超小规格轮胎硫化胶囊夹具的设计及应用

佟 伟，杨万库，李海涛，孙亚栋

（青岛森麒麟轮胎股份有限公司，山东 青岛 266229）

使用传统硫化机硫化轮胎时，胶囊夹具必不可少。对于普通规格轮胎，硫化夹具设计技术成熟，胶囊固定采用上压环、上夹环、下夹环和下钢圈的分体结构，在上压环/上夹环、下夹环/下钢圈圆周上用等分螺栓紧固的方式即可满足要求，胶囊装卸简易。而对于超小规格轮胎，考虑轮胎硫化过程中夹具受力影响[1]，胶囊夹具采用普通方式设计没有足够空间布置紧固螺栓，需要重新设计一种硫化胶囊夹具[2-3]。

1 现状分析

现有硫化胶囊夹具结构包括两部分：①上夹环、胶囊、上压环；②下钢圈、胶囊、下压环。胶囊与夹具装置采用螺栓周向固定的形式，即上夹环/上压环、下钢圈/下压环分别预夹紧硫化胶囊的上、下夹缘部分，然后用6—8颗螺栓周向均布固定，此种方式需要压环边部周向有充足的空间分布螺栓，如图1所示。

76.2～203.2 mm（3～8英寸）超小规格轮胎硫化胶囊夹具采用上述形式设计，压环边部无足够的空间分布螺栓，因此在不改变硫化胶囊夹具结构的基础上，调整固定方式，采用锁紧螺母取代螺栓固定夹具的形式，但由此会产生如下2个问题。

（1）硫化胶囊端口尺寸在40～80 mm，模具趾口直径在60～100 mm，中心机构导向套压盖直径为56 mm ，模具趾口直径与中心机构导向套直径相近，导致下钢圈/下压环与中心机构导向套没有足够的连接空间，设计采用增加过渡转换接头的形式换取足够的连接空间。

（2）增加过渡转换接头后，中心机构导向套衍生高度增大，为与模具高度匹配，可以在硫化机热板下方增加垫层或增大硫化模具厚度。

2 设计方案

2.1 胶囊夹具设计

新设计的胶囊夹具结构组成不变，采用锁紧螺母固定夹具的形式，如图2所示。

图2 新设计的硫化胶囊夹具结构示意

2.2 过渡转换接头设计

（1）方案A。设计一种单体式过渡转换接头，用于连接中心机构与硫化胶囊夹具下钢圈。过渡转换接头与中心机构导向套连接后，安装下半模具、硫化胶囊及夹环，最后用卡子将硫化胶囊夹具装置固定到中心杆上，如图3所示。

图3 单体式过渡转换接头示意

（2）方案B。将方案A过渡转换接头分为上下两部分（上下两部分的连接处采用密封圈密封），上部分与下钢圈加工为一体，下部分与中心机构导向套连接。安装硫化模具前，将下部分与中心机构导向套连接，在硫化机台下组装硫化胶囊及夹具（含下钢圈），将硫化胶囊夹具装置与过渡转换接头的下部分连接，最后用卡子将硫化胶囊夹具装置固定到中心杆上，如图4所示。

图4 分体式过渡转换接头示意

2.3 增设垫层及模具底部加厚设计

（1）方案1。硫化机下热板增设隔热板，例如石膏垫层、玻璃纤维垫层，达到提升热板高度的目的，使之与中心机构导向套衍生高度相匹配。

（2）方案2。保持硫化机下热板结构不变，在新产品开发阶段通过增大下半模具的胎侧部位厚度，达到与中心机构导向套衍生高度相匹配的目的。对于宽断面轮胎，不适宜采用模具底部加厚设计。

3 应用举例

以11×4.00－4规格轮胎为例，对比不同设计方案的使用效果。

硫化机中心机构参数：中心杆直径 25 mm，中心机构导向套压盖直径 64 mm。

11×4.00－4轮胎相关参数：胎圈着合直径89 mm，硫化胶囊端口尺寸 76 mm，模具趾口直径 86 mm，胶囊趾口间距 42 mm，模具趾口直径与中心机构导向套压盖直径之差 22 mm。11×4.00－4硫化胶囊夹具如图5所示。

图5 11×4.00－4轮胎硫化胶囊夹具

因模具趾口直径与中心机构导向套压盖直径仅相差22 mm，采用普通形式的硫化胶囊夹具无法满足要求，因此采用锁紧螺母取代螺栓固定夹具，对方案A与B、方案1与2及其组合方案进行对比分析。

3.1 方案A与B对比

采用方案A的硫化胶囊夹具装置必须在硫化机台上组合、安装。在硫化机台上将硫化胶囊与下钢圈、下压环用锁紧螺母连接，然后将硫化胶囊夹缘与上夹环、上压环用锁紧螺母连接形成组合件，最后用卡环将组合件固定到硫化机中心机构的中心杆上。因小型硫化胶囊趾口间距仅42 mm，而硫化胶囊与下压环用锁紧螺母锁紧安装等动作需要在机台上进行，实际操作空间狭窄，工作环境温度高（硫化机台热板温度为145～177 ℃），操作困难，作业期间易损坏胶囊，且安装时间长，效率低。另外，硫化胶囊损坏后，夹具装置在机台上的拆卸时间长，操作困难，效率低。

进一步分析，采用方案A硫化轮胎，硫化胶囊夹具安装用工具无法深入到胶囊内部紧固螺栓，且易于夹伤胶囊，若胶囊与夹具不能紧固到位，轮胎定型硫化时，胶囊易于从夹缘处脱落，导致蒸汽瞬间泄露，存在安全隐患。

采用方案B将硫化胶囊夹具装置的转换接头更改为分体式过渡转换设计，胶囊夹具装置在硫化机台下组合完毕后移到机台上进行安装。此种安装方式不易损坏胶囊内部，便于操作，效率高，而且降低了高温环境下易操作不当等人为因素的影响。与方案A相比较，建议采用方案B。

3.2 方案1与2对比

方案1需要在安装硫化模具前，将准备好的加厚垫层置于下热板的上方。采用方案2模具安装方便，不需考虑热板下方加厚垫层的协同操作。

3.3 组合方案对比

考虑到方案A和B与方案1和2之间没有关联性，简化验证方案，选取方案A-2和B-1作为最终验证方案。

采用方案A-2和B-1生产轮胎，进一步进行外观、平衡性、全息检测。结果发现，采用方案A-2生产的轮胎胎侧存在欠硫化的风险，分析原因为下半模具加厚导致下热板向模具传热的距离增大，热损失增加，使模具内的轮胎不能吸收足够的能量达到设定的硫化程度。上下模具厚度不一致也会导致轮胎上下胎侧的硫化程度不一样，增大了轮胎出现异常的风险，影响轮胎的使用寿命。方案A-2即使采用上下模具同时加厚模具底部设计，胎侧仍然存在欠硫化的风险，不予采纳。

基于以上分析，选取方案B-1作为最终推广方案。

4 结论

针对76.2～203.2 mm超小规格轮胎硫化用工装，设计了一种硫化胶囊夹具装置，可在硫化机台下组合后移到机台上进行安装。经实际使用验证，新设计的硫化胶囊夹具使用方便、操作简单，不易损坏胶囊，硫化轮胎外观质量明显改善。