成型工藝對半鋼子午線輪胎均勻性的影響

夏淑文

（1.青島科技大學高分子科學與工程學院，山東 青島 266042；2.山東金宇實業股份有限公司，山東 廣饒 257300）

輪胎性能直接影響汽車的驅動性、制動性、操控穩定性和乘坐舒適性[1]。輪胎的均勻性與乘坐舒適性直接相關，越來越受到重視。GB/T 6326—2005《輪胎術語及其定義》定義：均勻性為在靜態和動態條件下輪胎圓周特性恒定不變的性能。

輪胎均勻性指標中，RFV（徑向力的最大波動值）、R1H（徑向力波動的一次諧波）、LFV（側向力的最大波動值）、CON（圓錐度效應力）和PLY（帶束層角度效應力）是輪胎的力學特性，RRO（徑向尺寸偏差）、LRO（寬度方向尺寸偏差）和BPS（胎側表面的局部粗糙程度）是輪胎的變形特性。

本工作從成型工藝出發，分析半鋼子午線輪胎均勻性的影響因素，研究冠帶條纏繞張力和胎面接頭量對輪胎均勻性的影響，為改善輪胎均勻性、提高輪胎性能提供參考。

1 均勻性指標與影響因素

1.1 RFV和R1H

RFV和R1H是對車輛性能影響最大的輪胎均勻性指標，其影響因素較多，也較難控制。

（1）成型接頭。成型接頭的角度分散會嚴重影響RFV和R1H，也會影響輪胎的平衡性能[2]。因此在成型過程中應根據均勻性的變化，當然也可以結合RFV峰值對應的胎坯位置調整工藝。

（2）接頭量。通常胎面接頭量對RFV和R1H的影響最大，成型過程中應嚴格控制胎面長度和自動接頭量，有條件的應盡可能實現胎面自動接頭，避免人工作業。研究表明，胎面接頭量偏差1 mm，徑向力偏差10 N。

（3）骨架材料變形。胎體簾布拉伸變形會導致簾線角度和密度發生變化，胎圈落圈的2個鎖塊起落速度不一致或晃動會使2個胎圈之間的胎體簾布長度出現差異。研究表明：落圈位置偏差1 mm，徑向力偏差15～30 N。

（4）成型異常。胎面在抓取環上塌陷、定型中胎體與胎面碰撞、定型組合過程中壓力異常等都會影響胎坯成型。

（5）成型機精度。胎圈裝載器的對中度、成型鼓徑向跳動等因素都會影響成型機精度。成型機精度對輪胎均勻性影響非常大，需要設立周期性的校驗計劃。研究表明，胎圈裝載器對中度偏差1 mm，徑向力偏差約30 N。

1.2 LFV

輪胎成型過程中影響LFV的因素主要為材料貼合狀態和設備精度。

（1）材料貼合狀態。材料貼合偏歪或者局部蛇形都會影響LFV，成型過程中應盡可能保證材料無異常拉伸并對中貼合。

胎面蛇形變形1 mm，側向力偏差約9 N；帶束層寬度偏差1 mm，側向力偏差10～30 N；帶束層接頭斷面差偏差1 mm，側向力偏差5～10 N。

（2）設備精度。定中裝置異常、后壓輥不對中或者晃動、傳遞環在兩鼓間不對中等都會影響LFV。

1.3 CON

材料的貼合對稱性，如胎面和帶束層貼合偏歪、胎面一段組合不到位、冠帶條纏繞不對稱等均會影響CON。壓輥不對稱也會造成胎面肩寬輥壓不對稱。

帶束層寬度偏差1 mm，CON偏差10～40 N；帶束層接頭斷面偏差1 mm，CON偏差約10 N。胎面對CON的影響最大，2#帶束層次之，1#帶束層最小。

1.4 RRO

RRO與RFV的影響因素類似，主要受接頭量的影響。

1.5 LRO和BPS

影響LRO和BPS的主要因素是胎側接頭量和胎體簾線密度。胎體接頭不符合標準容易出現凹陷，胎側接頭量過大容易出現凸起。故生產過程中應嚴格控制胎側和胎體的接頭量，有條件時應盡可能實現設備自動定長裁切和自動接頭，避免人工操作。

2 冠帶條纏繞張力對輪胎均勻性的影響

2.1 冠帶條及其纏繞張力的作用

在半鋼子午線輪胎中，用尼龍簾布沿輪胎圓周方向按一定排列方式進行纏繞，可以提高輪胎抗變形性能，防止帶束層角度變化。對于不同速度級別的輪胎，簾布纏繞方式也不相同。在纏繞過程中，冠帶條需保持一定的纏繞張力，纏繞張力過大，易造成纏繞過程中帶束層偏移而產生CON。冠帶條張力需同步考量帶束層寬度與二段鼓磁片的作用寬度。

2.2 張力控制機理

張力控制單元的功能是控制冠帶條在纏繞期間的張緊程度，可以通過上位機屏幕菜單調節。張力控制裝置安裝在冠帶條貼合器上，該裝置包含1個電機驅動輥和1個裝有張力傳感器的輥。張力傳感器安裝在加重滑塊上，以免其受損壞。張力傳感器首先檢測冠帶條的張力，并以此檢測值來設定冠帶條的張力值。

張力值通過上位機設定，張力傳感器將檢測到的電極絲張力信號相加放大，并在張力表上顯示，同時作為檢測信號反饋給張力控制器，張力控制器將檢測信號放大、采集，然后再將信號送入驅動器中的可編程式邏輯控制器（PLC），并與設定張力值比較。二者差值經過電流放大，張力控制單元糾正驅動電機與旋轉鼓間的速率比，控制其輸出力矩。如此形成負反饋閉環控制系統，最終使電極絲張力保持恒定。

2.3 輪胎均勻性和高速性能

選取速度級別H級以上的4種規格輪胎，考察冠帶條纏繞張力對不同規格輪胎均勻性和高速性能的影響。冠帶條纏繞張力對不同規格輪胎均勻性和高速性能（按照GB/T 4502—2009《轎車輪胎性能室內試驗方法》測試）的影響見表1。

表1 冠帶條纏繞張力對不同規格輪胎均勻性和高速性能的影響

從表1可以看出：隨著輪胎扁平率和冠帶條纏繞張力增大，輪胎的高速性能下降，但均勻性的規律性并不明顯，考慮到張力增大會使輪胎出現胎冠變形的隱患，故根據扁平率控制冠帶條纏繞張力。扁平率小于45的輪胎，纏繞張力800 N較合適；扁平率大于或等于45的輪胎，纏繞張力1600 N較合適。纏繞張力同時也受冠帶條膠料配方和輪胎結構等因素的影響。

3 胎面接頭量對輪胎均勻性的影響

以205/55R16 91V輪胎為例，該規格輪胎施工表要求胎面長度為1850 mm，成型作業時胎面接頭剛好對接。增大或減小胎面長度會改變接頭量。為避免成型機和人工操作差異對試驗結果的影響，本研究輪胎成型由同一操作工在同一成型機上進行，胎坯在相同模具中和相同硫化機上硫化，試驗方案見表2。3種方案的試驗結果見表3。

表2 試驗方案

表3 3種方案對輪胎均勻性的影響

從表3可以看出：與正常胎面長度和接頭量的A方案輪胎相比，胎面過短、接頭量不足的B方案輪胎的RFV和R1H分別提高6.9和7.9 N；胎面過長、接頭量過大的C方案輪胎RFV和R1H分別提高19.2和22.9 N。方案B和C輪胎的徑向力波動的最大振幅的發生位置集中于胎面接頭處，影響輪胎的均勻性。

為防止胎面接頭量不足或過大，可以從以下3個方面進行管理。

（1）胎面裁斷長度誤差控制在±5 mm內，但一般來講裁斷長度應遵循宜短不宜長的原則。

（2）胎面裁斷角度一般控制在24°～28°較適宜。

（3）成型胎面貼合壓力一般控制在100～150 kPa，防止貼合過程中因壓力設定過大而導致胎面拉伸。另外，接頭位置盡量采用多段壓力控制，并分部位進行壓力調整，以實現接頭自動化控制。

4 胎坯均勻性分析系統的應用

輪胎硫化是一個不可逆過程，所以在胎坯硫化之前把握胎坯的均勻性就顯得非常重要。胎坯均勻性分析系統由激光掃描頭（可搭配移動三角支架，也可固定到成型機支架上）和筆記本電腦組成。通過激光在線掃描胎坯，可以得到完整的激光掃描3D圖像，通過分析圖像可以得出對應的改善點，改進胎坯的外觀形狀，快速確認成型機參數。胎坯均勻性掃描系統見圖1。

圖1 胎坯均勻性掃描系統

5 結語

輪胎均勻性受輪胎成型過程中諸多因素的影響，冠帶條纏繞張力與胎面接頭量對輪胎均勻性的影響較大。采用胎坯均勻性分析系統可以有效掌握胎坯的外觀形狀，快速確認成型機參數，減少廢料，提高產品性能。輪胎結構設計人員應研究出更多提高輪胎均勻性的方法，更好地提升輪胎性能和品質。