活络模硫化轮胎沟底胶边的产生原因及改善措施

蔡林峰，王剑波，汪鸿祥

（中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310018）

随着轮胎行业的不断发展，轮胎的外观品质越来越受到市场的关注[1-3]，而在轮胎的各类外观病疵中，胶边问题尤为常见。本工作以我公司产生沟底胶边问题的235/50R19 SU318a产品为例，分析胶边问题产生的原因并提出改善措施。

1 胶边形成机理

胶边指的是在轮胎表面的各个部位出现不符合设计要求的一定高度和厚度的胶片。这些胶片产生的位置通常是在模具型腔各部件拼接面，因此可以推测胶边产生的最直接原因是胶料进入了型腔各部件之间的缝隙[4-6]。

胶料进入型腔各部件缝隙分以下两种情况：（1）模具型腔部件之间缝隙过大，胎坯表面胶料硫化时加热软化，进入缝隙处而形成胶片，俗称溢胶；（2）型腔部件之间缝隙的精度符合要求，但在模具闭合前，胎坯表面的胶料因刮擦等原因提前进入型腔各部件拼接缝隙面，俗称咬胶。

半钢轮胎活络模具花纹部位采用的是铝合金AC7A[7]。新模具到厂时，由于各种原因会发生咬胶现象，一旦处理不及时，胶料杂质会粘附在模具部件的拼接面，长时间反复硫化加热后，胶料杂质碳化变硬，导致铝合金变形。经过清洗，去除碳化杂质后，模具即发生变形，从而形成溢胶。因此咬胶和溢胶两种现象往往相伴而生[8-9]。

2 原因分析

根据胶边的形成机理，以我公司235/50R19 SU318a产品为例，分析花纹沟底胶边（见图1）产生的可能原因如下。

图1 花纹沟底胶边

（1）模具拼接面处花纹筋发生变形，有较大缝隙，胶料进入缝隙而形成溢胶。

（2）模具拼接面处，2个花纹块合紧之前，胎坯胶料被刮擦而进入缝隙形成咬胶。

将问题模具的8个花纹块放入标准工装中进行缝隙检测（见图2）。8个花纹筋缝隙检测值分别为0.10，0.15，0.21，0.06，0.05，0.08，0.09和0.05 mm，其标准要求不大于0.05 mm。由此可见模具已经发生变形，因此形成了溢胶。经过对变形模具的修复，重新进行轮胎硫化，沟底出现更薄但更高的胶边（见图3），初步判定为咬胶所致。

图2 花纹筋头部缝隙检测

图3 沟底薄胶边

对修复的模具进行胎坯合模咬合试验，保持常规的硫化步骤，模具合紧后马上打开模具，确认胎坯表面状态（见图4）。从图4可以看到非常明显的刮擦痕迹和咬合的胶料，刮擦下来的胶料在模具合紧前进入花纹筋拼接面而形成了沟底胶边，因此可确定模具修复后出现的沟底胶边是咬胶所致。

图4 胎坯咬合试验表面状态

由于合模瞬间，模具已经合紧，无法在此状态下测量胎坯周长，因此需在硫化定型阶段对其进行测量，并与模具花纹筋底部的周长进行对比。问题模具的尺寸和硫化胎坯在标准定型压力下的胎坯周长如图5所示，模具花纹沟底直径（B）为698 mm，胎坯直径（A）为694.4 mm，即B＞A。该规格模具定型阶段不会发生胎坯与模具刮擦问题，这与胎坯合模咬合试验结论不符。

图5 模具尺寸和标准定型压力下的胎坯周长

分析试验过程，造成该结果的只可能是在胎坯定型阶段（胎坯周长测量时）到模具合紧阶段（咬合胶料发生时），胎坯表面发生了变化即胎坯定型发生偏歪或胎坯周长增大。根据实际轮胎情况，每个拼接面都产生了沟底胶边，因此可排除胎坯定型偏歪。

导致胎坯外周长增大的原因是胎坯内部的压力增大。首先确认硫化机常规定型压力曲线（见图6），可知定型压力无异常。其次确认定型压力检测位置，定性压力管道如图7所示，常规设备压力检测位置在检测点B处，但由于单向阀的原因，检测点B的测试值无法直接反映胎坯内部的定型压力值，即胶囊内部压力异常增大时无法及时反馈至检测点B。针对这种情况，将检测位置调整至检测点A，再次确认定型压力曲线（见图8），可以看到实际压力值在常规标准值的2倍以上。

图6 常规定型压力曲线

图7 定型压力管道示意

图8 检测位置调整后的定型压力曲线

结合图5可以看出，合模过程中模具首先碰到胎坯的上下钢丝圈导致胎坯被压缩，其内部气体由于单向阀的原因无法排出，从而造成压力增大。压力增大时，由于上下侧板束缚住胎坯侧面，花纹块与胎面之间还有间隙，胎坯只能向直径方向增大，最终造成合模瞬间胎面咬胶。

3 改善措施

在合模过程中解决胎坯周长异常增大问题须控制胎坯内部的定型压力。目前采用的主要方法是对硫化机进行改造，将单向阀结构改为切断阀，在模具合紧前，切断阀一直处于开启状态，能够始终保持压力平衡。一旦模具合紧后，切断阀关闭，此时胎坯内部压力增大对沟底胶边已无影响。

硫化机改造后定型压力曲线如图9所示，定型压力符合要求，其中圆圈内压力曲线凸起回落是由于传感器信号滞后所致，部分敏感产品可在模具合至底部时暂停2～3 s，防止胎坯轻微增大而引起的咬胶。硫化机改造后生产的轮胎沟底无胶边（如图10所示）。

图9 硫化机改造后的定型压力曲线

图10 硫化机改造后生产的无沟底胶边轮胎

除了控制胎坯周长和设备定型压力精度外，还可以从模具的角度解决沟底咬胶问题，即在花纹筋拼接处设置防咬胶结构（如图11所示），即使胎坯过大也可防止咬胶。

图11 花纹筋的防咬胶结构示意

设置防咬胶结构装置前后生产的轮胎如图12所示。此种改善方式效果明显，优点是不调整现有设备和控制工艺就可以防止沟底胶边的产生；缺点是轮胎外观产生差异，外观如有要求则无法实施。该结构容易被理解成轮胎磨耗标记，因此其深度不得超过1.6 mm，国家标准规定轮胎磨耗标记尺寸为1.6～2.2 mm[10]。解决沟底溢胶只需保证模具精度即可。

图12 设置防咬胶结构前（左）后（右）生产的轮胎

4 结论

（1）模具花纹筋头部变形，造成缝隙过大是花纹沟底溢胶的主要原因；胎坯直径（周长）与模具花纹筋直径干涉是造成花纹沟底咬胶的直接原因。控制模具花纹筋的缝隙精度可减少胶边产生。

（2）硫化机定型压力影响胎坯周长，硫化机定型压力控制设备和压力检测部位影响胎坯周长的控制精度；将硫化机单向阀改为切断阀可保持硫化压力平衡，减少胶边。

（3）在模具花纹筋上设置防咬胶结构可有效杜绝沟底胶边，但根据各轮胎企业外观要求，有使用限制。