（化工过程机械专业论文）三工位注射轮胎设备的设计研究.pdf

青岛科技人学研究生学位论文 m i i i i i i i i il l l l l l l l l l l l l l l ll l l l l l l l l l l l l lill y 17 4 0 4 10 。 三工位注射轮胎设备的设计与研究 摘要 由于我国现代化步伐的飞速前进，汽车产业的迅速发展，现在越来越需要大量 高质量的轮胎。而拥有高质量的轮胎成型硫化设备才能保证高质量轮胎的生产，即 轮胎成型硫化设备的水平决定着轮胎生产的水平。当今社会主要的轮胎成型的方法 有缠绕法、模压法、离心浇铸聚氨酯法等。但这些设备和成型方法仍存在一些亟待 解决的问题：第一缠绕法和模压法都属于一种将预先制好的胶片进行贴合的工艺， 其使用设备多、消耗能量大，制造工艺复杂、且制品胶层之间致密性差，易出现脱 层现象，胎冠使用寿命短；二是因材料的特殊性聚氨酯轮胎内生热现象严重且不易 导热，并且其抗拉伸、抗撕裂、耐磨性和抗滑性能差，由于这些不足的存在，阻碍 了聚氨酯轮胎的进一步推广。 本设计深入研究了各种轮胎成型设备的性能和特点，结合青岛科技大学高分子 加工机械研究所现有的专利和技术，全新设计了三工位一步法注射轮胎成型硫化机 组。以此使轮胎制品拥有“高质、高效、低成本、低能耗的优势，从而进一步满 足了市场的需求。本文的主要研究成果如下： ( 1 ) 首次将一步法注射技术应用于注射轮胎胎冠，大幅度提高轮胎的表面质量 和整体胎体的使用寿命，从而提高了轮胎的整体性能和生产效率。 ( 2 ) 注射轮胎成型硫化机组具有三工位一体式结构，整套设备可以在三工位同 时进行注射、硫化和脱模等工作，极大的提高了生产效率，实现了连续化生产。并 且可以在不超过设计的锁模力下更换不同的模具，可以应用在大、中、小型模具的 注射成型硫化。 ( 3 ) 在本次设计开放式轴承座和弹簧缓冲装置，提高了压力传感器的可靠性和 控制精度，解决了电动螺旋锁模机构偶尔卡死时无法卸载的难题。 ( 4 ) 注射口开在专门的流道板上，故而整个压合力均作用在流道板上，而流道 板通向下模的方向又是向上的，这样解决了传统注射口开在模具上模具容易移位的 问题，从而使得在合模时不会造成合模力偏心。注射口下移到单独的流道板可以使 胶料在模具中自下而上流动，从而避免偏心和漏胶。 ( 5 ) 轮胎顶出装置采用了机械传动和电磁传动相结合的方式，开创了硫化机历 三t 位注射轮胎设备的设计j 研究 史上的先河。通过电磁离合器的采用可以使得顶出电机和上面的合模电机独立工作， 效率更高，且操作更加简便。 ( 6 ) 设计了三工位的横向移动装置，采用了高精度滚珠丝杠导轨副、齿轮齿条 作为传动装置，确保注射装置在移动中能够实现高精度的可靠定位。 ( 7 ) 本次设计中采用了先进的传感技术。压力传感器可以准确的控制注射压力， 压合力和锁模吨位，提高精度，进而提高轮胎整体的质量。 ( 8 ) 运用传统设计、三维造型设计和三维过程模拟、有限元分析相结合的方式， 从而减少了设计制造时间、降低了成本、可提前对样机先评估，为产品的开发提供 了检验手段。 总之，三工位一步法注射轮胎成型硫化机组属于轮胎制造行业内首次创新设计， 在设备方面具有：生产效率高，工作精度高，生产连续化、操作自动化的特点；在 制成品方面具有：轮胎整体胶料结合更加致密，轮胎整体寿命大幅度提高。因而本 次设计具有当今社会成型轮胎设备所不具备的多种优点，具有明显的创新性。 关键词：三工位注射轮胎一步法注射硫化机组设计研究过程模拟 青岛科技人学研究生学位论文 t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho ft h r e e s t a t i o n i n j e c t l 0 nt i r e a b s t r a c t b e c a u s et h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e ms o c i e t yi ss or a p i d ，t h ec a ri n d u s t r yh a s g r o w ns ol a r g e s ot h er e q u i r e m e n to ft h et i r eh a sb e c o m em o r ea n dm o r ea n dt h en e e do f i t sq u a l i t yb e c o m eh i g h e ra n dh i g h e r s ow em u s th a v et h et h eh i g h - q u a l i t yv u l c a n i z e d r u b b e rm o l d i n ge q u i p m e n tt og u a r a n t e et h eh i g h q u a l i t yt i r e i no t h e rw o r d s ，t h el e v e lo f t h ev u l c a n i z e dr u b b e rm o l d i n ge q u i p m e n ti sc o n t r o l i n gt h el e v e lo ft h et i r ep r o d u c t i o n t h e r ea r et h r e em a i nm e t h o d sa tp r e s e n t ，i n c l u d i n g w i n d i n g ，m o l d i n g ，c e n t r i f u g a lc a s t i n g m e t h o d m e t h o da n ds oo n h o w e v e r , t h e s em e t h o d ss t i l lh a v es om a n y p r o b l e m s ，f i r s t l y , b o t hw i n d i n ga n dm o l d i n gm e t h o d si sak i n do fp r o c e d u r ew h i c hj o i nt h et i r ea n dt h e p r e p a r e dr u b b e rs h e e tt o g e t h e r t h e s et e c h n i c su s eal o to fe q u i p m e n t s ，c o s tal a r g e a m o u n to fe n e r g ya n du s es u c hc o m p l e x e dm a n u f a c t u r ep r o c e d u r e t h ec o m p a c t n e s s b e t w e e nr u b b e rl a y e r si sn o tt i g h t ，, s ot h el a y e r su s u a l l yf a l lo f fv e r ye a s i l yw h e nt h et i r e w o r k i n g s e c o n d l y , b e c a u s eo n l yt h es p e c i a lm a t e r i a lc a ns u i tt h ec e n t r i f u g a lc a s t i n g ，a n d t h i sm a t e r i a ls t r e t c hr e s i s t a n c e ，t e a rr e s i s t a n c e ，a b r a s i v er e s i s t a n c e ，s k i dr e s i s t a n c ei s r e l a t i v e l yp o o r a l lt h e s ed i s a d v a n t a g e sp r e v e n tt h ed e v e l o p m e n to ft h ec e n t r i f u g a l c a s t i n g i no r d e rt oa d a p tt ot h em a r k e tw h i c hr e q u i r e sh i g hq u a l i t y , h i g he f f i c i e n c y , l o wc o s t ， l o wp o w e rf o r t h e t i r e t h i st h e s i sr e s e a r c h e s d e e e p l ya b o u tt h ec h a r a c t e r i s t i ca n d p e r f o r m a n c eo fa l lk i n d so ft i r ev u l c a n i z a t i o nm o l d i n ge q u i p m e n t a f t e rt h a t ，w ec o m b i n e t h a tw i t ht h ep a t e n ta n dt e c h n o l o g yo fq i n gd a ou n i v e r s i t ys c i e n c e & t e c h n o l o g y s m a c r o m o l e c u l em e c h a n i cr e s e a r c hc e n t e r t h e nw ed e s i g nt h en e wt h r e es t a t i o n so n es t e p i n j e c t i o nm o l d i n gv u l c a n i z a t i o n t h em a i na c h i e v e m e n to ft h i sp a p e ra r ea s b e l o w ： ( 1 ) o n e s t e pi n j e c t i o nm o l d i n gt e c h n i q u ei su s e di nt h ei n j e c t i o nt i r ef o rt h ef i r s tt i m e w h i c hi m p r o v e st h eq u a l i t yo ft h et i r es u r f a c ea n dt h et h ew h o l et i r e s ot h i sm e t h o d i m p r o v e sw h o l ep e r f o r m a n c ea n dr u n n i n ge f f i c i e n c yo ft h es y s t e mg r e a t l y ( 2 ) t h a n k st ot h et h r e e - s t a t i o ni n t e g r a ls t r u c t u r e ，t h ew h o l ee q u i p m e n tn o to n l y s t r e s s e sr a t i o n a l l y , d e f o r m sl i t t l eb u ta l s oh a sh i g h l yw o r k i n gp r e c i s i o n ，c o m p a c ts t r u c t u r e l r i 三t 位注射轮胎设备的设计与研究 a n ds m a l lo c c u p a t i o na r e a t h i se q u i p m e n tc a na p p l i e df o r t h es m a l l ，m e d i u m ，b i gp r o d u c t a tt h es a m et i m e i tc a ni n j e c t i o n ，v u l c a n i z a t i o nm o l du p l o a d i n ga tt h r e es t a t i o n s oi t s c h a r a c t e r i s t i ci sc o n t i n u o u sp r o d u c t i o na n da u t o m a t i o n ( 3 ) t h ed e s i g no ft h eo p e nb e a t i n gc h o c ka n dt h es p r i n gb u f f e r t h ep r e s s u r e s e n s o r s sc o n t r o la n dt h er e l i a b i l i t yh a sb e e ni n c r e a s e da n dt h ep r o b l e mo fu n a b l e u n l o a d i n gw h e nt h ee l e c t r i c a ls p i r a ld a m p i n gd e v i c ei sj a m m e da c c i d e n t a l l yh a sb e e n s o l v e db e c a u s eo ft h ed e s i g no ft h eo p e nb e a r i n gc h o c ka n dt h es p r i n gb u f f e r ( 4 ) t h ei n j e c t i o nh o l ei ss e t t e di nt h es p e c i a lp l a t e ，s ot h ew h o l ep r e s sa c to n t h ep l a t e ， t h ef l u e n to ft h er u b b e rf r o mt h ep l a t eu pt ot h el o w e rp l a t e t h i sd e s i g ns o l v e st h e p r o b l e mo ft h ef o r c eo ft h et o o l i n gp r o b l e mw h i c hm a d et h et o o l i n gm o v es o t h a t c i r c u m f e r e n c ef o r c eb e c o m ee q u a l i t y t h i sm e t h o dm a d et h er u b b e rf l o wf r o mt h e d o w n w a r dt ot h et o pf r e e l yi n c a s ee c c e n t r i cl e a kr u b b e r ( 5 ) t h ee q u i p m e n to fk n o c k i n go u tc o m b i n e dt h em e c h a n i ca n de l e c t r o m a g n e t i s m w h i c hi st o t a l l yn e w v i am a g n e t i cc l u t c hm a d et h et o pm o t o ra n dl o w e rm o t o ro p e r a t e s e p a r a t e l y , 8 0t h ew h o l em a c h i n eb e c o m em o r ee f f i c i e n c ya n do p e r a t ef r e e l y ( 6 ) id e s i g n e dt h r e es t a t i o mm o v e m e n te q u i p m e n tw h i c hu s eh i g hp r e c i s e b a l l s c r e w p i n i o na n dr a c kt om a k e s u r et h em a c h i n ec a nl o c a t e di t s e l fp r e c i s e l y ( 7 ) t h em a c h i n eu s e sa d v a n c e dd i g i t a ls e n s i n gt e c h n o l o g yw h i c hc a n c o n t r o li n j e c t p r e s s u r ef o r c e ，c l a m pf o r c e ，a n di ti m p r o v et h ep r e c i s eo ft h em a c h i n ea n dm a d et h et i m e p e r f e c t ( 8 ) t h et r a d i t i o n a ld e s i g nm e t h o d ，t h r e e - d i m e n s i o n a lf o r m i n gd e s i g na n dt o g e t h e r w i t ht h r e e - d i m e n s i o n a lp r o c e s ss i m u l a t i o ni su s e di nt h i sp a p e r , c u t so f ft h et i m eo ft h e d e s i g n ，l o w e rt h ec o s t ，w ec a ne v a l u a t i o nt h ep r o d u c tb e f o r ew e m a d ei t ，t h i st e c h n o l o g y c a n p r o v i d et h em e a s u r eo f e x a m i n e i ns u m m a r y , t h e r ea r es om a n ya d v a n t a g e si nt h et h r e e - s t a t i o ni n j e c t i o nt i r em o l d i n g 青岛科技人学研究生学位论文 目录 1 绪论1 1 1 本课题研究目的与意义1 1 1 1 课题研究的来源1 1 1 2 本设计研究的意义2 1 1 3 课题的应用前景3 1 2 注射轮胎成型技术的进步与发展5 1 2 1 模压法成型轮胎5 1 2 2 缠绕法成型轮胎5 1 2 3 聚氨酯浇注法成型轮胎6 1 2 4 一步法注射成犁轮胎8 1 3 本此设计所涉及的内容9 1 3 1 各个章节的安排9 1 3 2 本文的创新点1 0 2 三工位一步法注射轮胎的相关理论研究1 2 2 1 一步法注射成型装置的理论研究1 2 2 1 1 一步法注射成型技术与装置1 2 2 1 2 一步法注射成型技术的特点1 3 2 1 3 一步法注射成犁装置的实验研究1 5 2 1 3 1 一步法注射成型原理在薄肇空心制品中应用的验证试验与研究1 5 2 1 3 2 一步法注射原理在细长制品中的试验验证1 8 2 1 3 3 一步法注射成型技术基本的理论研究结论2 0 2 2 电动螺旋注射轮胎锁模装置的研究一2 2 2 2 1 锁模装置鳋基本的要求2 2 2 2 2 电动螺旋锁模装置的主要结构及运行原理2 2 2 2 3 电动螺旋注射轮胎锁模原理在应用中的验证2 3 2 2 3 1 背景2 3 2 - 2 3 2 试验设备机台的结构2 3 2 。2 3 3 实验得出的主要结论2 4 2 2 4 电动螺旋锁模装置研究的基本结论2 4 2 3 本章小结2 5 3 三工位一步法注射轮胎硫化机组的理论分析以及模型的建立2 6 3 1 一步法注射技术的理论分析与数学推倒2 6 3 1 1 注射功率的数学模型的建立2 6 3 2 电动螺旋注射轮胎硫化装置的设计原理及相关数学模型的建立3 4 3 2 1 电动螺旋硫化装置的锁模理论3 4 v 三丁位注射轮胎设备的设计j 研究 3 2 2 电动螺旋注射轮胎锁模装置功率模型的建立及求解3 6 3 2 3 脱模机构的设计3 9 4 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的结构设计及分析4 3 4 1 一步法注射装置的结构设计4 3 4 1 1 螺杆的结构设计4 3 4 1 2 机筒的结构设计5 6 4 1 3 一步发注射机头的设计5 9 4 1 4 螺旋啮合喂料装置的结构设计6 0 4 1 5 传动装置的结构设计6 4 4 1 6 注射机压合装置设计6 6 4 1 7 三丁位移动装置的结构设计6 8 4 2 三工位一步法注射轮胎硫化机组的结构设计7 0 4 2 1 流道系统设计7 0 4 2 2 模具的设计。7 4 4 2 3 电动螺旋锁模系统的设计7 8 4 2 4 整体机架设计。8 4 4 2 5 脱模装置的结构设计9 0 4 2 6 三工位预硫化环形胎面成型硫化机组的整体结构设计9 2 5 三工位一步法注射轮胎硫化机组的三维结构设计与动态模拟9 6 5 1 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的三维结构设计。9 6 5 1 1 l n v e n t o r 三维结构设计软件介绍9 6 5 1 2 三工位一步法注射系统的三维造型设计9 7 5 1 2 1 螺杆的三维造型设计9 7 5 1 2 2 螺旋啮合喂料装置的三维造型设计9 7 5 1 2 3 机筒的三维模拟设计9 8 5 1 2 4 一步法注射机整体结构的三维模拟设计9 9 5 1 2 5 三工位注射机移动装置三维造璎设计9 9 5 1 2 6 三工位一步法注射装置的三维模拟设计9 9 5 1 3 三- t 位环形胎面预硫化成型硫化机组的三维模拟设计1 0 0 5 1 3 1 轮胎的三维模拟设计1 0 0 5 1 3 2 模具压合系统的三维模拟设计1 0 1 5 1 3 3 脱模装置的三维模拟设计。1 0 1 5 1 3 4 三工位注射轮胎成型硫化机组总体结构的三维造型设计1 0 1 5 1 4 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的整体三维模拟设计。1 0 2 5 2 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的三维动态模拟1 0 4 5 2 1 三维动态模拟实现方法1 0 4 5 2 2 三维动态具体操作过程1 0 4 5 2 3 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的操作流程1 0 5 5 2 4 三工位一步法注射轮胎成型硫化机组的三维动态模拟示意图1 0 6 5 3 本章小结1 0 9 v i 青岛科技人学研究生学位论文 结论与展望11 0 结论1 1 0 展! 型1 1 1 参考文献11 2 1 改谢11 5 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果1 1 6 独创性声明1 1 7 关于论文使用授权的说明1 1 8 v 三丁位滓射轮胎设备的设计j 研究 e _ 螺棱的法向宽度； 矽螺杆各段平均螺旋升角； 目珥引角； 一螺纹槽的法向宽度 旷螺槽平均宽度； d 一螺杆的顶径； 符号说明 f 螺纹的头数； h 广艰料段螺槽的深度； h 。一塑化段螺槽的深度； 无一胶料与机筒之间的摩擦系数； 正一螺杆底面与固体塞之间的摩擦系数； z 一螺棱展开后固体输送段长度； a 一固体输送段结束处的所受的压力； 仇一螺槽中物料的粘度； 仇一固体输送段开始处产生的压力； 仉一螺杆和机筒之间间隙中的物料粘度； d 一螺杆的底径； v i i i 青岛科技人学研究生学位论文 s 一底径的尺寸； z 一螺纹的导程，m m ： z 一螺纹的头数； 7 7 一机械的传动效率； q 一螺杆的轴向载荷，n ； p 一螺距，m m ； 吼一当量摩擦角，吼；口r c t g 高易； 口梯形螺纹的螺纹升角； ，一螺纹副摩擦系数； 一梯形螺纹断面的牙顶角； r c p 一螺旋的中经，m m ； m 输出轴转矩，n m ： n 。一输出轴传递功率，k w 。 一电机输出的额定功率，枷5 刀一电机的额定转速，r m i n3 ，一轴半径，m m ； n 2 一输出轴转速，r m i n ； m 一一工作时的最大转矩，n m 七。一电机的过载系数，吒= 3 5 4 ； 三t 位注射轮胎设备的设计与研究 f 一传动比； d 2 螺纹中径，m m ； d 3 一螺纹小径，m m ； d 1 一螺母的小径，m m ； d 2 一螺母的中径，m m ； d 4 一螺母的大径，m m ； i l 一螺纹的工作高度，i n m ； z 一丝杠和螺母旋合圈数； e 一材料的弹性模量，n m 2 ；，一陨矩，m 4 ； 6 一螺纹牙底宽度，m m ； a 一蜗轮蜗杆的中心距，m m ； d 模一模具内腔的外径，即近似为轮胎的最大外径，m m ； 青岛科技人学研究生学位论文 1 1 本课题研究目的与意义 1 1 1 课题研究的来源 1 绪论 随着现代化建设的不断加快，汽车工业蒸蒸r 上，我国对轮胎的需求量越来越 大，质量的要求也越来越高，高品质的轮胎则需要由高质量的轮胎成型硫化设备来 保证。因此，要生产出人们需要的高质高效的轮胎极大程度地决定于轮胎成型硫化 设备的水平。 根据当前技术，轮胎的骨架材料及其构成的胎体结构，其寿命是胎冠寿命的3 5 倍，因此如果提高胎面的寿命就意味着提高轮胎的整体寿命，其潜力非常巨大， 国内外科技工作者以此为契机开展研究，开发新型原材料，研究配方设计，引进新 型加工技术，从而改善胎面结构和优化胎面使用等。这些研究对提升轮胎的质量有重 要的意义。 但是以下两点制约了轮胎产业的发展。第一，随着研究的加深和技术最大限度 的提高，当前的主要条形胎面模压法对胎面质量的提高构成了显著的制约。这是因 为它存在一些固有的缺点：一是受前置加工工艺的影响，包括胎面挤出机头的压力 和在机头的定型时间。因为即便机头压力较高、定型时间较长，由于橡胶的记忆特 性，胶条从机头挤出后仍然要膨胀，同时在冷却过程中，胎面在轴向宽度也要变大 等，这些因素都促使胎面胶料单位体积密度降低从而导致胎面不致密。二是模压法 制造工艺复杂、涉及设备多，消耗能量大，且生产效率较低。同时制得的条形胎面 在硫化时也存在着接头连接不够紧密的问题，并且胎面与侧面结合流动性不够好， 使用时易发生开裂或脱落。 鉴于以上问题，采用传统的方法提高轮胎的质量已经比较困难，但是如果换一 个思路，我们采用注射的方法使胎冠与胎体复合在一起，那么我们的得到的胎面的 质量将会更加致密，使得轮胎的胎冠以及整体轮胎的使用寿命更加长久，但是由于 普通的注射机注射量很小，很难满足现在每条轮胎几十公斤到上百公斤的注射量， 为此青岛科技大学高分子材料加工机械研究所，经过几十年的思考，终于成功的发 明、实验、并且试制成功了一步法注射成型技术，它解决了注射橡胶一次性大量注 射的难题，为注射轮胎提供了技术支持。 一个更加完美的整体。注射轮胎的整体力学性能比模压法轮胎更胜一筹，内部受 力更加合理，增加了轮胎的寿命和驾驶的安全性。 ( 3 ) 大大提高了轮胎的生产效率。本设计采用三工位注射硫化机，在某一工 位硫化的同时，其余工位可以注射橡胶，且每一工位注射轮胎的类型均可根据生产 的需要随机更换，大大提高了灵活性和生产效率。本设计塑化、注射、硫化同时 进行，省去了中间物料的停留、转移、注射时间，使得单位时间内生产轮胎的数量 增加。热油循环技术较传统的加热技术控制温度更加精确且加热均匀，避免了受 热不均局部过硫、局部不熟的现象，进而缩短了硫化时间。一个模具取胎的同时， 另两个模具可以继续注射和硫化。因此大大提高了硫化时间，提高了生产率。 ( 4 ) 简化了注射轮胎硫化机的结构。三工位注射轮胎硫化机采用了整体式硫化 2 青岛科技人学研究生学位论文 机组的结构形式：即采用整体式上横梁下横梁和公共测柱，简化了整体结构，节省 了大量优质钢材，并且缩短了注射机注射轮胎时的横向移动距离。 ( 5 ) 降低了能源消耗。本设计锁模装置采用电动螺旋锁模替代了早期的曲柄连 杆和液压装置，一方面它没有曲柄连杆那么多的运动副，另外他也不需要像液压传 动一样电机一直运转，从而避免了曲柄连杆锁模时的摩擦能量损耗以及液压传动无 效工作时间液压介质发热而导致能源的浪费。 ( 6 ) 降低生产成本。注射轮胎只需要将塑炼好的胶料通过注射机注射到模具 中，这样就省掉了压延挤出等橡胶工艺，因而就省掉了压延机、挤出口型模具等设 备，进而减少了厂房面积节省了成本。电动螺旋定型硫化机整套设备钢材的消耗 量要比曲柄连杆的要少得多，所以较曲柄连杆要节省成本；电动螺旋定型硫化机的 加工成本要比液压件的成本低很多，液压密封要求很高的加工精度，而本设备所有 的件均较易加工，故而成本低的多。 ( 7 ) 提高了工作的可靠性。全电动螺旋轮胎定型硫化机由于运动副少，避免 了类似于曲柄连杆那么多的运动副，因而减少了链接部分出问题的几率；此外，也 避免了液压轮胎定型硫化机泄漏的问题；全电动螺旋轮胎定型硫化机在对中性要 比曲柄连杆和液压均要好，曲柄连杆的结构复杂，积累误差会导致他的对中性变差， 而液压经常使用的是多个油缸增力补偿技术，很难使多个油缸同步，故而精度很难 达到。所以使用电动螺旋定型硫化机使得每批生产出的轮胎要稳定的多，设备也更 加可靠。 ( 8 ) 操作方便 注射轮胎的整套设备从注射机到电动螺旋轮胎定型硫化机，各参数均采用传感 一数字技术，并且可以对工艺参数进行随机设定以及方便地进行手动或自动操作。 ( 9 ) 设备易于维护保养 由于设备传动链短，因而易损件少，不会像曲柄连杆硫化机和液压传动那样 经常对易损件进行更换和维护，且润滑简单，没有那么多的润滑点。并且锁模力 调节全电动，没有像曲柄连杆和液压硫化机那么复杂、工作量大。 ( 1 0 ) 实现文明生产 全电动锁模硫化机结构上没有泄漏点，生产场地卫生条件良好；全电动结 构采用的是热油循环，较蒸汽循环加热噪音小很多，且能避免液压传动在加压时所 产生的噪音，使生产场地免受噪音污染。因此，实现了文明生产。 1 1 3 课题的应用前景 现在国内大多数企业多数是以模压法生产轮胎，这样就使得制品质量难于提高， 胎面不够致密，物理和化学性能受到限制，从而影响制品的使用寿命和工作的可靠 3 三t 位注射轮胎设各的设计与研究 性。另外，这几年轮胎技术与装备领域发展也比较缓慢，行业上还是大量使用旧的 模压法制造轮胎，可想而知始终无法克服模压法生产效率低下、质量低下的缺点。 而本次设计，通过上一小节的阐述我们知道，采用三工位一步法注射轮胎的技术来 得到胎面，具有了模压法无可比拟的优点，j 下是因为以上优点使得三工位一步法注 射轮胎一举突破了许多技术瓶颈，使得产成轮胎获得了致密性的胎冠，并且使得胎 冠与胎面结合的更加紧密，侧面结合的流畅性更加完美，使得设备成本大大降低， 提高了生产率，提高了注射橡胶制品的适应性，并可根据不同的模具制得不同的胎 面。 2 1 f 多t 疆嘲i 塑化注射系统l i l 陶二国* 离一i 剖一离批 _ 。一1 _ - - _ _ _ _ i 检测与控制系统 翻 f 锁模系统i 一圈一闺 图1 - 1 三工位立式一步法注射轮胎成型硫化机机结构简图 f i g 1 1 ：m a i l ls t m c l u r es k e t c ho ft h r e e - l o c a t i o no n e s t e pi n j e c t i o nt i r em o l d i n gm a c h i n e 三工位一步法注射轮胎设备在生产过程中明显具有优质、高效、高度自动化的 特点，由它生产的胎面质量好、生产效率高、投资成本低、安全性能高、操作简便。 本次设计在工作原理上有重大的突破，一步法注射成型机和硫化机组取得了巨大的 创新，通过相关的实验和研究以及工业化试生产，证明三工位轮胎胎面一步法注射 成型硫化机组的工作原理是可行的，可以在生产实践中加以推广生产。 总之，三工位轮胎胎冠一步法注射成型硫化机的设计与研究具有极强现实意义， 为轮胎工业的发展提供了一个崭新的契机，而且为橡胶注射成型机的发展提供了一 个广阔的发展前景，他的优质、高效、低能耗、低成本、便于操作等优点会越来越 多的被厂商所认同，相信必将会广泛应用于橡胶注射成型行业的生产实际当中，创 造出更多的经济效益。 4 青岛科技人学研究生学位论义 1 2 注射轮胎成型技术的进步与发展 1 2 1 模压法成型轮胎 模压法生产轮胎是一种最早的轮胎生产方法，也是目前国内外最常用的轮胎生 产方法。通过密炼机混炼，开炼机开炼得到胎面胶料挤出压延制成片，并且进行初 步硫化，然后根据不同型号的轮胎截取不同的长度，将粘结剂附着在打磨好的胎面 上，最后放入硫化设备硫化制得轮胎产品。该工艺的缺点是：使用多种设备，工艺 多样复杂，设备占地面积大、消耗能量多、制成品胎冠与胎体胶层之间致密性差， 易出现层与层之间剥离的现象。其工艺过程如下图1 2 所示。 配合剂 土 生胶一望炼一棍炼一出型成p 硫p 检验成品 t 轮辋检验喷砂- 涂胶结剂 1 2 2 缠绕法成型轮胎 图1 - 2 模压法生产轮胎操作工艺 f i g 1 - 2t h ep r o c e s sc h a r to fm o l d i n gt i r e 缠绕法成型生产线( 见图1 2 ) ，主要由销钉机筒冷喂料挤出机1 、前接取输送 装置2 、自动称重输送装置3 、后接取输送装置4 、冷却装置5 、变位供胶条架6 、 胶条缠贴机7 、缠绕法成型机8 、运输小车及电控装置等组成。成型工艺过程分为5 个步骤：( 1 ) 挤出胶条，销钉冷喂料挤出机1 将常温胶片塑化，并挤出各种需要的 胶条；( 2 ) 自动称量，前接取装置2 将挤出机挤出的胶条导入自动称重装置输送装 置3 ； ( 3 ) 冷却，胶条称重后经后接取装置4 导入冷却装置5 ，冷却装置将胶条冷 却到7 0 左右；( 4 ) 贴合，变位供胶条架6 将冷却后的胶条输送到缠贴机7 上， 然后缠贴机将胶条的头部压在成型机8 上，成型机旋转，在缠贴机的滚压装置和成 型机后压辊的压力下将胶条缠贴在成型机上，轮胎成型，完成贴合工艺；( 5 ) 硫化， 将轮胎从成型机上取下，放入模具中进行硫化。1 5 三丁位注射轮胎设备的设计j 研究 卜钉冷喂料挤出机；2 一前接取装置；3 一自动称量输送装置；4 一后接取装置；5 一冷却装置； 6 一供胶架7 一缠贴机；8 一轮胎缠绕成型机 图1 - 3 缠绕法轮胎成型基本结构图 f i g 1 3t h eb a s i cd i g r a mo ft h em o l d i n gt i r e 缠绕法成型实心轮胎与模压法成型实心轮胎相比，具有以下优点： ( 1 ) 由缠绕法成型实心轮胎的贴合工艺过程可以看出，缠绕法成型的实心轮胎 在贴合时，是在一定的压力下进行的，胶条之间残存空气少，制品的致密性较模压 法成型的制品好。 ( 2 ) 从生产线结构图可以看出，各个工艺分散开来，只要成型机允许，就可以 成型各种规格的实心轮胎，也方便更换制品规格，适合于生产多规格多品种的产品。 ( 3 ) 整个生产线的运行速度可以根据生产不同规格轮胎的需要进行调节，以满 足成型工艺。 缠绕法成型实心轮胎作为一种贴合法实现成型工艺，具有以下缺点： ( 1 ) 制造工艺比较复杂，需要使用很多辅助设备，能耗大。胶料先经塑练、混 炼，再进行压延、挤出贴合成型，最后定型硫化。工序复杂，整个工艺过程需要的 辅助设备多，而且硫化时还要将贴合过程中已经冷却胶料再加热到一定温度，增加 了能耗量。 ( 2 ) 胶层之间致密性相对比较差，极易导致胶层脱落的现象。因为本身在成型 时是将两种不同的胶料粘合在一起，这使得胶料的流动性相对变差；若在硫化或者 开模合模压力不足时都将有可能导致胶层之间的发生不同程度的脱层现象。 1 2 3 聚氨酯浇注法成型轮胎 聚氨酯实心轮胎的研究始于2 0 世纪6 0 年代，美国d a v i d 兄弟公司和英国登录 普公司都成功开发出聚氨酯实心轮胎f 5 1 。7 0 年代美国固特异公司成功开发出聚氨酯 实心轮胎并申请了专利 6 1 。8 0 年代，尤其是在聚氨酯充气轮胎开发因种种困难遭遇 失败后，许多公司和研究单位纷纷转向聚氨酯实心轮胎的研究。9 0 年代美国的 i 公司和固特异公司联合开发出一种聚氨酯微孔弹性体轿车备用实心轮胎【4 l 。 6 青岛科技人学研究生学位论文 聚氨酯实心轮胎一般采用离心浇注法【引。设备结构主要由浇注机混合头、轮胎 模具、离心机和速度调节器等组成( 见图1 4 ) 。浇注机位于最上端，是反应注射成 型机的核心部件，当注射轮胎时，两种组分以一定配比进入混合头内腔，在高速转 动的转子作用下，两种物料均匀的混合在一起，混合后直接注入下方的模具，要浇 注的轮胎模具采用特定的方式固定在离心机上，离心电机的转速是通过速度调节器 来调节的，从而相应控制轮胎模具的转速。浇注前，要先将胎体材料放入轮胎模具 中，然后启动离心机，这时浇注机将各个组分充分混合的物料浇注到模具中，物料 在离心力的作用下被甩入模具模腔中，这样在最外层就形成了坚实无孔的聚氨酯层， 而内部会产生大量的气泡，在离心力的作用下，会形成从中心到边缘气泡逐渐减少 的现象，而越往边沿处越致密，而没有明显分层，同时骨架材料也被包裹在其中。 这使得轮胎即具有塑料的高硬度，又具有橡胶的高弹性。因而耐磨性能更优异、抗 撕裂强度和伸长率更高且硬度范围更宽的特点。【5 j 往机缓台头 图卜4 离心浇注设备示意图 f i g 1 - 4t h ed i a g r a m m a t i cs k e t c ho fc e n t r i f u g a lc a s t i n ge q u i p m e n t 聚氨酯实心轮胎的静态力学性能比普通橡胶轮胎好，但是动态力学性能却不如 后者。因为聚氨酯弹性体成是