復合花紋輪胎模具花紋圈加工工藝分析與優化

呂琳等

摘 要：對復合花紋輪胎模具花紋圈的加工進行了工藝分析，介紹了兩種傳統加工工藝，并對其進行了優劣比較。針對復合花紋的結構及尺寸特征，提出了高速銑削與電火花加工復合的加工工藝，并經加工驗證。結果表明：高速銑削與電火花加工相結合工藝方案不但能精確保證加工質量，相比單一電火花加工可以節省40%的加工時間。

關鍵詞：復合花紋輪胎；加工工藝；花紋塊；優化

子午線輪胎模具的設計制造工藝水平直接決定輪胎的質量和產能。子午線輪胎活絡模具主要由向心機構和型腔部分組成，設計制造主要集中在型腔部分，其中花紋圈的加工工時占整套模具加工總周期的70%左右[1]。汽車工業的飛速發展對輪胎模具的設計制造提出了更高的要求，必須通過工藝革新來縮短生產周期和提高質量。

基于花紋圈在整個模具設計、加工中所占的比重，目前大部分研究主要集中在組成花紋圈的花紋塊加工方向[2-4]。花紋塊的加工主要采取兩種工藝：數控銑削和電火花加工。數控銑削設備有三軸聯動和五軸聯動加工中心，加工以三軸精銑加鉗工修磨為主；電火花加工工藝在加工復雜型腔、窄槽、硬脆材料等方面具有無可比擬的優勢，尤其是數控電火花輪胎模專用加工機床的問世，使輪胎復雜花紋的設計及制造變得更加容易。機械加工與電火花加工二者各有優劣：三軸聯動加工工藝路線簡單、耗時較少，但無法做到完全清根；電火花加工精度較高，但工序復雜、效率較低。如果將兩種工藝結合起來，利用二者加工優勢，合理優化工藝路線、工藝參數，將大大提升子午線輪胎模具的制造工藝水平。本文以橫向花紋輪胎模具為試驗載體，結合數控銑削和電火花加工兩種工藝對花紋塊進行加工，優化工藝工藝路線、工藝參數，最終得到適合復合花紋輪胎模具花紋塊的加工工藝。

1 復合花紋載重輪胎模具花紋塊工藝分析

復合花紋輪胎一般應用于貨車和四輪驅動的乘用車，胎面中部為縱向窄花紋溝槽，兩側為橫向的寬花紋溝槽。縱紋花紋使轉向穩定有助于防止側滑，橫紋花紋提高輪胎的驅動力和制動力。如圖1所示為復合花紋示意圖。圖2所示為子午線復合花紋輪胎活絡模具示意圖。零件8為花紋塊，該活絡模具花紋圈由10塊花紋塊組成。該花紋塊的制造精度要求如下：（1）圓周分布要準確，誤差不超過45"；（2）深度誤差不超過0.03mm；（3）徑向分布及傾角要準確，誤差不超過1′；（4）表面粗糙度為Ra0.6？滋m；（5）棱角清晰，表面細膩。

通過分析可知：該輪胎直徑中等，花紋結構相對較簡單，由窄花紋溝槽和寬花紋溝槽組成，精度要求較高。在保證加工精度的前提下，應著重提高其加工效率。

2 復合花紋輪胎模具花紋塊傳統加工工藝

2.1 花紋塊三軸數控加工工藝

采用三軸聯動機床加工，誤差是由于模具上的凸起部分和垂直面有一個角度α，刀具無法到達花紋下面應該去除的部分[4]。達到設計要求所采取的措施只能是減小角度α，把花紋圈分成更多的花紋塊來加工，這沒有實際意義，在實際加工過程中是不可取的。采用五軸聯動機床加工精度較高，基本不會出現殘留區域，但是設備及運行成本太高，致使模具成本大幅上漲。在誤差允許的范圍之內，模具制造企業用三坐標加工來代替五坐標加工，經濟、實效，又可降低風險[5]。

以UG加工模塊程序編制為例來說明花紋塊的數控加工工藝。UG可提供不同加工情況下多種優化的加工類型，實際加工時應考慮各方面因素，將各種加工方法優化組合。加工過程可以分為粗加工和精加工兩個階段。整體開粗、清角采用加工方式為CAVITY-MILL和ZLEVEL-PROFILE，整體開粗刀具可選D16R0.8的牛鼻刀，整體清角可選D8的平底刀。粗加工時可適當增加切削用量以提高加工效率。精加工采用加工方式為CONTOUR-AREA，刀具為球頭刀，步進范圍可設為0.4mm左右。最后應進行清根切削，即用直徑較小的刀具清除前面工序的殘留。

2.2 花紋塊電火花加工工藝

2.3 兩種傳統加工工藝的比較

機械加工與電火花加工在輪胎模具花紋塊的加工上各有優劣，如表1所示為兩種傳統加工工藝的比較。

由表1可以看出，機械加工與電火花加工兩種工藝優勢互補，可在工藝制定中綜合分析考慮，將兩種工藝結合，合理分配整個工藝過程的配比，以達到花紋塊加工高效、高質量的目的。

3 復合花紋輪胎模具花紋塊加工工藝優化

對于復合花紋輪胎模具，因其花紋結構及尺寸不同，全部采用電火花加工工藝，加工余量太大導致效率低下，成本上升；單一采用三軸聯動數控銑削，后期必須進行鉗工休整，因人員技術、素質及設備的差異，很難保證加工精度。結合生產實際情況，本文對復合花紋輪胎模花紋塊的傳統單一加工工藝進行了優化，提出可行性優化方案，并進行了生產驗證。結果表明：高速銑削與電火花加工相結合工藝方案不但能精確保證加工質量，相比單一電火花加工可以節省40%的加工時間。

花紋塊毛坯為35號鍛鋼，毛坯圖如圖3所示。

粗車→熱處理（退火去應力）→精車（去毛坯余量）→劃線（V型溝、圓周基準線、吊裝工藝孔）→高速銑削（橫向寬花紋、粗銑縱向窄花紋）→電火花加工（粗余量0.3mm、精余量0.03mm、換電極修整）→銑工藝連接孔→攻絲→鋸割（線切割鋸痕）→線切割→銑鋸割面→鑲氣孔套、打標識→車口→修正→熱處理。

優化后的加工工藝避免了單一加工手段存在的不足，通過高速銑削得到寬花紋及窄花紋的雛形，減少了電火花加工余量，提高了工作效率并保證了加工精度。

參考文獻

[1]胡海明，張浩，張自浩.輪胎活絡模具花紋塊電火花加工工藝的研究應用[J].模具技術，2010，01：48-51.

[2]張富春.輪胎模具花紋塊的數控加工[J].輪胎工業，2006，26（3）：178-180.

[3]曾旭釗，閻秋生.輪胎模具花紋加工新工藝的應用研究[J].機電工程技術，2010，39（7）：122-125.

[4]李景仲，趙萍.輪胎模具的三維造型與數控加工[J].科技創新導報，2008，25：115-116.

[5]林海波，胡哲光，趙文輝，等.輪胎模具三軸數控加工方法研究[J].機電產品開發與創新，2007，20（4）：173-175.

[6]馮民堂，李志剛.多鋼片子午線輪胎模具的電火花加工工藝研究[J].金屬加工，2012，8：28-29.

作者簡介：呂琳（1980-），女，講師，萊蕪職業技術學院機電工程系。endprint

摘 要：對復合花紋輪胎模具花紋圈的加工進行了工藝分析，介紹了兩種傳統加工工藝，并對其進行了優劣比較。針對復合花紋的結構及尺寸特征，提出了高速銑削與電火花加工復合的加工工藝，并經加工驗證。結果表明：高速銑削與電火花加工相結合工藝方案不但能精確保證加工質量，相比單一電火花加工可以節省40%的加工時間。

關鍵詞：復合花紋輪胎；加工工藝；花紋塊；優化

子午線輪胎模具的設計制造工藝水平直接決定輪胎的質量和產能。子午線輪胎活絡模具主要由向心機構和型腔部分組成，設計制造主要集中在型腔部分，其中花紋圈的加工工時占整套模具加工總周期的70%左右[1]。汽車工業的飛速發展對輪胎模具的設計制造提出了更高的要求，必須通過工藝革新來縮短生產周期和提高質量。

基于花紋圈在整個模具設計、加工中所占的比重，目前大部分研究主要集中在組成花紋圈的花紋塊加工方向[2-4]。花紋塊的加工主要采取兩種工藝：數控銑削和電火花加工。數控銑削設備有三軸聯動和五軸聯動加工中心，加工以三軸精銑加鉗工修磨為主；電火花加工工藝在加工復雜型腔、窄槽、硬脆材料等方面具有無可比擬的優勢，尤其是數控電火花輪胎模專用加工機床的問世，使輪胎復雜花紋的設計及制造變得更加容易。機械加工與電火花加工二者各有優劣：三軸聯動加工工藝路線簡單、耗時較少，但無法做到完全清根；電火花加工精度較高，但工序復雜、效率較低。如果將兩種工藝結合起來，利用二者加工優勢，合理優化工藝路線、工藝參數，將大大提升子午線輪胎模具的制造工藝水平。本文以橫向花紋輪胎模具為試驗載體，結合數控銑削和電火花加工兩種工藝對花紋塊進行加工，優化工藝工藝路線、工藝參數，最終得到適合復合花紋輪胎模具花紋塊的加工工藝。

1 復合花紋載重輪胎模具花紋塊工藝分析

復合花紋輪胎一般應用于貨車和四輪驅動的乘用車，胎面中部為縱向窄花紋溝槽，兩側為橫向的寬花紋溝槽。縱紋花紋使轉向穩定有助于防止側滑，橫紋花紋提高輪胎的驅動力和制動力。如圖1所示為復合花紋示意圖。圖2所示為子午線復合花紋輪胎活絡模具示意圖。零件8為花紋塊，該活絡模具花紋圈由10塊花紋塊組成。該花紋塊的制造精度要求如下：（1）圓周分布要準確，誤差不超過45"；（2）深度誤差不超過0.03mm；（3）徑向分布及傾角要準確，誤差不超過1′；（4）表面粗糙度為Ra0.6？滋m；（5）棱角清晰，表面細膩。

通過分析可知：該輪胎直徑中等，花紋結構相對較簡單，由窄花紋溝槽和寬花紋溝槽組成，精度要求較高。在保證加工精度的前提下，應著重提高其加工效率。

2 復合花紋輪胎模具花紋塊傳統加工工藝

2.1 花紋塊三軸數控加工工藝

采用三軸聯動機床加工，誤差是由于模具上的凸起部分和垂直面有一個角度α，刀具無法到達花紋下面應該去除的部分[4]。達到設計要求所采取的措施只能是減小角度α，把花紋圈分成更多的花紋塊來加工，這沒有實際意義，在實際加工過程中是不可取的。采用五軸聯動機床加工精度較高，基本不會出現殘留區域，但是設備及運行成本太高，致使模具成本大幅上漲。在誤差允許的范圍之內，模具制造企業用三坐標加工來代替五坐標加工，經濟、實效，又可降低風險[5]。

以UG加工模塊程序編制為例來說明花紋塊的數控加工工藝。UG可提供不同加工情況下多種優化的加工類型，實際加工時應考慮各方面因素，將各種加工方法優化組合。加工過程可以分為粗加工和精加工兩個階段。整體開粗、清角采用加工方式為CAVITY-MILL和ZLEVEL-PROFILE，整體開粗刀具可選D16R0.8的牛鼻刀，整體清角可選D8的平底刀。粗加工時可適當增加切削用量以提高加工效率。精加工采用加工方式為CONTOUR-AREA，刀具為球頭刀，步進范圍可設為0.4mm左右。最后應進行清根切削，即用直徑較小的刀具清除前面工序的殘留。

2.2 花紋塊電火花加工工藝

2.3 兩種傳統加工工藝的比較

機械加工與電火花加工在輪胎模具花紋塊的加工上各有優劣，如表1所示為兩種傳統加工工藝的比較。

由表1可以看出，機械加工與電火花加工兩種工藝優勢互補，可在工藝制定中綜合分析考慮，將兩種工藝結合，合理分配整個工藝過程的配比，以達到花紋塊加工高效、高質量的目的。

3 復合花紋輪胎模具花紋塊加工工藝優化

對于復合花紋輪胎模具，因其花紋結構及尺寸不同，全部采用電火花加工工藝，加工余量太大導致效率低下，成本上升；單一采用三軸聯動數控銑削，后期必須進行鉗工休整，因人員技術、素質及設備的差異，很難保證加工精度。結合生產實際情況，本文對復合花紋輪胎模花紋塊的傳統單一加工工藝進行了優化，提出可行性優化方案，并進行了生產驗證。結果表明：高速銑削與電火花加工相結合工藝方案不但能精確保證加工質量，相比單一電火花加工可以節省40%的加工時間。

花紋塊毛坯為35號鍛鋼，毛坯圖如圖3所示。

粗車→熱處理（退火去應力）→精車（去毛坯余量）→劃線（V型溝、圓周基準線、吊裝工藝孔）→高速銑削（橫向寬花紋、粗銑縱向窄花紋）→電火花加工（粗余量0.3mm、精余量0.03mm、換電極修整）→銑工藝連接孔→攻絲→鋸割（線切割鋸痕）→線切割→銑鋸割面→鑲氣孔套、打標識→車口→修正→熱處理。

優化后的加工工藝避免了單一加工手段存在的不足，通過高速銑削得到寬花紋及窄花紋的雛形，減少了電火花加工余量，提高了工作效率并保證了加工精度。

參考文獻

[1]胡海明，張浩，張自浩.輪胎活絡模具花紋塊電火花加工工藝的研究應用[J].模具技術，2010，01：48-51.

[2]張富春.輪胎模具花紋塊的數控加工[J].輪胎工業，2006，26（3）：178-180.

[3]曾旭釗，閻秋生.輪胎模具花紋加工新工藝的應用研究[J].機電工程技術，2010，39（7）：122-125.

[4]李景仲，趙萍.輪胎模具的三維造型與數控加工[J].科技創新導報，2008，25：115-116.

[5]林海波，胡哲光，趙文輝，等.輪胎模具三軸數控加工方法研究[J].機電產品開發與創新，2007，20（4）：173-175.

[6]馮民堂，李志剛.多鋼片子午線輪胎模具的電火花加工工藝研究[J].金屬加工，2012，8：28-29.

作者簡介：呂琳（1980-），女，講師，萊蕪職業技術學院機電工程系。endprint

摘 要：對復合花紋輪胎模具花紋圈的加工進行了工藝分析，介紹了兩種傳統加工工藝，并對其進行了優劣比較。針對復合花紋的結構及尺寸特征，提出了高速銑削與電火花加工復合的加工工藝，并經加工驗證。結果表明：高速銑削與電火花加工相結合工藝方案不但能精確保證加工質量，相比單一電火花加工可以節省40%的加工時間。

關鍵詞：復合花紋輪胎；加工工藝；花紋塊；優化

子午線輪胎模具的設計制造工藝水平直接決定輪胎的質量和產能。子午線輪胎活絡模具主要由向心機構和型腔部分組成，設計制造主要集中在型腔部分，其中花紋圈的加工工時占整套模具加工總周期的70%左右[1]。汽車工業的飛速發展對輪胎模具的設計制造提出了更高的要求，必須通過工藝革新來縮短生產周期和提高質量。

基于花紋圈在整個模具設計、加工中所占的比重，目前大部分研究主要集中在組成花紋圈的花紋塊加工方向[2-4]。花紋塊的加工主要采取兩種工藝：數控銑削和電火花加工。數控銑削設備有三軸聯動和五軸聯動加工中心，加工以三軸精銑加鉗工修磨為主；電火花加工工藝在加工復雜型腔、窄槽、硬脆材料等方面具有無可比擬的優勢，尤其是數控電火花輪胎模專用加工機床的問世，使輪胎復雜花紋的設計及制造變得更加容易。機械加工與電火花加工二者各有優劣：三軸聯動加工工藝路線簡單、耗時較少，但無法做到完全清根；電火花加工精度較高，但工序復雜、效率較低。如果將兩種工藝結合起來，利用二者加工優勢，合理優化工藝路線、工藝參數，將大大提升子午線輪胎模具的制造工藝水平。本文以橫向花紋輪胎模具為試驗載體，結合數控銑削和電火花加工兩種工藝對花紋塊進行加工，優化工藝工藝路線、工藝參數，最終得到適合復合花紋輪胎模具花紋塊的加工工藝。

1 復合花紋載重輪胎模具花紋塊工藝分析

復合花紋輪胎一般應用于貨車和四輪驅動的乘用車，胎面中部為縱向窄花紋溝槽，兩側為橫向的寬花紋溝槽。縱紋花紋使轉向穩定有助于防止側滑，橫紋花紋提高輪胎的驅動力和制動力。如圖1所示為復合花紋示意圖。圖2所示為子午線復合花紋輪胎活絡模具示意圖。零件8為花紋塊，該活絡模具花紋圈由10塊花紋塊組成。該花紋塊的制造精度要求如下：（1）圓周分布要準確，誤差不超過45"；（2）深度誤差不超過0.03mm；（3）徑向分布及傾角要準確，誤差不超過1′；（4）表面粗糙度為Ra0.6？滋m；（5）棱角清晰，表面細膩。

通過分析可知：該輪胎直徑中等，花紋結構相對較簡單，由窄花紋溝槽和寬花紋溝槽組成，精度要求較高。在保證加工精度的前提下，應著重提高其加工效率。

2 復合花紋輪胎模具花紋塊傳統加工工藝

2.1 花紋塊三軸數控加工工藝

采用三軸聯動機床加工，誤差是由于模具上的凸起部分和垂直面有一個角度α，刀具無法到達花紋下面應該去除的部分[4]。達到設計要求所采取的措施只能是減小角度α，把花紋圈分成更多的花紋塊來加工，這沒有實際意義，在實際加工過程中是不可取的。采用五軸聯動機床加工精度較高，基本不會出現殘留區域，但是設備及運行成本太高，致使模具成本大幅上漲。在誤差允許的范圍之內，模具制造企業用三坐標加工來代替五坐標加工，經濟、實效，又可降低風險[5]。

以UG加工模塊程序編制為例來說明花紋塊的數控加工工藝。UG可提供不同加工情況下多種優化的加工類型，實際加工時應考慮各方面因素，將各種加工方法優化組合。加工過程可以分為粗加工和精加工兩個階段。整體開粗、清角采用加工方式為CAVITY-MILL和ZLEVEL-PROFILE，整體開粗刀具可選D16R0.8的牛鼻刀，整體清角可選D8的平底刀。粗加工時可適當增加切削用量以提高加工效率。精加工采用加工方式為CONTOUR-AREA，刀具為球頭刀，步進范圍可設為0.4mm左右。最后應進行清根切削，即用直徑較小的刀具清除前面工序的殘留。

2.2 花紋塊電火花加工工藝

2.3 兩種傳統加工工藝的比較

機械加工與電火花加工在輪胎模具花紋塊的加工上各有優劣，如表1所示為兩種傳統加工工藝的比較。

由表1可以看出，機械加工與電火花加工兩種工藝優勢互補，可在工藝制定中綜合分析考慮，將兩種工藝結合，合理分配整個工藝過程的配比，以達到花紋塊加工高效、高質量的目的。

3 復合花紋輪胎模具花紋塊加工工藝優化

對于復合花紋輪胎模具，因其花紋結構及尺寸不同，全部采用電火花加工工藝，加工余量太大導致效率低下，成本上升；單一采用三軸聯動數控銑削，后期必須進行鉗工休整，因人員技術、素質及設備的差異，很難保證加工精度。結合生產實際情況，本文對復合花紋輪胎模花紋塊的傳統單一加工工藝進行了優化，提出可行性優化方案，并進行了生產驗證。結果表明：高速銑削與電火花加工相結合工藝方案不但能精確保證加工質量，相比單一電火花加工可以節省40%的加工時間。

花紋塊毛坯為35號鍛鋼，毛坯圖如圖3所示。

粗車→熱處理（退火去應力）→精車（去毛坯余量）→劃線（V型溝、圓周基準線、吊裝工藝孔）→高速銑削（橫向寬花紋、粗銑縱向窄花紋）→電火花加工（粗余量0.3mm、精余量0.03mm、換電極修整）→銑工藝連接孔→攻絲→鋸割（線切割鋸痕）→線切割→銑鋸割面→鑲氣孔套、打標識→車口→修正→熱處理。

優化后的加工工藝避免了單一加工手段存在的不足，通過高速銑削得到寬花紋及窄花紋的雛形，減少了電火花加工余量，提高了工作效率并保證了加工精度。

參考文獻

[1]胡海明，張浩，張自浩.輪胎活絡模具花紋塊電火花加工工藝的研究應用[J].模具技術，2010，01：48-51.

[2]張富春.輪胎模具花紋塊的數控加工[J].輪胎工業，2006，26（3）：178-180.

[3]曾旭釗，閻秋生.輪胎模具花紋加工新工藝的應用研究[J].機電工程技術，2010，39（7）：122-125.

[4]李景仲，趙萍.輪胎模具的三維造型與數控加工[J].科技創新導報，2008，25：115-116.

[5]林海波，胡哲光，趙文輝，等.輪胎模具三軸數控加工方法研究[J].機電產品開發與創新，2007，20（4）：173-175.

[6]馮民堂，李志剛.多鋼片子午線輪胎模具的電火花加工工藝研究[J].金屬加工，2012，8：28-29.

作者簡介：呂琳（1980-），女，講師，萊蕪職業技術學院機電工程系。endprint