輪胎用鋼簾線生產(chǎn)工藝

摘? 要：鋼簾線是汽車子午胎理想的骨架材料，在金屬制品中生產(chǎn)難度大，技術(shù)含量高。該文論述了鋼簾線主要的生產(chǎn)工藝，包括原料要求、盤條預(yù)處理、粗拉、中間熱處理、中拉、最終熱處理、電鍍、濕拉、合股、檢驗(yàn)、包裝。最后對(duì)輪胎用鋼簾線生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)做了預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：鋼簾線? 輪胎? 拉絲? 金屬制品? 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TQ33? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（a）-0057-03

鋼簾線是采用優(yōu)質(zhì)高碳鋼線材制成的表面具有黃銅鍍層且具有特殊用途的細(xì)規(guī)格鋼絲股或繩。國際合成纖維標(biāo)準(zhǔn)化局對(duì)鋼簾線的定義是：“作為最終產(chǎn)品，由兩根或更多根鋼絲組成的，或者由股與股的組合或者由股與絲的組合所形成的結(jié)構(gòu)。”

鋼簾線主要用于轎車輪胎、輕型卡車輪胎、載重型卡車輪胎、工程機(jī)械車輪胎和飛機(jī)輪胎及其他橡膠制品骨架材料。以鋼簾線為骨架材料制造的輪胎具有很多優(yōu)點(diǎn)，如重量輕省油、耐磨性好、不易爆胎、耐穿刺、彈性好、使用壽命長、翻新次數(shù)多等。

鋼簾線在金屬制品中生產(chǎn)難度大，技術(shù)含量高的產(chǎn)品，被稱為“線材皇冠上的明珠”。

1? 鋼簾線的分類

1.1 按強(qiáng)度等級(jí)劃分

普通強(qiáng)度鋼簾線 NT（可不標(biāo)注）;高強(qiáng)度鋼簾線HT。

1.2 按結(jié)構(gòu)特性劃分

普通結(jié)構(gòu)鋼簾線;開放型鋼簾線（OC）;密集型鋼簾線（CC）;高伸長型鋼簾線（HE）。

2? 鋼簾線對(duì)盤條的要求

鋼簾線的原料必須是控制冷卻熱軋盤條，金相組織必須是索氏體組織，奧氏體晶粒度2～5級(jí)（ASTM），必須能經(jīng)受90%以上總壓縮率，不許用鋁脫氧。化學(xué)成分見表1[1]。

盤條儲(chǔ)存：不能露天存放，盤條庫要清潔干燥，通風(fēng)良好，防銹蝕。盤條要分類存放、標(biāo)識(shí)清楚。

3? 鋼簾線的生產(chǎn)工藝

鋼簾線生產(chǎn)總工藝流程：盤條預(yù)處理→粗拉→中間熱處理→中拉→最終熱處理電鍍→濕拉→合股→檢驗(yàn)包裝入庫[2]。

3.1 盤條預(yù)處理——粗拉

盤條放線架→亂線開關(guān)→反復(fù)彎曲法去皮→水沖洗→電解酸洗→水洗→熱水洗→涂硼砂→干燥→粗拉→校直→收線[2]。

反復(fù)彎曲法去皮主要是因彎曲而造成盤條表面的反復(fù)延伸和壓縮促成表面鐵皮疏松剝落，除去盤條表面絕大多數(shù)鐵皮，盤條再經(jīng)酸洗，能大大縮短酸洗時(shí)間，降低酸耗和防止過酸洗。

陰-陽交替電解酸洗：電解槽被絕緣材料分隔成陽極區(qū)和陰極區(qū)，在整個(gè)系統(tǒng)中，鋼絲處于中性極。鋼絲上電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體對(duì)鋼絲表面的氧化鐵皮及污物起疏松及剝離作用，同時(shí)酸液對(duì)氧化鐵皮也產(chǎn)生化學(xué)溶解作用，從而達(dá)到去除氧化鐵皮的目的。

涂硼砂：硼砂在溫度達(dá)60.6℃時(shí)生成5個(gè)結(jié)晶水的硼砂（Na4B4O7·5H20），五水硼砂不但潤滑性能好，而且對(duì)鋼絲腐蝕性最小。涂硼液用電加熱或蒸汽加熱，溫度保持在90℃～95℃，濃度保持在（250±20）g/L，涂硼層厚度應(yīng)達(dá)4～5g/m2。停車時(shí)，涂硼槽必須保溫在80℃以上，防止硼砂凝結(jié)。

干燥：涂硼后的線材必須經(jīng)干燥處理。熱風(fēng)干燥是線材從一根逆向吹熱風(fēng)的導(dǎo)管里通過，風(fēng)溫度必須高于60.6℃，使線材表面形成一層五水硼砂的薄膜。也可以用感應(yīng)加熱干燥的方式。

粗拉：用直進(jìn)式拉絲機(jī)拉絲，生產(chǎn)時(shí)鋼絲在卷筒之間沒有經(jīng)過任何導(dǎo)輪，走的是直線，直進(jìn)式拉絲機(jī)實(shí)現(xiàn)無滑動(dòng)連續(xù)拉絲的條件是單位時(shí)間內(nèi)通過各模孔的金屬體積相等[4]。卷筒和模具強(qiáng)制水冷。鋼絲由5.5mm拉至2.4mm、3.15mm，拉絲速度可達(dá)15m/s，用DIN800工字輪收線。

3.2 中間熱處理

放線→張力輥→脫脂→加熱爐→淬浴→水冷→鹽酸洗→水洗→熱水洗→涂硼砂→干燥→收線[2]。

中間熱處理的目的是消除鋼絲在拉拔過程中的加工硬化，恢復(fù)鋼絲的塑性，使之能夠經(jīng)受進(jìn)一步的冷變形。鉛溫約為560℃，溫控精度為±1℃，鋼絲在鉛時(shí)間視不同直徑為18～24s。鉛浴淬火可以獲得均勻細(xì)致的索氏體組織。

3.3 中間拉拔

用直進(jìn)式拉絲機(jī)拉絲，分別將鋼絲拉拔至0.85mm、1.0mm、1.10mm、1.30mm、1.40mm、1.60mm、1.70mm、1.90mm。拉拔速度可達(dá)18m/s，采用DIN800工字輪收、放線[3]。

3.4 最終熱處理——電鍍黃銅

工藝流程：放線→脫脂→熱處理爐→淬火→水冷卻→電解酸洗→冷水洗→堿性鍍銅→熱水洗→酸性鍍銅→冷水洗→酸性鍍鋅→熱水洗→干燥→熱擴(kuò)散→磷化→收線[2]。

最終熱處理采用等溫鉛淬火，采用燃?xì)饧訜幔摻z在鉛時(shí)間為8～16s。鋼絲獲得的金相組織為均勻一致的索氏體組織，鋼絲性能穩(wěn)定，便于進(jìn)一步拉拔。

黃銅鍍層能增加鋼簾線與輪胎橡膠的結(jié)合力，還可以促進(jìn)拉拔過程的均勻變形和減少摩擦誘導(dǎo)熱來改善延伸性。因?yàn)辄S銅鍍層有利于潤滑劑吸附層的形成，從而降低了鋼簾線用鋼絲與拉拔模具的摩擦因數(shù)，進(jìn)而促進(jìn)均勻變形。電鍍黃銅分3個(gè)階段，先進(jìn)行堿性鍍銅（焦磷酸鹽鍍液），再進(jìn)行酸性鍍銅（硫酸鹽鍍液），最后進(jìn)行酸性鍍鋅（硫酸鋅鍍液）。通過調(diào)節(jié)槽液和電流來控制電沉積過程，使銅、鋅兩種元素保持恒定值。銅含量控制在（63.5%～67.5%）±2.5%。用沸騰爐粒子加熱法進(jìn)行金相熱擴(kuò)散，采用燃?xì)馐郊訜幔逛摻z溫度上升到500℃左右，讓鋅原子擴(kuò)散到銅原子中間，形成α相黃銅固溶體。α相黃銅塑性較好，有利于拉拔。

3.5 濕拉

濕拉是指電鍍黃銅鋼絲拉拔至簾線成品所需的單絲直徑。濕拉采用滑動(dòng)式水箱拉絲機(jī)。水箱拉絲機(jī)是靠鋼絲與卷筒表面之間的打滑來滿足連續(xù)拉拔條件的，拉絲在水箱中進(jìn)行時(shí)使用濕式潤滑劑進(jìn)行潤滑，可以有效地散去鋼絲拉拔及鋼絲在塔輪上滑動(dòng)摩擦所產(chǎn)生的熱量，實(shí)現(xiàn)滑動(dòng)拉拔的基本條件是卷筒的圓周線速度大于鋼絲的走線速度[4]。

濕拉速度可達(dá)18m/s，高的可達(dá)25m/s，收線衡張力。普通強(qiáng)度和高強(qiáng)度鋼絲一般采用21模，超高強(qiáng)度和特高強(qiáng)度鋼絲采用25模。濕拉機(jī)的放線工字輪用DIN800，收線工字輪則根據(jù)雙捻機(jī)的需要，通常有Φ130mm、Φ195mm、Φ255mm、Φ315mm等幾種[3]。

3.6 合股

通過合股，把濕拉后的單絲捻制成各種結(jié)構(gòu)的鋼絲簾線。鋼簾線的捻制設(shè)備可分為管式機(jī)和雙捻機(jī)。雙捻機(jī)采用交流電機(jī)變頻調(diào)速。為了捻制高質(zhì)量的鋼簾線，除了要保證捻制前鋼絲的力學(xué)性能、鍍層性能及其質(zhì)量以外，捻制時(shí)的工藝操作也是十分重要的因素。影響鋼簾線工藝性能和表面質(zhì)量的操作因素主要有放線張力、過捻速比、牽引張力、矯直器壓下量等。

（1）放線張力。

放線張力的大小對(duì)雙捻機(jī)的捻制質(zhì)量起著重要的作用。

放線張力過大：會(huì)增加簾線捻制過程中的斷絲次數(shù);加劇盤式飛輪的磨損，縮短其使用壽命。

放線張力過小：在雙捻過程中，當(dāng)絲或股圍繞自身扭轉(zhuǎn)時(shí)，因扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)而引起鋼簾線起皺;造成位于兩飛輪盤之間的股或簾線在捻制時(shí)飛起的弧度忽大忽小，從而導(dǎo)致鋼簾線的捻距不均;捻制層型結(jié)構(gòu)鋼簾線時(shí)，若芯股張力過小，易造成芯外翻或冒芯。

放線張力不均：在捻制過程中單絲斷裂（該單絲張力過大）;捻制后單絲起泡（該單絲張力過小）;相鄰的兩鋼絲一緊一松，會(huì)使它們?cè)诠苫蚝熅€中產(chǎn)生“交叉”“騎馬”。

（2）過捻速比。

在雙捻機(jī)上捻制時(shí)，鋼絲受到強(qiáng)烈的扭轉(zhuǎn)變形，必須采取“過捻”這樣的特殊措施。因?yàn)檫^捻器是防止端部松散和消除殘余扭轉(zhuǎn)最重要的裝置，其效果決定于過捻量，所以選擇合適的過捻速比，即過捻器轉(zhuǎn)速與主機(jī)轉(zhuǎn)速之比就顯得尤為重要。從理論上講，最佳過捻速比與鋼簾線結(jié)構(gòu)、鋼絲直徑及強(qiáng)度有關(guān)。鋼絲的直徑細(xì)、強(qiáng)度高，捻距大，其反彈力就大，應(yīng)選大的過捻速比。在實(shí)際生產(chǎn)中，過捻速比的選擇是通過調(diào)試來確定的，調(diào)試原則為：若鋼簾線殘余扭轉(zhuǎn)為“+”（即殘余扭轉(zhuǎn)方向與捻向相同），就減小過捻速比;若鋼簾線殘余扭轉(zhuǎn)為“-”（即殘余扭轉(zhuǎn)方向與捻向相反），就加大過捻速比。

（3）牽引張力。

內(nèi)收線式雙捻機(jī)牽引張力的大小對(duì)鋼簾線表面質(zhì)量有一定影響，若牽引張力過大，易引起斷絲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生整繩斷裂;若牽引張力過小，簾線表面易出現(xiàn)波浪，鋼絲捻制不緊密，殘余扭轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。

調(diào)整牽引塔輪的張力可對(duì)鋼簾線的殘余扭轉(zhuǎn)起到微量的調(diào)節(jié)作用，在一般情況下，用專用工具適當(dāng)擰緊牽引塔輪的調(diào)節(jié)圈，鋼簾線的殘余扭轉(zhuǎn)趨向于“-”;反之，適當(dāng)擰松牽引塔輪的調(diào)節(jié)圈，鋼簾線的殘余扭轉(zhuǎn)趨向于“+”。

（4）矯直器壓下量。

雙捻機(jī)矯直器的作用是使鋼簾線經(jīng)過反復(fù)彎曲，使其內(nèi)部的殘余應(yīng)力進(jìn)一步得到消除，結(jié)構(gòu)更加緊密并得到更好的平直度。

矯直器壓輥的間距是固定的，壓下量可調(diào)，調(diào)節(jié)原則是輥壓下量逐漸減小，并使尾部各輥的最低點(diǎn)近似成直線;鋼簾線的殘余扭轉(zhuǎn)為“+”，壓下量依次加大;鋼簾線的殘余扭轉(zhuǎn)為“-”，壓下量依次減小。

3.7 檢驗(yàn)

鋼簾線的外觀質(zhì)量采用目測(cè)檢驗(yàn)。鋼簾線的黃銅鍍層應(yīng)連續(xù)、均勻，不應(yīng)有明顯的色差存在，不得有漏鍍、傷痕、銹斑，油污、灰塵及其他臟物。鋼簾線還不得有背絲、冒芯、跳芯、波浪、起泡等捻制缺陷。

另外，還要對(duì)粗度、捻向捻距、破斷力、破斷伸長率、在規(guī)定力之間的伸長率、線密度、松散度、殘余扭轉(zhuǎn)、平直度、彈性、剛度、鍍層重量及組分進(jìn)行專門檢驗(yàn)。

3.8 包裝、標(biāo)志

（1）包裝。

鋼簾線的存放、包裝、使用對(duì)濕度的要求都很嚴(yán)格。在包裝場(chǎng)地最好鋪設(shè)5～10mm厚的橡膠板，并經(jīng)常保持清潔。未包裝鋼簾線存放場(chǎng)地應(yīng)保持清潔、干燥，相對(duì)濕度不高于60%，溫度20℃～30℃。鋼簾線應(yīng)均勻、平整地纏繞在線軸上（線軸的規(guī)格由供需雙方商定），放在有塑料袋的包裝箱內(nèi)。塑料袋內(nèi)放防潮劑（防潮劑不能直接與鋼簾線接觸），并將塑料袋封口。包裝箱應(yīng)有良好的防滲、防水性能。

鋼簾線成品工字輪在國際上通用的有4種，即B40、B60、B80/17、B80/33。

包裝箱有紙箱和鐵箱（桶）兩種，目前紙箱用得較多。包裝箱應(yīng)有良好的防潮、防撞擊標(biāo)志。

（2）標(biāo)志。

在每個(gè)線軸上標(biāo)明生產(chǎn)日期、鋼簾線結(jié)構(gòu)表示式、殘余扭轉(zhuǎn)、長度和工號(hào)。在包裝箱上應(yīng)標(biāo)明制造廠、生產(chǎn)日期、鋼簾線結(jié)構(gòu)表示式、長度、凈重和毛重，并有明顯的防潮、防撞擊標(biāo)志。

4? 輪胎用鋼簾線的發(fā)展趨勢(shì)

（1）胎體鋼簾線方面，開發(fā)具有小直徑、破斷力高、同向捻制、無外繞絲、線密度低等特點(diǎn)的新型鋼簾線;帶束層鋼簾線方面，應(yīng)開發(fā)具有較高破斷力、較低斷裂伸長率、全橡膠滲透性能等特點(diǎn)的鋼簾線;保護(hù)層鋼簾線方面，開發(fā)大捻距、粗直徑、簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)、全橡膠滲透性能、高附膠延伸率、低成本的鋼簾線[5]。

（2）利用“互聯(lián)網(wǎng)+”“大數(shù)據(jù)計(jì)算”“云平臺(tái)”等先進(jìn)理念，對(duì)鋼簾線生產(chǎn)進(jìn)行的智能化升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)辦公、管理及生產(chǎn)的自動(dòng)化，綠色生產(chǎn)，提高工作效率，降低生產(chǎn)成本，提高鋼簾線產(chǎn)品在國際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 11181-2003，子午線輪胎用鋼簾線[S].

[2] 董琦，張學(xué)輝.鋼絲生產(chǎn)工藝及設(shè)備[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2016.

[3] 戴寶昌.重要用途線材制品生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

[4] 張學(xué)輝，王鴻利.鋼絲生產(chǎn)概述[J].科技資訊，2018，16（12）：117-119.

[5] 王玲君.我國金屬制品的技術(shù)現(xiàn)狀和改進(jìn)建議[N].世界金屬導(dǎo)報(bào)，2014-12-16（B12）.