《广东橡胶》2005年第 i i期
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刘运春 姚钟尧
(华南理工大学
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
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
。
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)
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《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
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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。
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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
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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,标准偏
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
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模板与定
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。
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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