活絡模硫化輪胎溝底膠邊的產生原因及改善措施

蔡林峰，王劍波，汪鴻祥

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著輪胎行業的不斷發展，輪胎的外觀品質越來越受到市場的關注[1-3]，而在輪胎的各類外觀病疵中，膠邊問題尤為常見。本工作以我公司產生溝底膠邊問題的235/50R19 SU318a產品為例，分析膠邊問題產生的原因并提出改善措施。

1 膠邊形成機理

膠邊指的是在輪胎表面的各個部位出現不符合設計要求的一定高度和厚度的膠片。這些膠片產生的位置通常是在模具型腔各部件拼接面，因此可以推測膠邊產生的最直接原因是膠料進入了型腔各部件之間的縫隙[4-6]。

膠料進入型腔各部件縫隙分以下兩種情況：（1）模具型腔部件之間縫隙過大，胎坯表面膠料硫化時加熱軟化，進入縫隙處而形成膠片，俗稱溢膠；（2）型腔部件之間縫隙的精度符合要求，但在模具閉合前，胎坯表面的膠料因刮擦等原因提前進入型腔各部件拼接縫隙面，俗稱咬膠。

半鋼輪胎活絡模具花紋部位采用的是鋁合金AC7A[7]。新模具到廠時，由于各種原因會發生咬膠現象，一旦處理不及時，膠料雜質會粘附在模具部件的拼接面，長時間反復硫化加熱后，膠料雜質碳化變硬，導致鋁合金變形。經過清洗，去除碳化雜質后，模具即發生變形，從而形成溢膠。因此咬膠和溢膠兩種現象往往相伴而生[8-9]。

2 原因分析

根據膠邊的形成機理，以我公司235/50R19 SU318a產品為例，分析花紋溝底膠邊（見圖1）產生的可能原因如下。

圖1 花紋溝底膠邊

（1）模具拼接面處花紋筋發生變形，有較大縫隙，膠料進入縫隙而形成溢膠。

（2）模具拼接面處，2個花紋塊合緊之前，胎坯膠料被刮擦而進入縫隙形成咬膠。

將問題模具的8個花紋塊放入標準工裝中進行縫隙檢測（見圖2）。8個花紋筋縫隙檢測值分別為0.10，0.15，0.21，0.06，0.05，0.08，0.09和0.05 mm，其標準要求不大于0.05 mm。由此可見模具已經發生變形，因此形成了溢膠。經過對變形模具的修復，重新進行輪胎硫化，溝底出現更薄但更高的膠邊（見圖3），初步判定為咬膠所致。

圖2 花紋筋頭部縫隙檢測

圖3 溝底薄膠邊

對修復的模具進行胎坯合模咬合試驗，保持常規的硫化步驟，模具合緊后馬上打開模具，確認胎坯表面狀態（見圖4）。從圖4可以看到非常明顯的刮擦痕跡和咬合的膠料，刮擦下來的膠料在模具合緊前進入花紋筋拼接面而形成了溝底膠邊，因此可確定模具修復后出現的溝底膠邊是咬膠所致。

圖4 胎坯咬合試驗表面狀態

由于合模瞬間，模具已經合緊，無法在此狀態下測量胎坯周長，因此需在硫化定型階段對其進行測量，并與模具花紋筋底部的周長進行對比。問題模具的尺寸和硫化胎坯在標準定型壓力下的胎坯周長如圖5所示，模具花紋溝底直徑（B）為698 mm，胎坯直徑（A）為694.4 mm，即B＞A。該規格模具定型階段不會發生胎坯與模具刮擦問題，這與胎坯合模咬合試驗結論不符。

圖5 模具尺寸和標準定型壓力下的胎坯周長

分析試驗過程，造成該結果的只可能是在胎坯定型階段（胎坯周長測量時）到模具合緊階段（咬合膠料發生時），胎坯表面發生了變化即胎坯定型發生偏歪或胎坯周長增大。根據實際輪胎情況，每個拼接面都產生了溝底膠邊，因此可排除胎坯定型偏歪。

導致胎坯外周長增大的原因是胎坯內部的壓力增大。首先確認硫化機常規定型壓力曲線（見圖6），可知定型壓力無異常。其次確認定型壓力檢測位置，定性壓力管道如圖7所示，常規設備壓力檢測位置在檢測點B處，但由于單向閥的原因，檢測點B的測試值無法直接反映胎坯內部的定型壓力值，即膠囊內部壓力異常增大時無法及時反饋至檢測點B。針對這種情況，將檢測位置調整至檢測點A，再次確認定型壓力曲線（見圖8），可以看到實際壓力值在常規標準值的2倍以上。

圖6 常規定型壓力曲線

圖7 定型壓力管道示意

圖8 檢測位置調整后的定型壓力曲線

結合圖5可以看出，合模過程中模具首先碰到胎坯的上下鋼絲圈導致胎坯被壓縮，其內部氣體由于單向閥的原因無法排出，從而造成壓力增大。壓力增大時，由于上下側板束縛住胎坯側面，花紋塊與胎面之間還有間隙，胎坯只能向直徑方向增大，最終造成合模瞬間胎面咬膠。

3 改善措施

在合模過程中解決胎坯周長異常增大問題須控制胎坯內部的定型壓力。目前采用的主要方法是對硫化機進行改造，將單向閥結構改為切斷閥，在模具合緊前，切斷閥一直處于開啟狀態，能夠始終保持壓力平衡。一旦模具合緊后，切斷閥關閉，此時胎坯內部壓力增大對溝底膠邊已無影響。

硫化機改造后定型壓力曲線如圖9所示，定型壓力符合要求，其中圓圈內壓力曲線凸起回落是由于傳感器信號滯后所致，部分敏感產品可在模具合至底部時暫停2～3 s，防止胎坯輕微增大而引起的咬膠。硫化機改造后生產的輪胎溝底無膠邊（如圖10所示）。

圖9 硫化機改造后的定型壓力曲線

圖10 硫化機改造后生產的無溝底膠邊輪胎

除了控制胎坯周長和設備定型壓力精度外，還可以從模具的角度解決溝底咬膠問題，即在花紋筋拼接處設置防咬膠結構（如圖11所示），即使胎坯過大也可防止咬膠。

圖11 花紋筋的防咬膠結構示意

設置防咬膠結構裝置前后生產的輪胎如圖12所示。此種改善方式效果明顯，優點是不調整現有設備和控制工藝就可以防止溝底膠邊的產生；缺點是輪胎外觀產生差異，外觀如有要求則無法實施。該結構容易被理解成輪胎磨耗標記，因此其深度不得超過1.6 mm，國家標準規定輪胎磨耗標記尺寸為1.6～2.2 mm[10]。解決溝底溢膠只需保證模具精度即可。

圖12 設置防咬膠結構前（左）后（右）生產的輪胎

4 結論

（1）模具花紋筋頭部變形，造成縫隙過大是花紋溝底溢膠的主要原因；胎坯直徑（周長）與模具花紋筋直徑干涉是造成花紋溝底咬膠的直接原因。控制模具花紋筋的縫隙精度可減少膠邊產生。

（2）硫化機定型壓力影響胎坯周長，硫化機定型壓力控制設備和壓力檢測部位影響胎坯周長的控制精度；將硫化機單向閥改為切斷閥可保持硫化壓力平衡，減少膠邊。

（3）在模具花紋筋上設置防咬膠結構可有效杜絕溝底膠邊，但根據各輪胎企業外觀要求，有使用限制。