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轮胎节能硫化与精密成型工艺及装备的研究

李博  
【摘要】:精密、智能和节能是轮胎工业未来的发展方向。硫化作为轮胎制造最为重要的工序之一,对轮胎性能好坏有着决定性作用。在胶囊硫化工艺中,结构上存在胶囊膨胀不对称等问题导致轮胎内轮廓成型精度低;在控温方面,上、下胎侧位置存在温度差异,上、下硫化程度不同降低了轮胎制品的均一性和平衡性能,最终影响轮胎的使用性能和使用寿命。此外,硫化是轮胎生产过程中耗能最大的工序之一。大量的热量耗散在硫化介质的输送过程中,使用环节热利用率低下,热量损失大大增加了轮胎的生产成本。利用刚性金属内模具替代中心机构的胶囊并采用电磁感应加热的轮胎直压硫化机构,在精密成型轮胎内轮廓和节能方面取得一定成果。然而,轮胎直压硫化技术由于没有相匹配的轮胎硫化机,无法形成系统的轮胎直压硫化体系,为直压硫化的发展造成了很大的障碍。本文基于轮胎直压硫化的基本原理及其工艺特点,提出了一种新结构轮胎直压定型硫化机。新结构硫化机采用金属外模和金属内模以分别加压的方式进行锁模,保证了硫化压力的可控性;将电磁感应技术应用在轮胎硫化机所有的加热部件上,摒弃介质的轮胎硫化加热方式,实现轮胎硫化机硫化温度的绿色供给。结合轮胎硫化机的工作原理,设计了伺服控制的液压系统,与厂家合作共同设计了新结构硫化机的控制系统及操作界面。(1)分析了直压硫化工艺及装备的发展现状,从成型顺序、压力控制、结构强度和辅机装备等方面详细阐述了现有刚性金属内模直接应用在传统硫化机上引发的问题。提出两个解决方案中,压力锁模方案较好,将在新机上应用。(2)创新提出框架—立柱式新结构轮胎硫化机,根据国家相应标准确定了驱动方式、加热结构、硫化温度控制方法、模型数量、热罩直径等轮胎硫化机的主要参数。运用有限元分析软件ABAQUS进行了新结构轮胎硫化机整机结构的静力学强度分析,校核各零件的结构强度,利用多步分析模块验证了用于内模锁模的力并不影响外模的锁模效果,证实结构设计的合理性。最后,利用UG完成了新结构轮胎硫化机的三维造型及工程图纸的绘制。(3)成功研制了整机电磁感应加热装置。根据硫化机热板、模套和金属内模各自的结构特点,设计相匹配的电磁感应加热方案,利用实验对各零件的温升情况、温度均匀性能、温度分布和节能效果进行了研究,分析发现电磁感应加热不仅具有加热快,节能等优势,通过合理设置加热单元电感量、加热单元布置位置,可以得到不同的温度分布情况。根据硫化过程热量需求分布,优化设计方案,提高电磁感应加热的热利用率。(4)设计了轮胎直压硫化机泵控伺服控制液压系统,提升新结构轮胎硫化机的动作精度。同时,由于硫化工艺步序及加热工艺控制的变化,与外协合作设计了新结构轮胎定型硫化机的控制系统,并根据现有轮胎直压硫化工艺特点,完成人机交互界面的改造。


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