新型弧面帶束層子午線輪胎貼合鼓模具設計

吳賢開，吳賢標，周麟木，蔡子平，柯湧躍，張賽軍

（1.天陽模具有限公司，廣東 揭陽 445200；2.華南理工大學 機械與汽車工程學院，廣東 廣州 510640）

0 引 言

近年來，汽車工業進入了快速發展通道,節能與新能源汽車不斷推出[1]。子午線輪胎具有節能、耐磨、安全舒適、速度性能好和使用壽命長等優點[2]，被廣泛用于家用汽車，因此對目前子午線輪胎的生產設備、工藝等進行研究具有重要意義[3]。子午線輪胎主要由胎冠、帶束層和簾布層組成。帶束層是在子午線輪胎和帶束斜交輪胎的胎面基部下沿胎面中心線圓周方向箍緊胎體的材料層，不僅可以緩和沖擊，還起到箍緊胎體的作用；對于子午線輪胎，帶束層還是主要受力部件，一般帶束層有3～5層。

半鋼子午線輪胎的成型方法有一次法成型和二次法成型2種。一次法成型是在成型鼓上將內襯層、胎體簾布、胎圈、胎側等部件按順序和位置一次加工胎面組合件。二次法成型是在一段成型機上將內襯層、胎體簾布、胎圈、胎側等部件按順序和位置貼合成胎體組合件；在二段成型機的帶束層胎面貼合鼓上將帶束層、冠帶層、胎面貼合成帶束層胎面組合件，將一段成型機上制成的胎體組合件套在二段成型機的成型鼓上，由夾持環將帶束層胎面組合件取下，傳遞到胎體成型鼓上，胎體組合件充氣定型后與帶束層胎面組合件貼合，壓合后制成胎坯，胎坯取下后放置在胎坯車內或胎坯托盤上[4]。

1 傳統子午線貼合鼓模具概述

輪胎成型機是一種專業設備，由于輪胎種類和輪胎制造工藝不同，輪胎成型機的種類也不一樣[5]，一般將輪胎成型鼓在整體上分成機械式和膠囊式[6]。早期的成型鼓脹縮運動主要通過連桿導向機構實現，如圖1所示。由于連桿行程短、加工精度要求高，制造難度大，使用時經常出現卡滯現象。如果連桿出現尺寸加工誤差，在貼合鼓工作時將會出現各鼓塊高度不均勻，貼合鼓伸縮易卡死的情況。傳統成型鼓鼓面分為普通有縫貼合鼓和指形無縫貼合鼓，普通有縫貼合鼓在徑向行程較大時，縫隙會變大且圓度不夠，導致壓輥滾壓后的帶束層與標準圓形的差距過大。指形無縫貼合鼓是將各個鼓塊做成互相穿插的鋸齒形，當鼓張開時齒形之間鑲嵌為無縫的狀態，傳統指形貼合鼓母線方向為一條直線，最后輪胎成型時會出現帶束層內外曲線不均，同時普通有縫貼合鼓和指形無縫貼合鼓整體笨重，因此貼合鼓可控性差。普通有縫貼合鼓在巨形工程機械輪胎成型機中應用較廣泛，指形無縫貼合鼓則在全鋼載重輪胎成型機中應用較廣泛[7]。

圖1 傳統成型鼓運動簡圖

2 新型子午線輪胎貼合鼓模具結構設計

新型輪胎成型機帶束層貼合鼓結構如圖2所示，圖2（a）表示貼合鼓工作時最大直徑與最小直徑狀態。

如圖2所示，芯軸14上裝有軸套13，軸套13與導向槽安裝盤2、左滑塊擋圈12、錐形直線雙滑塊安裝座6直接連接，其中錐形直線雙滑塊安裝座6可以在軸套13上滑動。內置驅動氣缸由錐形直線雙滑塊安裝座6與軸套13以及密封圈共同組成，芯軸14軸向方向設有2個長氣孔，作為內置氣缸的氣流通道。2個導向槽安裝盤2通過固定螺釘1與軸套左端法蘭盤固定，導向滑槽安裝盤2內通過螺釘與導向滑槽固定連接；2個導向槽安裝盤通過固定桿11限定相互之間的正確位置。精密調節裝置8與右端的導向槽安裝盤2通過螺釘固定，其通過螺桿與導軌安裝座環形擋圈9相連接，右環形擋圈9內外均有螺紋，通過轉動精密裝置的手柄可以調節環形擋圈9在軸套上的軸向位置，以此限制雙滑塊安裝座6的位置，間接控制貼合鼓張開的最大直徑。精密調節裝置外裝有防塵罩7，防止灰塵進入影響調節的精密度。錐形直線導軌5通過螺釘固定在鼓塊安裝架4的錐形面上，安裝架4的頂部與鼓塊3通過沉頭螺釘固定連接且沉頭螺釘不能露頭，作防松處理；雙滑塊安裝座6的錐形斜面上有對應的滑槽，組成一個錐形的導軌滑槽機構；安裝架4的兩端裝有徑向的滑塊，可以在導向槽內滑動。

圖2 新型模具結構

貼合鼓通過芯軸14左端法蘭盤接入氣源，氣體通過芯軸氣孔和內置驅動氣缸10相連。通氣后，可驅動雙滑塊安裝座6軸向運動，并通過滑槽將運動傳遞到鼓塊安裝架的錐形斜面上，其向上的分力帶動雙滑塊安裝座6上、下運動，滿足貼合鼓的直徑脹縮要求。每個鼓塊的配合表面在徑向均制作成具有一定弧度的表面，當貼合鼓工作時所有鼓塊能拼接成一個完整的圓形；鼓塊的母線方向也加工一定的弧度，避免子午線輪胎在成型過程中內外表面曲線不均勻；鼓塊采用高強鋁合金材料，減輕了貼合鼓整體質量的同時，也提高了貼合鼓的可控性，鼓塊表面涂上特殊材料能增加硬度、防黏和防銹。在保證工作強度的情況下對零部件進行一定的鏤空處理，以減輕貼合鼓的質量，使其所受阻力降低，提高內置驅動氣缸10的最大驅動力。

3 模具工作過程

新型帶束層貼合鼓的工作工程：①在工作前預先通過調節精密調節裝置8將貼合鼓直徑調整至預定的工作直徑，開始工作后內置驅動氣缸10將雙滑塊安裝座6向右推行，直到其被環形擋圈9限制繼續向右運動，通過與雙滑塊安裝座6之間的滑塊滑槽機構將安裝架4向上推升到預先調整的工作位置，與安裝架4相連接的弧形貼合鼓張開至工作直徑，開始纏繞膠料；②膠料纏繞完成后，內置驅動氣缸10推動雙滑塊安裝座6向左移動，直至雙滑塊安裝座左端被環形擋圈9限制為止，此時安裝架4降低到最低位置，弧形貼合鼓收縮至最小，膠料與貼合鼓鼓塊3表面分離進入下一步工序。

4 結束語

相較于傳統的貼合鼓，新型弧面帶束層貼合鼓在強度、精度方面都有較大的提升，實物如圖3所示。目前市場上的錐形導軌均為單導軌，導致模具受力點集中、導軌受力大、容易產生變形和磨損，而雙導軌使貼合鼓受力更均勻，延長模具的使用壽命，在相同工作條件下能提高精度。經實際檢驗，普通內置連桿擺動鼓在使用5萬次以后徑向跳動為0.5 mm，但新型貼合鼓在使用15萬次以后徑向跳動僅為0.25 mm；由調節螺桿和環形擋圈構成的精密調節裝置能使鼓直徑以φ0.01 mm的變化量調節。相較于傳統母線方向為直線的鼓面，母線方向具有一定弧度的鼓面，其成型后接近于曲線形狀，使其在后續的彎曲過程中內外變形更加均勻。

圖3 新型弧面帶束層子午線輪胎貼合鼓實物