數字化技術在輪胎模具設計制造中的應用解析

鐘君臣

摘要：伴隨汽車工業的快速發展，與汽車生產有關的模具行業也得到了快速的發展，出現了多種材質和類型的汽車生產模具，其中輪胎模具以其技術含量高在眾多模具類型中得到了人們的青睞。文章在闡述數字化技術內涵的基礎上，分析了輪胎模具制造技術的現狀，并論述了數字化快速制模技術在汽車子午線輪胎模具的花紋加工中的應用。

關鍵詞：數字化技術；輪胎模具；花紋加工；設計制造；汽車工業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG385 文章編號：1009-2374（2016）22-0043-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.22.021

在數字化技術的不斷發展下，人們對汽車輪胎模具設計方式和輪胎模具制造提出了更高的要求，使得傳統的汽車輪胎模具設計方式受到了一種全新的挑戰。輪胎的花紋樣式得到了不斷更新，對于汽車的子午線輪胎來講，一旦輪胎花紋設計和結構加工精度差一點，最終很可能導致企業輪胎動、靜平衡性能、均勻性、散熱性等方面出現問題。為了實現輪胎模具設計的科學、有效，保證汽車性能的充分實現，需要有關汽車輪胎設計人員充分利用數字化技術完善汽車輪胎模具設計。

1 數字化技術概述

21世紀的發展是數字化發展時代，一系列的數字概念如雨后春筍般產生，同時也促進了汽車制造業的發展變化。數字制造一般是指在虛擬現實、計算機網絡上技術、快速原型、數據庫和多媒體技術的支持下，根據用戶需求來獲得其需要的信息資源，并在對資源獲取分析的同時實現對產品設計和產品功能的仿真制造，從而以最快的速度生產消費者滿意的產品。簡單的說，數字制造是指在針對制造過程數字化描述而建立的數字空間中完成產品制造的過程。在計算機的快速發展下，計算機圖形和機械設計技術得到了充分的結合，繼而產生了以數據路為中心，以交互圖形系統和技術為基本手段，以工程分析計算為主體的一體化計算機輔助系統（CAD）。這種系統能夠在二維或者三維空間來對物體進行精準化的描述，從而提升產品的生產效率。將計算機輔助系統中產生的產品設計信息轉化為產品制造、工藝規則等信息，能夠實現對機械加工工序和工步的重新組合，并能夠對每個工序的機動時間及輔助時間進行計算。這種規劃是計算機輔助工藝規劃（CAPP）。

通過對數字化技術性能的分析，可以發現數字制造是計算機數字技術、網絡信息技術與制造技術共同作用的結果。在科技快速發現下，制造器、生產業的數字化發展是一種必然趨勢。以制造業發展為例，其設備的控制參數一般都是數字信號，各種信息都會以數字的形式借助網絡在企業內部進行傳播。在數字制造的影響下，企業、個人、設備、經銷商等會形成一種連接。

2 輪胎模具制造技術的現狀

輪胎模具行業在近幾年的發展中，基本處于一個設備不斷更新、產品不斷升級的快速發展時期，對原有傳統的手工刻模模具加工工具進行了更新，用電火花蝕刻工藝加工模具代替了傳統手工刻模模具。在科技不斷發展的情況下，尤其是微機控制在模具加工方面的應用，得到了先進軟件和設備的支持，表現為先進三維CAD、CAM技術的應用，微機能夠對曲面造型進行仿真加工，且應用的加工策略能夠支持三軸數控機床來完成電機和模具加工。其中全自動的數控電火花機床分度誤差沒有超過±20″，深度誤差≤0.01mm，體現了模具設計的高精度和高檔次。

文章以輪胎模具花紋制造技術加工為例，闡述數字化技術下汽車輪胎模具制造發展現狀。現階段，國內外對輪胎模具花紋加工應用的方法主要有三種，包括數控雕刻花紋、EDM（電火花腐蝕加工）、精密鑄造。數控雕刻花紋設計主要應用的是計算機輔助設計軟件、模擬加工路線、機械雕刻成型、人工修整成型技術。EDM（電火花腐蝕加工）主要應用的是計算機輔助設計花紋電極，利用電極放電腐蝕成型，最后由人工對設計模型表面進行修整。精密鑄造一般是利用計算機輔助軟件設計加工出能夠用于仿制精鑄母模（基模），之后利用材料模仿制作硅膠模、石膏模芯、砂芯等，最后澆鑄成型，其中精密鑄造用于半鋼絲子午線輪胎模具。

3 數字化技術在汽車輪胎模具中的應用

3.1 數字化技術在汽車輪胎模具花紋設計中的應用

汽車輪胎模具的花紋設計是否合理對汽車花紋系列輪胎的開發成果影響意義深遠。但是，現階段全球范圍內的具有汽車輪胎模具花紋設計開發能力和輪胎廠以及研究機構很少，大多數的輪胎廠商開發花紋輪胎模具都需要借鑒有開發經驗的輪胎廠家，并根據自身發展實際，在輪胎模具設計結構的基礎上對產品進行改進和完善。進過模仿改進而設計出來的花紋汽車輪胎，其各項性能指標是否合格有待驗證，且在預測輪胎成型過程中存在一些缺陷。我國現階段很多輪胎廠花紋技術設計基本停留在二維水平，對于輪胎模型花紋的實際加工缺乏科學的規劃。

數字化技術的應用能夠實現輪胎花紋的三維立體設計，即通過對三維造型模擬輪胎表觀的計算，保證輪胎花紋設計的美觀、合理。在數字化技術的支持下，我國有一些輪胎廠家通過模具制造設備、軟件等將輪胎的二維花紋進行了三維立體設計，通過數據技術在一定程度上隱含和處理了輪胎花紋的缺陷，實現了輪胎花紋的合理設計，提升了設計的效率。

3.2 數字化技術在汽車輪胎花紋工藝中的應用

輪胎模具的設計需要很高的技術含量，尤其是汽車子午線胎輪胎模具。汽車子午線胎輪胎模具具有特殊的花紋造型、特殊的設計結構，由此決定其加工工藝的復雜、獨特。因此，汽車輪胎花紋設計中除了需要注重CAD/CAE技術之外，還需要注重輪胎花紋的加工工藝。數據化技術在輪胎模具中的應用主要是指計算機輔助工藝設計在輪胎花紋中的應用，通過數字化技術處理能夠將輪胎花紋加工工藝在實際操作之前可能遇到的問題事先展現給工藝設計人員，從而不斷優化汽車輪胎花紋工藝，實現一次性合格設計。數字化技術能夠為汽車輪胎花紋工藝設計提供一種新的設計思想，在綜合模擬技術、分析、干涉報告等智能技術于一體的同時，對輪胎模具，尤其是高性能的子午線輪胎花紋設計優化產生了重要的影響。

3.3 數字化技術在汽車輪胎加工中的應用

在國內，汽車輪胎模具，尤其是子午線輪胎活絡模具的花紋加工，大多是由模具廠家進行加工，主要的加工手段仍停留在傳統加工工藝方面，大規模的加工廠家大多是以EDM為主力加工手段。伴隨高性能子午線輪胎的大規模應用，社會主義經濟市場對輪胎硫化生產的要求逐漸提升，表現在對汽車子午線輪胎的活絡模具精確度提出了更高的要求。數字化技術的應用，能夠實現對高性能子午線輪胎模具花紋中壁厚只有0.8mm這樣細小的花紋的一次成型，在最短的周期內加工出高質量、低能耗的產品。數字化應用在汽車輪胎高速加工與傳統的加工方式相比，具有以下六種優點：第一，汽車輪胎加工精確度能夠達到0.002mm；第二，汽車輪胎加工時間減少了原來的60%～80%；第三，汽車進給速度應該提升5～10倍以上；第四，汽車輪胎所應用刀具的耐用度應該提高原來的70%左右；第五，汽車輪胎表面粗糙度至少要達到Ra0.8；第六，在高速切削和風冷卻影響下，對于工件冷熱加工引起的輕微變形可以適當地

忽略。

3.4 數字化技術在汽車輪胎生產管理中的應用

現階段，我國汽車輪胎模具制造廠家的發展規模很難擴大，大多數的輪胎制造企業都是中小型規模的企業，一些甚至還是家庭作坊。這些企業的輪胎制造管理手段較為落后，輪胎生產質量遭到投訴的情況時常發生，可見大多數企業的輪胎模具生產制作存在技術方面的問題，對于大額投資的設備也不能充分利用。汽車輪胎模具設計和制造與一般類型的模具制造不同，但基本存在一些共性，即都是典型的依據訂單加工生產的單件小批量產品，在模具的業務訂單、技術設備、物料采購以及生產滾利方面都需要信息的充分對應。成功的企業管理需要應用先進的管理方式，而數字化技術的應用能夠實現企業的高效管理，加強企業和客戶之間的交流溝通，從而提升企業輪胎模具生產的效率，加強對汽車輪胎模具生產成本的控制，實現對汽車生產車間的及時性監控和管理，同時在CAD技術的應用下，實現企業內部信息資源的共享。應用數字化管理是提升汽車企業良好經營發展的重要手段，在實現企業發展規范化管理的同時，不斷提升企業在市場發展的競爭力，將企業工作人員從繁瑣的工作程序中解脫出來，為業務人員和顧客之間的交流溝通提供更充分的時間。

3.5 數字化技術在汽車輪胎模具檢驗中的應用

伴隨公路建設的發展，汽車輪胎特別是高性能子午線輪胎得到了快速的發展。汽車輪胎生產廠家對輪胎模具設計要求逐漸提升。在這種形勢下，汽車輪胎模具檢測技術和檢測設備的應用變得尤為重要。數字化技術下的3D檢測技術和4D激光檢測設備的應用能夠滿足這種性能的需要，加強對汽車輪胎的精確檢測。

4 結語

綜上所述，數字化技術在汽車輪胎模具設計和制造中具有重要的應用意義，得到了有關人員的廣泛應用，為我國汽車輪胎模具設計和制造創造了新的發展機遇。為此，需要有關人員加強對國內外先進汽車輪胎模具設計制造數字化技術的學習，并結合汽車企業自身發展實際，將數字化技術充分應用到汽車輪胎模具設計和制造中，不斷促進企業的穩定、健康發展。

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（責任編輯：蔣建華）