防爆輪胎內圈膠料擠出工藝評估與質量策劃

蔡輝

摘 要

質量策劃關系到一個產品從設計到最終實現的全過程，產品設計人員需明確目標，時刻掌握產品設計方向以達到保障產品質量的目的。工藝評估作為產品生產加工前的關鍵一步，是對產品質量保證的基礎。因此，對新產品進行質量策劃和工藝評估意義重大。本文以防爆輪胎擠出工藝為例，介紹了防爆輪胎相關成型工藝和質量策劃方法，通過對防爆輪胎內圈膠料擠出工藝技術難題進行闡述并給出解決方法，為類似項目的開展提供了參考。

關鍵詞

防爆輪胎;工藝評估;質量策劃;FMEA;成型工藝

中圖分類號： U463.341? ? ? 文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.19.080

0 引言

質量策劃是質量管理的一部分，用于控制和指導與質量有關的活動。對于一件新產品，只有經過質量策劃才能有明確的對象和目標，從而制定切實的措施和方法，促進產品質量的提升。工藝評估是對預生產產品工藝進行全面的風險性驗證和評價，確保產品工藝準確無誤。工藝評估是產品研制過程中質量控制的關鍵一環，對產品改進以及質量保障意義重大。防爆輪胎能夠有效彌補充氣輪胎爆胎后重心迅速轉移，導致汽車失控的缺陷，受到汽車制造商的廣泛應用。防爆輪胎內圈膠料擠出工藝是防爆輪胎制造工藝中的重要部分，其工藝質量直接影響到防爆輪胎在使用過程中的工作性能，因此通過對內圈膠料擠出工藝進行工藝評估和質量策劃研究，能夠有效優化生產工藝，提升防爆輪胎的工作性能。

1 防爆輪胎簡介

防爆輪胎專業名稱為汽車保護輪胎（Run Stability Control），英文縮寫為RSC。傳統輪胎是充氣輪胎，充氣后胎壁由于內部壓力而膨脹，從而支撐著車身的整體重量。行駛過程中傳統輪胎發生突然爆胎時會引起車輛重心發生迅速變化，使得汽車操控性降低，容易導致交通事故[1]。防爆輪胎與傳統輪胎的不同之處在于其具有加厚的橡膠側壁，汽車行駛過程中即使失去了氣壓，側壁也能夠支撐車身的重量，不會導致嚴重的變形。因此，輪胎爆胎后并不會影響車輛的正常行駛，汽車仍能以80公里每小時的車速行駛250公里，甚至司機有可能感覺不到爆胎現象。為了防止輪胎變形后脫離輪圈，輪圈采用了特殊設計，輪圈上的凸峰能防止輪胎在壓力突然下降時脫離。裝備防爆輪胎的車輛在發生微量泄氣時，可能車主不會發覺，因此防爆輪胎還包含了安裝在輪圈上的TPI電子警告系統，一旦輪胎壓力開始下降立即向駕駛者發出警告，畢竟輪胎氣壓不足總是非常危險的。

RSC防爆胎的設計原理是利用堅固的側壁提供支撐。同時還有一種防爆輪胎的設計方案是在里面安裝一個被稱作固定圈的裝置，這個固定圈可以從內側支撐輪胎，從而使輪胎不至于被壓壞，同時還能防止輪胎從輪胎墊圈上脫落。防爆輪胎已在歐洲市場實現了廣泛的流通，為了進一步拓寬市場決定在中國進行防爆輪胎的研發和制造。防爆輪胎中內部支撐加強的內圈膠料的擠出工藝是防爆輪胎工藝的關鍵，為了更好地保障最終產品的質量，組織了工藝評估并對產品流程圖、FMEA失效模式進行分析，對項目實施過程中遇到的技術難題進行深刻剖析給出相應解決策略。

2 前期質量策劃

2.1 控制計劃

汽車行業中不少新產品正朝著高精度、復雜化、集成化的方向發展，為了提高工作效率，增加產量，對質量控制就提出了更高的要求。控制計劃是一項覆蓋產品研發、加工、生產全過程的任務，使參與者明確質量目標以及達到質量目標的途徑，是一項具有實際可操作性的指導性文件[2]。

從涉及范圍來看，防爆輪胎產品控制計劃涉及范圍較廣，包含產品在研發、工藝、制造到產品實現全過程中可能影響產品質量的各個因素，還有一部分環節也需要納入考慮，如防爆輪胎的來料品質，輪胎的運輸情況以及輪胎出廠過程中的包裝環節等。從階段來看，防爆輪胎的控制計劃程序在不同階段要分別進行編制和修訂。因為產品在不同階段的性質不同，需要采用不同的控制方式，并且各階段所加入的產品原材料都會影響到防爆輪胎的最終工作性能，可以根據需要編制產品送樣階段、設計定型階段以及批產定型階段的控制計劃。根據防爆輪胎的研發設計，加工過程中從信息輸入、編制、驗證、修訂四個方面開展質量控制計劃的實施。防爆輪胎控制計劃的制定要根據用戶的實際需求，產品行業標準以及產品實現的具體工藝步驟進行。信息的輸入要確保準確性，可以通過對防爆輪胎的市場調研了解防爆輪胎的市場情況，從而完成信息的輸入。在收集到防爆輪胎的使用信息以及客戶需求后，產品經理會同工藝、質量人員，在綜合考慮每道影響產品功能實現的步驟的基礎上，對每道工藝提出質量要求和工藝參數控制要求，從而完成質量控制計劃的編訂。防爆輪胎控制計劃編制完成后，通過會審以及領導審批開展評審，確認控制計劃無誤后發放至各部門進行控制計劃的有效性、可操作性驗證，如驗證過程中出現問題需要及時修訂。

2.2 FMEA失效模式與后果分析

防爆輪胎內圈膠料擠出工藝生產過程中，對風險因素的影響程度進行評估，并根據風險趨勢及時采取措施，有利于防爆輪胎生產的有序進行。FMEA是對防爆輪胎生產系統采用歸納分析法，分析系統中所可能的故障模式以及可能產生的影響，并按照每個故障模式給予相應的處置措施。失效模式及影響分析（Failure Modes and Effects Analysis）簡稱FMEA，是系統工程中重要的分析方法之一。FEMA將防爆輪胎內圈膠料擠出工藝生產過程中所有可能產生的故障模式及其對系統造成的所有可能影響，按照每一個模式造成后果的影響程度分為嚴重程度（S）、發生頻率（O）和檢測難易程度（D）進行分類，通過相應的公式計算出風險優先度的值（RPN）[3]。根據計算出的RPN值進行分析判斷，明確是否對系統進行升級和改進。

在對產品進行失效模式分析前要對產品的失效模式進行推測。所謂的失效模式就是指產品某部分功能無法實現計劃預設的目標或者不能夠實現預定發揮的功能，這種就是產品失效也稱作失效模式。一般失效模式會出現開路或者產品出現了過度的損耗，從而無法正常運行。產品失效現象是研究失效模式分析的切入點也是關鍵點，通過失效現象進行原因的查找，可以說是各個失效模式分析最根本的方法。對于防爆輪胎內圈膠料擠出工藝的失效模式是指膠料擠出過多從而造成了材料的過度損耗或者是膠料擠出過少達不到膠料的支撐力，影響防爆輪胎的工作性能，因此在膠料擠壓過程中需要進行風險分析。風險分析中需要使用圖形工具（矩陣圖）進行輔助的定量分析。根據FMEA失效模式的分析流程對防爆輪胎內圈膠料擠出工藝生產過程做了綜合分析，對內圈擠壓工藝的風險給予了相應的補償措施，從而使防爆輪胎的有效性得到了極大的提高。

3 工藝評估與優化

3.1 產品設計與工藝限制

防爆輪胎制造中，由于橡膠側壁的作用是在輪胎泄氣時支撐車身運動，因此對橡膠的要求是很嚴格的。膠料采用擠出機進行擠出成型，擠出機的流道和膠料預成型的口型是一樣的，最終膠料的形狀是根據不同形狀口型板擠壓成型的。為了節約成本，首先決定從現有的設備考慮，根據條件可知在現有設備上需要根據預成型口的形狀做一個新部件，為了確保現有設備能夠正常運行且加工出符合要求的產品，需要對現有工藝生產做工藝評估。測量流道預成型口和厚度得到其尺寸為長120mm，寬6mm。由于膠料在擠壓過程中需要高溫將膠粒融化，此過程膠料將產生熱膨脹，考慮到膠料的熱膨脹系數以及擠出機頭的壓力，生產出的產品有嚴格的尺寸要求，從而無法生產長度大于100mm，厚度大于9mm的產品，使產品生產尺寸出現了極大的局限性，同時還會對下一道工藝產生影響，不利于產品制造。

產品設計方面，新產品厚度不是均勻分布的，其厚度分布呈現機翼型，表現為一邊厚一邊薄。倘若要生產110mm寬度的產品，按照圖紙要求是無法生產出來的。膠料擠出過程中，由于產品流道形狀的局限性，膠料不能在內圈邊緣分布過多，這種情況下為了有效避免上述情況，在膠料通過口型板時削弱流道預口型處的膠料，同時將產品邊緣處的橡膠壓到內圈需要多橡膠的地方，從而滿足產品擠出時各個地方的膠料。雖然實現了膠料口型板的削弱，但產品擠壓出的邊緣出現了鋸齒狀，導致產品外觀效果差。這樣在擠壓過程中就遇到了產品設計和工藝兩方面的限制，成了本項目的技術難題。

3.2 擠出工藝優化

由于防爆輪胎內圈膠料擠出工藝出現外觀不光滑和不平整的現象，考慮了嘗試開大邊緣口型板的口子，可是經過驗證發現這樣就無法滿足膠料邊緣厚度的要求，所以這種方法行不通。面對項目實施過程中的兩個技術難點，通過對現有設備、工藝和產品進行綜合評估，深刻剖析新部件出現不能一次成型的情況，最終決定更改設計方案。通過對工序成型方法進行分析決定采用下道工序雙層成型的辦法，在擠出機處擠出兩種規格的產品提供給下道工序使用。經過現場試驗和驗證后發現此種方法能夠有效規避以上問題，從而解決了產品設計和工藝限制的技術難題，實現了工藝的優化，生產效率也得到了極大地提高，保證了項目的如期完成。

4 結束語

本文闡述了防爆輪胎的設計原理和優勢，為提高工作效率并保障產品質量對防爆輪胎進行了質量控制，并運用FMEA失效模式與后果分析，實現了風險規避。通過對項目實施過程中產品設計與工藝限制技術難點進行深刻剖析，總結出了下道工序雙層成型的辦法實現了工藝優化。

參考文獻

[1]王新博，劉雙燕，王迪，崔洪杰，趙文明.越野車新型安全防爆輪胎的設計[J].汽車零部件，2020（02）：44-47.

[2]崔幗艷.產品質量控制計劃的編制要領[J].科技創新導報，2017，14（24）：184-185.

[3]陳永權.潛在失效模式及后果分析在糾正和預防措施中的應用[J].機電信息，2006（06）：60-62.