轮胎活络模具传热结构优化及其在轮胎硫化中的应用研究

0 引 言

活络模具是轮胎制造过程中关键的工艺装备，模具的导热性对轮胎成型质量、使用寿命、行驶安全性及舒适性等性能指标均有重要影响。随着科学技术的发展，卡车、客车等车型不断升级，全钢子午胎的规格种类也越来越多样化，其需求量与日俱增

，各轮胎生产厂家对于节能减排、绿色制造的追求越来越迫切。

继续加大对临床科研工作的支持力度，不断加强将科研成果转化为临床诊疗新技术的扶持力度。通过协同创新，以科学研究反哺技术创新，不断提升医院的整体医疗技术水平。

目前，活络模具传热性能的优化研究多采用仿真分析的方法进行，缺少相关试验验证。刘迎等

对模具结构进行优化，提高了温度均匀性；刘志兰等

通过有限元分析方法提高了轮胎模具传热效率；崔龙

对轮胎活络模具进行温度仿真分析，优化了模具结构；李淑华等

对活络模具升温过程进行数值模拟以改善其传热性能。

为提高新产品开发效率，获得高导热性能的轮胎模具，采用仿真分析的方法进行模具结构优化设计。为验证实际优化效果，对优化前、后模具升温改善效果进行检测分析，同时观察成型轮胎在硫化过程中的温度变化，对比分析成型轮胎的硫化效果差距。仿真与试验相结合，从理论分析和实践检验中获得可靠的数据支撑，对后续模具优化设计和轮胎成型工艺优化提供参考。

安永会计师事务所的贸易问题专家哈姆斯表示：“大型在线服务提供商正在稳步扩大其市场力量，并且以不惜损害实体零售贸易的手段来确保自己获得越来越大的蛋糕。”从利润丰厚的圣诞节生意中就可以看出这一点。根据安永会计师事务所的调查，每五个德国人中就有一人喜欢在网上购买圣诞礼物。而在一年前，德国的电子商务用户数量只是目前的一半。

1 活络模具结构优化

1.1 活络模具结构设计

根据传热理论，提高传热效率的有效方法有增大传热接触面积、更换高导热性能材料、缩减模具质量，减小热损失等。基于这些方法对模具结构进行优化，优化后模具结构改进如下：模套滑板面积提高50%；模套壁厚减薄，缩短热量传递路径，材料使用量减少15%；滑块材料由导热性能较差的QT600更改为40Cr。优化前、后模具结构如图1所示。

1.2 模具传热性能有限元分析

随着计算机性能的提高及计算机辅助设计技术的发展，计算机辅助工程的应用越来越广泛，利用有限元分析可有效减少模具设计缺陷，保证结构设计的可靠性。为提高活络模具传热效率，达到节能减排、绿色制造的目的，应用计算机仿真分析软件workbench对模具升温过程进行模拟分析

。

②工程在运行初期的供水价格应充分体现工程的公益性，主要满足工程正常运行维护以及偿还工程贷款的要求，并减免征收营业税及其附加。在工程运行初期，除计提工程正常运行维护费用外，固定资产折旧按照还贷要求计提；固定资产折旧满足还贷需求，将不计提利润；如果固定资产折旧不足以偿还贷款本金，按照满足归还贷款本金需要计提利润，但上限不能超过《水利工程供水价格管理办法》规定的上限。

由图2可知，优化后模具升温速率明显提高，预热40～60 min比优化前模具高15℃。优化后模具的上侧板升温速率略高于优化前模具，预热40～60 min最大温差为6.5℃，下侧板升温速率差距较小，最大温差为4.5℃。

图3所示为预热3 h后型腔温度分布云图，优化后模具的花纹块温度高于优化前模具约0.5℃，上、下侧板温度基本一致，型腔温度均匀性方面优化后模具较好。

2 活络模具测温试验

为验证优化后模具的实际传热性能提升效果，对优化前、后模具模型进行实体加工，通过测温仪对优化前、后模具预热及硫化过程的温度数据进行采集，对比分析实际优化效果。

3.2.2 轮胎各部位硫化程度

2.1 测试条件

为便于收集模具温升数据，优化前、后模具加工时分别设置测温点，测点分别位于在FRONT线左、右72°位置，左、右位置各9个测点，共计18个测点。2副模具测点位置一致，分别位于上侧板、下侧板和花纹块，侧板测点位于外圆处、中间位置及钢圈处，花纹块测点沿上、中、下位置分布，如图4所示。

采用硫化机对模具进行预热，预热开始前先将硫化机停机，待温度降至室温后将优化前、后模具分别安装在硫化机左、右工位，以便保证模具自室温开始进行预热过程升温数据的采集。安装完毕后同时打开蒸汽管道进行蒸汽预热。预热温度设置170℃，80 min后调节蒸汽温度至150℃装胎坯进行轮胎生产。自装模结束，通过测温仪对模具预置的测温点进行数据采集，得到预热过程及预热完成后模具的温度变化趋势。

考虑模具整体为圆周对称结构，为提高计算效率，采用1/9模型进行模具预热过程仿真分析。硫化机上、下热板及模套汽室温度均设置为170℃，预热80 min，随后温度更改为150℃继续预热，优化前、后模具升温速率差异分析结果如图2所示。

2.2 轮胎模具测温结果分析

图5所示为模具测温现场，图6所示为优化前、后模具的花纹块实际升温曲线。优化后模具的花纹块升温速率明显高于优化前模具，在预热阶段，优化前、后模具升温60～80 min时温差达到17～23℃。进入稳定生产阶段，优化前、后模具温差稳定在4℃左右。由图6可知，优化后模具的花纹块在升温速率及保温上均具有明显优势。

经过调查发现，苹果主要贮藏病害是在果园或采收、分级、运输等过程中感染的，在贮藏期间遇到适宜条件就会发病。因此，苹果苦痘病、苹果霉心病、苹果虎皮病等主要贮藏病害的防治须采取综合措施，部分措施要在苹果生长期实施。同时要尽量减少病原体，加强果园管理，防止机械损伤，创造适宜的贮藏环境，确保贮藏质量。

轮胎按照之前的硫化工艺进行硫化，优化前、后模具生产初期胎胚各部位的硫化程度对比如表1所示。

由实测模具升温速率对比结果可得，优化后模具升温效率大幅提高，传热性能改善明显。优化前模具花纹块预热80 min升温至120～130℃，而优化后模具升温至该温度仅需60 min。优化前模具上侧板预热80 min升温至110℃，而优化后模具用时仅56 min。优化前模具下侧板预热80 min升温至145℃，而优化后模具用时仅70 min。考虑硫化机左、右机台热板温度分布可能存在差异，对优化后模具的传热效率提高量进行保守预估，可以缩短预热时间10～15 min。

3 胎坯测温试验及硫化程度对比

3.1 测试条件

为对比分析优化前、后模具对成型轮胎的硫化质量影响，分别对其所生产的轮胎进行测温及气泡点测试。首先在胎坯上预先设置多个测温点，用于收集胎坯的升温数据。胎胚测温点分布于胎顶、胎肩、胎侧等部位，如图8所示。

3.2 生产初期轮胎硫化质量对比

灌浆套筒连接件由钢筋、套筒和灌浆料三部分构成。套筒一般采用球墨铸铁或机械加工制造而成，连接钢筋插入带有凸肋的套筒内，通过套筒底部的注浆孔注入微膨胀高强度灌浆料，钢筋和套筒借助硬化后的灌浆料牢固粘合形成一体，利用套筒内侧的凸肋和钢筋螺纹之间的灌浆料进行传力。为深入研究灌浆套筒的受力性能，文中采用有限元软件ABAQUS对10个灌浆套筒连接件进行了力学性能模拟，并与试验值进行了对比分析，通过研究其破坏过程、破坏形态、荷载-位移曲线、筒壁荷载-应变等性能，得出钢筋直径、钢筋偏移与钢筋强度对节点承载力的影响。

由表1可知，预热结束后优化前模具首缸轮胎硫化程度符合正常生产要求，关键部位硫化程度在合理范围内，但是位于合理范围的下限。优化后模具硫化程度高于正常需要的硫化程度，轮胎过硫较多，表明原硫化工艺对于优化后模具不再适用。为获得合格的轮胎，可以通过调整硫化时间，缩短轮胎成型周期，提高轮胎生产效率。

日本内阁2018年7月3日批准第五份基础能源规划，设定了到2030年的电力结构发展目标。根据规划，核电仍将是一种重要能源，核发电量到2030年将占全国总发电量的20%～22%。

3.2.1 轮胎测温结果

图7所示为优化前、后模具的上、下侧板升温曲线，优化后模具上侧板升温速率明显高于优化前模具，预热60～80 min时温差较大，外圆处温差最大为22℃，钢圈处最大温差为19℃，而下侧板温差较小，预热60～80 min时温差最大为6～7℃。进入稳定生产阶段后，优化前、后模具上侧板温度基本一致，温差仅1～2℃，下侧板无明显温差。由图7可知，优化后模具上侧板的升温速率及温度保持优于优化前模具，而下侧板传热性能无改善。

在对照组治疗方案的基础上，再予硫酸氢氯吡格雷片（规格为75 mg/片）75 mg，1次/d口服。治疗7 d为1个疗程，共2个疗程。

图9所示为轮胎测温过程，图10所示为生产初期成型轮胎升温曲线。由图10可得，优化后模具成型的轮胎升温速率高于优化前模具，其中胎面部位温度高10～15℃，0°端点处温度高10℃，上胎侧处温度高4～5℃，但下胎侧温度与优化前模具基本一致。

3.2.3 轮胎硫化后割泡测试

为进一步对比优化前、后模具轮胎硫化程度的差异，对轮胎进行割泡测试，主要查看上、下胎肩，上、下子口及胎冠中部位有无气泡点存在，割泡测试时间分别为硫化33 min和36 min。

割泡测试结果如表2、表3所示，优化后模具硫化33 min后成型的轮胎中上、下胎肩气泡个数少于优化前模具，而胎冠中部和子口部位硫化程度无明显差异；硫化36 min时，优化前、后模具成型的轮胎均无气泡点存在。根据测试结果推测优化前、后模具硫化程度时存在约1～1.5 min的差距。

3.3 稳定生产阶段轮胎硫化程度对比

3.3.1 轮胎各部位硫化程度

模具硫化多个轮胎后进入稳定生产阶段，为对比该阶段成型轮胎的硫化质量，硫化程度测试结果如表4所示。优化前、后模具成型的轮胎胎侧部位硫化程度相差不大，上胎侧新模具硫化程度提高0.9 min，下胎侧硫化程度提高2.8 min。优化后模具对胎面硫化程度影响较大，成型轮胎胎面硫化程度提高5.4 min。

3.3.2 轮胎硫化后割泡测试

(3) 若μ,ν为伪对偶测度框架, 则SμSν为Rd上正定算子, 则由广义Cauchy-Swcharz不等式: ∀Rd(不妨x≠0),

为进一步对比硫化程度差异，对所生产的轮胎进行割泡测试，割泡测试时间分别为硫化36 min和34.5 min，结果如表5和表6所示，成型轮胎均无气泡点出现，质量合格。

4 结束语

通过传热有限元仿真分析方法对模具结构进行优化设计，获得了导热性能优异的模具结构。对优化前、后模具实际升温数据进行检测，优化后模具的传热性能明显优于优化前模具，尤其是花纹块升温速率明显提高，花纹块预热时间节约30 min，上侧板节约20 min。对优化前、后模具所成型的轮胎的硫化质量进行测试，在生产初始阶段，优化后模具的成型轮胎上胎侧、下胎侧、胎面及0°端点处硫化程度均明显提高；稳定生产阶段，优化后模具在轮胎胎面的硫化程度提升效果明显，可减少蒸汽能源浪费，节约生产成本，满足节能减排、绿色制造的生产目标。

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