新型中心機(jī)構(gòu)和新型硫化模具的應(yīng)用

朱黎峰，羅文超

（雙錢集團(tuán)上海輪胎研究所有限公司，上海 200245）

硫化是輪胎生產(chǎn)時(shí)的重要工藝過程，硫化質(zhì)量決定輪胎質(zhì)量。通過對(duì)硫化設(shè)備技術(shù)的改進(jìn)能夠提升輪胎硫化工藝質(zhì)量。輪胎定型硫化機(jī)和輪胎模具是輪胎硫化的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)模具和硫化機(jī)結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化能有效提升輪胎硫化質(zhì)量，并在一定程度上達(dá)到節(jié)能的目的。

中心機(jī)構(gòu)是輪胎定型硫化機(jī)的主要機(jī)構(gòu)，目前使用的中心機(jī)構(gòu)在硫化過程中由于噴射口角度等問題容易造成介質(zhì)進(jìn)入膠囊過程堆積在膠囊下面，無法與膠囊上部進(jìn)行熱交換，出現(xiàn)輪胎硫化過程中上模溫度過高、下模溫度較低，硫化不均勻的情況。

目前輪胎硫化過程中胎肩位置硫化速度慢、硫化時(shí)間長(zhǎng)，其他部位硫化速度過快、溫度過高容易產(chǎn)生過硫化現(xiàn)象。模具是輪胎硫化過程的主要工具，模具外溫加熱過程中胎肩位置溫度傳遞速度胎肩較慢。模具與熱板為分離式安裝，模具和熱板之間存在間隙，導(dǎo)致外溫傳熱過程中熱損耗大。

本工作研究一種新型中心機(jī)構(gòu)和新型硫化模具，通過增加中心機(jī)構(gòu)隔套，調(diào)整硫化噴口角度，加強(qiáng)介質(zhì)上下熱交換，從而減小硫化過程中的上下模溫差，提升輪胎硫化過程中的均勻性；改變模具安裝方式，將模具和熱板直接安裝在一起，增加接觸面，提升熱傳導(dǎo)，減少熱損失。同時(shí)在胎肩、胎圈位置增加加熱管道，使外溫直接對(duì)輪胎肩部進(jìn)行加熱，從而減少輪胎硫化時(shí)間，對(duì)最終提高輪胎質(zhì)量和硫化效率有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 測(cè)溫點(diǎn)

本試驗(yàn)選擇12.00R20輪胎進(jìn)行硫化測(cè)溫，測(cè)溫埋點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 輪胎測(cè)溫埋點(diǎn)位置示意

1.2 主要設(shè)備和儀器

采用北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院生產(chǎn)的TCUSB型測(cè)溫儀，作為熱端測(cè)溫探頭的E型熱電偶外覆耐高溫聚四氟乙烯絕緣層。

2 傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)和模具存在的問題

傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)模具測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)見表1。

從表1可以看出，輪胎胎肩位置存在明顯的上下模溫差，該溫差可達(dá)約3.1 ℃。這是由于在介質(zhì)通過中心機(jī)構(gòu)的進(jìn)口進(jìn)入硫化膠囊的過程中，中心機(jī)構(gòu)的出口與進(jìn)口位置平行，導(dǎo)致介質(zhì)中的熱交換僅發(fā)生在硫化膠囊的底部區(qū)域，不能與膠囊內(nèi)其他區(qū)域的液體進(jìn)行熱交換，同時(shí)由于橡膠的導(dǎo)熱性差且厚度較大，熱量傳導(dǎo)緩慢，導(dǎo)致整個(gè)膠囊中的熱交換效率較低，硫化時(shí)間長(zhǎng)。同時(shí)由于膠囊內(nèi)部溫度不均勻，輪胎硫化的均勻性也受到影響，容易出現(xiàn)過硫或者欠硫現(xiàn)象，導(dǎo)致輪胎的各項(xiàng)性能不達(dá)標(biāo)。

表1 傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)模具測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)

從表1還可以看出，在輪胎硫化過程中，胎肩位置硫化速度比較慢，硫化時(shí)間長(zhǎng)。其他部位硫化速度過快，溫度過高容易產(chǎn)生過硫現(xiàn)象。

3 新型中心機(jī)構(gòu)

3.1 結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和新型中心機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分別如圖2和3所示。

圖2 傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意

圖3 新型中心機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意

對(duì)比圖2和3可以看出，新型中心機(jī)構(gòu)增加了上下2個(gè)隔套。

新型中心機(jī)構(gòu)由于設(shè)置了隔套裝置，硫化區(qū)型腔容積減小約20%，硫化介質(zhì)相應(yīng)也減小了20%，由于硫化介質(zhì)的減少產(chǎn)生的冷凝水也相應(yīng)減少，容積減小可加快硫化介質(zhì)循環(huán)，這樣膠囊型腔內(nèi)下模升溫加快，從而使得上下模溫差較均勻。

針對(duì)傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)，新型中心機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)。

（1）由于在上下夾盤之間形成了隔腔，膠囊容積減少近1/3，相應(yīng)減少了硫化介質(zhì)的沖入量。

（2）噴孔高度增大，向下的噴射角度隨之增大，有利于攪動(dòng)下胎側(cè)集結(jié)的冷凝水。

（3）因隔套的存在，噴孔與膠囊的距離縮短，熱阻減少，熱傳導(dǎo)好，升溫快。

3.2 實(shí)際輪胎測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)和新型中心機(jī)構(gòu)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比見表2。

從表2可以看出，傳統(tǒng)B型中心機(jī)構(gòu)和新型中心機(jī)構(gòu)硫化輪胎時(shí)，肩部開模時(shí)等效硫化時(shí)間最低點(diǎn)差距不大，這與新型中心機(jī)構(gòu)膠囊內(nèi)部有效容積減小有關(guān)。

表2 新老中心機(jī)構(gòu)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

4 新型硫化模具

4.1 新型硫化模具與普通模具對(duì)比

新型模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 新型模具結(jié)構(gòu)示意

針對(duì)普通模具，新型模具有以下優(yōu)點(diǎn)：熱板和模具安裝在一起，熱板與模具直徑比為1∶1，而且模具直接接觸熱板加熱，能有效減少熱損耗，提高等效硫化時(shí)間和硫化溫度，降低能耗。

在上下熱板內(nèi)有加熱管道，硫化時(shí)直接對(duì)輪胎胎肩和胎圈部位進(jìn)行加熱，縮短硫化時(shí)間。

4.2 傳統(tǒng)模具和新型模具預(yù)熱效果對(duì)比

4.2.1 埋點(diǎn)方式

模具預(yù)熱測(cè)溫埋點(diǎn)如圖5所示。

圖5 模具預(yù)熱測(cè)溫埋點(diǎn)

4.2.2 模具預(yù)熱升溫曲線

傳統(tǒng)模具預(yù)熱升溫曲線和新型模具預(yù)熱升溫曲線分別如圖6和7所示。

圖6 傳統(tǒng)模具預(yù)熱升溫曲線

圖7 新型模具預(yù)熱升溫曲線

從圖6和7可以看出，新型模具中上熱板和花紋塊預(yù)熱2 h后表面溫度分別高于傳統(tǒng)模具8 ℃和4 ℃。傳統(tǒng)模具和新型模具上熱板最高溫度差達(dá)到約5 ℃，花紋塊最高溫度基本一致。

新型模具花紋塊升溫速度最慢，上熱板升溫速度最快，但達(dá)到平衡點(diǎn)的速度快于傳統(tǒng)模具。新型模具在66 min時(shí)已基本達(dá)到平衡點(diǎn)，而傳統(tǒng)模具在120 min以后才能達(dá)到平衡點(diǎn)。說明新型模具升溫速度快于傳統(tǒng)模具。

5 使用效果對(duì)比

5.1 新型中心機(jī)構(gòu)

將新型中心機(jī)構(gòu)分別與傳統(tǒng)模具和新型模具組裝，對(duì)輪胎進(jìn)行硫化，具體數(shù)據(jù)對(duì)比見表3。

從表3可以看出，使用新型模具后各點(diǎn)開模時(shí)的等效硫化時(shí)間和最高溫度提升明顯，這是由于新型模具中熱板和模具安裝在一起，模具直接接觸熱板加熱，傳熱速度快。而傳統(tǒng)模具熱板安裝在硫化機(jī)上，與模具有間隙，存在熱損失情況。

表3 新型中心機(jī)構(gòu)/新模具和新型中心機(jī)構(gòu)/傳統(tǒng)模具數(shù)據(jù)對(duì)比

5.2 新型中心機(jī)構(gòu)和新型模具組裝

新型中心機(jī)構(gòu)和新型模具組裝與傳統(tǒng)中心機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)模具組裝測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比見表4。

從表4可以看出，三角膠中點(diǎn)和胎體簾布端點(diǎn)溫度較高，等效硫化時(shí)間較長(zhǎng)，因此降低上下熱板的溫度約2 ℃，進(jìn)行硫化測(cè)溫比較。

表4 新型中心機(jī)構(gòu)/新模具和傳統(tǒng)中心機(jī)構(gòu)/傳統(tǒng)模具測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

5.3 上下熱板溫度調(diào)整前后硫化測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)比

上下熱板溫度調(diào)整前后數(shù)據(jù)對(duì)比見表5。

從表5可以看出，上下熱板溫度調(diào)整后各部位的最高溫度有所下降，等效硫化時(shí)間縮短，減少了輪胎過硫現(xiàn)象。

表5 新型中心機(jī)構(gòu)/新模具上下熱板溫度調(diào)整前后對(duì)比

5.4 小結(jié)

新型中心機(jī)構(gòu)能夠有效減小上下模的溫差，提升硫化過程中上下模的均勻性。

新型硫化模具預(yù)熱快、溫度高，花紋塊升溫速度最慢，上側(cè)板溫度高。同一區(qū)域預(yù)熱升溫速度靠近胎腳處升溫最慢，胎側(cè)外邊緣升溫速度最快，但達(dá)到平衡點(diǎn)后各區(qū)域溫度一致。

使用新型中心機(jī)構(gòu)和新型模具后，等效硫化時(shí)間和最高溫度提升。同時(shí)由于熱板和模具安裝在一起，通過接觸式加熱傳熱速度加快。

降低上下熱板溫度后輪胎各部位的最高溫度有所下降，等效硫化時(shí)間縮短，過硫化現(xiàn)象減少。

6 結(jié)語

通過使用新型中心機(jī)構(gòu)和新型模具，可以有效減小輪胎上下模溫差，降低輪胎硫化過程中的不均勻性，使各部位在硫化過程中都可以達(dá)到適當(dāng)硫化程度，減少過硫化現(xiàn)象，從而起到提升輪胎質(zhì)量的效果。