半鋼子午線輪胎胎面擠出口型板的設計

金學云，王華山

（1.天津科技大學材料科學與化學工程學院，天津 300457；2.銀川佳通長城輪胎有限公司，寧夏 銀川 750011）

半鋼子午線輪胎對胎面擠出工藝要求較高，擠出胎面的對稱性和均勻性直接影響輪胎的一致性和動平衡均勻性，而胎面擠出口型板是影響胎面對稱性和均勻性的主要因素。本工作對半鋼子午線輪胎胎面擠出口型板進行設計。

1 胎面膠擠出膨脹機理

根據擠出機工作原理，膠料通過機筒和螺桿的剪切混煉后，形成粘流體。膠料通過擠出機流道、預口型和口型時，形成一定的壓力和速度梯度，使膠料在擠出口型時呈拋物線（見圖1）。該現象使得膠料在流動過程中，在流道與口型板中心線附近壓力最大，在口型板兩側內壁壓力最小。壓力越大的位置，膠料擠出膨脹率越大；壓力越小的位置，膠料擠出膨脹率越小。流動膠料壓力變化趨勢如圖2所示。

圖1 膠料擠出口型示意

圖2 流動膠料壓力變化趨勢

2 胎面形狀

常見的胎面形狀有平面形、鋸齒形、階梯形和漸變形4種，如圖3所示。

圖3 常見胎面形狀

3 擠出口型板設計

3.1 型面曲線法

型面曲線法是根據膠料壓力與口型板位置的變化，確定膠料在口型板各點的膨脹率，并根據各點膨脹率確定口型板各點的開型參數，用平滑曲線連接各開型點，再用圓弧擬合曲線，從而確定型面曲線。用線切割設備沿型面曲線對口型板進行開型，切割完成后，再將型面打磨光滑。型面曲線法只需找到胎面形狀變化的點，用曲線連接各點，該方法開發的胎面擠出口型板質量好，制備速度快，擠出的胎面尺寸穩定。

3.2 設計實例

以某公司平面形胎面為例設計擠出口型板。胎面參數如圖4所示，A1=（142±2）mm，A2=（8±2）mm，A3=（12±2）mm，H1=（9.5±0.2）mm，H2=（9.5±0.2）mm。A1為胎冠寬，A2為基部寬大于胎冠寬的部分，A3為胎側寬，H1為胎冠厚，H2為胎肩厚，對于平面形胎面膠，H1與H2相等。

圖4 平面形胎面示意

（1）開型參數。計算口型板各變化點的開型參數，膠料在口型中心的膨脹率為123%，在肩部端點的膨脹率為108%，在寬度方向上的膨脹率為102%。根據膠料膨脹率計算口型板各點開型參數為：A1′=139.2 mm，A2′=7.8 mm，A3′=11.8 mm，H1′=7.7 mm，H2′=8.8 mm。

（2）型面曲線。口型板中心點用O表示，中心部位厚度為7.7 mm，肩部端點用B表示，端點部位厚度為8.8 mm，在數控線切割機床圖紙繪制系統中，繪制口型板切割型面，用150°弧線連接OB兩點，并鏡相繪出整個口型板型面曲線，曲線最低點為胎面中心點，最高點為胎面肩部端點。口型板型面曲線如圖5所示。

圖5 擠出口型板型面曲線示意

（3）開型。用DK7750E型電火花數控線切割機場（蘇州市寶瑪數控設備有限公司產品）將口型板設計參數輸入線切割設備，按口型板型面曲線加工口型板。口型板如圖6所示。

圖6 擠出口型板示意

4 胎面試制

4.1 主要設備

Ф120/Ф200/Ф150三復合銷釘式冷喂料擠出機，西德特勒斯特公司產品。

4.2 主要工藝參數

根據我公司擠出機的工藝要求，確定胎面擠出主要工藝參數，見表1。

表1 胎面擠出主要工藝參數

4.3 擠出胎面膠尺寸

當擠出機溫度穩定后，將胎冠膠、基部膠和胎側膠分別加入Ф200 mm，Ф150 mm和Ф120 mm擠出機的喂料斗；啟動擠出機螺桿，排出空氣，直到膠料從機頭擠出無氣孔；然后關停擠出系統，安裝口型板；再次啟動擠出系統，擠出胎面，冷卻后進行測量。經測量，胎面尺寸為：A1=142.3 mm，A2=8 mm，A3=12.2 mm，H1=9.4 mm，H2=9.36 mm。要注意的是，測量擠出胎面，對尺寸不合格的點，在口型板上找出對應位置，進行打磨、修理即可。

5 結語

胎面質量顯著影響成品輪胎的一致性和動平衡均勻性，結構合理的胎面擠出口型板是輪胎質量的重要保證。本工作通過分析膠料通過流道和口型時的壓力和速度，采用型面曲線法開發胎面擠出口型板。型面曲線法方便、快捷，用其開發的口型板擠出的胎面平整，均勻性和對稱性好。本工作僅對平面形胎面擠出口型板進行設計，鋸齒形、階梯形和漸變形胎面擠出口型板也可采用型面曲線法設計，僅需將胎面分成幾個平面部分處理即可。