贾会格，张垂贤，董林林

[倍耐力轮胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

轿车市场蓬勃发展，汽车行业标准逐步完善。国际汽车工作组IATF 16949标准被广泛应用于汽车及其零部件制造行业，该标准在ISO 19001的基础上增加了汽车行业的特殊需求。轮胎作为汽车重要的组成部分，在保障驾驶的安全性、舒适性、低噪声方面都发挥着重大的作用。汽车制造商对轮胎供应链管理日趋严格，轮胎的外观和均匀性成为轮胎企业竞争配套资质的关键性因素，提升轮胎的均匀性也一直是轮胎企业的研究课题。影响均匀性指标的因素存在于轮胎制造全过程的任何工序，均匀性的提升取决于全过程制造能力的提升。

本工作主要研究轿车轮胎成型工艺中胎坯外周长对轮胎外观和均匀性的影响，重点分析对径向不圆度及径向力波动[1]两个均匀性指标的影响，以期为提高轮胎外观质量和均匀性提供参考。

1 轮胎外观和均匀性指标

成品轮胎在入库之前，需要根据规定流程完成相应的检查过程，合格的产品才能入库、销售。轮胎的检查项目可能因不同的客户要求和制造商控制手段存有差异，常规上外观、均匀性和X光检测为核心检查项目。

1.1 轮胎外观指标

外观检查，即检验员以目测、手触为主要手段，间或使用体积较小的检查工具进行辅助操作的轮胎检查过程。外观检查一般不需要借助大型检测设备。外观检查的主体为检验员，因此检验员的技能水平、检查手法、检查结果判定标准都会对检查结果有较大影响，方法的标准化和检查人员的测量系统分析至关重要。外观检查缺陷项目较多，包括杂胶杂质、欠硫或过硫、缺胶等。

1.2 轮胎均匀性指标

轿车轮胎的均匀性指标主要可分为以下3类：（1）力波动相关指标，如径向力波动、侧向力波动和锥度等[2]；（2）几何尺寸相关指标，如径向不圆度、侧向不圆度、鼓包、凹陷等；（3）质量分布均匀性相关指标，如静平衡、偶平衡、动平衡[3]。与外观检查不同，轮胎的均匀性检测必须借助均匀性和动平衡试验机进行，利用检测设备上的传感器转化和采集数据。均匀性不好的轮胎在行驶过程中可能会发生上下跳动、左右晃动的问题，也可能发生偏离直线行驶的问题，上述不同指标产生机理不同，导致的后果也不尽相同。

2 胎坯外周长的定义及测定方法

2.1 胎坯外周长定义

轮胎制造过程主要包括胶料混炼、半部件挤出、帘布压延和裁断、胎坯成型和硫化几个核心步骤。其中涉及轮胎外缘尺寸的有2个工序：第1个为成型工序，成型后测量胎坯的外周长，该指标为企业内部过程管控指标；第2个为硫化工序，硫化后测量成品轮胎的外周长，测试结果需要满足标准的相关要求。成型工序测定胎坯外周长有2种方式：一种是在成型鼓上完成充气后并在泄气前测量；另一种是卸胎完成后在检查台上进行测量。本工作采用前一种方式，在成型工序泄气前测量并收集数据。

2.2 胎坯外周长测定方法

胎坯成型压合反包结束后，在卸胎步序前对胎坯外周长进行测量，即轮胎在保持充气压力的状态下测量。在充气状态下，胎面并不是完美的曲面，容易给测量结果引入误差，为了保证测量数据的有效性，测量时将测量点固定在胎面上特定的可参考位置，如使用卷尺沿胎面中心线绕胎面一周，记录测量数据。

3 胎坯外周长对轮胎外观和均匀性的影响

3.1 试验方案设计

成型完成的胎坯最终将装入硫化模具内并在特定的温度、压力下完成规定时间的硫化过程。不同规格轮胎的硫化模具设计尺寸不一，组装完成后形成特定的圆周长，胎坯装入后，胎坯外周长与模具内圆周长的匹配至关重要。本工作对胎坯外周长的设置也参考模具内圆周长。模具内圆周长为1 952 mm，胎坯外周长设计3个试验方案，方案1—3胎坯外周长分别为1 925，1 940和1 955 mm。每个方案生产40条试验轮胎。

3.2 对轮胎外观的影响

轮胎外观缺陷种类繁多，本工作主要研究胎坯外周长对胶边缺陷的影响，如图1所示，轮胎表面存在溢出胶边。

由于外观检查结果容易受检验员的影响，在对试验轮胎检查前，先对检查过程的可靠性与一致性进行分析，即测量系统分析的属性一致性分析。先选择20条轮胎，包含合格品、不合格品和有争议的产品，然后让不同的检验员进行检查，检查过程随机且独立，最后利用Minitab软件的属性一致性分析进行检验，从检验员自身、每个检验员与标准、检验员之间、所有检验员与标准的一致性4个维度分别判定检查系统是否可接受。Minitab软件使用Kappa值来判断检查结果是否可接受。一般情况，Kappa值大于0.9表示检查结果可接受。属性一致性分析的部分结果如图2所示。

由图2可见，Kappa值对比清晰明了。如果检查员自身分析的Kappa值太小，表示检测过程不可靠，应先完成对检验员的相关培训，使其熟练掌握检查方法和判定标准。

在验证检查结果可靠后，对采用3个方案生产的120条试验轮胎进行检查，统计胶边缺陷品数量，对比缺陷发生率，结果如表1所示。

表1 轮胎外观缺陷检测结果

从表1可以看出，方案3轮胎胶边缺陷品数量显著增大，缺陷率达17.5%。这说明胎坯外周长太大，硫化过程中胎坯与模具匹配不合理，在活络模块交接处容易产生胶边问题。

3.3 对轮胎均匀性的影响

3.3.1 径向不圆度

在相同检测设备和检测条件（充气压力、负荷和转速）下，对3个方案120条试验轮胎进行径向不圆度检测，采用假设检验的方法分析检测数据是否存在显著性差异，结果如图3所示。

假设检验P值＜0.000 1，根据统计学原理可得出结论，胎坯外周长对径向不圆度的影响是显著的，且方案3轮胎的径向不圆度均值明显比其他2个方案轮胎大，均匀性较差。

此外，还对比了不同试验方案轮胎的线激光检测图谱。读取线激光图谱时，主要根据颜色来进行识别。红色越深表示不圆度检测过程中轮胎上被探测点距离线激光检测装置越近，为高点区域；蓝色越深则表示被探测点距离线激光检测装置越远，为非高点区域。

方案3轮胎的线激光图谱（见图4）中有明显的8个均匀分布的高点区域（波峰）。方案1和2轮胎的线激光图谱均未出现显著的8个波峰现象。据此可推断，由于方案3轮胎胎坯外周长大于模具内圆周长，在硫化过程中，胎坯与模具的尺寸匹配不合理，在硫化模具的8个活络模块的交接处产生胶料冗余堆积，形成了8个径向不圆度检测高点。

除了观察线激光图谱的波峰特征外，线激光检测设备还可以提供高点对应的角度信息，根据角度值，与轮胎的特定位置进行对照，找到高点在轮胎上的具体位置，然后可以根据轮胎的文字、条码位置等固定信息找出对应在活络模块上的位置。经比较确认，方案3轮胎的线激光图谱波峰发生位置与硫化模具活络模块的交接点位置相互吻合，进一步验证了前面的推论。

3.3.2 径向力波动

在相同检测设备和检测条件下，对3个方案120条试验轮胎进行径向力波动检测[4]。一般情况下，检测设备除了提供整体的径向力波动外，还可以提供径向力一次和二次谐波等，通常可以查询10次以内谐波的数据。胎坯外周长对径向力波动的影响采用假设检验的方法进行统计分析，结果如图5所示。

P值＜0.000 1，表示胎坯外周长对径向力波动的影响是显著的。从图5可以看出，方案3轮胎径向力波动均值明显增大，轮胎均匀性变差。

另外，在试验过程中还采集了径向力一次谐波和径向力八次谐波的数据，分析谐波数据与径向力波动数据的关系，结果如表2所示。

从表2可以看出，3个方案轮胎径向力一次谐波数据差异不大，极差小于5 N，但是方案3轮胎径向力八次谐波数据明显大于其他2个方案轮胎，极差大于15 N，且径向力八次谐波/径向力波动比值也明显增大，可见径向力八次谐波对整体的径向力波动贡献较大。

表2 轮胎径向力波动及谐波检测结果

4 影响胎坯外周长的成型工艺参数

综上所述，胎坯外周长对轮胎外观及均匀性均有较大影响，因此在轮胎制造过程中需要将胎坯外周长控制在合适的水平，并对生产中可能影响胎坯外周长的因素进行识别并加以控制。常见的影响胎坯外周长的成型工艺参数如下。

（1）定型压力和时间。成型过程中，控制不同阶段的定型压力和时间至关重要，如预定型压力、定型压力、超定型压力及其对应的充气时间。生产过程中除了关注压力和时间在操作界面的设置值外，还需对实际值进行检查，通常需要定期校验压力阀和气路的状况。

（2）胎圈间距。胎圈间距设置会影响成型时充气膨胀的速度和程度，进而影响胎坯外周长。

（3）冠带层缠绕张力。冠带层缠绕张力和缠绕方式的设计会影响充气后胎坯的膨胀程度，进而影响胎坯外周长。

5 结论

研究结果表明：胎坯外周长对轮胎外观缺陷中胶边问题发生率有较大影响；胎坯外周长对轮胎两个均匀性指标径向不圆度和径向力波动的影响显著，当胎坯外周长大于模具内圆周长时，径向不圆度和径向力波动均值增大，轮胎均匀性变差；胎坯外周长对径向力八次谐波也会产生一定程度的影响。