轎車輪胎模具設計降低生產成本的方法研究

張 勇，王 君，曲賓建，王明杰，趙笑燕，羅寶玉

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

模具設計是影響輪胎尺寸的重要因素，模具設計前工程師需要充分了解市場對輪胎性能的需求[1-4]。同時，輪胎尺寸必須符合相關標準要求，如《中國輪胎輪輞氣門嘴標準年鑒》（CAS）、《歐洲輪胎輪輞技術組織標準手冊》（ETRTO）、《美國輪胎輪輞協會標準年鑒》（TRA）等。

為快速響應市場需求，輪胎企業不僅要推出高質量的產品，而且亟需降低產品的開發成本，以提高市場競爭力。本工作首先分析近年來CAS的輪胎規格變化情況，然后針對轎車輪胎的規格特點探討模具共用花紋塊的可行性，最后介紹模塊化設計，以達到降低模具費用及生產成本的目的。

1 近年來CAS的輪胎規格變化

1.1 以扁平比為基準的輪胎規格

2022年與2018年CAS以扁平比為基準的輪胎規格對比如表1所示。

表1 2022年與2018年CAS以扁平比為基準的輪胎規格對比

從表1可以看出：與2018年相比，2022年的CAS中輪胎規格增加了44個，其中低扁平比（25以下、30、45和50）的輪胎規格增加較多；在2018和2022年的CAS中扁平比為30，35和40的輪胎規格占比較大。

1.2 以輪輞直徑為基準的輪胎規格

2022年與2018年CAS以輪輞直徑為基準的輪胎規格對比如表2所示。

表2 2022年與2018年CAS以輪輞直徑為基準的輪胎規格對比

從表2可以看出：輪輞直徑為15，16和17英寸的輪胎規格占比較大；與2018年相比，2022年的CAS中19，20，21和23—30英寸等較大輪輞直徑的輪胎規格較多，呈不斷增加趨勢。

2 模具共用花紋塊的可行性

輪胎規格不斷增加，為降低模具成本，實現更多規格輪胎的生產，應實施模具模塊化設計。模具設計多采用活絡模具[5-7]，型腔主要有花紋塊、側板和鋼菱圈等。下面針對轎車輪胎[8-9]的規格特點，探討模具共用花紋塊的可行性。

（1）相同扁平比、不同輪輞直徑的輪胎外直徑變化對比如表3所示。從表3可以看出，相同扁平比、輪輞直徑增大1英寸，輪胎外直徑增大25～26 mm，差值較大，因此模具不適合共用花紋塊。

表3 相同扁平比、不同輪輞直徑的輪胎外直徑變化對比

（2）相同輪輞直徑、不同扁平比的輪胎外直徑變化對比如表4所示。從表4可以看出，相同輪輞直徑、扁平比降低5，輪胎外直徑減小20～22 mm，差值較大，因此模具不適合共用花紋塊。

表4 相同輪輞直徑、不同扁平比的輪胎外直徑變化對比

（3）小規格（斷面寬較小）輪胎的外直徑變化對比如表5所示。從表5可以看出：扁平比降低5且輪輞直徑增大1英寸時，輪胎外直徑增大7～10 mm；小規格輪胎的外直徑差別較大，因此模具不適合共用花紋塊。

表5 小規格輪胎的外直徑變化對比

（4）中規格（斷面寬中等）輪胎的外直徑變化對比如表6所示。從表6可以看出：扁平比降低5且輪輞直徑增大1英寸時，輪胎外直徑增大2～6 mm；中規格輪胎的外直徑差別較小，因此模具可以考慮共用花紋塊。

表6 中規格輪胎的外直徑變化對比

（5）大規格（斷面寬較大）輪胎的外直徑變化對比如表7所示。從表7可以看出：扁平比降低5且輪輞直徑增大1英寸時，輪胎外直徑的變化量為－3～1 mm；大規格輪胎的外直徑差別較小，因此模具可以考慮共用花紋塊。

表7 大規格輪胎的外直徑變化對比

3 模具的模塊化設計

以上討論的是不同規格輪胎的模具共用花紋塊，當然，相同規格輪胎的模具也可以共用花紋塊。對于相同規格輪胎的模具設計，還應考慮模具上分型面寬度、高度、花紋塊與側板結合點的設計，以實現側板互換和花紋塊的共用，從而實現不同側板方式的多種產品，如標準型側板、狂野型側板和白胎側側板等。

降低生產成本除采用模具共用花紋塊外，還可以考慮共用模套、共用側板等，關鍵是要實現模塊化設計，同時考慮模具制造的精度以及模具的科學管理和維護工作。

通過模具降低成本還應考慮產品系列化時配套市場和替換市場的產品共用，應優先根據配套市場的需要，按照配套市場產品的開發形式進行設計。當產品不具備競爭力時，可采取模具優化方式來提升產品競爭力。

另外，制造模具時應充分了解國家標準和歐洲標準等的相關規定以及市場的需求，根據需要進行模具活字塊的加工[10]。比如，2022年的CAS規定，對于行駛速度為240～300 km·h-1的輪胎，其規格標志中可用“R”；對于行駛速度超過300 km·h-1的輪胎，其結構類型代號應用“ZR”代替“R”。2020年的ETRTO規定，只有對于行駛速度超過300 km·h-1的輪胎，輪輞直徑標志前的“R”必須用“ZR”代替。因此，對于行駛速度為300 km·h-1及以下的輪胎，可以在模具上直接模刻“R”，不必再刻制“ZR”和“R”兩種活字塊，這樣就減少了活字塊的加工費用。

4 結論

（1）模具的外直徑和斷面寬等主要參數的設計除應滿足各類標準要求外，還要滿足市場的性能需求，之后再綜合考慮成本問題。

（2）模具共用花紋塊可以縮短加工周期，降低模具成本，產品容易系列化，提升模具利用率，尤其對于大輪輞直徑、產量小的產品，避免了模具的閑置，但對模具的管理有更高的要求，共用規格無法同時生產，兩個輪輞直徑的模具變形不同，容易出現輪胎外觀問題。

（3）實施模塊化設計，重點考慮模具下分型面高度、模具著合面直徑、鋼菱圈等的模塊化設計，不僅可以提高設計效率，縮短設計周期，還可以降低設計成本及模具采購成本。