胎坯外周長對轎車輪胎性能的影響

賈會格，張垂賢，董林林

[倍耐力輪胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

轎車市場蓬勃發(fā)展，汽車行業(yè)標準逐步完善。國際汽車工作組IATF 16949標準被廣泛應用于汽車及其零部件制造行業(yè)，該標準在ISO 19001的基礎上增加了汽車行業(yè)的特殊需求。輪胎作為汽車重要的組成部分，在保障駕駛的安全性、舒適性、低噪聲方面都發(fā)揮著重大的作用。汽車制造商對輪胎供應鏈管理日趨嚴格，輪胎的外觀和均勻性成為輪胎企業(yè)競爭配套資質的關鍵性因素，提升輪胎的均勻性也一直是輪胎企業(yè)的研究課題。影響均勻性指標的因素存在于輪胎制造全過程的任何工序，均勻性的提升取決于全過程制造能力的提升。

本工作主要研究轎車輪胎成型工藝中胎坯外周長對輪胎外觀和均勻性的影響，重點分析對徑向不圓度及徑向力波動[1]兩個均勻性指標的影響，以期為提高輪胎外觀質量和均勻性提供參考。

1 輪胎外觀和均勻性指標

成品輪胎在入庫之前，需要根據規(guī)定流程完成相應的檢查過程，合格的產品才能入庫、銷售。輪胎的檢查項目可能因不同的客戶要求和制造商控制手段存有差異，常規(guī)上外觀、均勻性和X光檢測為核心檢查項目。

1.1 輪胎外觀指標

外觀檢查，即檢驗員以目測、手觸為主要手段，間或使用體積較小的檢查工具進行輔助操作的輪胎檢查過程。外觀檢查一般不需要借助大型檢測設備。外觀檢查的主體為檢驗員，因此檢驗員的技能水平、檢查手法、檢查結果判定標準都會對檢查結果有較大影響，方法的標準化和檢查人員的測量系統(tǒng)分析至關重要。外觀檢查缺陷項目較多，包括雜膠雜質、欠硫或過硫、缺膠等。

1.2 輪胎均勻性指標

轎車輪胎的均勻性指標主要可分為以下3類：（1）力波動相關指標，如徑向力波動、側向力波動和錐度等[2]；（2）幾何尺寸相關指標，如徑向不圓度、側向不圓度、鼓包、凹陷等；（3）質量分布均勻性相關指標，如靜平衡、偶平衡、動平衡[3]。與外觀檢查不同，輪胎的均勻性檢測必須借助均勻性和動平衡試驗機進行，利用檢測設備上的傳感器轉化和采集數據。均勻性不好的輪胎在行駛過程中可能會發(fā)生上下跳動、左右晃動的問題，也可能發(fā)生偏離直線行駛的問題，上述不同指標產生機理不同，導致的后果也不盡相同。

2 胎坯外周長的定義及測定方法

2.1 胎坯外周長定義

輪胎制造過程主要包括膠料混煉、半部件擠出、簾布壓延和裁斷、胎坯成型和硫化幾個核心步驟。其中涉及輪胎外緣尺寸的有2個工序：第1個為成型工序，成型后測量胎坯的外周長，該指標為企業(yè)內部過程管控指標；第2個為硫化工序，硫化后測量成品輪胎的外周長，測試結果需要滿足標準的相關要求。成型工序測定胎坯外周長有2種方式：一種是在成型鼓上完成充氣后并在泄氣前測量；另一種是卸胎完成后在檢查臺上進行測量。本工作采用前一種方式，在成型工序泄氣前測量并收集數據。

2.2 胎坯外周長測定方法

胎坯成型壓合反包結束后，在卸胎步序前對胎坯外周長進行測量，即輪胎在保持充氣壓力的狀態(tài)下測量。在充氣狀態(tài)下，胎面并不是完美的曲面，容易給測量結果引入誤差，為了保證測量數據的有效性，測量時將測量點固定在胎面上特定的可參考位置，如使用卷尺沿胎面中心線繞胎面一周，記錄測量數據。

3 胎坯外周長對輪胎外觀和均勻性的影響

3.1 試驗方案設計

成型完成的胎坯最終將裝入硫化模具內并在特定的溫度、壓力下完成規(guī)定時間的硫化過程。不同規(guī)格輪胎的硫化模具設計尺寸不一，組裝完成后形成特定的圓周長，胎坯裝入后，胎坯外周長與模具內圓周長的匹配至關重要。本工作對胎坯外周長的設置也參考模具內圓周長。模具內圓周長為1 952 mm，胎坯外周長設計3個試驗方案，方案1—3胎坯外周長分別為1 925，1 940和1 955 mm。每個方案生產40條試驗輪胎。

3.2 對輪胎外觀的影響

輪胎外觀缺陷種類繁多，本工作主要研究胎坯外周長對膠邊缺陷的影響，如圖1所示，輪胎表面存在溢出膠邊。

由于外觀檢查結果容易受檢驗員的影響，在對試驗輪胎檢查前，先對檢查過程的可靠性與一致性進行分析，即測量系統(tǒng)分析的屬性一致性分析。先選擇20條輪胎，包含合格品、不合格品和有爭議的產品，然后讓不同的檢驗員進行檢查，檢查過程隨機且獨立，最后利用Minitab軟件的屬性一致性分析進行檢驗，從檢驗員自身、每個檢驗員與標準、檢驗員之間、所有檢驗員與標準的一致性4個維度分別判定檢查系統(tǒng)是否可接受。Minitab軟件使用Kappa值來判斷檢查結果是否可接受。一般情況，Kappa值大于0.9表示檢查結果可接受。屬性一致性分析的部分結果如圖2所示。

由圖2可見，Kappa值對比清晰明了。如果檢查員自身分析的Kappa值太小，表示檢測過程不可靠，應先完成對檢驗員的相關培訓，使其熟練掌握檢查方法和判定標準。

在驗證檢查結果可靠后，對采用3個方案生產的120條試驗輪胎進行檢查，統(tǒng)計膠邊缺陷品數量，對比缺陷發(fā)生率，結果如表1所示。

表1 輪胎外觀缺陷檢測結果

從表1可以看出，方案3輪胎膠邊缺陷品數量顯著增大，缺陷率達17.5%。這說明胎坯外周長太大，硫化過程中胎坯與模具匹配不合理，在活絡模塊交接處容易產生膠邊問題。

3.3 對輪胎均勻性的影響

3.3.1 徑向不圓度

在相同檢測設備和檢測條件（充氣壓力、負荷和轉速）下，對3個方案120條試驗輪胎進行徑向不圓度檢測，采用假設檢驗的方法分析檢測數據是否存在顯著性差異，結果如圖3所示。

假設檢驗P值＜0.000 1，根據統(tǒng)計學原理可得出結論，胎坯外周長對徑向不圓度的影響是顯著的，且方案3輪胎的徑向不圓度均值明顯比其他2個方案輪胎大，均勻性較差。

此外，還對比了不同試驗方案輪胎的線激光檢測圖譜。讀取線激光圖譜時，主要根據顏色來進行識別。紅色越深表示不圓度檢測過程中輪胎上被探測點距離線激光檢測裝置越近，為高點區(qū)域；藍色越深則表示被探測點距離線激光檢測裝置越遠，為非高點區(qū)域。

方案3輪胎的線激光圖譜（見圖4）中有明顯的8個均勻分布的高點區(qū)域（波峰）。方案1和2輪胎的線激光圖譜均未出現顯著的8個波峰現象。據此可推斷，由于方案3輪胎胎坯外周長大于模具內圓周長，在硫化過程中，胎坯與模具的尺寸匹配不合理，在硫化模具的8個活絡模塊的交接處產生膠料冗余堆積，形成了8個徑向不圓度檢測高點。

除了觀察線激光圖譜的波峰特征外，線激光檢測設備還可以提供高點對應的角度信息，根據角度值，與輪胎的特定位置進行對照，找到高點在輪胎上的具體位置，然后可以根據輪胎的文字、條碼位置等固定信息找出對應在活絡模塊上的位置。經比較確認，方案3輪胎的線激光圖譜波峰發(fā)生位置與硫化模具活絡模塊的交接點位置相互吻合，進一步驗證了前面的推論。

3.3.2 徑向力波動

在相同檢測設備和檢測條件下，對3個方案120條試驗輪胎進行徑向力波動檢測[4]。一般情況下，檢測設備除了提供整體的徑向力波動外，還可以提供徑向力一次和二次諧波等，通常可以查詢10次以內諧波的數據。胎坯外周長對徑向力波動的影響采用假設檢驗的方法進行統(tǒng)計分析，結果如圖5所示。

P值＜0.000 1，表示胎坯外周長對徑向力波動的影響是顯著的。從圖5可以看出，方案3輪胎徑向力波動均值明顯增大，輪胎均勻性變差。

另外，在試驗過程中還采集了徑向力一次諧波和徑向力八次諧波的數據，分析諧波數據與徑向力波動數據的關系，結果如表2所示。

從表2可以看出，3個方案輪胎徑向力一次諧波數據差異不大，極差小于5 N，但是方案3輪胎徑向力八次諧波數據明顯大于其他2個方案輪胎，極差大于15 N，且徑向力八次諧波/徑向力波動比值也明顯增大，可見徑向力八次諧波對整體的徑向力波動貢獻較大。

表2 輪胎徑向力波動及諧波檢測結果

4 影響胎坯外周長的成型工藝參數

綜上所述，胎坯外周長對輪胎外觀及均勻性均有較大影響，因此在輪胎制造過程中需要將胎坯外周長控制在合適的水平，并對生產中可能影響胎坯外周長的因素進行識別并加以控制。常見的影響胎坯外周長的成型工藝參數如下。

（1）定型壓力和時間。成型過程中，控制不同階段的定型壓力和時間至關重要，如預定型壓力、定型壓力、超定型壓力及其對應的充氣時間。生產過程中除了關注壓力和時間在操作界面的設置值外，還需對實際值進行檢查，通常需要定期校驗壓力閥和氣路的狀況。

（2）胎圈間距。胎圈間距設置會影響成型時充氣膨脹的速度和程度，進而影響胎坯外周長。

（3）冠帶層纏繞張力。冠帶層纏繞張力和纏繞方式的設計會影響充氣后胎坯的膨脹程度，進而影響胎坯外周長。

5 結論

研究結果表明：胎坯外周長對輪胎外觀缺陷中膠邊問題發(fā)生率有較大影響；胎坯外周長對輪胎兩個均勻性指標徑向不圓度和徑向力波動的影響顯著，當胎坯外周長大于模具內圓周長時，徑向不圓度和徑向力波動均值增大，輪胎均勻性變差；胎坯外周長對徑向力八次諧波也會產生一定程度的影響。