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橡胶硫化机
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轮胎硫化机结构简介(上)
作者:桂林橡胶机械厂
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橡胶硫化机展厅
微波硫化机, 电热式硫化机, 平板硫化机, 硫化罐, ...
汽车轮胎的硫化从50年代起推广应用了胶囊定型硫化机。硫化室内径在65"以下的轮胎,即全部乘用车轮胎和轻型、中型卡车轮胎的硫化基本上都采用双模定型硫化机。65"以上的则采用单模定型硫化机或硫化罐。

双模定型硫化机首先普遍应用的是机械式硫化机,采用曲柄齿轮—连杆(或称四连杆)结构,机构原理简单。在合模瞬间就加上合模力,以较小的电机功率可获得较大的合模力。合模以后电机不再工作,而合模力可始终保持到重新开模。目前世界上所采用的机械式硫化机虽生产厂家不同、规格型号各异,而且经过多年不断改进,但基本结构都一样,也都没有变化。

在机械式硫化推广应用的同时,也出现了液压式硫化机。但由于开始时液压式硫化机对机械式硫化机的优越性不很明显,而且当时液压技术还不很成熟,轮胎厂对液压式硫化机的维修保养还不很适应,因此在一段时间内液压式硫化机没有象机械式硫化机那样得到普遍推广。但随着汽车工业和轮胎工业的不断发展,对轮胎的均匀性提出了越来越高的要求,也对硫化机的工作精度提出了越来越高的要求,液压式硫化机的优越性就充分地显示出来了。同时液压技术也日趋成熟,维修保养也不再成为大问题。所以现在世界上主要轮胎公司已逐步采用液压式硫化机来代替传统的机械式硫化机。他们在建设新厂或对老厂进行技术改造时,已基本上采用液压式硫化机。液压式硫化机替代机械式硫化机已成为无可置疑的发展趋势。

机械式硫化机有其结构特点,但这种结构也同时带来了一些固有的弱点。

机械式硫化机的合模力是依靠各受力构件的弹性变形而获得的。在合模并加上合模力时,上横梁两端向下挠曲,底座两端向上挠曲,连杆被拉长且其两端向外挠曲,曲柄齿轮及连杆下端向外偏移,见图1。因此,即使是全新的硫化机,制造质量良好,没有磨损,在合模时这些挠曲变形都一定发生。硫化工位的轴线将偏离理论的垂直位置而被扭弯,而且这轴线从理论垂直位置到被扭弯位置每开合模一次就重复发生一次。也就是说,这轴线在开合模瞬间是带有角转运动的。

由于受力构件的挠曲变形,模具受到的合模力沿圆周方向不是均匀分布的,终是外侧的受力大于中间,见图2。有的硫化机制造厂针对这一问题采取了一些补救措施,例如在未合模时使曲柄齿轮下端预先内倾(曲柄齿轮轴向外下倾一微小角度),以及在上横梁上采用楔形填片等,这对某一特定规格的轮胎并在硫化机没有磨损时起到一定的补偿作用,但在变换轮胎规格时或硫化机零件有磨损时,这种补偿作用就大大降低。

模硫化机结构上是左右对称的,但由于制造上的误差,不可能做到绝对对称。硫化机制造厂采取各种措施以保证零件的对称性,例如连杆成对加工,墙板成对加工,尽量采用数控机床等,但对上横梁、底座、曲柄齿轮、传动轴和传动齿轮等,很难做到绝对对称。由于存在这对称性误差问题,为了保证机器灵活运转,各运动零件的配合一般都采用较松的配合公差。如连杆孔与上横梁轴及曲柄销的配合为(E8/e8),曲柄齿轮轴与底座孔的配合为(E8/e8),上横梁轴与滚轮的配合为(F8/e8),滚轮与墙板导槽的配合为(H9/f8),上横梁端面、底座端面与连杆平面之间的累积间隙为1.15~1.5mm等。这不对称性和这些公差的存在进一步对硫化机的合模精度特别是重复精度造成不利影响。 机械式硫化机的结构还决定了上横梁销轴施加于连杆上部铜套的力、曲柄齿轮轴施加于连杆下部铜套的力,和曲柄销施加于连杆下部铜套的力都是不均匀的,见图1。而且这几个连接部分都在重负荷下转动,这不可避免地造成这些铜套的不均匀的和较严重的磨损。而铜套的磨损将进一步降低硫化机的合模精度。为了保持硫化机一定的合模精度,这些铜套的磨损程度必须经常检查并及时更换。

此外,机械式硫化机的合模力是在曲柄销到达下死点瞬间由各受力构件的弹性变形量所决定的。而温度变化将使受力构件尺寸发生变化,合模力也将随之而变化。因此机械式硫化机的合模力对温度是比较敏感的。在投入使用前或停机一段时间重新开动时一定要预热。生产过程中环境温度或工作温度的波动都将造成合模力的波动。

所有这些机械式硫化机所固有的弱点在液压式硫化机上都较彻底地解决了。现以日本三菱重工生产的PC-X液压硫化机(PC-X中的PC代表乘用车胎,X代表液压硫化机系列)为例加以说明。

1 总体结构

(l)机体为固定的框架,结构紧凑,刚性良好,安装运输方便,见图3。

(2)开合模时上模部分只有垂直上下运动,靠前后和左右滚轮在导轨上滚动,见图4。滚轮带有偏心套,对中度可精确调整。滚轮与导轨之间基本上没有间隙,可保持很高的对中精度和重复精度。

(3)虽然液压式硫化机也是双模腔的,但从受力角度看,只是两台单模硫化机连结在一起。合模力依靠液压缸加在模具中心的力和二侧框架对称的弹性伸长而获得,模具圆周方向受力均匀,见图5。在整个操作过程中硫化工位轴线能始终保持理论垂直,没有角转运动。

(4)由于合模力决定于合模油缸油压,不受环境温度或工作温度影响,可保持恒定的合模力。
(5)运动零件动作时其滑动表面或滚动表面没有法向负荷,磨损极小,可保持长时间的操作精度。
(6)由于改进了机械结构和隔热层的设计,辐射热损耗比机械式硫化机降低30~50%,见图6。
(7)由于开合模动作简化,开合模时间缩短30%左右,提高了机器的生产率。
(8)因为没有上模的翻转运动,对保持活络模的精度和延长其使用寿命有利。
(9)由于取消了全部蜗轮减速器、大小齿轮、曲柄齿轮和大连杆等运动件和易损件,维护保养工作量减少。
(10)由于整机重量减轻,且机器在开合模时重心轴线不偏移,机器的基础处理可大大简化。
(11)机器的运动精度提高,可达到:

上下热板同心度≤0.3mmTIR
上下热板平行度≤0.3mm/m
装胎器对下热板的同心度≤0.3mmTIR
装胎器对下热板的平行度≤0.5mm/m
卸胎器对下热板的同心度≤1mmTIR
卸胎器对后充气环的同心度≤1mmTIR

上述精度是机械式硫化机很难达到的,特别是重复精度难以保证。当生产H级或V级轮胎时,要想得到高的一级品率,机械式硫化机已很难胜任。

2 胶囊操作结构(中心机构)

传统的中心机构主要有三种型式,即原美国NRM公司开发的Autoform(我国简称为A型),美国McNei1公司开发的Bag-O-Matic型(我国简称为B型),和德国Herbert公司开发的AUB0型(我国简称为AB型或C型)。其他型式可以说都是这三种基本型式的改型。现三菱重工采用的中心机构称为RIB(Rolling In Bladder)翻入胶囊型,这是在A型的基础上吸收了其他型式的优点而开发的,且RIB型本身也在不断改进。其新结构型式如图7所示。

在固定的中心机构筒体内装有一升降囊井,由二个垂直油缸操纵上下运动。轮胎下钢圈固定在此囊井顶部。囊井上升时将硫化好的轮胎顶出。胶囊下夹环高度可通过一专用电机及一套链轮链条装置调节以适应不同尺寸的轮胎。中心机构下部为一横梁,由二个垂直气缸操纵横梁上下运动。胶囊上夹环操纵油缸及更换胶囊的油缸固定在此横梁上。胶囊上夹环除了随横梁上下运动外,还可由它自己的油缸操纵上下运动。横梁运动共有三个位置。中间位置为硫化位置。硫化时由二个水平闭锁气缸将横梁运动锁住,硫化结束后横梁上升到最高位置,然后闭锁气缸松锁。卸胎时横梁在最低位置,胶囊收缩在囊井内。需更换胶囊或调节下夹环高度时可将横梁提到最高位置。此时如启动更换胶囊操作泊缸,下夹环松开,即可更换胶囊,换好后再重新压紧。


2.1 RIB中心机构特点

2.1.1 与A型比较

(1)RIB中心机构的胶囊顶端由中心杆支撑,定型时,轮胎与胶囊的对中性较好,稳定性较好,硫化的轮胎质优,比A型硫化机更适合于子午线轮胎的硫化。
(2)硫化时硫化介质不进入囊井,克服了A型耗能太大的缺点。
(3)RIB中心机构的胶囊折叠程度比A型硫化机少,胶囊膨胀需要的能力小,较容易舒展在胎坯内,因此,胶囊使用寿命较长。

2.1.2 与B型比较

(1)RIB型中心机构定型和硫化时胶囊在圆周方向伸长小,胶囊寿命较长。定型时胶囊从下部或中部“翻”靠胎坯,胶囊膨胀小,因此定型时轮胎变形小。胶囊折叠时,胎圈不弯曲,其硫化的轮胎均匀质优。见图8。

(2)省掉抽真空系统,能耗较低,并省掉中心操作水缸,无泄漏之虞,见图9。

(3)胶囊上夹环在合模时节降至所需高度并固定在此位置。上下环之间不用定型套。
(4)更换胶囊时,胶囊下夹环由油缸操纵松开和压紧,并省掉夹持环、环座连接螺纹等结构,因此更换胶囊快(换一条胶囊约5min即可)。

2.1.3 与老RIB型比较

与老RIB型比较1它增加了囊井升降动作。轮胎下钢圈固定在囊井顶部。硫化结束后囊井连同下钢圈上升,将轮胎顶出下模,然后由卸胎器取走轮胎。
改变了原来由上部推顶器上的扇形板插入轮胎上胎圈部位并将轮胎从下模拉离的方式。避免了扇形板容易损坏和轮胎上胎圈容易拉坏的现象。

2.1.4 与AB型(或C型)比较

RIB型的基本结构和动作原理与AB型(或C型)相似,但增加了一个快速更换胶囊泊缸,使更换胶囊非常方便。而且胶囊形式与A型基本一样,仍为蘑菇形胶囊,胶囊模具可以通用。不同之处为RIB型的胶囊上端开有一个小圆孔。

2.2 操作程序

PC-X硫化机及其中心机构操作程序如下,见图7,图10。

(1)正硫化。胶囊上、下夹环在硫化位置。二个水平空气缸锁住中心机构。
(2)硫化结束。胶囊排水、汽到零压。开模。胶囊上夹环由中心油缸带动下降到下夹环上。二个垂直空气缸带动中心,机构下横梁上升到最高位置。二个水平空气缸松锁。然后中心机构下梁下降,使胶囊上、下夹环一起下降。胶囊缩到囊井中。二个垂直油缸带动囊井上升,将轮胎顶离下模。
(3)卸胎器转入,抓住硫化好的轮胎。
(4)卸胎器转出,将硫化好的轮胎送到后充气工位(或卸胎工位)。装胎器转入,将新的胎坯送到硫化工位,
(5)二个垂直油缸带动囊井下降到硫化二个垂直空气缸带动中心机构下梁上升到最高位置。胶囊出囊井。二个水平空气缸将中心机构锁住,然后中心机构下横梁下降到硫化位置。胶囊上夹环由其油缸带动上升,同时进预定型蒸汽,胶囊翻靠胎坯。
(6)预定型结束。后充气装置翻转。
(7)装胎器上升转出。合模。最终定型。
(8)硫化开始。装胎器抓新胎坯。
(9)后充气装置卸胎。装胎器上升。
(10)轮胎卸离后充气装置。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (5/25/2005)
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