工程機(jī)械斜交輪胎硫化膠囊早期損壞的原因分析及改善措施

賈永軍，王勝利，楊 燕

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

近年來，輪胎已經(jīng)由斜交輪胎向子午線輪胎方向發(fā)展，但就非公路使用的工程機(jī)械輪胎而言，工程機(jī)械斜交輪胎仍是行業(yè)主流產(chǎn)品[1]。目前，國內(nèi)工程機(jī)械輪胎的子午化率還不到1/2，工程機(jī)械斜交輪胎性價(jià)比還有一定的競(jìng)爭(zhēng)力[2-4]。隨著國內(nèi)工程機(jī)械輪胎市場(chǎng)需求結(jié)構(gòu)升級(jí)，工程機(jī)械子午線輪胎需求增加，工程機(jī)械斜交輪胎總產(chǎn)能逐漸減小，成本壓力劇增，降本增效要求進(jìn)一步凸顯。

輪胎硫化工序最大的生產(chǎn)消耗來自硫化膠囊，硫化膠囊成本直接影響輪胎的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，硫化膠囊早期損壞極易導(dǎo)致輪胎在硫化過程中因高溫高壓循環(huán)水沖破膠囊薄弱位置從而形成廢胎，造成更大的損失[5-7]。

由于斜交輪胎與子午線輪胎的硫化膠囊早期損壞模式差異顯著，本工作針對(duì)工程機(jī)械斜交輪胎硫化膠囊的早期損壞形式和原因進(jìn)行探討，并提出改善措施。對(duì)于硫化膠囊選型和壓縮比不當(dāng)、氧化、定型套筒擠傷、隔離劑噴涂不當(dāng)導(dǎo)致其與外胎粘連等損壞形式[8]不在本工作研究范疇。

1 工程機(jī)械斜交輪胎硫化膠囊早期損壞特征

工程機(jī)械斜交輪胎的生產(chǎn)工藝具有特殊性，胎坯呈筒狀決定了其硫化膠囊也基本呈筒狀（見圖1），與全鋼工程機(jī)械子午線輪胎的硫化膠囊（見圖2）有顯著區(qū)別，但在輪胎硫化時(shí)，硫化膠囊伸展后二者形狀又基本一致。這種現(xiàn)象導(dǎo)致工程機(jī)械斜交輪胎硫化膠囊的橫向拉伸比例遠(yuǎn)高于全鋼工程機(jī)械子午線輪胎硫化膠囊，雖然在硫化膠囊選型時(shí)可以在一定范圍內(nèi)進(jìn)行優(yōu)化，但總體拉伸比例仍然較大，易導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生。

圖1 工程機(jī)械斜交輪胎B型硫化膠囊

圖2 全鋼工程機(jī)械子午線輪胎B型硫化膠囊

工程機(jī)械斜交輪胎硫化膠囊的早期損壞除去氧化、擠傷等常見形式以外，約80%表現(xiàn)為硫化膠囊根部（囊根）及附近部位開裂，主要損壞部位集中在囊根、膠囊夾環(huán)與鋼棱圈配合線位置、鋼棱圈與胎圈配合部位和下夾環(huán)部位，如圖3和4所示。

圖3 囊根上部主要缺陷點(diǎn)分布

圖4 囊根下部主要缺陷點(diǎn)分布

2 硫化膠囊早期損壞的原因分析及改善措施

2.1 囊根裂口

2.1.1 大尺寸規(guī)則裂口

囊根轉(zhuǎn)折部位周向出現(xiàn)較大長度的開裂缺陷，損壞情況如圖5所示。

圖5 囊根規(guī)則裂口

2.1.1 .1 原因分析

（1）囊根部位壓縮比過大，從而發(fā)生局部過度壓縮破壞。

（2）膠囊夾環(huán)棱角倒角不足或長期使用產(chǎn)生的銹蝕導(dǎo)致夾環(huán)相鄰位置低洼、有異常凸起（見圖6），造成硫化膠囊損傷，在其反復(fù)伸縮后裂口逐步擴(kuò)大。因銹蝕導(dǎo)致的夾環(huán)異常凸起常見于上下夾環(huán)對(duì)應(yīng)的囊根位置，因壓合緊密導(dǎo)致隔離劑和水汽難以到達(dá)該位置，而其外側(cè)容易接觸隔離劑和水汽，長期使用后夾環(huán)逐漸銹蝕造成囊根部位下陷。

圖6 夾環(huán)異常凸起

2.1.1 .2 改善措施

（1）根據(jù)硫化膠囊組裝部位各點(diǎn)的壓縮比和廠家給出的參考指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到合理壓縮比。

（2）對(duì)夾環(huán)、卡盤對(duì)應(yīng)囊根位置進(jìn)行檢查，調(diào)整夾環(huán)棱角倒角半徑，對(duì)局部凸起部位進(jìn)行打磨拋光（見圖7）。拋光后需對(duì)該部位壓縮比進(jìn)行核算，確保壓縮比在合適區(qū)間（一般為10%～15%），以避免硫化膠囊發(fā)生脫出風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 異常凸起部位拋光

2.1.2 小范圍不規(guī)則裂口

囊根局部出現(xiàn)較小范圍開裂，并伴有不規(guī)則裂口。

2.1.2 .1 原因分析

（1）在注塑過程中局部膠料融合異常，在較大變形下膠料間結(jié)合力不足導(dǎo)致囊根撕裂。

（2）硫化膠囊加工工藝導(dǎo)致。如注塑口設(shè)計(jì)不良導(dǎo)致注塑口位置膠料分布不均勻、性能不一致，如圖8所示。

2.1.2 .2 改善措施

（1）通知硫化膠囊廠家改進(jìn)模具，改善膠料分布的均勻性。

（2）對(duì)注塑口位置進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，避免在囊根拉伸較大的部位設(shè)計(jì)注塑口，確保膠料分布均勻。

2.2 膠囊夾環(huán)部位裂口

膠囊夾環(huán)與鋼棱圈配合線位置出現(xiàn)沿線方向開裂，在反復(fù)彎折后裂口擴(kuò)大導(dǎo)致硫化膠囊報(bào)廢。常見損壞形式為周向均布裂口和周向零散裂口兩種。

2.2.1 周向均布裂口

周向均布裂口分布在夾環(huán)排氣線位置，與排氣線一一對(duì)應(yīng)，如圖9所示。

圖9 夾環(huán)排氣線位置損傷

2.2.1 .1 原因分析

夾環(huán)排氣槽寬度過大、排氣槽與硫化膠囊相接處未進(jìn)行倒角處理。

2.2.1 .2 改善措施

（1）對(duì)夾環(huán)排氣線與硫化膠囊接觸位置進(jìn)行拋光處理，消除尖銳部位。

（2）與模具研發(fā)部門合作，在夾環(huán)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)增加打磨處理要求。

2.2.2 周向零散裂口

硫化膠囊無規(guī)則損傷沿夾環(huán)外緣周向分布，但開裂方向與夾環(huán)邊緣嚴(yán)格對(duì)應(yīng)，如圖10所示。

圖10 夾環(huán)周向零散裂口

2.2.2 .1 原因分析

（1）夾環(huán)與鋼棱圈配合不佳，造成二者高低錯(cuò)位（見圖11）；硫化膠囊相鄰部位出現(xiàn)不同的壓縮變形，在結(jié)合部位形成臺(tái)階，導(dǎo)致硫化膠囊頸部厚度突變（見圖12）；臺(tái)階過高時(shí)會(huì)造成結(jié)合面開裂（見圖13）。

圖11 夾環(huán)與鋼棱圈高低錯(cuò)位

圖12 硫化膠囊頸部厚度突變

圖13 結(jié)合面開裂

（2）因砸傷、過度磨損等因素導(dǎo)致鋼棱圈與硫化膠囊接觸面鋒利，刺傷硫化膠囊，如圖14和15所示。

圖14 鋼棱圈與硫化膠囊接觸面鋒利

圖15 鋼棱圈毛刺

2.2.2 .2 改善措施

（1）配合研發(fā)部門重新設(shè)計(jì)鋼棱圈以達(dá)到夾環(huán)與鋼棱圈配合面平滑過渡，消除錯(cuò)位現(xiàn)象；在短期無法調(diào)整鋼棱圈設(shè)計(jì)的情況下，對(duì)相對(duì)凸出的夾環(huán)或鋼棱圈部位打磨拋光，避免硫化膠囊結(jié)合部位出現(xiàn)接近直角的臺(tái)階，從而實(shí)現(xiàn)平滑過渡。

（2）仔細(xì)檢查鋼棱圈有無砸傷、銹蝕導(dǎo)致的局部尖銳凸出，對(duì)尖銳部位進(jìn)行打磨處理。

2.3 鋼棱圈與胎圈配合部位裂口

鋼棱圈與胎圈配合部位裂口基本呈整周分布，一般開裂情況相對(duì)較輕。

2.3.1 原因分析

工程機(jī)械斜交輪胎部分規(guī)格胎圈采用單、雙鋼絲圈通用設(shè)計(jì)。在生產(chǎn)雙鋼絲圈產(chǎn)品時(shí)，胎圈部位膠料飽滿，硫化膠囊伸張正常。在生產(chǎn)單鋼絲圈產(chǎn)品時(shí)，胎圈部位膠料相對(duì)較少，在內(nèi)壓作用下，硫化膠囊在該部位產(chǎn)生反向彎折（見圖16），形成整周的折痕，反復(fù)彎折后產(chǎn)生連貫的周向裂口（見圖17）。

圖16 硫化膠囊反向彎折

圖17 硫化膠囊周向連貫開裂

2.3.2 改善措施

增大鋼棱圈與胎圈配合部位倒角，在生產(chǎn)單鋼絲圈產(chǎn)品時(shí)使硫化膠囊在配合部位平滑過渡，從而減輕開裂現(xiàn)象。

2.4 下夾環(huán)部位硫化膠囊周向裂口

硫化膠囊上下夾環(huán)部位的工作環(huán)境差別較顯著，下夾環(huán)部位硫化膠囊易出現(xiàn)較典型的缺陷，主要表現(xiàn)為排氣孔損傷（見圖18）和排氣槽損傷（見圖19）。這兩種損傷均能直觀地識(shí)別且易于控制。

圖18 排氣孔損傷

圖19 排氣槽損傷

2.4.1 原因分析

（1）排氣孔損傷原因?yàn)椋号艢饪字睆捷^大，輪胎硫化過程中硫化膠囊在內(nèi)壓作用下局部進(jìn)入排氣孔內(nèi)，由于排氣孔邊緣沒有進(jìn)行倒角設(shè)計(jì)從而形成環(huán)形切割，造成硫化膠囊局部開裂，反復(fù)拉伸后裂口擴(kuò)大。

（2）排氣槽損傷原因?yàn)椋涵h(huán)形排氣槽加工完成后未進(jìn)行倒角處理或倒角較小，長時(shí)間使用后出現(xiàn)銹蝕導(dǎo)致其更加尖銳，造成硫化膠囊環(huán)形切傷。

2.4.2 改善措施

（1）使用Φ8麻花鉆對(duì)排氣孔進(jìn)行鈍化處理，利用麻花鉆頭部120°部位對(duì)排氣孔進(jìn)行切削，在排氣孔與硫化膠囊接觸位置形成錐形孔，再對(duì)錐形孔進(jìn)行適當(dāng)打磨消除尖銳部位，如圖20所示。

圖20 排氣孔改善

（2）對(duì)排氣槽棱角采用打磨等方法進(jìn)行鈍化處理。

3 結(jié)語

工程機(jī)械斜交輪胎硫化膠囊早期損壞的原因主要為生產(chǎn)設(shè)備較為老舊、卡盤和夾環(huán)等銹蝕老化明顯、維護(hù)不夠充分。受制于資金投入等因素，加上設(shè)計(jì)不夠合理等深層次問題，硫化膠囊早期損壞頻發(fā)。采用本工作改善措施，可以在不增加明顯投資的情況下，通過適當(dāng)?shù)淖灾骶S護(hù)即可有效控制硫化膠囊早期損傷，延長硫化膠囊使用壽命，為企業(yè)提升質(zhì)量、降低成本做出貢獻(xiàn)。