活络模具

《广东橡胶》2005年第 i i期 画 匿 豳 圈 圈 刘运春 姚钟尧 (华南理工大学材料学院高分子系 广州 510641) 当前国内生产子午线轮胎用的硫化模具 有两种：活络模 (segment mould)和两半模 (two half mould)。然而，国内外生产高性 能子午线轮胎多采用活络模。在国外，全钢丝 子午线轮胎 (无论是载重轮胎还是乘用轮胎) 都100％使用活络模生产，H级以上乘用轮胎 和6o系列乘用轮胎也全部使用活络模硫化。 近年来不少轮胎厂对 S级轮胎也采用活络模 生产，有的厂断面宽为ISSmm或以下的轮 胎规格才能使用两半模。 活络模加液压定型硫化机是生产高性能 子午线轮胎最理想的硫化设备。 一 、 活络模是硫化子午线轮胎的专用模 具 采用活络模生产子午线轮胎的原因是， 予午线轮胎的外胎胎坯的外直径大于硫化模 型花纹沟底部直径，用两半模型硫化时，容易 产生胎冠厚薄不均匀和帘线排列不正；若胎 坯外直径小于硫化模型花纹沟底部直径，则 会引起胎坯膨胀较大，而导致带束层宽度缩 窄，帘线的角度和密度都会有较大的变化。因 此，子午线轮胎硫化使用两半模型，就不能保 图1 斜平面活络模具 证硫化后成品的质量，特别是钢丝载重子午 线轮胎，花纹深，胎体硬，硫化了的外胎从两 半模型拉出时，容易造成花纹裂I：I或损坏模 具等；而改用胎冠部分可径向分合的几小块 的活络模型，便可避免这些问题。 活络模是硫化子午线轮胎的专用模具， 由胎冠环、上侧板、下侧板、向心机构四大部 件构成，其中胎冠环由径向可分合的几模型 块组成 (见图3)。胎冠环、上侧板、下侧板 组合后保证轮胎形状及轮胎设计参数，向心 机构保证胎冠环、上侧板、下侧板的组合达到 设计精度并与轮胎硫化机接口，随硫化机的 运动协调运作，完成硫化轮胎的制作。因此， 活络模属于一种径向收缩式开合模具，具有 独特的径向运动，在合模时，活络模块能自动 地向已定型的生胎合拢；在卸胎时，活络模块 能自动地脱开硫化了的外胎，使胎冠和胎体 不受损坏，有利保障外胎质量和装卸轮胎便 利。活络模的整体外观、结构简图、内部形状 和径向运动原理参见图1、2、3和4。然而， 活络模型结构复杂，制造复杂，四大部件的制 造精度、装配精度要求很高，造价当然也高。 图2圆锥面活络模具 (带汽室) 维普资讯 http://www.cqvip.com 《广东橡胶》2 00 5年第 ll期 ·3· 图3 电加工保 留钢片的活络模 二、活络模的类型 活络模的胎冠环由若干扇形胎冠模型块 (或称花纹块)组成，据1985年日本横滨橡胶 公司来华技术交流的资料介绍，载重钢丝子 午线轮胎的活络模有几种类型，如图4所示。 从图可看出，活络模的扇形模块，大约分为 8～10块；模块形状有圆锥面形和斜平面形。 活络模结构： Leo n I型模体上盖是整体结 构； LeonⅡ型和Pipelli型模体上盖是分体 结构。不同机构的活络模型，硫化时胎坯直径 的膨胀率是：Leon I型—— 2～3％，LeonⅡ 1～1．5％，两半模—— 3．5—5％。 图4 不同类型活络模示意图 三、活络模的向心机构[14] 活络模向心机构按其驱动面的形式可分 圆柱面导向式、斜平面导向式和圆锥面导向 式。最通用的是后两种，目前国内使用的也只 有这两种。它们结构的不同点在于驱动活络 模块径向运动并施加合模力的中套上滑动面 的形式：一个是斜平面，一个是圆锥面。不论 采用哪种形式，向心机构的性能应具有满足 使用要求，保证产品质量，结构合理，制造、 使用和维修方便，价格低等特点。 下面用国产的一种圆锥面活络模向心机 构来说明活络模具的组成和运动原理，见图 维普资讯 http://www.cqvip.com ·4· 《广东橡胶》2 005年第 1 1期 5。活络模具一般由壳体和型腔两大部分构 成，其中型腔部分由保证轮胎成型的零部件 组成，如上所述。壳体由上盖、底座、中套、 弓形座等几大部件组成，是用来保证型腔部 件做开合运动，从而通过硫化机压出轮胎花 纹及胎侧图案的一种向心活络机构，因此又 称之为向一C,VL构， 向心机构就是安装活络模 块并使之产生径向收缩运动和施加足够合模 力的机构。其玎合动作原理如下：开模——与 硫化机上辅板栩连的中套，随着上辅板的升 起，中套通过与内锥面平行安装的导向条、压 板来带动弓形座(一般为8—10等分)作向外 的径向滑动，达到规定行程。由于限位块的作 用，弓形座被中套带起，此时处于开模状态。 合模——与上述动作相反，中套下落，依靠与 弓形座配合的内锥面，促使弓形座内径作向 内的径向滑动。 中套下降到底部时，装有花 纹块的弓形座合摸到位，即花纹块口径只与 上下侧模外径紧密接触，拼合成一个整圆。 l一 中套；2一摩擦板；3一 弓形座；4一导向块； 5一花纹块；6～上、下侧板；7一上、下热板 图5 圆锥面导向式活络模的向心机构 斜平面导向式活络模向心机构见图6，是 意大利倍耐力公司设计制造的典型结构 (也 是北京轮胎厂引进的①1030 m m双模硫化机 所使用的向心机构)。其结构主要是由中套， 弓形座，底座，上、下侧板，耐磨板，导向条 及上、下热板组成。与圆锥面导向式活络模向 心机构相比，斜平面导向式活络模向心机构 主要是把前者驱动每个弓形座一个整体的圆 锥面改为若干个独立的小斜平面，导向条和 T形槽的位置也不同。在向心机构内增加了 可以上下运动的上热板。此结构的运动原理 与圆锥面导向式向心机构的工作原理基本相 似。 一 广一 l一 厂 厂 ! { { ，＼ ． l j t r l ， ： f l f 一 冬 - __● 、 I 一 、 ． ‘ 、 ＼ ＼ =： 蓬 ’ i 王 #11 ， ／、 、 ／l 、 -＼ p 1一中套；2一耐磨板；3一导向条； 4一 弓形座 ；5一花纹块；6～上、下侧板； 7一 上热板 ；8一 下热板 图6 斜平面导向式活络模向心机构 不同形式的向心机构的活络模对产品的 性能是有影响的，它们的使用性能和经济效 益也有差别。比较圆锥面导向式和斜平面导 向式活络模之间这些方面的差异，概括说来 是： (1)圆锥面导向式活络模生产的轮胎的均 匀性比斜平面导向式活络模的好。 北京轮胎 维普资讯 http://www.cqvip.com 《广东橡胶》2 005年第 1 1期 厂从用两种向心机构同时生产的轮胎中随机 各抽取1o条做均匀性试验，斜平面向心机构生 产的轮胎径向力变化范围42～186 N，偏 差为39 N；圆锥面向心机构生产的轮胎径向 力变化范围81—153N，标准偏差为22 N；其 它项目的试验结果也有类似的影响，见表 1。 表1 不同导向式向心机构对轮胎均匀性的影响 均匀性检测项目 斜平面导向式向心机构 圆锥面导向式向心机构 径向力／N 109 103 径向力标准偏差／N 39 22 侧向力／N 47 45 侧向力标准偏差／N 24 23 径向力一次谐波／N 36 37 径向力一次谐波标准偏差／N 24 15 侧向力一次谐波／N 52 42 侧向力一次谐波标准偏差／N 40 24 (2)圆锥面导向式向心机构的活络性能比 斜平面导向式的好。活络性能是指硫化机在 合模和启模的整个过程中，向心机构中每个 弓形座的上下、径向运动自如性。 (3)在耐磨板的耐磨性、对硫化机精度的 要求及适应性上，斜平面导向式向心机构要 优越于圆锥面导向式向心机构。这也是圆锥 面导向式向心机构的主要缺点。 (4)圆锥面的导向面就是中套的圆锥面， 容易加工，一般精度的机床即可满足加工要 求，从而降低了加工成本，且加工性能好，容 易组装和调节。耐磨板磨损后更换调节均比 较方便。而斜平面的导向面设计是在中套内 圆锥面上设有若干小的斜平面，其加工工序 繁琐，而且这些斜平面的加工必须用较高精 度的专用机床才能完成。因此，圆锥面活络模 的价格比斜平面活络模低。 四、活络模的控制管路[1 ] 目前我国轮胎厂硫化全钢丝子午胎，一 般使用活络模在轮胎定型硫化机里完成，无 论是斜 平面式活络模或圆锥面式活络模，都 需控制管路来操作模具。下面简单讨论在 B 型硫化机上使用活络模硫化全钢丝载重子午 线轮胎时几种模具控制管路对模具和轮胎定 型的影响“ 轮胎硫化前的定型，直至合模到位，都 对轮胎的质量有着决定性的影响。用活络模 硫化全钢丝子午线轮胎时，从定型到合模延 时和合模到位的每个动作都有特定的要求。 图7表示活络模在合模定型过程中的几个特 殊位置以及在这些位置的受力情况： 状态(8)是机器在合模过程中活络块伸张 接近一次定型状态的生胎。 状态(b)是机器继续合模直至上与定 型状态的生胎接触，并停在二次定型高度位 置的状态。 状态(C)是机器从二次定型高度位置启 动， 继续合模到活络块与下模盘接触并与定 型状态的生胎一起被压缩。 状态(d)是机器继续合模直至活络块和定 型状态的生胎一起被机器压缩至预设的合模 限位。 图中F 1表示机构上的模具活络部分的 受力，F2是生胎定型对模具活络部分的作用 力，这两个力在几个位置上的状态是不同 的。 维普资讯 http://www.cqvip.com ·6· 《广东橡胶》2 005年第 1 I期 图 7 用活络模定型的过程示意图 状态(a)、(d)是活络模操纵应具备的功 能，状态(b)、 (C)的控制方式却是很值得研 究。为了保证轮胎质量，活络模在定型合模过 程中必须有一个合适而稳定的背压。为此人 们研究出多种结构的动力水管路来控制活络 模的动作和背压。现在，活络模控制管路有几 种：气控调压溢流型、充水式气控调压溢流 型、改良型和充水式安全溢流型。张华东等分 析这4种结构形式的原理和特点，便于用户在 选用时抉择[1 。 五、使用活络模的一些问题 活络模因其外径大于普通模具，所以往 往必须采用比斜交帘布轮胎 (TBB)时大一号 的硫化机。 在活络模的设计中，如果弓形座外锥面 的长度和弓形座底面长度的设计不当，则将 导致活络模的开合运动不平稳。所谓开合运 动不平稳就是指装有花纹块的弓形座不是匀 速合拢，而是在逐步合模的过程中出现爬行 现象，这种现象越临近合模状态时越严重，最 终造成花纹块下口径合模不到位，使所硫化 的轮胎产生胶边。另外，由于最终合模时硫化 机压力吨位达到最大值，而模具的合拢位置 却不是处在最佳状态，这就使模具各部件的 受力状况较差，影响了整个向心机构的使用 寿命[16]。 载重子午线轮胎的活络模模具价格昂贵， 且加工周期长，李慧波对活络模花纹块、壳体 等部件的套用进行了探索[】 。例如，对295／ 75 R 22．5 R L 2套用275／80 R 22．5 R L 2、 1O R 22．5 R R 400套用9．00 R 20 R R 400 活络模花纹块、模壳做试验。实验说明，当充 气外直径D与被套用活络模的外直径D 11]满 足0．9950 D m