轮胎直压硫化金属内模电磁感应加热系统的研究
轮胎的生产需要经历胶部件前处理、成型和硫化等多道工序，其中硫化作为轮胎生产最重要的一道工序，能够将线性大分子橡胶在一定的温度、压力条件下转变成三维网状结构，赋予橡胶实际应用所需的性能。目前轮胎行业大多依靠高弹性而低刚性的胶囊来确定轮胎的内腔轮廓，采用蒸汽或过热水作为介质为轮胎硫化提供所需压力与温度，因为胶囊的高弹性和低刚性，势必难以获得均匀的几何结构及质量分布，在硫化过程中蒸汽会产生冷凝水，冷凝水会影响整体温度场的均匀性，并且传统硫化方式一般采用过硫化的方法，即通入高于轮胎硫化温度的蒸汽，难以保证橡胶制品各部位硫化温度的一致性。 北京化工大学英蓝团队针对传统硫化的种种缺点，提出了一种利用高刚性高导热的可控伸缩金属内模替代胶囊内模，并采用电磁感应加热代替蒸汽加热的直压硫化技术。由于金属内模需要满足轮胎硫化的复杂要求，其自身结构较为复杂，导致电磁感应加热很难保证内模表面温度的均匀性，需要进一步调整感应加热系统。本文的主要工作如下: (1)针对内模表面电磁感应加热不均匀的问题，从电磁感应基础理论入手，从中找到了影响电磁感应加热均匀性的因素，并且从中筛选出导磁体与线圈绕组这两个比较容易调整的影响因素，为之后的研究提供了主要研究方向和理论支撑。 (2)运用Comsol软件对直压硫化电磁感应加热装备的温度与磁场分布进行了分析，找到了电磁感应加热升温过程中内模表面温度过高和过低的部位，根据电磁感应加热原理分析了造成这一现象的原因。以仿真结果为基础，从导磁体和线圈绕组两个方面入手，建立了不同导磁体长度、不同线圈绕组布线方式和线圈绕组布线位置的仿真模型。通过仿真结果的对比找到了调整导磁体与线圈绕组参数对内模表面温度场的影响，并且通过不断调整参数和仿真对比确定了线圈和导磁体的最佳参数所在范围。 (3)搭建了电磁感应加热试验平台，通过试验验证了仿真结果的可靠性。根据感应加热升温过程的试验结果对导磁体和线圈绕组的参数做了进一步的调整，使得内模表面电磁感应加热更加均匀。试验过程中出现了导磁体铁损问题，为了解决导磁体铁损问题提高导磁体的使用寿命，本文通过增加导磁体截面尺寸成功解决了铁损问题，提高了试验所得参数的实际应用价值。 (4)通过闭环控制将升温阶段结束后的内模控制在最佳硫化温度区间内，保证胎胚能够顺利硫化。在温度维持阶段发现鼓瓦两端温度相较于升温阶段下降明显，根据热传递相关理论分析了造成鼓瓦两端温度下降的原因，并且进一步调整了导磁体和线圈绕组的参数，使鼓瓦表面在温度维持阶段依然能够保持温度的均匀性。在硫化过程中为防止宽瓦与窄瓦的磁场相互干扰，一般采用交替加热的方式进行电磁感应加热，为了验证所得参数能够适应交替加热的方式，本文设计了宽窄瓦交替加热试验，通过试验验证了所得参数的可靠性和稳定性。
轮胎生产;直压硫化;金属内模;电磁感应加热
北京化工大学
硕士
机械
焦志伟;王生全
2023
中文
TQ336.1
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）