轮胎生产流程、生产工艺.doc

轮胎知识培训第一节、生产流程及生产工艺 合理的结构设计,配方设计,优质的原材料和科学的工艺条件,需要高精度的生产过程。必须从生产工艺装备上形成比较完整的生产流水线及专用的辅助设备,保证生产工艺技术先进、严格、科学合理。 否则再好的设计，保证不了轮胎加工质量和精度，生产过程控制不好，也不可能有好的产品质量。生产过程主要包括:胶料制备、纤维帘布压延、各种型胶压出、钢丝帘布压延、裁断、 钢丝圈制造、轮胎成型、硫化、白胎侧打磨和喷涂保护液、成品检测等几个主要工序。现将主要的工艺介绍如下:1、胶料制备:混炼工艺混炼工艺是子午胎生产的重要环节。子午胎胶料的特点是碳黑填充量大，胶料硬度高，加入的助剂多，混炼困难。根据不同的胶料要求和配方特点，确定的混炼工艺是不同的。混炼过程分为母炼胶和终炼胶，母炼胶通常还分为一段母胶、二段母胶或三段母胶等。碳黑的用量越大混炼的段数越多。在整个的胶料制备过程中，要保证两个方面的过程得到有效的控制，一个是称量系统，要保证各种配方的橡胶和助剂等材料称量准确，二是要求在混炼过程中温度、时间、功率等工艺参数得到有效的控制，这些参数直接影响到混炼胶的质量的好坏。目前各种物料的称量和输送和生产过程的工艺参数基本采用自动称量系统，由计算机自动控制，保证胶料的质量。混炼系统一般包括为：小料自动称量系统碳黑储罐及称量系统工艺油储罐及称量系统隔离液储罐和循环系统上辅机控制系统密炼机下辅机系统用于母胶混炼密炼机一般容量大，效率高，如PX420密炼机、GK400等，其下辅机为螺杆挤出机；用于终炼胶的密炼机为GK255密炼机、GK270N密炼机，其下辅机为开炼机，主要保证胶料的温度能尽快降低。密炼机密炼机是胶料混炼最重要的设备。根据转子的不同密炼机可分为很多种。ZZ2型转子具有排胶温度低、效率高、分散性好等特点，其炼胶性能均优于其它类型密炼机，特别适用于子午胎胶料的终炼。4-Wing为四棱切线型转子，它具有较大的填充系数和能量输入，由于胶料在混炼室内得到最充分的流动，使其具有较高的出胶量和炼胶质量。PES3啮合型转子有较宽的棱部，能使胶料沿螺旋型棱部不断更新胶面，能消除流动很小的滞流区。混炼均匀，温升低，适合炼制各种质量要求较高的胶料和塑料。密炼机的特点凡与胶料接触的部位均通水循环冷却，冷却面积大，并配备了恒温控制的水温调节系统，选用其适当的水温，能有效的保证所炼各种胶料质量稳定。 传动系统采用直流电机无级变速和交流电机，减速机换档变速多种形式。以及高精度硬齿面减速机及鼓形齿联轴节。整机具有传动平稳、嗓音低、寿命长等优点。 控制系统采用PLC，具有手动和自动功能，切换方便，可实现时间、温度、能量的控制，并有完善的信号检测、反馈和安全保护，更有效的控制炼胶质量，缩短辅助时间，降低劳动强度。 检验 混炼过程严格控制各种生胶,碳黑,化工助剂的称量在公差范围内,终炼胶须经过硫变仪、门尼粘度、硬度、密度等快速检验项目和机械物理性能的检验，粘合胶料还要进行粘合性能的检验，合格后方可投入使用。2、挤出工艺挤出工艺是胎面、胎侧子口复合件、胶芯等胶料半成品的制备。挤出生产线分为二复合挤出生产线、三复合挤出生产线，系统由挤出机（也称主机）和辅线组成。根据胶料的性能特点和挤出的要求，挤出机还分为冷喂料和热喂料两种，热喂料挤出机需要使用热炼机和供胶机。挤出生产线包括供胶、挤出、复合、冷却、定长、称量裁断等装置，压出后胎面及复合件采用百页车和工字轮储料架存放。压出过程中，供胶的尺寸稳定连续，保持主机速度和各种压力稳定，保证压出制品均匀一致。同时对挤出温度要严格控制，以保证半成品表面的性能，避免温度过高产生焦烧和性能的下降。白胎侧的压出设计有专用预口型板，确保尺寸的稳定，胶片自动帖合，帖合紧密，定位准确。同时严格现场管理，保证白胶不受污染。3、纤维帘布压延 纤维帘布压延采用四辊压延机，帘布压延的目的是通过压延机把胶料附在帘线上。四辊压延机由帘布导开、接头、牵引、干燥、压延、冷却和卷取等部分组成，同时整个生产线还有压延前帘布存放架和压延后大卷帘布存放架。各个区域采用不同的张力，对压延厚度、温度、张力等自动控制，确保压延的质量。压延采用热炼供胶，4台XK-660开放式炼胶机,保证胶料热炼均匀，供胶温度合适，尺寸稳定。压延生产线是自意大利RODOLFO公司引进，自动调整压延张力，自动检测帘线含水率，通过射线系统自动测量压延帘布厚度并随时调节，确保了压延精度符合半钢子午胎生产的需要。4、气密层压延工艺气密层压延生产线及胶片采用四辊压延生产线制造，采用冷喂料挤出生产机供胶，要求压延胶片表面光滑，宽度、厚度和差级稳定。5、钢丝帘布压延钢丝帘布压延生产线与纤维帘布压延相似，也采用四辊压延机，延的目的是通过压延机把胶料附在钢丝帘布上。钢丝帘布四辊压延机由意大利COMERIO钢丝压延机制造。生产线主要包括锭子房、主机、冷却，卷取装置等。锭子房配有温控、湿控装置，对温度、湿度严格控制，避免钢丝生锈和水分过高而影响粘合。与纤维帘布压延相比，由于钢丝帘布是由一个个锭子的钢丝排列而成，没有纬线，因此帘布的密度是通过整经辊来实现，而密度的均匀，避免出现稀线和跳线是压延重要的控制内容，否则不但影响产品质量同时造成的浪费很大。压延后的钢丝附胶帘布要采用塑料垫布卷取，以保证帘布表面的新鲜。6、钢丝帘布裁断钢丝帘布裁断由德国FISCHER裁断机裁断，主要要求是裁断尺寸误差小，精度高。7、纤维帘布裁断聚酯帘布是通过裁断机将压延后纤维帘布按工艺要求裁断成一定宽度和一定角度的半成品，采用专门用于子午胎生产的卧式裁断机，帘布在裁断过程中要避免拉伸，变形。要保证裁断帘布的尺寸、角度及接头的大小和质量。8、钢丝圈的制造钢丝圈的制造是将钢丝附胶后卷成钢丝圈。包括放钢丝工位、挤出机、储料、缠绕机等部分。半钢子午胎一般采用并排缠绕钢丝圈。钢丝圈的制备中，要注意钢丝的表面质量，附胶是否均匀、露铜，缠绕钢丝圈的钢丝排列是否整齐；三角胶芯放正，胶芯接头与钢丝圈接头对称错开，钢丝圈成型后，按要求存放，依顺序使用。9、成型工艺成型工艺是将各种半成品通过成型机制造成胎胚的过程，是轮胎生产重要的工序。目前半钢子午胎的成型分为一次法和二次法。二次法成型二次法成型机成型分为一段成型和二段成型。一条轮胎由一段和二段共同完成，因此称为一组。一段成型包括供料架供料、机械扣圈、胶囊反包、压合等，其工艺质量要求严格控制各胶部件的尺寸、重量和接头精度，各部件配对使用重量按规定位置相互错开，提高轮胎的均匀性能。二段成型是将带束层及胎面用供布架压贴在成型鼓上贴合，用夹持环传递到无胶囊机头上成型，后压辊压实。严格控制充气时间、压力及压辊压力，确保胎胚外缘尺寸的稳定性。 一次法成型过去几年内,轮胎工业对提高轮胎质量以及增加其品种的需求已明显增加,几乎出现每一种新型汽车,轮胎公司就得开发一种新产品。 轮胎的品种越多就意味着每种类型轮胎生产的周期越短。因此,对灵活的要求显得越来越重要;即灵活规划及组织生产。在汽车制造业中适时组织生产也日趋普遍。由于人们对轮胎的质量要求高,加上工资费用的不断上涨,因此,轮胎厂商如果想继续保持竞争力,就必须降低制造成本。所有这些因素促使人们为当今采用先进技术的轮胎生产厂专门设计新型轮胎成型机。如克虏伯设计的“(P1+2)一次法成型机”，荷兰VMI公司的2020成型机等。 其原理是通过传递机构将带束层贴合装置及胎体成型装置连接起来,并由一传递环将部件从一个鼓传递到另一个鼓。供料装置位于机器的前后,负责输送各种材料及部件。以往的成型机,其各个工作步骤,如材料的导开、定长裁断、搬运、对中以及拼接均为手工操作。而一次法成型机几乎全部为自动控制。因此,一次法轮胎成型机可只由一个成型工操作,其主要任务是监督每个装置的功能。故这种成型机对人的体力要求比以往成型机低得多,并且轮胎的质量和产量受成型工操作的影响较少。以成型轿车胎及轻型载重车胎的克虏伯P1+2一次法成型机为例。该成型机可适合胎圈为1216英寸的各种结构的轮胎。如单、双层帘布轮胎,带或不带胎冠帘布层和/或者胎冠条的轮胎、胎面压胎侧的轮胎或胎侧压胎面的轮胎等等,都可用同一成型机成型。即使小批量的也可。 一次法成型机由几个不同的装置组成,这些装置可进行配置以满足最终生产的要求,克虏伯轮胎成型机如图所示。为了成功地成型高精度的轮胎,克虏伯轮胎成型机由公差小的精密部件组装而成,安装时准确对中。良好的机器设计意味着该设备在工厂环境内仍保持良好的刚性和稳定性,经受多年的温度极限及日常维护后,保持其原始公差。10、硫化硫化是轮胎生产过程除检测外的最后的工序，通过硫化将成型的胎胚变成了轮胎成品，通过硫化将胶料变成了各种特性的材料。子午胎硫化采用双模定型硫化机。具有自动装胎、卸胎等功能， 单板机控制硫化程序，减少了人为的操作误差，保证轮胎生产的质量。硫化前注意胎坯的检查，不得有杂质、气泡、折子等质量缺陷，严格控制定型压力、高度和时间；保证硫化时间、温度、压力的稳定。目前硫化方式是根据硫化内温的介质的不同来区分，不论那种方式外温（或称热板温度、模温）都是通入一定压力的蒸汽，只是温度有高有低罢了。热水硫化由蒸汽将水加热并形成过热状态。 蒸汽硫化由蒸汽形成饱和状态，即饱和蒸汽作为内温介质。通常也称高温硫化。氮气硫化蒸汽硫化的后期，通过氮气的保压完成硫化过程。是目前先进的硫化技术，符合环保的要求（见第二节的介绍）。变温硫化蒸汽硫化的后期，通过过热水作为内温介质保压完成硫化过程11、白胎侧的打磨 采用打磨机将白胶上面的黑色覆盖胶打磨悼的过程。打磨机有粗磨和细磨2套装置，通过对粗磨和细磨操作步骤和时间的调整，达到最佳打磨效果。打磨后的白胎侧部分立即自动喷涂保护液，喷涂均匀，干燥迅速，提高了生产效率和轮胎外观质量。12、轮胎检测及检测设备对轮胎的外观进行检查，主要有胎里露线、凸凹不平、胎里起泡、脱层、重皮、裂口、缺胶、钢丝圈上抽、白胎侧的打磨及喷涂效果等。光机采用光机对轮胎进行内部质量检查，包括带束层偏歪、差级、钢丝圈上抽、松散、轮胎杂质、脱层等。检验采用通用的X光无损探伤机，由美国Monsanto公司生产，通过X光射线波长，能在屏幕上看清轮胎所用骨架材料的结构排列情况及其他质量缺陷。 均匀性试验机采用均匀试验机对所有子午胎进行径向力、侧向力经向、横向跳动及锥度检测并对轮胎质量进行分级。均匀性试验机主要为引进的美国Akron公司、日本神钢。 动平衡试验机采用动平衡试验机对产品进行动平衡检测。动平衡试验机为进口Micro-poise 公司、日本国际计测公司。轮胎性能检测主要对轮胎耐久、高速性能、强度、外缘尺寸等进行抽检。耐久、高速性能采用美国Akron公司的TTM-3高速性能试验机对子午胎进行检测。第二节 氮气硫化系统1、氮气硫化系统的特点为提高产品质量、减少设备投资和降低能耗，人们对硫化工艺进行许多改进工作，除直接改进硫化机本身的设计外，近年来在硫化加热介质方式上改进及发展比较快，已从蒸汽/过热水发展到蒸汽/惰性气体，进而发展到蒸汽/氮气硫化介质方式，即充氮硫化工艺。目前，轮胎充氮硫化工艺是国外先进的硫化工艺技术，应用此工艺将大大降低轮胎生产的能量消耗，对保护环境，节约能源，提高产品质量起非常积极的作用，国内外都竞相发展。目前，国内子午线轮胎硫化工艺普遍使用两种传统的硫化工艺，即过热水介质和直接蒸汽介质的硫化工艺。过热水介质硫化工艺在国内外生产中一度被使用，过热水温度一般控制在170-180，内压保持在2.2-2.6Mpa，硫化时间控制在20-30min，内压较高，介质性质较稳定，轮胎的质量较好，外观合格率较高，问题是过热水硫化内温太低，时间太长，硫化一条轮胎少则20-30分钟，多则40-50分钟，生产效率很低，要想扩大生产规模就必须增加硫化机台，扩建厂房，增加动力消耗和人员配置，投资规模很大，成为阻碍子午线轮胎生产规模扩大的瓶颈。直接蒸汽介质硫化工艺是直接将高压饱和蒸汽充入胶囊，内压一般在1.6-1.9Mpa，温度达到190-210，硫化时间10-15min。这种方式的优点是生产效率高，但对整个轮胎生产各道工序的工艺和装备，甚至对半成品的存放条件、时间等，都有严格的要求。由于为饱和蒸汽，内压、温度的对应关系决定了其内压不可能太高，因此，硫化过程中，内压偏低，轮胎肩部处尤为最低，成品轮胎容易产生气泡、脱层、钢丝带束层端点松散、橡胶的致密性变差，从而影响轮胎的高速和耐久性能，其应用效果受到极大制约。从以上看，高压低温的过热水硫化工艺和低压高温的直接蒸汽硫化工艺各自的优点明显，缺点也很明显。两种硫化工艺， 产生了产品质量较好而生产效率低，或者生产效率较高而产品质量不易保证的两个局面。如何将以上两种方法统一起来，既能够高压又能够保证高温，从而使轮胎硫化后的质量较稳定，同样也能达到较高的生产效率，这是多年来人们一直在寻找的办法。人们最初找到蒸汽/惰性气体的硫化方式，但惰性气体发生器产生的气体被认为是不可燃的，但却是有毒的，在密闭的无良好通风条件的厂房内易造成一氧化碳中毒的危险。后来发现采用资源丰富的高压氮气硫化可以完全解决上述问题。其基本过程是先将高压饱和蒸汽充入胶囊，胎胚升温一定时间后，再充入高压纯氮气，用来保压，以达到高温高压的硫化条件，从而实现了质量与效率的统一。同传统的蒸汽或过热水硫化方式相比，该工艺具有如下优点：降低了生产成本取消了水加热和泵输送，从而减少硫化能量费用60-80%。用低压氮气定型，取消了定型用低压蒸汽，节省了水处理和排放费用。(2)提高了轮胎质量由于提高了硫化压力，从而改善了轮胎叠层的整体性。能够监控硫化过程中，胶囊的泄漏并调整硫化时间，从而减少了出残次品的概率。(3)增加了生产效率同过热水相比，硫化周期缩短近30%，减少了单位产量对硫化机台数的需求，降低了设备投资。(4)节约了能源由于高温蒸汽只通一定时间，并且取消了定型蒸汽，因此在整个硫化过程中减少80%左右的蒸汽消耗量，可节约大量能源，并使硫化部分生产费用降低50%左右。(5)由于高压氮气为高纯度的氮气，氧含量极少，大大降低了氧对胶囊的老化作用，可使胶囊寿命增加25-100%，年节约胶囊费用近100万元，并消除了管道剥蚀现象，节省设备操作和维修费用，减少了停机费用。(6)采用氮气硫化系统，其压力稳定，在一定范围内可任意调节，且升压方便，对轮胎均匀性、平衡性，尤其是对轮胎的耐磨性能的提高起很大的作用。(7)采用氮气硫化系统，有利于环境保护。氮气资源丰富，在空气中有约78%的氮气，氮气制备系统操作简单、清洁。氮气可直接排放大气中，没有有害的化学品或三废要进行处理。资料表明，目前在美国、日本等主要轮胎生产公司都采用这种硫化方式。子午线轮胎充氮硫化工艺是国际先进的轮胎硫化工艺，应用此工艺硫化的轮胎具有很高的均匀性、平衡性，对轮胎高速、耐久有很大好处，能大大提高轮胎的耐磨性，增加行驶里程。2、充氮硫化工艺条件的确定硫化是子午线轮胎生产加工的最后一个工艺过程。在这个过程中，橡胶发生了一系列的化学反应，使线形状态的橡胶变为立体网状的橡胶，从而获得宝贵的物理机械性能，成为有使用价值的工程材料。硫化过程是橡胶大分子链发生化学变化并形成交联的过程。在生产加工过程中，这种交联反应是在一定温度和压力下，经历一段时间才能完成的。因此，压力、温度和时间是构成硫化工艺条件的主要因素，它们对硫化质量有决定性的影响，通常称为硫化三要素。因此，合理地正确选取和确定硫化工艺条件非常重要。橡胶为热的不良导体，它的表层与内层温差随断面增厚而加大。由于轮胎为厚制品，因此硫化过程必须考虑热传导、热容、模型的断面形状、热交换系统及胶料的硫化特性和制品厚度对硫化的影响。过热水硫化、高温蒸汽硫化在整个轮胎硫化过程中内压、内温、外温基本保持不便，整个硫化过程中，热传导形式比较单一，工艺条件确定比较容易。充氮硫化是在轮胎硫化过程中，先在胶囊中通入一定时间的高温饱和蒸汽，提供硫化所需的温度条件，然后再加入高压氮气，提供轮胎硫化所需的高压条件，温度压力具备情况下经过一定时间后，使轮胎各部分满足胶料硫化特性，然后起模，完成整个硫化过程。 在这个过程中，有三点不同之处，一是在胶囊中通入高温饱和蒸汽的时间的确定，时间短了，硫化的轮胎可能欠硫、不熟，时间长了，轮胎可能已满足胶料的硫化特性，再加高压氮气，压力此时已不起多大作用，失去了充氮硫化的意义。因此通入氮气时间的掌握非常重要。二是由于高温蒸汽通入一定时间后关闭，通入高压氮气后不再补充蒸汽，因此，轮胎硫化过程中，内温是逐渐降低的，不象过热水硫化内温是恒定的，轮胎内部温度场变化比较复杂，这就要求轮胎各部分胶料硫化特性匹配应满足一定的要求。三是由于高温蒸汽温度高、压力低，而高压氮气压力高、温度低，因此两种介质在胶囊中混合，温度、压力都会相应发生变化。压力在硫化中会下降，为满足硫化高压要求，应及时补充氮气保压；由于硫化过程中温度的下降，管路以及囊筒中会有冷凝水产生，此时还应及时排除冷凝水保温。因此在充氮硫化过程中，温度、压力、时间三要素的确定比过热水、高温蒸汽硫化要复杂的多，一定要有科学的方法才能确定比较合理的硫化条件。3、充氮硫化装备确定轮胎充氮硫化能否实施关键是能获得高纯度的氮气，氮含量达99.9995%。现有三种方式可提供选择：商业渠道供应（如液氮）、大型现场制氮厂和小型现场制氮厂。比较实用的是小型现场制氮厂。氮气硫化站的组成原理 氮气站的作用是提供一定压力的高纯度的氮气,作为轮胎硫化的内压介质。氮气硫化站主要是由制氮系统、氮气纯化系统、氮气加压系统和压力控制系统四部分组成,如附图所示。制氮系统的任务是将空气经过制氮设备,利用分子膜原理制出一定纯度的氮气;氮气纯化系统的任务是利用氢气还原氧气的原理,将此氮气进行高纯度净化,使含氮量高达99.99%以上;氮气加压系统和压力控制系统的任务是将此高纯度氮气用压缩机加压,并进行控制,以达到硫化工艺的要求。 系统的工作原理及其控制 制氮系统 制氮系统由过滤器、加热器、流量调节和纯度保证系统组成。来自于空压机的压缩空气经过过滤、加热输送至膜片分离器(半渗透聚合物膜片)后,氧气和水蒸气即被除去,干燥的氮气即被制成。系统通过位于分离器下游的流量调节阀调节氮气气体流量来控制氮气的纯度,通过压力调节阀来保持系统操作压力的稳定。 另外,控制设备还有温度传感器、温度控制器、压力开关、氧气检测器、PLC等。温度传感器、控制器控制加热器的温度,从而阻止冷凝水进入分离器。出口处压力开关检测到氮气低用量(压力高)时,系统停止进入空气并保持备用状态以节约能源,当管道压力下降时,重新启动系统。氧气检测器用于检测氮气含量,以防止不合格的氮气输出到管道中去(不合格的氮气排空)。PLC用于各过程参数的输入、显示、设置、报警、控制输出等。 目前常用的制氮系统 有膜分离和变压吸附两种膜分离制氮技术膜分离制氮技术是利用空气中的氧气（O2）和氮气（N2）通过特制的中空纤维膜时渗透率不同的原理 制成。空气中的氧气水等其它杂质,由于渗透速度快被很快作为废气排出，而N2由 于渗透性差，被富集至膜管的另一端，作为成品气供用户使用。膜分离制氮原理：膜是一种聚酯微型中空纤维束集成组件，其每只微型中空纤维和人的头发丝差不多，这些纤维束通过对空气成分的不同渗透速率来分离空气中的78% N2和21% O2。其中空气中的氧和水蒸气是一种快速气体。并快速渗透过膜纤维从而被脱附掉，而氮则经过其中空纤维微孔得到集束成品氮。整个分离过程没有任何运动部件，而仅依靠压缩空气就可以完成以上过程。具有以下特点：1、运动部件少，故障率低。2、N2纯度产量易于调整。3、高效气源处理系统使得膜组件寿命大大延长。4、结构紧凑，外形美观