轮胎硫化内模具的设计与硫化外温电磁感应加热技术的研究
随着汽车工业的不断发展，轮胎制造朝精密、高效、高性能化发展逐渐成为趋势。硫化是轮胎制造的最后一道工序，硫化效果直接影响轮胎的各项性能。当前的轮胎硫化工艺多采用胶囊进行硫化，胶囊硫化发展至今虽然在不断改进，但是胶囊膨胀不彻底、结构不对称、硫化压力低和蒸汽冷凝水沉积等问题始终无法得到有效解决，制约着轮胎向高性能方向发展。此外，传统轮胎硫化工艺的热媒介质是蒸汽、过热水，介质的热能大量耗散在运输管路中，能源利用率低，维护成本高。 本文研究内容基于高性能轮胎直压硫化技术，针对该技术的斜楔式内模具胀缩方式限制其可应用轮胎规格范围的问题，提出了一种适用于轮辋直径更小、扁平比更高的轮胎硫化内模具胀缩方式，并进行了新型内模具设计。同时，采用电磁感应加热技术替代传统工艺的热媒介质，提供轮胎硫化外温所需温度，实现轮胎硫化外温的绿色供给。本文的主要工作如下: (1)提出了“窄瓦先行，宽窄齐停”的内模具异步胀缩方式，并以205/40R17规格轮胎进行了异步胀缩内模具的设计。基于该规格轮胎断面对金属内模具进行了几何特性分析，确定了关键几何参数。设计了能够实现异步胀缩方式的内部传动机构，借助PTC Creo建立了异步胀缩内模具三维模型。进行了异步胀缩方式运动仿真和碰撞干涉检验，优化了模具结构。 (2)对硫化压力状态下的异步胀缩内模具进行了强度校核和位移分析。借助ABAQUS有限元分析软件，分析了硫化高压下的内模具应力和位移，找到了模型受力不均的原因，对模型进行了结构优化设计和改进，最终获得了满足强度要求的异步胀缩轮胎硫化内模具的设计方案。 (3)成功研制了轮胎硫化外温电磁感应加热装备。设计并制造了适用于感应加热方式的外模具及相配套的感应加热装置。设计了PLC温度控制系统，制定了电磁感应加热方案，阐述了外模具硫化温度控制方式。并通过外模具模温均匀性实验对装备进行了调试。 (4)探究了硫化外温感应加热装备的工作性能，实验对比了感应加热硫化外温工艺的优缺点。借助改造完成的硫化机，以215/75R15规格轮胎为研究对象，开展了轮胎外温均匀性实验和硫化测温实验，实验结果表明，感应加热硫化外温工艺下轮胎外温均匀性良好，各测温点升温情况与传统硫化工艺相近，满足轮胎硫化要求。分析了工艺能耗和成本，采用感应加热硫化外温工艺能耗降低81.76％，单胎硫化成本降低42.7％。
汽车轮胎硫化;内模具设计;异步胀缩方式;硫化外温;电磁感应加热
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
谭晶
2019
中文
TQ336.1
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）