金学云，王华山

（1.天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 300457；2.银川佳通长城轮胎有限公司，宁夏 银川 750011）

半钢子午线轮胎对胎面挤出工艺要求较高，挤出胎面的对称性和均匀性直接影响轮胎的一致性和动平衡均匀性，而胎面挤出口型板是影响胎面对称性和均匀性的主要因素。本工作对半钢子午线轮胎胎面挤出口型板进行设计。

1 胎面胶挤出膨胀机理

根据挤出机工作原理，胶料通过机筒和螺杆的剪切混炼后，形成粘流体。胶料通过挤出机流道、预口型和口型时，形成一定的压力和速度梯度，使胶料在挤出口型时呈抛物线（见图1）。该现象使得胶料在流动过程中，在流道与口型板中心线附近压力最大，在口型板两侧内壁压力最小。压力越大的位置，胶料挤出膨胀率越大；压力越小的位置，胶料挤出膨胀率越小。流动胶料压力变化趋势如图2所示。

图1 胶料挤出口型示意

图2 流动胶料压力变化趋势

2 胎面形状

常见的胎面形状有平面形、锯齿形、阶梯形和渐变形4种，如图3所示。

图3 常见胎面形状

3 挤出口型板设计

3.1 型面曲线法

型面曲线法是根据胶料压力与口型板位置的变化，确定胶料在口型板各点的膨胀率，并根据各点膨胀率确定口型板各点的开型参数，用平滑曲线连接各开型点，再用圆弧拟合曲线，从而确定型面曲线。用线切割设备沿型面曲线对口型板进行开型，切割完成后，再将型面打磨光滑。型面曲线法只需找到胎面形状变化的点，用曲线连接各点，该方法开发的胎面挤出口型板质量好，制备速度快，挤出的胎面尺寸稳定。

3.2 设计实例

以某公司平面形胎面为例设计挤出口型板。胎面参数如图4所示，A1=（142±2）mm，A2=（8±2）mm，A3=（12±2）mm，H1=（9.5±0.2）mm，H2=（9.5±0.2）mm。A1为胎冠宽，A2为基部宽大于胎冠宽的部分，A3为胎侧宽，H1为胎冠厚，H2为胎肩厚，对于平面形胎面胶，H1与H2相等。

图4 平面形胎面示意

（1）开型参数。计算口型板各变化点的开型参数，胶料在口型中心的膨胀率为123%，在肩部端点的膨胀率为108%，在宽度方向上的膨胀率为102%。根据胶料膨胀率计算口型板各点开型参数为：A1′=139.2 mm，A2′=7.8 mm，A3′=11.8 mm，H1′=7.7 mm，H2′=8.8 mm。

（2）型面曲线。口型板中心点用O表示，中心部位厚度为7.7 mm，肩部端点用B表示，端点部位厚度为8.8 mm，在数控线切割机床图纸绘制系统中，绘制口型板切割型面，用150°弧线连接OB两点，并镜相绘出整个口型板型面曲线，曲线最低点为胎面中心点，最高点为胎面肩部端点。口型板型面曲线如图5所示。

图5 挤出口型板型面曲线示意

（3）开型。用DK7750E型电火花数控线切割机场（苏州市宝玛数控设备有限公司产品）将口型板设计参数输入线切割设备，按口型板型面曲线加工口型板。口型板如图6所示。

图6 挤出口型板示意

4 胎面试制

4.1 主要设备

Ф120/Ф200/Ф150三复合销钉式冷喂料挤出机，西德特勒斯特公司产品。

4.2 主要工艺参数

根据我公司挤出机的工艺要求，确定胎面挤出主要工艺参数，见表1。

表1 胎面挤出主要工艺参数

4.3 挤出胎面胶尺寸

当挤出机温度稳定后，将胎冠胶、基部胶和胎侧胶分别加入Ф200 mm，Ф150 mm和Ф120 mm挤出机的喂料斗；启动挤出机螺杆，排出空气，直到胶料从机头挤出无气孔；然后关停挤出系统，安装口型板；再次启动挤出系统，挤出胎面，冷却后进行测量。经测量，胎面尺寸为：A1=142.3 mm，A2=8 mm，A3=12.2 mm，H1=9.4 mm，H2=9.36 mm。要注意的是，测量挤出胎面，对尺寸不合格的点，在口型板上找出对应位置，进行打磨、修理即可。

5 结语

胎面质量显著影响成品轮胎的一致性和动平衡均匀性，结构合理的胎面挤出口型板是轮胎质量的重要保证。本工作通过分析胶料通过流道和口型时的压力和速度，采用型面曲线法开发胎面挤出口型板。型面曲线法方便、快捷，用其开发的口型板挤出的胎面平整，均匀性和对称性好。本工作仅对平面形胎面挤出口型板进行设计，锯齿形、阶梯形和渐变形胎面挤出口型板也可采用型面曲线法设计，仅需将胎面分成几个平面部分处理即可。