成型工艺对半钢子午线轮胎均匀性的影响

夏淑文

（1.青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042；2.山东金宇实业股份有限公司，山东 广饶 257300）

轮胎性能直接影响汽车的驱动性、制动性、操控稳定性和乘坐舒适性[1]。轮胎的均匀性与乘坐舒适性直接相关，越来越受到重视。GB/T 6326—2005《轮胎术语及其定义》定义：均匀性为在静态和动态条件下轮胎圆周特性恒定不变的性能。

轮胎均匀性指标中，RFV（径向力的最大波动值）、R1H（径向力波动的一次谐波）、LFV（侧向力的最大波动值）、CON（圆锥度效应力）和PLY（带束层角度效应力）是轮胎的力学特性，RRO（径向尺寸偏差）、LRO（宽度方向尺寸偏差）和BPS（胎侧表面的局部粗糙程度）是轮胎的变形特性。

本工作从成型工艺出发，分析半钢子午线轮胎均匀性的影响因素，研究冠带条缠绕张力和胎面接头量对轮胎均匀性的影响，为改善轮胎均匀性、提高轮胎性能提供参考。

1 均匀性指标与影响因素

1.1 RFV和R1H

RFV和R1H是对车辆性能影响最大的轮胎均匀性指标，其影响因素较多，也较难控制。

（1）成型接头。成型接头的角度分散会严重影响RFV和R1H，也会影响轮胎的平衡性能[2]。因此在成型过程中应根据均匀性的变化，当然也可以结合RFV峰值对应的胎坯位置调整工艺。

（2）接头量。通常胎面接头量对RFV和R1H的影响最大，成型过程中应严格控制胎面长度和自动接头量，有条件的应尽可能实现胎面自动接头，避免人工作业。研究表明，胎面接头量偏差1 mm，径向力偏差10 N。

（3）骨架材料变形。胎体帘布拉伸变形会导致帘线角度和密度发生变化，胎圈落圈的2个锁块起落速度不一致或晃动会使2个胎圈之间的胎体帘布长度出现差异。研究表明：落圈位置偏差1 mm，径向力偏差15～30 N。

（4）成型异常。胎面在抓取环上塌陷、定型中胎体与胎面碰撞、定型组合过程中压力异常等都会影响胎坯成型。

（5）成型机精度。胎圈装载器的对中度、成型鼓径向跳动等因素都会影响成型机精度。成型机精度对轮胎均匀性影响非常大，需要设立周期性的校验计划。研究表明，胎圈装载器对中度偏差1 mm，径向力偏差约30 N。

1.2 LFV

轮胎成型过程中影响LFV的因素主要为材料贴合状态和设备精度。

（1）材料贴合状态。材料贴合偏歪或者局部蛇形都会影响LFV，成型过程中应尽可能保证材料无异常拉伸并对中贴合。

胎面蛇形变形1 mm，侧向力偏差约9 N；带束层宽度偏差1 mm，侧向力偏差10～30 N；带束层接头断面差偏差1 mm，侧向力偏差5～10 N。

（2）设备精度。定中装置异常、后压辊不对中或者晃动、传递环在两鼓间不对中等都会影响LFV。

1.3 CON

材料的贴合对称性，如胎面和带束层贴合偏歪、胎面一段组合不到位、冠带条缠绕不对称等均会影响CON。压辊不对称也会造成胎面肩宽辊压不对称。

带束层宽度偏差1 mm，CON偏差10～40 N；带束层接头断面偏差1 mm，CON偏差约10 N。胎面对CON的影响最大，2#带束层次之，1#带束层最小。

1.4 RRO

RRO与RFV的影响因素类似，主要受接头量的影响。

1.5 LRO和BPS

影响LRO和BPS的主要因素是胎侧接头量和胎体帘线密度。胎体接头不符合标准容易出现凹陷，胎侧接头量过大容易出现凸起。故生产过程中应严格控制胎侧和胎体的接头量，有条件时应尽可能实现设备自动定长裁切和自动接头，避免人工操作。

2 冠带条缠绕张力对轮胎均匀性的影响

2.1 冠带条及其缠绕张力的作用

在半钢子午线轮胎中，用尼龙帘布沿轮胎圆周方向按一定排列方式进行缠绕，可以提高轮胎抗变形性能，防止带束层角度变化。对于不同速度级别的轮胎，帘布缠绕方式也不相同。在缠绕过程中，冠带条需保持一定的缠绕张力，缠绕张力过大，易造成缠绕过程中带束层偏移而产生CON。冠带条张力需同步考量带束层宽度与二段鼓磁片的作用宽度。

2.2 张力控制机理

张力控制单元的功能是控制冠带条在缠绕期间的张紧程度，可以通过上位机屏幕菜单调节。张力控制装置安装在冠带条贴合器上，该装置包含1个电机驱动辊和1个装有张力传感器的辊。张力传感器安装在加重滑块上，以免其受损坏。张力传感器首先检测冠带条的张力，并以此检测值来设定冠带条的张力值。

张力值通过上位机设定，张力传感器将检测到的电极丝张力信号相加放大，并在张力表上显示，同时作为检测信号反馈给张力控制器，张力控制器将检测信号放大、采集，然后再将信号送入驱动器中的可编程式逻辑控制器（PLC），并与设定张力值比较。二者差值经过电流放大，张力控制单元纠正驱动电机与旋转鼓间的速率比，控制其输出力矩。如此形成负反馈闭环控制系统，最终使电极丝张力保持恒定。

2.3 轮胎均匀性和高速性能

选取速度级别H级以上的4种规格轮胎，考察冠带条缠绕张力对不同规格轮胎均匀性和高速性能的影响。冠带条缠绕张力对不同规格轮胎均匀性和高速性能（按照GB/T 4502—2009《轿车轮胎性能室内试验方法》测试）的影响见表1。

表1 冠带条缠绕张力对不同规格轮胎均匀性和高速性能的影响

从表1可以看出：随着轮胎扁平率和冠带条缠绕张力增大，轮胎的高速性能下降，但均匀性的规律性并不明显，考虑到张力增大会使轮胎出现胎冠变形的隐患，故根据扁平率控制冠带条缠绕张力。扁平率小于45的轮胎，缠绕张力800 N较合适；扁平率大于或等于45的轮胎，缠绕张力1600 N较合适。缠绕张力同时也受冠带条胶料配方和轮胎结构等因素的影响。

3 胎面接头量对轮胎均匀性的影响

以205/55R16 91V轮胎为例，该规格轮胎施工表要求胎面长度为1850 mm，成型作业时胎面接头刚好对接。增大或减小胎面长度会改变接头量。为避免成型机和人工操作差异对试验结果的影响，本研究轮胎成型由同一操作工在同一成型机上进行，胎坯在相同模具中和相同硫化机上硫化，试验方案见表2。3种方案的试验结果见表3。

表2 试验方案

表3 3种方案对轮胎均匀性的影响

从表3可以看出：与正常胎面长度和接头量的A方案轮胎相比，胎面过短、接头量不足的B方案轮胎的RFV和R1H分别提高6.9和7.9 N；胎面过长、接头量过大的C方案轮胎RFV和R1H分别提高19.2和22.9 N。方案B和C轮胎的径向力波动的最大振幅的发生位置集中于胎面接头处，影响轮胎的均匀性。

为防止胎面接头量不足或过大，可以从以下3个方面进行管理。

（1）胎面裁断长度误差控制在±5 mm内，但一般来讲裁断长度应遵循宜短不宜长的原则。

（2）胎面裁断角度一般控制在24°～28°较适宜。

（3）成型胎面贴合压力一般控制在100～150 kPa，防止贴合过程中因压力设定过大而导致胎面拉伸。另外，接头位置尽量采用多段压力控制，并分部位进行压力调整，以实现接头自动化控制。

4 胎坯均匀性分析系统的应用

轮胎硫化是一个不可逆过程，所以在胎坯硫化之前把握胎坯的均匀性就显得非常重要。胎坯均匀性分析系统由激光扫描头（可搭配移动三角支架，也可固定到成型机支架上）和笔记本电脑组成。通过激光在线扫描胎坯，可以得到完整的激光扫描3D图像，通过分析图像可以得出对应的改善点，改进胎坯的外观形状，快速确认成型机参数。胎坯均匀性扫描系统见图1。

图1 胎坯均匀性扫描系统

5 结语

轮胎均匀性受轮胎成型过程中诸多因素的影响，冠带条缠绕张力与胎面接头量对轮胎均匀性的影响较大。采用胎坯均匀性分析系统可以有效掌握胎坯的外观形状，快速确认成型机参数，减少废料，提高产品性能。轮胎结构设计人员应研究出更多提高轮胎均匀性的方法，更好地提升轮胎性能和品质。