CN110978354B - 一种轮胎带束层成型模具及使用该模具的成型工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎带束层成型模具及成型工艺，包括模具底板、连接于所述模具底板两侧的钢丝固定件；所述模具底板和两侧的所述钢丝固定件之间的空间被配置为浇注空间；扣合于所述钢丝固定件并封闭所述浇注空间的顶板；该模具还包括：集成于所述模具底板和顶板的加热组件；所述浇注空间内表面均喷涂特氟龙；所述模具底板侧面绘制有角度刻线。采用模具浇注工艺，一步即可直接将所需任意厚度、任意角度、任意宽度一定的带束层成型，大大简化了橡胶工艺的流程。本发明的带束层钢丝角度在模具中已经形成，裁断的主要功能是裁切边缘，因此几乎没有废料产生。

Description

一种轮胎带束层成型模具及使用该模具的成型工艺

技术领域

本发明涉及轮胎制造技术领域，尤其涉及一种轮胎带束层成型模具及使用该模具的成型工艺。

背景技术

当前，卡客车轮胎主要为二十世纪五十年代米其林推出的全钢子午线轮胎。全钢子午线轮胎结构包括胎面、基部胶、带束层、胎体、软硬三角、子口耐磨胶、胎侧胶、气密层、内衬层等。使用的胶类材料主要包括天然胶、丁苯胶、顺丁胶、溴化丁基胶等，骨架材料主要包括钢丝、聚酯帘线等。经过近70年的发展，全钢子午线轮胎在性能、油耗等方面优势明显，目前在全球范围内得到了广泛推广。

轮胎在滚动过程中受力极其复杂，各部位功能不尽相同，仅仅使用一种或两种橡胶材料很难满足需求，因此轮胎结构上演化出了以上多种部位进行相互补充。全钢子午线轮胎的各个部位功能不同，对材料的要求也不同，例如胎侧需要抗紫外线、耐磨、抗疲劳等性能，气密层对气密性要求较高。

带束层是在胎面与胎体之间用钢丝按不同角度排列，用于改善轮胎支撑和受力的部位。其主要作用为：其一，和胎体一起抵抗离心力,防止出现由于离心力作用导致的胎冠向外凸起现象,确保稳定的轮胎外直径及轮胎周长。其二，控制轮胎印痕理想的形状,从而有效提供抓地力/牵引力。其三，提供轮胎过弯、转向时所需要的刚性从而带来出色的操控性。其四，抵抗路面异物的侵袭。

简单的讲，带束层是由钢丝排布成一定角度并通过挤压将胶料附着在钢丝表面的轮胎部件。根据规格、类型、使用环境、承载、速度等，将轮胎设计成具有不同的带束层层数、不同的带束层宽度、不同的带束层钢丝角度、不同的带束层厚度、不同的带束层钢丝粗细的结构，以满足实际情况需要。

目前，橡胶轮胎带束层的生产工序较复杂，如图1所示。首先在锭子房内将一定根数的钢丝排成若干列，以一定速度进入压延机附着胶料，最后对带束层进行裁切，由于带束层角度各异，因此裁切角度需要根据实际需求进行斜裁。最终裁切成符合宽度及角度的带束层部件，待成型时进行贴合。斜裁工艺除了设备及工艺复杂、昂贵以外，还会出现大量下脚料，造成轮胎制造成本增加，这一点对于工程胎、巨胎尤为突出。

以上工艺延续近五十年时间，该工艺在实际生产中对技术指标的控制非常严格，否则可能会出现挂胶不均，漏钢丝等病象。但是由于未硫化橡胶属于半固体状态，粘度较大，又无法从根本上解决此类问题，生产钢丝挂胶部件时经常出现气泡、漏钢丝等质量问题。而且生产过程中存在重金属、有毒有害物质等环保问题。

传统工艺第一步需要将梭子(缠绕钢丝)在锭子房内规整的布置在支架上，整个锭子房需要设置上千个梭子，每根钢丝分别由一个梭子引出，上百根钢丝按照一定固定间距组成一列，在拉力作用下牵引至压延机。

该工序有几百个梭子，一个出现问题，直接影响整个生产进度。并且在拆卸替换时较为繁琐，需要专人管理锭子房。特别是锭子房为了防止钢丝上产生水雾影响橡胶和钢丝间的粘合力，需要室内干燥、保持恒温，并大大高于室外温度才可避免。苛刻的室内操作环境消耗大量能源、人力、物力，提高了轮胎整体的生产成本。

传统工艺中包裹钢丝的橡胶由于硬度过高且粘度过大，需要在附胶前重新进行热炼后才能够进入压延机，否则会出现诸如气泡、漏钢丝等病象。一般会在压延机前设置三台开炼机完成混炼胶的破胶、精炼等，通过热炼升温以提高胶料的流动性。

该工序涉及的设备复杂，需要大约5-10人完成胶料的热炼及输送工作。大幅增加了作业的难度。如果热炼工序中胶料的各项参数出现问题，直接影响到整个压延线的产品质量和生产效率。特别是在热炼时，胶料升温会产生大量恶臭气体，钢丝胶配方含有间苯二酚等为强致癌物，随着胶料的升温会释放到空气中，严重影响车间操作环境及工人的身心健康，炼胶工人属于特殊工种，如长期在此操作环境下工作，会增大患癌及不孕不育风险。另外，压延机和开炼机投资较大，设备维护成本极高。

轮胎用钢丝为多根细钢丝捻成若干股而构成的。每股钢丝之间存在较大空隙。橡胶与钢丝的粘合力是困扰轮胎耐久的一个关键问题。目前主要通过在钢丝表面镀铜，通过配方中的钴盐和铜发生化学反应来提高，压延技术的主要特点是通过口型板模口挤压将胶料附在钢丝表面，由于橡胶本身半固体状态，即便在100℃下流动性也较差，因此很难渗透至钢丝内部缝隙，无法完全覆盖单根细钢丝表面，也就无法与表面的铜发生化学粘合。渗透、包裹、化学反应温度等各类原因造成的粘合力达不到要求会导致轮胎的早期损坏。另外，钢丝镀铜及橡胶中钴盐的加入使得原材料生产、轮胎制造、使用过程中出现了更多环保问题。

当前工艺在完成附胶后帘布进入斜裁工艺，由于带束层中钢丝的角度不同，0-180°均存在，因此在斜裁过程中会出现较多下脚料，角度越大，下脚料尺寸越大，损耗成本越高。另外，裁断完成后需要对带束层进行拼接才可以使用，拼接对产品的品质会造成一定影响。目前受限于以上所述设备裁切角度及成本，无法开发更多规格轮胎，这个问题限制了轮胎厂的发展及扩张，在轮胎竞争进入微利时代的年代显现出一定的影响性。

发明内容

本发明的目的是提供一种胶料的浪费现象、大幅降低损耗、降低人工用量、降低能耗、降低占地面积的轮胎带束层成型模具及使用该模具的成型工艺。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种轮胎带束层成型模具，该模具包括：

模具底板；

连接于所述模具底板两侧的钢丝固定件；

所述模具底板和两侧的所述钢丝固定件之间的空间被配置为浇注空间；

扣合于所述钢丝固定件并封闭所述浇注空间的顶板；

所述顶板与所述钢丝固定件的连接处具有槽；

该模具还包括：

集成于所述模具底板和顶板的加热组件；

所述浇注空间内表面均喷涂特氟龙；

所述模具底板侧面绘制有角度刻线。

进一步的，所述钢丝固定件为滑动连接于所述模具底板两侧的侧板；

所述模具底板的两侧开设有滑动槽，所述侧板通过所述滑动槽与所述模具底板形成为滑动连接；

所述侧板间隔开设有钢丝穿设孔；

所述模具底板与钢丝接触一侧的表面预制细槽，所述钢丝绳的两端穿过对应的所述钢丝穿设孔，且所述钢丝绳沿所述细槽的开槽方向倾斜布置于所述浇注空间内。

进一步的，所述钢丝穿设孔为圆孔或长圆孔或长方形槽。

进一步的，所述钢丝固定件包括压持于所述模具底板一侧的夹紧块、以及固定于所述模具底板另一侧的磁体；

所述夹紧块和磁体用以固定钢丝的两端。

进一步的，所述钢丝固定件为压持于所述模具底板两侧的定位上板；

一侧的所述定位上板将钢丝的一端压持于所述模具底板表面；

另一侧的所述定位上板配设有定位下板，并将钢丝的另一端压持于所述定位下板的表面。

进一步的，所述定位上板沿竖直方向安装有夹紧螺栓，通过所述夹紧螺栓调节夹持力度以固定所述钢丝的两端；

与所述定位下板配合一侧的所述定位上板横向开设有调节螺栓孔，所述调节螺栓孔内安装有钢丝绷紧螺栓，并在所述模具底板侧面安装有调节螺母；

钢丝通过所述钢丝绷紧螺栓和调节螺母的配合调节距离以拉紧所述钢丝。

本发明公开的一种轮胎带束层成型工艺，该成型工艺利用如上所述的成型模具制备带束层，该成型工艺主要包括以下步骤：

S1、成型模具就位；

S2、钢丝缠绕作业，将钢丝缠绕固定于成型模具上；

S3、绷紧力确定，带束层钢丝缠绕完成后，需要对每根钢丝进行拉紧力的统一；

S4、挤紧销的插入以及钢丝的固定，钢丝绷紧后需要在孔内插入挤紧销以及挤紧钢丝，以保持钢丝的绷紧力；

S5、带束层浇注，成型模具以平躺式浇注或立式浇注，且浇注原料为聚氨酯；

S6、带束层的脱模，浇注完成后，盖上顶板，成型模具维持温度达到一定时间，利用顶出机构顶出脱模；

S7、切断机裁切，脱模后，利用切断机对边缘进行裁切，完成带束层的制备。

进一步的，所述步骤S2中钢丝缠绕可以为单根钢丝穿设、或定长钢丝穿设、或整根钢丝穿设。

进一步的，所述步骤S3中钢丝绷紧力的确定利用拉力机、或气压绷紧测量、或音调确认拉力。

进一步的，所述步骤S6的顶出机构包括与成型的带束层接触的顶出芯、以及套设在顶出芯外部并提供恢复力的弹簧气套。

在上述技术方案中，本发明提供的一种轮胎带束层成型模具及成型工艺，具有以下有益效果：

聚氨酯弹性体具有良好的力学性能及抗老化性能，特别是原料可流动，使用聚氨酯类材料制造带束层可以采用模具浇注工艺，一步即可直接将所需任意厚度、任意角度、任意宽度一定的带束层成型。不需要传统工艺中的锭子房，大大简化了橡胶工艺的流程。本发明的带束层钢丝角度在模具中已经形成，裁断的主要功能是裁切边缘，因此几乎没有废料产生。

聚氨酯天然就是一种胶黏剂，固化前原料是液体，可以直接渗透入钢丝之间的空间，大幅提高胶料和钢丝的抓着力。本发明的创新点在于以聚氨酯替代传统橡胶生产带束层，并开发了符合液体浇注的带束层模具，将带束层内部钢丝角度的形成由传统的附胶后的裁断阶段转移到附胶前的钢丝布置阶段，以上创新带来了生产成本的降低、生产效率的提高、设备投入的降低、工人操作难度的降低、占地面的降低、产品品质提升。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中轮胎带束层的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型模具的第一种实施方式的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型模具的第一种实施方式中侧板的结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型模具的第二种实施方式的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型模具的第三种实施方式的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型模具的第三种实施方式的结构爆炸图；

图7为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的单根钢丝穿设法的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的整根钢丝穿设法中宽松式蛇形缠绕的示意图；

图9为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的整根钢丝穿设法中紧密式蛇形缠绕的示意图；

图10为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的利用拉力计确定钢丝绷紧力的示意图；

图11为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的利用气压确定钢丝绷紧力的示意图；

图12为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的利用音调确认拉力的示意图；

图13为本发明实施例提供的一种轮胎带束层成型工艺的浇注成型后顶出机构的作业状态的示意图。

附图标记说明：

1、成型模具；2、钢丝；3、顶出机构；

101、模具底板；102、钢丝固定件；103、顶板；104、钢丝穿设孔；105、角度刻线；106、磁体；107、定位下板；108、挤紧板；109、夹紧螺栓；110、钢丝绷紧螺栓；111、螺栓孔；112、距离调节螺母；

4、拉力计；

501、气缸；502、压缩空气；503、压力控制装置；504、活塞；505、固定装置；

6、调音器；

301、充气；

100、带束层。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图2～图6所示；

本发明的一种轮胎带束层成型模具，该模具包括：

模具底板101；

连接于模具底板101两侧的钢丝固定件1102；

模具底板101和两侧的钢丝固定件102之间的空间被配置为浇注空间；

扣合于钢丝2固定件并封闭浇注空间的顶板103；

顶板103与钢丝固定件102的连接处具有槽；

该成型模具1还包括：

集成于模具底板101和顶板103的加热组件；

浇注空间内表面均喷涂特氟龙；

模具底板101侧面绘制有角度刻线105。

实施例一：

本发明的钢丝固定件102的第一种实施方式为：钢丝固定件102为滑动连接于模具底板101两侧的侧板；

模具底板101的两侧开设有滑动槽，侧板通过滑动槽与模具底板101形成为滑动连接；

侧板间隔开设有钢丝穿设孔104；

模具底板101与钢丝2接触一侧的表面预制细槽，钢丝2的两端穿过对应的钢丝穿设孔104，且钢丝2沿细槽的开槽方向倾斜布置于浇注空间内。

其中，模具底板101的尺寸与带束层匹配，模具底板101、顶板103以及两侧安装的钢丝固定件102围成浇注空间，钢丝2利用两侧的钢丝固定件102固定住两端，最后浇注。根据工艺要求的不同钢丝2缠绕的方式也不同。

其中，当钢丝固定件102为侧板时，其上开设的钢丝穿设孔104供钢丝2穿设使用，而本实施例一中的钢丝穿设孔104为圆孔或长圆孔或长方形槽。

实施例二：

本发明的钢丝固定件102的第二种实施方式为：钢丝固定件102包括压持于模具底板101一侧的夹紧块、以及固定于模具底板101另一侧的磁体；

夹紧块和磁体106用以固定钢丝2的两端。

与实施例一类似，本实施例的钢丝固定件102选用夹紧块的形式对钢丝2的一端固定，而另一端则利用磁体106等同类固定结构固定。

实施例三：

本发明的钢丝固定件102的第三种实施方式为：钢丝固定件102为压持于模具底板101两侧的定位上板；

一侧的定位上板将钢丝的一端压持于模具底板101表面；

另一侧的定位上板配设有定位下板107，并将钢丝2的另一端压持于定位下板107的表面。

其中，本实施例三中定位上板沿竖直方向安装有夹紧螺栓109，通过夹紧螺栓109调节夹持力度以固定钢丝2的两端；

与定位下板107配合一侧的定位上板横向开设有调节螺栓孔，调节螺栓孔内安装有钢丝绷紧螺栓110，并在模具底板101侧面安装有距离调节螺母112；

钢丝2通过钢丝绷紧螺栓110和距离调节螺母112的配合调节距离以拉紧钢丝2。

实施例四：

参见图7～图13所示；

本发明公开的一种轮胎带束层成型工艺，该成型工艺利用如上所述的成型模具1制备带束层，该成型工艺主要包括以下步骤：

S1、成型模具1就位；

S2、钢丝2缠绕作业，将钢丝2缠绕固定于成型模具1上；

S3、绷紧力确定，带束层钢丝2缠绕完成后，需要对每根钢丝2进行拉紧力的统一；

S4、挤紧销的插入以及钢丝2的固定，钢丝2绷紧后需要在孔内插入挤紧销以及挤紧钢丝2，以保持钢丝2的绷紧力；

S5、带束层浇注，成型模具1以平躺式浇注或立式浇注，且浇注原料为聚氨酯；

S6、带束层的脱模，浇注完成后，盖上顶板103，成型模具1维持温度达到一定时间，利用顶出机构3顶出脱模；

S7、切断机裁切，脱模后，利用切断机对边缘进行裁切，完成带束层的制备。

其中，上述步骤S2中钢丝2缠绕可以为单根钢丝穿设、或定长钢丝穿设、或整根钢丝穿设。

单根钢丝穿设法：将钢丝2裁断成带束层中钢丝2一根所需尺寸，插入一方孔洞，从另一头插出。根据轮胎结构中设计好的钢丝2密度依次进行插入；

定长钢丝穿设法：将钢丝2裁断成一定长度，该长度大约为带束层宽度的2-3倍，可以作为两根带束层钢丝2；

整根钢丝穿设法：将整根钢丝2依次穿入孔洞，可采用间隔穿入穿出的宽松式蛇形缠绕方法，也可以采用紧密式依次穿入穿出的蛇形缠绕方法。宽松式缠绕方法需要进行来回反复缠绕完成整个带束层。紧密式缠绕仅需一次即可完成。

其中，上述步骤S3中钢丝2绷紧力的确定利用拉力机、或气压绷紧测量、或音调确认拉力。

利用拉力机确定钢丝绷紧力时：将钢丝2一端固定(可使用接扣进行固定)，使用测力计拉住钢丝2的另一端进行拖拽，直到指针到达规定磅数为止，并在孔内插入销子进行固定。依次进行每一根的测试和绷紧即可完成；

利用气压绷紧测量法确定钢丝2绷紧力时：将钢丝2两端固定于一个设备，在设备内部通入相同压力的气体，在气体作用下，既可拉紧钢丝2，又使得钢丝2实现相同绷紧力。在孔内插入销子保持绷紧力；

利用音调确认拉力时：可以通过钢丝2音调进行绷紧力的微调。将钢丝2绷紧后，在模具上方设置音调器，拨动任意一根钢丝2音调指示器均指示同一数值即可判定为紧绷力相同。如有绷紧力出现异常，进行绷紧力的微调即可。

其中，上述步骤S6的顶出机构3包括与成型的带束层接触的顶出芯、以及套设在顶出芯外部并提供恢复力的弹簧气套。

其中，上述步骤S4中，钢丝绷紧后需要在孔内插入挤紧销以挤紧钢丝2，以防出现钢丝2松弛现象。挤紧销既可以单侧挤入，也可以穿过塞紧帽的形式进行挤紧。除了插入挤紧销以外，还可在孔内点入快干高强度胶水进行固定，从而保持绷紧力。

另外，钢丝2还可以使用热熔胶类粘合剂在钢丝穿过后进行封堵的方式进行挤紧，保持绷紧力。

在上述技术方案中，本发明提供的一种轮胎带束层成型模具及成型工艺，具有以下有益效果：

聚氨酯弹性体具有良好的力学性能及抗老化性能，特别是原料可流动，使用聚氨酯类材料制造带束层可以采用模具浇注工艺，一步即可直接将所需任意厚度、任意角度、任意宽度一定的带束层成型。不需要传统工艺中的锭子房，大大简化了橡胶工艺的流程。本发明的带束层钢丝2角度在模具中已经形成，裁断的主要功能是裁切边缘，因此几乎没有废料产生。

聚氨酯天然就是一种胶黏剂，固化前原料是液体，可以直接渗透入钢丝之间的空间，大幅提高胶料和钢丝的抓着力。本发明的创新点在于以聚氨酯替代传统橡胶生产带束层，并开发了符合液体浇注的带束层模具，将带束层内部钢丝角度的形成由传统的附胶后的裁断阶段转移到附胶前的钢丝布置阶段，以上创新带来了生产成本的降低、生产效率的提高、设备投入的降低、工人操作难度的降低、占地面的降低、产品品质提升。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (5)

1.基于轮胎带束层成型模具的轮胎带束层成型工艺，其特征在于，该成型工艺主要包括以下步骤：

S1、成型模具（1）就位；

S2、钢丝（2）缠绕作业，将钢丝（2）缠绕固定于成型模具（1）上；

S3、绷紧力确定，带束层钢丝（2）缠绕完成后，需要对每根钢丝（2）进行拉紧力的统一；

S4、挤紧销的插入以及钢丝（2）的固定，钢丝（2）绷紧后需要在孔内插入挤紧销以及挤紧钢丝（2），以保持钢丝（2）的绷紧力；

S5、带束层浇注，成型模具（1）以平躺式浇注或立式浇注，且浇注原料为聚氨酯；

S6、带束层的脱模，浇注完成后，盖上顶板（103），成型模具（1）维持温度达到一定时间，利用顶出机构（3）顶出脱模；

S7、切断机裁切，脱模后，利用切断机对边缘进行裁切，完成带束层的制备

该模具包括：

模具底板（101）；

连接于所述模具底板（101）两侧的钢丝固定件（102）；

所述模具底板（101）和两侧的所述钢丝固定件（102）之间的空间被配置为浇注空间；

扣合于所述钢丝固定件（102）并封闭所述浇注空间的顶板（103）；

所述顶板（103）与所述钢丝固定件（102）的连接处具有槽；

该成型模具（1）还包括：

集成于所述模具底板（101）和顶板（103）的加热组件；

所述浇注空间内表面均喷涂特氟龙；

所述模具底板（101）侧面绘制有角度刻线（105）；

所述钢丝固定件（102）为滑动连接于所述模具底板（101）两侧的侧板；

所述模具底板（101）的两侧开设有滑动槽，所述侧板通过所述滑动槽与所述模具底板（101）形成为滑动连接；

所述侧板间隔开设有钢丝穿设孔（104）；

所述模具底板（101）与钢丝（2）接触一侧的表面预制细槽，所述钢丝（2）的两端穿过对应的所述钢丝穿设孔（104），且所述钢丝（2）沿所述细槽的开槽方向倾斜布置于所述浇注空间内。

2.根据权利要求1所述的基于轮胎带束层成型模具的轮胎带束层成型工艺，其特征在于，所述钢丝穿设孔（104）为圆孔或长圆孔或长方形槽。

3.根据权利要求1所述的基于轮胎带束层成型模具的轮胎带束层成型工艺，其特征在于，所述步骤S2中钢丝（2）缠绕为单根钢丝穿设、或定长钢丝穿设、或整根钢丝穿设。

4.根据权利要求1所述的基于轮胎带束层成型模具的轮胎带束层成型工艺，其特征在于，所述步骤S3中钢丝（2）绷紧力的确定利用拉力机、或气压绷紧测量、或音调确认拉力。

5.根据权利要求1所述的基于轮胎带束层成型模具的轮胎带束层成型工艺，其特征在于，所述步骤S6的顶出机构（3）包括与成型的带束层接触的顶出芯、以及套设在顶出芯外部并提供恢复力的弹簧气套。