新型弧面帶束層子午線輪胎貼合鼓模具設(shè)計(jì)

吳賢開(kāi)，吳賢標(biāo)，周麟木，蔡子平，柯湧躍，張賽軍

（1.天陽(yáng)模具有限公司，廣東 揭陽(yáng) 445200；2.華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

0 引 言

近年來(lái)，汽車(chē)工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展通道,節(jié)能與新能源汽車(chē)不斷推出[1]。子午線輪胎具有節(jié)能、耐磨、安全舒適、速度性能好和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[2]，被廣泛用于家用汽車(chē)，因此對(duì)目前子午線輪胎的生產(chǎn)設(shè)備、工藝等進(jìn)行研究具有重要意義[3]。子午線輪胎主要由胎冠、帶束層和簾布層組成。帶束層是在子午線輪胎和帶束斜交輪胎的胎面基部下沿胎面中心線圓周方向箍緊胎體的材料層，不僅可以緩和沖擊，還起到箍緊胎體的作用；對(duì)于子午線輪胎，帶束層還是主要受力部件，一般帶束層有3～5層。

半鋼子午線輪胎的成型方法有一次法成型和二次法成型2種。一次法成型是在成型鼓上將內(nèi)襯層、胎體簾布、胎圈、胎側(cè)等部件按順序和位置一次加工胎面組合件。二次法成型是在一段成型機(jī)上將內(nèi)襯層、胎體簾布、胎圈、胎側(cè)等部件按順序和位置貼合成胎體組合件；在二段成型機(jī)的帶束層胎面貼合鼓上將帶束層、冠帶層、胎面貼合成帶束層胎面組合件，將一段成型機(jī)上制成的胎體組合件套在二段成型機(jī)的成型鼓上，由夾持環(huán)將帶束層胎面組合件取下，傳遞到胎體成型鼓上，胎體組合件充氣定型后與帶束層胎面組合件貼合，壓合后制成胎坯，胎坯取下后放置在胎坯車(chē)內(nèi)或胎坯托盤(pán)上[4]。

1 傳統(tǒng)子午線貼合鼓模具概述

輪胎成型機(jī)是一種專(zhuān)業(yè)設(shè)備，由于輪胎種類(lèi)和輪胎制造工藝不同，輪胎成型機(jī)的種類(lèi)也不一樣[5]，一般將輪胎成型鼓在整體上分成機(jī)械式和膠囊式[6]。早期的成型鼓脹縮運(yùn)動(dòng)主要通過(guò)連桿導(dǎo)向機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。由于連桿行程短、加工精度要求高，制造難度大，使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象。如果連桿出現(xiàn)尺寸加工誤差，在貼合鼓工作時(shí)將會(huì)出現(xiàn)各鼓塊高度不均勻，貼合鼓伸縮易卡死的情況。傳統(tǒng)成型鼓鼓面分為普通有縫貼合鼓和指形無(wú)縫貼合鼓，普通有縫貼合鼓在徑向行程較大時(shí)，縫隙會(huì)變大且圓度不夠，導(dǎo)致壓輥滾壓后的帶束層與標(biāo)準(zhǔn)圓形的差距過(guò)大。指形無(wú)縫貼合鼓是將各個(gè)鼓塊做成互相穿插的鋸齒形，當(dāng)鼓張開(kāi)時(shí)齒形之間鑲嵌為無(wú)縫的狀態(tài)，傳統(tǒng)指形貼合鼓母線方向?yàn)橐粭l直線，最后輪胎成型時(shí)會(huì)出現(xiàn)帶束層內(nèi)外曲線不均，同時(shí)普通有縫貼合鼓和指形無(wú)縫貼合鼓整體笨重，因此貼合鼓可控性差。普通有縫貼合鼓在巨形工程機(jī)械輪胎成型機(jī)中應(yīng)用較廣泛，指形無(wú)縫貼合鼓則在全鋼載重輪胎成型機(jī)中應(yīng)用較廣泛[7]。

圖1 傳統(tǒng)成型鼓運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

2 新型子午線輪胎貼合鼓模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

新型輪胎成型機(jī)帶束層貼合鼓結(jié)構(gòu)如圖2所示，圖2（a）表示貼合鼓工作時(shí)最大直徑與最小直徑狀態(tài)。

如圖2所示，芯軸14上裝有軸套13，軸套13與導(dǎo)向槽安裝盤(pán)2、左滑塊擋圈12、錐形直線雙滑塊安裝座6直接連接，其中錐形直線雙滑塊安裝座6可以在軸套13上滑動(dòng)。內(nèi)置驅(qū)動(dòng)氣缸由錐形直線雙滑塊安裝座6與軸套13以及密封圈共同組成，芯軸14軸向方向設(shè)有2個(gè)長(zhǎng)氣孔，作為內(nèi)置氣缸的氣流通道。2個(gè)導(dǎo)向槽安裝盤(pán)2通過(guò)固定螺釘1與軸套左端法蘭盤(pán)固定，導(dǎo)向滑槽安裝盤(pán)2內(nèi)通過(guò)螺釘與導(dǎo)向滑槽固定連接；2個(gè)導(dǎo)向槽安裝盤(pán)通過(guò)固定桿11限定相互之間的正確位置。精密調(diào)節(jié)裝置8與右端的導(dǎo)向槽安裝盤(pán)2通過(guò)螺釘固定，其通過(guò)螺桿與導(dǎo)軌安裝座環(huán)形擋圈9相連接，右環(huán)形擋圈9內(nèi)外均有螺紋，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)精密裝置的手柄可以調(diào)節(jié)環(huán)形擋圈9在軸套上的軸向位置，以此限制雙滑塊安裝座6的位置，間接控制貼合鼓張開(kāi)的最大直徑。精密調(diào)節(jié)裝置外裝有防塵罩7，防止灰塵進(jìn)入影響調(diào)節(jié)的精密度。錐形直線導(dǎo)軌5通過(guò)螺釘固定在鼓塊安裝架4的錐形面上，安裝架4的頂部與鼓塊3通過(guò)沉頭螺釘固定連接且沉頭螺釘不能露頭，作防松處理；雙滑塊安裝座6的錐形斜面上有對(duì)應(yīng)的滑槽，組成一個(gè)錐形的導(dǎo)軌滑槽機(jī)構(gòu)；安裝架4的兩端裝有徑向的滑塊，可以在導(dǎo)向槽內(nèi)滑動(dòng)。

圖2 新型模具結(jié)構(gòu)

貼合鼓通過(guò)芯軸14左端法蘭盤(pán)接入氣源，氣體通過(guò)芯軸氣孔和內(nèi)置驅(qū)動(dòng)氣缸10相連。通氣后，可驅(qū)動(dòng)雙滑塊安裝座6軸向運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)滑槽將運(yùn)動(dòng)傳遞到鼓塊安裝架的錐形斜面上，其向上的分力帶動(dòng)雙滑塊安裝座6上、下運(yùn)動(dòng)，滿足貼合鼓的直徑脹縮要求。每個(gè)鼓塊的配合表面在徑向均制作成具有一定弧度的表面，當(dāng)貼合鼓工作時(shí)所有鼓塊能拼接成一個(gè)完整的圓形；鼓塊的母線方向也加工一定的弧度，避免子午線輪胎在成型過(guò)程中內(nèi)外表面曲線不均勻；鼓塊采用高強(qiáng)鋁合金材料，減輕了貼合鼓整體質(zhì)量的同時(shí)，也提高了貼合鼓的可控性，鼓塊表面涂上特殊材料能增加硬度、防黏和防銹。在保證工作強(qiáng)度的情況下對(duì)零部件進(jìn)行一定的鏤空處理，以減輕貼合鼓的質(zhì)量，使其所受阻力降低，提高內(nèi)置驅(qū)動(dòng)氣缸10的最大驅(qū)動(dòng)力。

3 模具工作過(guò)程

新型帶束層貼合鼓的工作工程：①在工作前預(yù)先通過(guò)調(diào)節(jié)精密調(diào)節(jié)裝置8將貼合鼓直徑調(diào)整至預(yù)定的工作直徑，開(kāi)始工作后內(nèi)置驅(qū)動(dòng)氣缸10將雙滑塊安裝座6向右推行，直到其被環(huán)形擋圈9限制繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，通過(guò)與雙滑塊安裝座6之間的滑塊滑槽機(jī)構(gòu)將安裝架4向上推升到預(yù)先調(diào)整的工作位置，與安裝架4相連接的弧形貼合鼓張開(kāi)至工作直徑，開(kāi)始纏繞膠料；②膠料纏繞完成后，內(nèi)置驅(qū)動(dòng)氣缸10推動(dòng)雙滑塊安裝座6向左移動(dòng)，直至雙滑塊安裝座左端被環(huán)形擋圈9限制為止，此時(shí)安裝架4降低到最低位置，弧形貼合鼓收縮至最小，膠料與貼合鼓鼓塊3表面分離進(jìn)入下一步工序。

4 結(jié)束語(yǔ)

相較于傳統(tǒng)的貼合鼓，新型弧面帶束層貼合鼓在強(qiáng)度、精度方面都有較大的提升，實(shí)物如圖3所示。目前市場(chǎng)上的錐形導(dǎo)軌均為單導(dǎo)軌，導(dǎo)致模具受力點(diǎn)集中、導(dǎo)軌受力大、容易產(chǎn)生變形和磨損，而雙導(dǎo)軌使貼合鼓受力更均勻，延長(zhǎng)模具的使用壽命，在相同工作條件下能提高精度。經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)，普通內(nèi)置連桿擺動(dòng)鼓在使用5萬(wàn)次以后徑向跳動(dòng)為0.5 mm，但新型貼合鼓在使用15萬(wàn)次以后徑向跳動(dòng)僅為0.25 mm；由調(diào)節(jié)螺桿和環(huán)形擋圈構(gòu)成的精密調(diào)節(jié)裝置能使鼓直徑以φ0.01 mm的變化量調(diào)節(jié)。相較于傳統(tǒng)母線方向?yàn)橹本€的鼓面，母線方向具有一定弧度的鼓面，其成型后接近于曲線形狀，使其在后續(xù)的彎曲過(guò)程中內(nèi)外變形更加均勻。

圖3 新型弧面帶束層子午線輪胎貼合鼓實(shí)物