新型弧面带束层子午线轮胎贴合鼓模具设计

吴贤开，吴贤标，周麟木，蔡子平，柯湧跃，张赛军

（1.天阳模具有限公司，广东 揭阳 445200；2.华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 510640）

0 引 言

近年来，汽车工业进入了快速发展通道,节能与新能源汽车不断推出[1]。子午线轮胎具有节能、耐磨、安全舒适、速度性能好和使用寿命长等优点[2]，被广泛用于家用汽车，因此对目前子午线轮胎的生产设备、工艺等进行研究具有重要意义[3]。子午线轮胎主要由胎冠、带束层和帘布层组成。带束层是在子午线轮胎和带束斜交轮胎的胎面基部下沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体的材料层，不仅可以缓和冲击，还起到箍紧胎体的作用；对于子午线轮胎，带束层还是主要受力部件，一般带束层有3～5层。

半钢子午线轮胎的成型方法有一次法成型和二次法成型2种。一次法成型是在成型鼓上将内衬层、胎体帘布、胎圈、胎侧等部件按顺序和位置一次加工胎面组合件。二次法成型是在一段成型机上将内衬层、胎体帘布、胎圈、胎侧等部件按顺序和位置贴合成胎体组合件；在二段成型机的带束层胎面贴合鼓上将带束层、冠带层、胎面贴合成带束层胎面组合件，将一段成型机上制成的胎体组合件套在二段成型机的成型鼓上，由夹持环将带束层胎面组合件取下，传递到胎体成型鼓上，胎体组合件充气定型后与带束层胎面组合件贴合，压合后制成胎坯，胎坯取下后放置在胎坯车内或胎坯托盘上[4]。

1 传统子午线贴合鼓模具概述

轮胎成型机是一种专业设备，由于轮胎种类和轮胎制造工艺不同，轮胎成型机的种类也不一样[5]，一般将轮胎成型鼓在整体上分成机械式和胶囊式[6]。早期的成型鼓胀缩运动主要通过连杆导向机构实现，如图1所示。由于连杆行程短、加工精度要求高，制造难度大，使用时经常出现卡滞现象。如果连杆出现尺寸加工误差，在贴合鼓工作时将会出现各鼓块高度不均匀，贴合鼓伸缩易卡死的情况。传统成型鼓鼓面分为普通有缝贴合鼓和指形无缝贴合鼓，普通有缝贴合鼓在径向行程较大时，缝隙会变大且圆度不够，导致压辊滚压后的带束层与标准圆形的差距过大。指形无缝贴合鼓是将各个鼓块做成互相穿插的锯齿形，当鼓张开时齿形之间镶嵌为无缝的状态，传统指形贴合鼓母线方向为一条直线，最后轮胎成型时会出现带束层内外曲线不均，同时普通有缝贴合鼓和指形无缝贴合鼓整体笨重，因此贴合鼓可控性差。普通有缝贴合鼓在巨形工程机械轮胎成型机中应用较广泛，指形无缝贴合鼓则在全钢载重轮胎成型机中应用较广泛[7]。

图1 传统成型鼓运动简图

2 新型子午线轮胎贴合鼓模具结构设计

新型轮胎成型机带束层贴合鼓结构如图2所示，图2（a）表示贴合鼓工作时最大直径与最小直径状态。

如图2所示，芯轴14上装有轴套13，轴套13与导向槽安装盘2、左滑块挡圈12、锥形直线双滑块安装座6直接连接，其中锥形直线双滑块安装座6可以在轴套13上滑动。内置驱动气缸由锥形直线双滑块安装座6与轴套13以及密封圈共同组成，芯轴14轴向方向设有2个长气孔，作为内置气缸的气流通道。2个导向槽安装盘2通过固定螺钉1与轴套左端法兰盘固定，导向滑槽安装盘2内通过螺钉与导向滑槽固定连接；2个导向槽安装盘通过固定杆11限定相互之间的正确位置。精密调节装置8与右端的导向槽安装盘2通过螺钉固定，其通过螺杆与导轨安装座环形挡圈9相连接，右环形挡圈9内外均有螺纹，通过转动精密装置的手柄可以调节环形挡圈9在轴套上的轴向位置，以此限制双滑块安装座6的位置，间接控制贴合鼓张开的最大直径。精密调节装置外装有防尘罩7，防止灰尘进入影响调节的精密度。锥形直线导轨5通过螺钉固定在鼓块安装架4的锥形面上，安装架4的顶部与鼓块3通过沉头螺钉固定连接且沉头螺钉不能露头，作防松处理；双滑块安装座6的锥形斜面上有对应的滑槽，组成一个锥形的导轨滑槽机构；安装架4的两端装有径向的滑块，可以在导向槽内滑动。

图2 新型模具结构

贴合鼓通过芯轴14左端法兰盘接入气源，气体通过芯轴气孔和内置驱动气缸10相连。通气后，可驱动双滑块安装座6轴向运动，并通过滑槽将运动传递到鼓块安装架的锥形斜面上，其向上的分力带动双滑块安装座6上、下运动，满足贴合鼓的直径胀缩要求。每个鼓块的配合表面在径向均制作成具有一定弧度的表面，当贴合鼓工作时所有鼓块能拼接成一个完整的圆形；鼓块的母线方向也加工一定的弧度，避免子午线轮胎在成型过程中内外表面曲线不均匀；鼓块采用高强铝合金材料，减轻了贴合鼓整体质量的同时，也提高了贴合鼓的可控性，鼓块表面涂上特殊材料能增加硬度、防黏和防锈。在保证工作强度的情况下对零部件进行一定的镂空处理，以减轻贴合鼓的质量，使其所受阻力降低，提高内置驱动气缸10的最大驱动力。

3 模具工作过程

新型带束层贴合鼓的工作工程：①在工作前预先通过调节精密调节装置8将贴合鼓直径调整至预定的工作直径，开始工作后内置驱动气缸10将双滑块安装座6向右推行，直到其被环形挡圈9限制继续向右运动，通过与双滑块安装座6之间的滑块滑槽机构将安装架4向上推升到预先调整的工作位置，与安装架4相连接的弧形贴合鼓张开至工作直径，开始缠绕胶料；②胶料缠绕完成后，内置驱动气缸10推动双滑块安装座6向左移动，直至双滑块安装座左端被环形挡圈9限制为止，此时安装架4降低到最低位置，弧形贴合鼓收缩至最小，胶料与贴合鼓鼓块3表面分离进入下一步工序。

4 结束语

相较于传统的贴合鼓，新型弧面带束层贴合鼓在强度、精度方面都有较大的提升，实物如图3所示。目前市场上的锥形导轨均为单导轨，导致模具受力点集中、导轨受力大、容易产生变形和磨损，而双导轨使贴合鼓受力更均匀，延长模具的使用寿命，在相同工作条件下能提高精度。经实际检验，普通内置连杆摆动鼓在使用5万次以后径向跳动为0.5 mm，但新型贴合鼓在使用15万次以后径向跳动仅为0.25 mm；由调节螺杆和环形挡圈构成的精密调节装置能使鼓直径以φ0.01 mm的变化量调节。相较于传统母线方向为直线的鼓面，母线方向具有一定弧度的鼓面，其成型后接近于曲线形状，使其在后续的弯曲过程中内外变形更加均匀。

图3 新型弧面带束层子午线轮胎贴合鼓实物