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摘要：基于免充气蜂巢结构轮胎目前发展动态与应用前景，设计了一种适用于蜂巢结构的轮胎成型模具。通过分析轮胎自身特殊构造对产品使用寿命的影响，并结合其成型工艺的难易及复杂程度，在保证轮胎质量要求和使用性能的前提下，运用Solid-WorkS软件技术创建出蜂巢结构轮胎的成型模具模型，包括模具的主体结构与脱模装置及其成型工艺流程，以降低模具制造难度、加工生产成本并达到简化生产过程的目的。
关键词：轮胎结构；设计理论；研究进展
前言
随着我国轮胎工业的快速发展，轮胎市场竞争愈演愈烈。轮胎模具对轮胎的使用质量和外观起着举足轻重的作用。随着汽车行业的迅速发展，人们对车辆行驶的安全性能和轮胎使用质量的要求越来越高，高品质的轮胎要有高品质的轮胎模具来保证。轮胎的成型模具是轮胎成型装置中的重要组成部分，也是模具行业中必不可少的一部分。近年来，免充气蜂巢结构轮胎逐渐进入人们的视野，其中最具代表性的免充气轮胎是法国米其林公司的Tweel轮胎和美国固铂公司研发的蜂巢结构轮胎，与充气式和实心橡胶轮胎相比，具有安全性能高、节省橡胶材料、制造工艺较简单等优点，有着广阔的使用价值和社会效益。为保证免充气蜂巢结构轮胎的成型精度和质量，结合其特殊构造，借助Solid-WorkS软件进行合理的脱膜单元和模具整体结构的设计。
1 轮胎模具的分类
轮胎模具是轮胎生产过程中重要的设备，它的优劣直接决定轮胎的质量要求、使用寿命和安全性及舒适性。轮胎模具按照结构可分为两大类：两半模具和活络模具。
1.1 两半模具
两半模具主要有型腔和壳体两部分组成。其中保证轮胎成型的型腔部分主要由上侧模、下侧模、花纹圈和钢圈等部分构成；壳体部分包括上壳体和下壳体，是用来安装连接花纹圈及侧模，保证型腔部件正确开合运动。两半模具一般采用轴向开模，在成型过程中主要通过上、下两部分壳体圆锥片的配合和定位销来确保径向定位。两半模具结构较为简单，制作难度和成本较低，目前我国的两半模具主要有三大类：普通铸钢两半模具、镶花两半模具和焊花两半模具。
1.2 活络模具
活络模具是一种轮胎硫化时的重要设备，主要由上侧模、下侧模、胎冠环和向心机构组成。其中胎冠环是由若干个带有花纹的模型块组成，并与上侧板和下侧板搭配使用，保证模具型腔内形状。向心机构包括：上盖、上盖开滑板、底座、T形滑块、弓形座等零部件，其有两个功能：一是确保上、下侧板和胎冠环组成的模具型腔满足设计精度的要求；二是与硫化机对接，并与硫化机协同工作来完成轮胎的硫化。活络模具通过向心结构的上下运动，以径向收缩的形式来实现模具的开合过程。
活络模具的自身构造复杂，很难满足免充气蜂巢结构轮胎内部复杂的结构加工需求，不仅增加模具的设计难度，而且生产成本也会增多。两半模具适合生产结构简单的实心轮胎。所以，针对自适应地形免充气蜂巢结构轮胎的特殊结构，设计选择采用两半模具的形式。
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2 蜂巢轮胎成型模具三维结构设计
蜂巢轮胎产品的质量主要取决于它的成型方法、成型工艺及模具结构等因素，由于其本身的特殊构造对产品的使用质量也有着很大的影响，所以，在设计模具前首先对免充气蜂巢结构轮胎的使用要求进行研究分析，并结合成型材料的特性和工艺综合考虑难易程度，便于在保证轮胎使用质量和要求的前提下设计出结构简单合理的模具，减小模具制造难度以及降低加工成本。
为实现以上目的，设计了一种满足免充气蜂巢结构轮胎成型的模具，主体结构包括模具单元和脱模单元两个功能部分，现介绍模具的设计内容。
2.1 模具单元结构设计
蜂巢结构轮胎模具主体结构包括上模具、排气孔、注料口、分隔板、脱模板、下模具、第一液压缸、顶杆、支撑套、第二液压缸、底座、定位销，其中模具单元自上而下依次排列包括上模具、分隔板、脱模板和下模具。
（1）在上模具中心位置设有一圆形流道，流道上端为注料口，流道下端均匀分布着6个扇形凸台，目的是能够使物料自上而下逐渐充满型腔。在上模具中，设有与蜂巢轮胎胎体结构相同的蜂巢凹状结构，与下模具对合形成免充气蜂巢结构轮胎的型腔。上模具中还设有6个均匀分布的定位销孔，与下模具的扇形凸台配合使用，起到轴向固定的作用。从局部放大图中可以看到，为保证轮胎在成型过程中排气充分以及避免出现填充不足等问题，在蜂巢结构相连接的节点上，设有圆形排气孔。
（2）在型腔内部有蜂巢形柱状结构，每个柱状结构均为一个单独个体，通过螺栓连接固定在下模具型腔内。下模具上分布着环形状的不规则六边形凸状结构，在下模具底部分布有若干小孔，通过与脱模装置的配合，使轮胎制品更容易从模具中脱出。在下模具的侧面分别设有2个环形的沟槽结构，其中型腔外侧的沟槽作用是将分模板固定在下模具上，而端盖上沟槽的作用是将下模具固定在脱模装置上。同时在下模具制有与上模具配合的蜂巢凸装结构。
（3）分模板置于上模具与下模具之间，通过两个定位销固定于下模板上，在卸装上、下模具时，避免脱模力的作用对轮胎制品造成损坏，影响使用性能，从而起到保护作用。脱模板位于下模具的型腔底部，其作用主要是通过与脱模装置配合使用，承受来自顶杆的脱模力。
2.2 脱模装置结构设计
蜂巢轮胎脱模装置由顶杆、支撑套、底座、4个1号液压缸和1个2号液压缸四大部分构成。支撑套通过螺栓连接固定在底座上，4个1号液压缸均匀分布在支撑套外侧的凸台上，2号液压缸通过螺栓连接固定在底座上而与顶杆为固定连接。支撑套内侧设有4个梯形结构，用于放置下模具的底座，支撑套四周还分别设有8个螺纹孔，用来固定下模具。
2.3 成型工艺流程
前期准备工作：将下模具固定于脱模装置上，然后将脱模板、分模板和上模具按顺序依次组装固定，为轮胎的成型做好准备工作。
工作时，首先物料在注射机的作用下，通过注料口经圆形流道流至型腔底部；然后在注射压力作用下自下而上依次充满整个模具型腔。在此过程中，型腔内原有空气在压力作用下从上模具开设的排气孔排出，以保证轮胎的成型质量。待物料充满整个型腔，经保压冷却成型后，启动4个1号液压缸将上模具脱出；然后取出固定分模板的螺栓，启动2号液压缸带动顶杆向上移动，顶杆作用于脱模板上，将整个轮胎制品和分模板一同从模具中取出，即可完成蜂巢式结构轮胎的成型。
结束语：
从模具结构和工艺流程的基础理论入手，采用能够优化高性能免充气蜂巢结构轮胎的成型工艺，其整体装置结构合理，设计原理简单可靠，经济可行，操作使用方便，生产效率高。同时，在设计模架及模具其他成型零部件时采用标准件，保证了模具的设计准确性，简化了模具制造过程，达到降低模具制造周期和制造成本的目的。蜂巢式结构轮胎模具的设计更利于产品的发展，提高生产效率，满足用户的需要，有利于免充气蜂巢结构轮胎的推进，使其向大众化、智能化迈进。
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论文作者:王少静,李洪汛,刘帅
论文发表刊物:《防护工程》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/26
标签：模具论文; 轮胎论文; 蜂巢论文; 结构论文; 液压缸论文; 装置论文; 底座论文; 《防护工程》2018年第34期论文;