超小規(guī)格輪胎硫化膠囊夾具的設(shè)計及應(yīng)用

佟 偉，楊萬庫，李海濤，孫亞棟

（青島森麒麟輪胎股份有限公司，山東 青島 266229）

使用傳統(tǒng)硫化機(jī)硫化輪胎時，膠囊夾具必不可少。對于普通規(guī)格輪胎，硫化夾具設(shè)計技術(shù)成熟，膠囊固定采用上壓環(huán)、上夾環(huán)、下夾環(huán)和下鋼圈的分體結(jié)構(gòu)，在上壓環(huán)/上夾環(huán)、下夾環(huán)/下鋼圈圓周上用等分螺栓緊固的方式即可滿足要求，膠囊裝卸簡易。而對于超小規(guī)格輪胎，考慮輪胎硫化過程中夾具受力影響[1]，膠囊夾具采用普通方式設(shè)計沒有足夠空間布置緊固螺栓，需要重新設(shè)計一種硫化膠囊夾具[2-3]。

1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有硫化膠囊夾具結(jié)構(gòu)包括兩部分：①上夾環(huán)、膠囊、上壓環(huán)；②下鋼圈、膠囊、下壓環(huán)。膠囊與夾具裝置采用螺栓周向固定的形式，即上夾環(huán)/上壓環(huán)、下鋼圈/下壓環(huán)分別預(yù)夾緊硫化膠囊的上、下夾緣部分，然后用6—8顆螺栓周向均布固定，此種方式需要壓環(huán)邊部周向有充足的空間分布螺栓，如圖1所示。

76.2～203.2 mm（3～8英寸）超小規(guī)格輪胎硫化膠囊夾具采用上述形式設(shè)計，壓環(huán)邊部無足夠的空間分布螺栓，因此在不改變硫化膠囊夾具結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，調(diào)整固定方式，采用鎖緊螺母取代螺栓固定夾具的形式，但由此會產(chǎn)生如下2個問題。

（1）硫化膠囊端口尺寸在40～80 mm，模具趾口直徑在60～100 mm，中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套壓蓋直徑為56 mm ，模具趾口直徑與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套直徑相近，導(dǎo)致下鋼圈/下壓環(huán)與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套沒有足夠的連接空間，設(shè)計采用增加過渡轉(zhuǎn)換接頭的形式換取足夠的連接空間。

（2）增加過渡轉(zhuǎn)換接頭后，中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套衍生高度增大，為與模具高度匹配，可以在硫化機(jī)熱板下方增加墊層或增大硫化模具厚度。

2 設(shè)計方案

2.1 膠囊夾具設(shè)計

新設(shè)計的膠囊夾具結(jié)構(gòu)組成不變，采用鎖緊螺母固定夾具的形式，如圖2所示。

圖2 新設(shè)計的硫化膠囊夾具結(jié)構(gòu)示意

2.2 過渡轉(zhuǎn)換接頭設(shè)計

（1）方案A。設(shè)計一種單體式過渡轉(zhuǎn)換接頭，用于連接中心機(jī)構(gòu)與硫化膠囊夾具下鋼圈。過渡轉(zhuǎn)換接頭與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套連接后，安裝下半模具、硫化膠囊及夾環(huán)，最后用卡子將硫化膠囊夾具裝置固定到中心桿上，如圖3所示。

圖3 單體式過渡轉(zhuǎn)換接頭示意

（2）方案B。將方案A過渡轉(zhuǎn)換接頭分為上下兩部分（上下兩部分的連接處采用密封圈密封），上部分與下鋼圈加工為一體，下部分與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套連接。安裝硫化模具前，將下部分與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套連接，在硫化機(jī)臺下組裝硫化膠囊及夾具（含下鋼圈），將硫化膠囊夾具裝置與過渡轉(zhuǎn)換接頭的下部分連接，最后用卡子將硫化膠囊夾具裝置固定到中心桿上，如圖4所示。

圖4 分體式過渡轉(zhuǎn)換接頭示意

2.3 增設(shè)墊層及模具底部加厚設(shè)計

（1）方案1。硫化機(jī)下熱板增設(shè)隔熱板，例如石膏墊層、玻璃纖維墊層，達(dá)到提升熱板高度的目的，使之與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套衍生高度相匹配。

（2）方案2。保持硫化機(jī)下熱板結(jié)構(gòu)不變，在新產(chǎn)品開發(fā)階段通過增大下半模具的胎側(cè)部位厚度，達(dá)到與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套衍生高度相匹配的目的。對于寬斷面輪胎，不適宜采用模具底部加厚設(shè)計。

3 應(yīng)用舉例

以11×4.00－4規(guī)格輪胎為例，對比不同設(shè)計方案的使用效果。

硫化機(jī)中心機(jī)構(gòu)參數(shù)：中心桿直徑 25 mm，中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套壓蓋直徑 64 mm。

11×4.00－4輪胎相關(guān)參數(shù)：胎圈著合直徑89 mm，硫化膠囊端口尺寸 76 mm，模具趾口直徑 86 mm，膠囊趾口間距 42 mm，模具趾口直徑與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套壓蓋直徑之差 22 mm。11×4.00－4硫化膠囊夾具如圖5所示。

圖5 11×4.00－4輪胎硫化膠囊夾具

因模具趾口直徑與中心機(jī)構(gòu)導(dǎo)向套壓蓋直徑僅相差22 mm，采用普通形式的硫化膠囊夾具無法滿足要求，因此采用鎖緊螺母取代螺栓固定夾具，對方案A與B、方案1與2及其組合方案進(jìn)行對比分析。

3.1 方案A與B對比

采用方案A的硫化膠囊夾具裝置必須在硫化機(jī)臺上組合、安裝。在硫化機(jī)臺上將硫化膠囊與下鋼圈、下壓環(huán)用鎖緊螺母連接，然后將硫化膠囊夾緣與上夾環(huán)、上壓環(huán)用鎖緊螺母連接形成組合件，最后用卡環(huán)將組合件固定到硫化機(jī)中心機(jī)構(gòu)的中心桿上。因小型硫化膠囊趾口間距僅42 mm，而硫化膠囊與下壓環(huán)用鎖緊螺母鎖緊安裝等動作需要在機(jī)臺上進(jìn)行，實(shí)際操作空間狹窄，工作環(huán)境溫度高（硫化機(jī)臺熱板溫度為145～177 ℃），操作困難，作業(yè)期間易損壞膠囊，且安裝時間長，效率低。另外，硫化膠囊損壞后，夾具裝置在機(jī)臺上的拆卸時間長，操作困難，效率低。

進(jìn)一步分析，采用方案A硫化輪胎，硫化膠囊夾具安裝用工具無法深入到膠囊內(nèi)部緊固螺栓，且易于夾傷膠囊，若膠囊與夾具不能緊固到位，輪胎定型硫化時，膠囊易于從夾緣處脫落，導(dǎo)致蒸汽瞬間泄露，存在安全隱患。

采用方案B將硫化膠囊夾具裝置的轉(zhuǎn)換接頭更改為分體式過渡轉(zhuǎn)換設(shè)計，膠囊夾具裝置在硫化機(jī)臺下組合完畢后移到機(jī)臺上進(jìn)行安裝。此種安裝方式不易損壞膠囊內(nèi)部，便于操作，效率高，而且降低了高溫環(huán)境下易操作不當(dāng)?shù)热藶橐蛩氐挠绊憽Ｅc方案A相比較，建議采用方案B。

3.2 方案1與2對比

方案1需要在安裝硫化模具前，將準(zhǔn)備好的加厚墊層置于下熱板的上方。采用方案2模具安裝方便，不需考慮熱板下方加厚墊層的協(xié)同操作。

3.3 組合方案對比

考慮到方案A和B與方案1和2之間沒有關(guān)聯(lián)性，簡化驗證方案，選取方案A-2和B-1作為最終驗證方案。

采用方案A-2和B-1生產(chǎn)輪胎，進(jìn)一步進(jìn)行外觀、平衡性、全息檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用方案A-2生產(chǎn)的輪胎胎側(cè)存在欠硫化的風(fēng)險，分析原因為下半模具加厚導(dǎo)致下熱板向模具傳熱的距離增大，熱損失增加，使模具內(nèi)的輪胎不能吸收足夠的能量達(dá)到設(shè)定的硫化程度。上下模具厚度不一致也會導(dǎo)致輪胎上下胎側(cè)的硫化程度不一樣，增大了輪胎出現(xiàn)異常的風(fēng)險，影響輪胎的使用壽命。方案A-2即使采用上下模具同時加厚模具底部設(shè)計，胎側(cè)仍然存在欠硫化的風(fēng)險，不予采納。

基于以上分析，選取方案B-1作為最終推廣方案。

4 結(jié)論

針對76.2～203.2 mm超小規(guī)格輪胎硫化用工裝，設(shè)計了一種硫化膠囊夾具裝置，可在硫化機(jī)臺下組合后移到機(jī)臺上進(jìn)行安裝。經(jīng)實(shí)際使用驗證，新設(shè)計的硫化膠囊夾具使用方便、操作簡單，不易損壞膠囊，硫化輪胎外觀質(zhì)量明顯改善。