数值仿真技术在轮胎硫化定型工艺中的应用

近年来 随 着计算 机技 术 的普 及 和计算 速度 的
提高 ， 限元分 析 在 工程 设 计 和 分析 中得 到 了越 有 来越 广泛 的应 用 ， 已经成 为 解 决 复 杂 的工 程 分 析 计算 问题 的有 效 途径 ， 目前 从 汽 车 到航 天 飞 机 几 乎所 有设计 制 造都 已离不 开有 限元分 析仿 真 。 硫化 是轮 胎加 工 过程 中 的重 要 工 序 ， 轮 胎 对
样就 可 以将胎 坯 内壁 与胶 囊 之 间 的气 体 排 放掉 ，
从 而避 免窝气 。如 果胶囊 结构 及定 位高度 等工 艺 条件 设计 不合 理 ， 胶囊 在 轮 胎 内壁 的展 开 就 不 则
理想 ， 而造成 硫化 缺 陷 。 从
过热 水或 过热蒸 汽 的压力 和温度 是通 过胶 囊传 递
重新 连 接 ， 过程 序 处 理 后 重 新 引 入 Ａｂ ｑ ｓ软 经 ａｕ
轮胎 质量 直接 与硫化 工艺相 关 。轮胎 在硫 化 过程 中 出现频 率较 高的 问题主要 有 窝气 、 显线 、 缺
作 者 简介 ： 世 涛 （ ９ ３ ） 男 ， 东 潍 坊 人 ， 角 轮 胎 股 份 邓 １ ７一 ， 山 三
到轮 胎 内壁 的 ， 压 力 和温 度 是 轮胎 硫 化 的两 个 而
关键 因素 ， 高压 力可 以使 轮胎变 得质 地细 密 ， 免 避
以前 进行 胶囊 结构设 计 和工艺 条件制 定都 是 根据 经 验 ， 要反 复 试 验 ， 需 造成 废 次 品较 多 ， 费 浪
轮胎 内部 气孔 和气泡 的形 成 ， 而保 证硫 化质量 。 从 胶囊 的结 构 、 状和 材料 特性对 压力 传递 的影 响 、 形
较大， 时间较 长 ， 用有 限元分 析方 法将整 个胶 囊 采
展 开过程 进行 仿真 ， 则可 以快 速确定 工艺 条件 。 本研 究直 接采 用公 司前期 开展 的成 型仿真 得 到 的胎坯 有 限元 网格 ， 由于在 成 型仿 真过 程 中接 触 以及边 界条 件 的影 响 ， 成 型 后 胎坯 单 元 之 间 使 互相 发 生穿透 或 者 变形 过 大 ， 因此 需要 将 其 处 理
第 １ 期
邓 世 涛 等． 值 仿 真 技 术 在 轮 胎 硫 化 定 型 工 艺 中 的应 用 数
数值 仿 真 技 术在 轮 胎硫 化 定 型 工 艺 中的应 用
邓世 涛 ， 明， 高 张春 革
（ 角 轮胎 股 份 有 限公 司 ， 东 威 海 三 山 ２４０） ６ ２ ０
摘 要 ： 有 限 元 分析 软 件 Ａｂ ｑ ｓ 仿 真 计 算 平 台 ， 发 了一 整 套 进 行 胶 囊 硫 化 变 形 行 为 的仿 真 分 析 方 法 ， 拟 以 ａｕ 为 开 模 胶 囊 从 收 囊 筒 到 充气 定 型 的整 个 过 程 ， 定 型 压 力 等 工 艺参 数 对 定 型 效 果 的 影 响 进 行 仿 真 分 析和 对 比 。结 果 表 明 ， 就 定 型 压 力 及 上 压 盘 的定 型 高度 和 直 径 等 对 定 型 效 果 影 响 明显 ， 明仿 真 分 析 结 果 与 实 际 情 况符 合 较 好 。 证
定 型压力 下胶 囊 在 轮胎 内壁 上 展 开 ， 想 的展 开 理 过程 是从 胎坯 中 间开始 接触 ， 然后 向两边 延伸 ， 这
性能 有很 大影 响［ 。由于技 术和 环境 等多方 面 因 １ ］ 素制 约 ， 术人 员 很难 预先 计 算 得 到硫 化 工 艺 参 技
数 ， 要进 行 多 次试 验 才 能 确定 。在 硫 化 过 程 中 需
胶 和圈 弯等 ， 中窝 气 和缺 胶 都 与 胶囊 的定 型 作 其
用有 一定 关 系 。硫 化过 程 的第 一步 便是对 成 型胎 坯进 行定 型 ， 型 的主 要 目的是 将 胶囊 与胎 坯 之 定 间的气体 排放 掉 ， 胎坯 与模具 吻合 良好 ， 使 避免 缺
胶， 否则 还会 因为存 在 气 体 而 导致 窝 气 现 象 。在
高压 下胶囊 在 轮胎 内部展 开 的过程及 胶囊 展开 后 与轮 胎 内壁 的接触等 问题 都直接 影 响轮胎 的硫 化 质量 ］ 需要 对胶 囊 在 模 具 定 型 、 过 热 水 等 整 ， 充 个过 程 中的变 形进行 仿 真分析 。本研 究在 此基 础 上将 胶囊仿 真 分析 与轮胎 硫化 过程 内部应 力分 布
分析 作为 一个 系统来 考虑 ， 完整 地分 析整 个系统 ，
为优 化胶囊 结 构和硫 化工 艺提ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 参考 。
１ 胎 坯 有 限元 模型 处理
成 可 以用 于建 模 的理想 胎坯 。具体 做法是 采用公
司开发 的后 处 理 程 序将 其 输 出 为 Ｃ ＡＤ 格 式 （ 如 图１ 所示 ） 将 发生 穿透 或大变 形处 的 网格 线删 除 ，
有 限公 司 高级 工 程 师 ， 士 ， 要 从 事 轿 车 和 载 重 子 午 线 轮 胎 的 学 主 设 计 和技 术 管 理 工 作 。
件 中 。经过处 理后 的胎 坯如 图 ２所示 。
２ 胶 囊与胎坯 内壁 间定 位 ２ １ 模 具 内轮 廓 曲线位 置确定 ．
模具 内轮 廓 曲线 ， 即轮 胎 外 轮廓 曲线 可 以从
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轮
胎
工
业
２ １ 第 ３ 卷 ０ ２年 ２
胶 囊所 组成 的硫 化 系统 内 ， 囊 旋 转轴 和轮 胎 旋 胶 转 轴应 该是重 合 的 ， 此 可 以确定 胶 囊 在 ｙ方 向 据 的位置 ； 胶囊在 Ｘ 方 向的位置 需 要根 据 实 际硫 化 机 内下 压环距 钢菱 圈平 台 的高度 （ 确 定 ， 图 ４ ） 如
关 键 词 ： 胎 ； 化 ； 型 ； 值 仿 真 ； 限 元 分 析 轮 硫 定 数 有 中图 分 类 号 ： Ｑ３ ６ １ ｌＴＱ３０ ６ ７Ｏ２ １ ８ Ｔ ３ ． ； ３ ． ； ４ ． ２ 文 献 标 志 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：０ ６８ ７ （０ ２ Ｏ 一０ ５０ １ ０— １１ ２ １） ｌ０ ４—４