后充氣上夾盤座的斷裂失效分析

朱勝華 肖寶明 張國民

摘要：在輪胎硫化成型中，乘用胎機械式硫化機的后充氣，對于硫化后熟胎起到充氣定型和逐漸冷卻的作用，避免造成輪胎臺面下凹和胎圈變形等缺陷，從而影響輪胎質量。本文首先介紹后充氣上夾盤座的作用，然后著重研究上夾盤座的支耳，在充氣定型過程中，斷裂失效的原因。本文主要通過機械性能的理化測試、對斷口進行電鏡掃描分析，找出其斷裂根本原因。

關鍵詞：硫化機;后充氣;上夾盤座;支耳;斷裂失效;分析

1? 概述

在乘用胎硫化成型的生產工藝中，后充氣是必不可少的。由于現(xiàn)今輪胎中，大部分采用尼龍或聚酯纖維的簾線作為其骨架材料，但是其彈性模量小、伸長率較大的缺點，以及材料熱收縮特征，當輪胎在高溫硫化后，按照硫化工藝程序進行開模、卸胎，由于輪胎溫度較高，直接進行自然冷卻，容易使得簾線和橡膠的收縮率突然增大，從而造成輪胎胎面下凹和胎圈變形等缺陷。所以在硫化生產工藝中，增加后充氣，使得輪胎能夠在充氣壓力大于使用時壓力的狀態(tài)下進行逐漸冷卻，保證輪胎胎體不發(fā)生永久變形，確保能夠生產出高精質量的輪胎。因此，對于輪胎硫化機和后充氣的部件的原材料、加工精度的質量要求，必須要求供應商嚴格按照零部件圖紙的技術要求執(zhí)行。

2? 斷裂失效描述

當生胎經過硫化后，將會被機械手或者卸胎裝置轉運到后重啟裝置，而在后充氣裝置（圖1）中有上下夾盤，高溫的熟胎被卸胎裝置轉運至下夾盤上，然后兩個上夾盤上的氣缸活塞桿伸出，推動上夾盤，將輪胎夾緊于上、下夾盤之間，緊接著進行充氣加壓，使得輪胎膨脹定型。此工藝過程中，僅僅是氣缸向下推上夾盤的力，且氣缸內壓縮空氣壓力為0.5～0.6MPa。此外，輪胎充氣時對上夾盤的反作用力。

最近，在某一輪胎硫化生產線中，有一臺后充氣的上夾盤座所連接兩個氣缸的支耳意外斷裂。在十幾年的后充氣使用中，很難遇到這種斷裂問題。雖然視為個案，但是作為工程師，我們必須深入調查分析，找到根本原因。

3? 本體材料的機械性能理化測試

此上夾盤為鑄件ZG230-450，熱處理要求為退火處理，執(zhí)行標準為：《GB/T 11352-2009 一般工程用鑄造碳鋼件》。

3.1 化學成分分析（表1）

3.2 力學性能試驗（圖1、表2）

3.3 金相檢驗

我們選取斷后截面，然后進行處理，依據GB/T13298-2015標準進行檢驗。

我們可以看出：拋光而未經過腐蝕處理的顯微顯像中，大部分區(qū)域存在疏松的氣孔。經過腐蝕處理（見圖2～圖3）后，顯微組織有：魏氏體+珠光體+塊狀鐵素體，且原奧氏體晶粒粗大，屬于鑄態(tài)組織。

4? 斷口的掃描電鏡分析

我們依據《分析型掃描電子顯微鏡方法通則》JY/T 010-1996標準執(zhí)行，對斷口處進行掃描電鏡分析。從照片來看，斷口呈現(xiàn)脆性、沿晶斷裂的形貌。

5? 斷裂分析和總結

由于設備材料的斷裂原因、斷裂機理、斷裂變形情況有很多種。我們從上夾盤的使用工況，通過計算分析該斷裂位置處所受最大剪應力為12MPa，屬于交變低應力，遠遠小于該材料的屈服強度，以及從斷口的掃描電鏡照片來看，可以判定為：因晶粒粗大，疲勞脆性斷裂，也屬于沿晶斷裂。同時，根據金相顯微組織和機械性能測試的數據來看，判定該上夾盤的鑄件由于供應商在生產制造過程中遺漏，未經過熱處理，從而流入裝備生產線。

雖然僅僅一個零件發(fā)生一次意外的質量問題，但是我們也發(fā)現(xiàn)在生產制造管理上，容不得一點失誤，因為這將給設備制造方和使用方非常大的名譽和經濟損失。

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