超小規格輪胎硫化膠囊夾具的設計及應用

佟 偉，楊萬庫，李海濤，孫亞棟

（青島森麒麟輪胎股份有限公司，山東 青島 266229）

使用傳統硫化機硫化輪胎時，膠囊夾具必不可少。對于普通規格輪胎，硫化夾具設計技術成熟，膠囊固定采用上壓環、上夾環、下夾環和下鋼圈的分體結構，在上壓環/上夾環、下夾環/下鋼圈圓周上用等分螺栓緊固的方式即可滿足要求，膠囊裝卸簡易。而對于超小規格輪胎，考慮輪胎硫化過程中夾具受力影響[1]，膠囊夾具采用普通方式設計沒有足夠空間布置緊固螺栓，需要重新設計一種硫化膠囊夾具[2-3]。

1 現狀分析

現有硫化膠囊夾具結構包括兩部分：①上夾環、膠囊、上壓環；②下鋼圈、膠囊、下壓環。膠囊與夾具裝置采用螺栓周向固定的形式，即上夾環/上壓環、下鋼圈/下壓環分別預夾緊硫化膠囊的上、下夾緣部分，然后用6—8顆螺栓周向均布固定，此種方式需要壓環邊部周向有充足的空間分布螺栓，如圖1所示。

76.2～203.2 mm（3～8英寸）超小規格輪胎硫化膠囊夾具采用上述形式設計，壓環邊部無足夠的空間分布螺栓，因此在不改變硫化膠囊夾具結構的基礎上，調整固定方式，采用鎖緊螺母取代螺栓固定夾具的形式，但由此會產生如下2個問題。

（1）硫化膠囊端口尺寸在40～80 mm，模具趾口直徑在60～100 mm，中心機構導向套壓蓋直徑為56 mm ，模具趾口直徑與中心機構導向套直徑相近，導致下鋼圈/下壓環與中心機構導向套沒有足夠的連接空間，設計采用增加過渡轉換接頭的形式換取足夠的連接空間。

（2）增加過渡轉換接頭后，中心機構導向套衍生高度增大，為與模具高度匹配，可以在硫化機熱板下方增加墊層或增大硫化模具厚度。

2 設計方案

2.1 膠囊夾具設計

新設計的膠囊夾具結構組成不變，采用鎖緊螺母固定夾具的形式，如圖2所示。

圖2 新設計的硫化膠囊夾具結構示意

2.2 過渡轉換接頭設計

（1）方案A。設計一種單體式過渡轉換接頭，用于連接中心機構與硫化膠囊夾具下鋼圈。過渡轉換接頭與中心機構導向套連接后，安裝下半模具、硫化膠囊及夾環，最后用卡子將硫化膠囊夾具裝置固定到中心桿上，如圖3所示。

圖3 單體式過渡轉換接頭示意

（2）方案B。將方案A過渡轉換接頭分為上下兩部分（上下兩部分的連接處采用密封圈密封），上部分與下鋼圈加工為一體，下部分與中心機構導向套連接。安裝硫化模具前，將下部分與中心機構導向套連接，在硫化機臺下組裝硫化膠囊及夾具（含下鋼圈），將硫化膠囊夾具裝置與過渡轉換接頭的下部分連接，最后用卡子將硫化膠囊夾具裝置固定到中心桿上，如圖4所示。

圖4 分體式過渡轉換接頭示意

2.3 增設墊層及模具底部加厚設計

（1）方案1。硫化機下熱板增設隔熱板，例如石膏墊層、玻璃纖維墊層，達到提升熱板高度的目的，使之與中心機構導向套衍生高度相匹配。

（2）方案2。保持硫化機下熱板結構不變，在新產品開發階段通過增大下半模具的胎側部位厚度，達到與中心機構導向套衍生高度相匹配的目的。對于寬斷面輪胎，不適宜采用模具底部加厚設計。

3 應用舉例

以11×4.00－4規格輪胎為例，對比不同設計方案的使用效果。

硫化機中心機構參數：中心桿直徑 25 mm，中心機構導向套壓蓋直徑 64 mm。

11×4.00－4輪胎相關參數：胎圈著合直徑89 mm，硫化膠囊端口尺寸 76 mm，模具趾口直徑 86 mm，膠囊趾口間距 42 mm，模具趾口直徑與中心機構導向套壓蓋直徑之差 22 mm。11×4.00－4硫化膠囊夾具如圖5所示。

圖5 11×4.00－4輪胎硫化膠囊夾具

因模具趾口直徑與中心機構導向套壓蓋直徑僅相差22 mm，采用普通形式的硫化膠囊夾具無法滿足要求，因此采用鎖緊螺母取代螺栓固定夾具，對方案A與B、方案1與2及其組合方案進行對比分析。

3.1 方案A與B對比

采用方案A的硫化膠囊夾具裝置必須在硫化機臺上組合、安裝。在硫化機臺上將硫化膠囊與下鋼圈、下壓環用鎖緊螺母連接，然后將硫化膠囊夾緣與上夾環、上壓環用鎖緊螺母連接形成組合件，最后用卡環將組合件固定到硫化機中心機構的中心桿上。因小型硫化膠囊趾口間距僅42 mm，而硫化膠囊與下壓環用鎖緊螺母鎖緊安裝等動作需要在機臺上進行，實際操作空間狹窄，工作環境溫度高（硫化機臺熱板溫度為145～177 ℃），操作困難，作業期間易損壞膠囊，且安裝時間長，效率低。另外，硫化膠囊損壞后，夾具裝置在機臺上的拆卸時間長，操作困難，效率低。

進一步分析，采用方案A硫化輪胎，硫化膠囊夾具安裝用工具無法深入到膠囊內部緊固螺栓，且易于夾傷膠囊，若膠囊與夾具不能緊固到位，輪胎定型硫化時，膠囊易于從夾緣處脫落，導致蒸汽瞬間泄露，存在安全隱患。

采用方案B將硫化膠囊夾具裝置的轉換接頭更改為分體式過渡轉換設計，膠囊夾具裝置在硫化機臺下組合完畢后移到機臺上進行安裝。此種安裝方式不易損壞膠囊內部，便于操作，效率高，而且降低了高溫環境下易操作不當等人為因素的影響。與方案A相比較，建議采用方案B。

3.2 方案1與2對比

方案1需要在安裝硫化模具前，將準備好的加厚墊層置于下熱板的上方。采用方案2模具安裝方便，不需考慮熱板下方加厚墊層的協同操作。

3.3 組合方案對比

考慮到方案A和B與方案1和2之間沒有關聯性，簡化驗證方案，選取方案A-2和B-1作為最終驗證方案。

采用方案A-2和B-1生產輪胎，進一步進行外觀、平衡性、全息檢測。結果發現，采用方案A-2生產的輪胎胎側存在欠硫化的風險，分析原因為下半模具加厚導致下熱板向模具傳熱的距離增大，熱損失增加，使模具內的輪胎不能吸收足夠的能量達到設定的硫化程度。上下模具厚度不一致也會導致輪胎上下胎側的硫化程度不一樣，增大了輪胎出現異常的風險，影響輪胎的使用壽命。方案A-2即使采用上下模具同時加厚模具底部設計，胎側仍然存在欠硫化的風險，不予采納。

基于以上分析，選取方案B-1作為最終推廣方案。

4 結論

針對76.2～203.2 mm超小規格輪胎硫化用工裝，設計了一種硫化膠囊夾具裝置，可在硫化機臺下組合后移到機臺上進行安裝。經實際使用驗證，新設計的硫化膠囊夾具使用方便、操作簡單，不易損壞膠囊，硫化輪胎外觀質量明顯改善。