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全新概念轮胎制造工艺技术 |
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全自动化生产一直是轮胎制造业界追求的目标，也是全球轮胎工业发展的潮流。近些年来，轮胎生产工艺自动化已朝着两个方向发展：现有传统工艺的不断完善和全新概念技术的开发应用。
从广义上说，全新概念技术也就是反传统的、革命性的技术。目前，已经在该领域崭露头角的有米其林C3M技术、大陆MMP技术、固特异IMPACT技术、三海CCC技术、普利司通ACTAS技术和倍耐力MIRS技术。
上述6种全新概念轮胎制造工艺技术，对传统制造工艺技术的地位带来了威胁和挑战。对此，海外业内传媒虽广泛加以报道，但关键技术披露甚少。笔者现将收集到的信息加以整理和筛选，粗略勾勒出其中四种全新概念技术的大体轮廓。
一、基本情况
众所周知，轮胎工业发展到如今已逾百年。走过上百年的历程，传统轮胎生产工艺至今已日臻完善，从胶料混炼、部件准备(压延、压出)、成型、硫化到成品质量检验，各个阶段的自动化程度都非常高。任何事物在发展到一定历史高度之后，再继续往更高的目标迈进，其难度将非常大。这时，若能够从另一个角度或换一种方法去思考和突破，则往往会有更好的效果和较大的收获。全新概念轮胎制造工艺技术就是在这样的背景下，遵循这样的思路开发出来的。
与传统的轮胎制造工艺技术相比，上述全新概念工艺技术普遍具有节省投资、设备占地面积少、生产效率高、降低成本的优势，详见表1。表1 全新概念轮胎制造工艺技术经济指标
 二、米其林C3M技术
C3M的全称为：Command+Control+Communication&Manufacture；建议译为：指挥、控制、通讯及制造一体化系统。
C3M有如下5项技术要点：①连续低温混炼；②直接压出橡胶件；③成型鼓上编织／缠绕骨架层；④预硫化环状胎面；⑤轮胎电热硫化。
C3M的关键设备是特种编织机和挤出机。C3M技术通过以成型鼓为核心，合理配置特种编织机组和挤出机组而得以实现。特种编织机环绕成型鼓编织无接头环形胎体帘布层和带束层，并环绕成型鼓缠绕钢丝得到钢丝圈。挤出机组连续低温(90℃以下)混炼胶料，压出胎侧、三角胶条以及其他橡胶件。
C3M的工艺特点是：部件既不经过冷却／停放，也不需要再加工或预装配，直接送到成型鼓上一次性完成轮胎成型。在成型过程中，成型鼓一直处于加热状态，胎胚在成型的同时被预硫化从而达到定型。
米其林于1982年开始研究C3M技术，1992年宣布研究成功，次年在总部所在地--克莱蒙费朗(Clermont-Ferrand)建第一间C3M厂，1998年底已发展到7间厂，见表2。表2 ：米其林C3M厂一览表
 三、大陆MMP技术
MMP的全称为：Modular Manufacturing Process；建议译为：积木式成型法。
众所周知，传统的轮胎生产工艺由四大工序组成：①塑／混炼；②压延和压出；③成型；④硫化。现有的轮胎厂，除部分通过购人成品混炼胶而省缺第一道工序外，大多数是上述四道工序全部齐备。
MMP打破传统轮胎厂四大工序齐备的模式，将四大工序分割成两大块来操作。第一块包括了传统工艺的第一道工序(塑／混炼)、第二道工序(压延和压出)以及第三道工序的前半部分(胎体成型)，第二块包括了传统工艺的第三道工序的后半部分(贴带束层、上胎面)和第四道工序(硫化)；执行第一块生产任务的工厂被称之为"平台"，执行第二块生产任务的工厂被称之为"卫星厂"。平台负责生产轮胎基本构件并进行预装配，卫星厂负责整体装配并完成轮胎制造工艺最后硫化。通常，一个平台可配置多间卫星厂，构成辐射网络。
换言之，MMP技术的最大特点就是一种"基本构件生产厂+总装厂"的新模式。平台(基本构件生产厂)设在劳动力成本低的地区，降低生产成本；卫星厂(总装厂)设在技术发达的地区或处于市场战略位置的地区，一来保障产品质量，二来达到成品就地供货的目的。
平台产品(轮胎基本构件)实行标准化，也就是说同一规格，不同晶牌、不同系列的轮胎，除胎面、带束层不同外，其余基本构件全部相同。从平台下线的胎体已经过预硫化。视产品技术要求不同，贴带束层也可在平台上完成。
MMP的最初构想为大陆公司采购与战略资源部经理Bernadatte Hausmanr提出，1993年底获立项，1996年6月首间全规格MMP示范厂在德国投产，1997年初MMP技术通过大陆公司董事会评审，至此拉开了全球范围应用的帷幕。
四、固特异的夏hOPACT技术
IMPACT的全称为：Integrated Manufacturing Precision Assembly Cellular Technology；建议译为：集成加工精密成型单元技术。若将缩写IMPACT看作是单词Impact，其英文意思为"碰撞、冲击、影响"。因此，海外业内传媒有将IMPACT谑称为Impact的，意喻对传统制造技术产生冲击的新技术。
IMPACT有四大要素(又称四大单元)：①热成型机(Hot Former)；②改进控制技术，提高生产效率；③自动化材料输送；④单元式制造。上述四要素既可以单独使用，也可以组合起来使用，而且无论是某个要素还是整个系统与现有的轮胎工艺流程都能够紧密结合成一体。IMPACT不会像其他新一代轮胎制造系统那样与现用系统不兼容。
对整个橡胶业界而言，热成型机似乎是闻所未闻的新工装设备，其实它由多台微型型材压延机(Mini Contour Calender)、冷喂料挤出机和一条钢质运输带构成。压延机的两个辊简直径在700mm左右，它与传统压延机不同之处在于：①有一个辊筒是型辊；②双辊温度超过传统压延工艺温度。钢质运输带又称移动轨床(Moving Tracked Bed)，由两个导辊和一条不锈钢薄带构成，其最高速度为15米／分，通常以8-9米／分的速度运行。每台压延机配备一台冷喂料挤出机，后者负责向前者供料。对冷喂料挤出机没有什么特殊要求，目前在用的普通型即可，至于它的规格则必须与在该工位压出／贴合的轮胎部件的体积流量相匹配，保证供给压延机足够的胶料。
目前固特异已经研制出两种热成型机，其中一种七工位，适用于卡车轮胎生产，另一种为四工位，适用于轿车轮胎生产。七工位热成型机由7台微型型材压延机组成，移动轨床将这7台压延机连接成一个整体，可压出7种不同的轮胎部件并同时完成部件与部件之间的定位和组装／贴合。
七工位热成型机的工作流程如下：第一工位的微型型材压延机压出气密层胶片，胶片落在移动轨床，移动轨床将其输送到第二工位；第--212位的压延机压出隔离胶片，敷设在气密层胶片之上，型辊同时将其压实，完成两层胶片的热贴合；第三工位的压延机压出胎侧胶，敷设并贴合在上述组件两侧；第四工位的压延机压出胎圈包胶，敷设并贴合在上述组件上的某个特定位置；第五工位的压延机压出三角胶条，敷设并贴合在上述组件上的某个特定位置；第六工位的压延机压出隔离胶条，敷设并贴合在上述组件上的某个特定位置；位于第七工位的压延机压出另一条三角胶条，敷设并贴合在上述组件上的某个特定位置。至此，组件也运行到了热成型机的末端，在此被卷取。卷材将被送往二段成型机，在二段成型机上裁断，贴上胎体帘布层、带束层和胎面胶，即得到生胎胚。一卷这样的卷材可成型100~120条轮胎。七工位热成型机的总长度为45~50米。
热成型机贴合不用胶浆，不但降低原材料成本，而且减少环境污染。与传统工艺相比，热成型工艺耗材下降10％，劳动用工减少42％，生产成本节约20％。
热成型机适用于各种类型和规格轮胎的生产。第一台热成型机已于1999年7月在卢森堡(Luxem-bourg)轮胎厂投入商用卡车轮胎生产；第二台热成型机于2001年夏天在美国丹维尔(Danville)轮胎厂投入原配载重轮胎生产。固特异拟于2001年稍晚些时候在德国富尔达(Fulda)轮胎厂调试第三台热成型机，并于2002年将第四台热成型机安装在北美，这两台热成型机将用于轿车轮胎生产。
截至2000年12月，固特异已研发成功6种冠以IMPACT的工装设备。这些设备一直在卢森堡、美国丹维尔和加拿大纳帕尼(Napanee)三地的中试工厂试车，并至少已在一间轮胎厂转入正式使用。这些新型工装设备已使全员单位时间生产指数由1998年的100提高到115。计划到2002年有15种IMPACT32装设备落户7间轮胎厂，届时上述指数将会提升到125。
现有的6种IMPACT212装设备分别为：①高产量四复合挤出机；②精密带束层裁断机；③精密胎体帘布层裁断机；④四束钢丝圈卷成机；⑤增强型载重轮胎成型机；⑥乘用轮胎成型机。
固特异在卢森堡轮胎厂用改进过的Berstorff四复合挤出机压出胎面组件，挤出速度大约为10米／分，据此可推算其产量将超过200公斤／分。用该法生产的胎面组件比传统工艺生产的轻19％，这意味着成品轮胎重量减轻5％。
在用热成型机压出胶片代替外护圈包布取得成功的基础上，固特异大力发展注压成型钢丝圈／三角胶条组件。2001年4月，钢丝圈／三角胶条组件注压成型机在卢森堡轮胎厂进人最后阶段中试。该机已成功地为5000条载重轮胎提供钢丝圈／三角胶条组件。目前正对工艺进行调整，为更大批量生产作准备。
钢丝圈／三角胶条组件注压成型机由4部分构成：①经过改进的带DRC2000控制器的DesmaD710．800／4-T／R注压机；②平板硫化机；③三工位压紧机；④带专用夹具的ABB机械手。
已按特定尺寸绕成特定形状的钢丝圈挂在专用挂架上。ABB机械手藉专用夹具夹持钢丝圈，放入三工位压紧机。经压紧后的钢丝圈，由机械手送人平板硫化机。注压机通过模型上的16个注胶孔往模腔内注胶，多余的胶料由8个排胶孔排出。平板硫化机的热板不像平常那样加热到标准温度200~(2以上，而是采用感应加热方式对钢丝圈进行加热，确保钢
丝圈从里向外硫化，目的是既要使钢丝圈／三角胶条组件表面保持粘性，能够有效地与其他轮胎组件粘合，同时又达到减少生胎在硫化工序时的硫化时间。硫化程度达到90％时，机械手将钢丝圈取出。钢丝圈经修边后送成型工序备用。
与普通钢丝圈相比，注压成型的钢丝圈对称性更好、成品容易修整，而且无接头，省时省工，成品质量与操作工的熟练程度无关。
自1997年以来，固特异己投入5．16亿美元开发IMPACT)顷目。其中大部分(约3．52亿美元)用在改进现有生产工艺和设备上。构成IMPACT的其他三个要素，平均消耗了4000万-8000万美元的费用。所取得的成效是目前已发展到13％的卡车轮胎、1％的轿车轮胎是用IMPACT制造出来的。到2004年，这一比例将提高到卡车轮胎33％和轿车轮胎10％。固特异自己承认从1997年算起，大概需要20年时间才能将其遍布全球的轮胎厂改造成都用IMPACT~艺进行生产。
五、倍耐力M工RS技术
MIRS的全称为：Modular Integrated Robotized System；建议译为：积木式集成自动化系统。
MIRS的精髓是：以成型鼓为中心，组织生产；多组挤出机配合遥控机械手，实现从胶料挤出到成型鼓直接成型；用胎胚气密层代替胶囊进行硫化。
MIRS只有3道工序：①预制；②成型；③硫化。预制工序有多台挤出机，每台挤出机配备规格为1×1．5m的卷取轴架，上挂钢丝或浸渍帘线辊筒；架上的多股钢丝或帘线进入挤出机的直角机头，与胶料一同挤出，得到补强胶条，供下游工序使用。成型工序有3组共8台挤出机和3对遥控机械手，分成三工位操作。成型鼓为可折叠式，中空，鼓身由8块厚20mm铝板制成，上有小孔使鼓面与鼓腔连通。成型鼓经预热进人第一工位，并绕轴旋转；挤出机将胶料挤出到成型鼓上，机械手反复辊压胶料，挤出空气，使胶料紧贴鼓面，得到气密层；由于鼓面是热的，胶料被预硫化。接着成型鼓进人第二工位，第二对机械手将预制工序生产的各种补强胶条缠绕在成型鼓上，同时第二组挤出机将胶料挤出到成型鼓上，机械手和挤出机交叉操作，逐步形成胎体帘布层、胎圈等。然后成型鼓进入第三工位，第三对机械手贴预制带束层，挤出机组将隔离胶、胎侧胶、胎面胶直接挤出到成型鼓上，经压实、整形得到完整胎胚。胎胚连同成型鼓一起进人硫化工序，硫化机装在六工位圆盘运输带的立柱上。第一对机械手将未取下成型鼓的胎胚装入硫化机，合模，往成型鼓腔内通人高压氮气，氮气通过鼓壁的通气孔逸出到鼓面，使胎胚胀大，从而脱离鼓面并紧贴硫化模内壁，这样已经预硫化的胎胚气密层实际上起到胶囊的作用。和普通硫化一样，模腔内通人蒸气。经15分硫化后，圆盘运输带到达第六工位，第二对机械手开模，将轮胎连同成型鼓一起取出，折叠成型鼓，得到成品轮胎。成型鼓经拼装后送回第二道工序循环使用。至此完成一个生产周期。
倍耐力第一间MIRS厂设在总部所在地--意大利米兰Biccocca，已于2000年6月投产；第二间MIRS厂选址美国佐治亚州Rome，毗邻新建的铃木汽车厂，目前尚在建设中。
六、结语
21世纪将是上述全新概念轮胎制造工艺技术逐步扩大工业化的世纪，排在世界前列的几大轮胎制造商凭借这些全新概念技术进行低成本、高精度生产，从而得以巩固并提升其现有地位。随着推广应用的深入，人们对上述全新概念技术的了解也会越来越多。勿庸置疑，在这过程当中，相信还不断会有新概念技术涌现。我们可以这样说，不是今年，也许明年，最晚不超过10年，轮胎制造工艺将与今日我们所见所用的大不一样。在本世纪内，轮胎制造工艺技术必将发生巨变，这是量变到质变的必然飞跃。(end)
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(投稿)
(5/29/2005) |
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