力，且气缸内压缩空气压力为0.5～0.6MPa。此外，轮胎充气时对上夹盘的反作用力。

最近，在某一轮胎硫化生产线中，有一台后充气的上夹盘座所连接两个气缸的支耳意外断裂。在十几年的后充气使用中，很难遇到这种断裂问题。虽然视为个案，但是作为工程师，我们必须深入调查分析，找到根本原因。

3  本体材料的机械性能理化测试

此上夹盘为铸件ZG230-450，热处理要求为退火处理，执行标准为：《GB/T 11352-2009 一般工程用铸造碳钢件》。

3.1 化学成分分析（表1）

3.2 力学性能试验（图1、表2）

3.3 金相检验

我们选取断后截面，然后进行处理，依据GB/T13298-2015标准进行检验。

我们可以看出：抛光而未经过腐蚀处理的显微显像中，大部分区域存在疏松的气孔。经过腐蚀处理（见图2～图3）后，显微组织有：魏氏体+珠光体+块状铁素体，且原奥氏体晶粒粗大，属于铸态组织。

4  断口的扫描电镜分析

我们依据《分析型扫描电子显微镜方法通则》JY/T 010-1996标准执行，对断口处进行扫描电镜分析。从照片来看，断口呈现脆性、沿晶断裂的形貌。

5  断裂分析和总结

由于设备材料的断裂原因、断裂机理、断裂变形情况有很多种。我们从上夹盘的使用工况，通过计算分析该断裂位置处所受最大剪应力为12MPa，属于交变低应力，远远小于该材料的屈服强度，以及从断口的扫描电镜照片来看，可以判定为：因晶粒粗大，疲劳脆性断裂，也属于沿晶断裂。同时，根据金相显微组织和机械性能测试的数据来看，判定该上夹盘的铸件由于供应商在生产制造过程中遗漏，未经过热处理，从而流入装备生产线。

虽然仅仅一个零件发生一次意外的质量问题，但是我们也发现在生产制造管理上，容不得一点失误，因为这将给设备制造方和使用方非常大的名誉和经济损失。

参考文献：

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[2]蒋宪邦，袁春，刘立才.支臂断裂原因分析[J].科技创新与应用，2018（21）.

[3]易衍涛，庞阳光.关于影响轮胎爆充的因素及控制方法浅析[J].内燃机与配件，2019（20）：86-87.