張偉 張恭運(yùn) 劉志蘭 杜平

在大家的印象里，幾乎所有輪胎表面都“長(zhǎng)”著密密麻麻的“胡子”。其實(shí)這些并不是輪胎的原有設(shè)計(jì)，而是一種不得己的選擇。因?yàn)樵谳喬ブ圃爝^程中的硫化環(huán)節(jié)里，需要將模具上的花紋完整地壓制到胎坯表面，它們之間的空氣必須完全排凈，否則會(huì)造成輪胎花紋成型缺陷和硫化不均等問題，從而影響輪胎的抓地力、排水性、制動(dòng)性和使用壽命等重要指標(biāo)?？梢?，輪胎模具排氣技術(shù)是模具制造和輪胎制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。

但是，近百年來，業(yè)內(nèi)一直利用在模具上加工大量排氣孔的技術(shù)排氣。如此一來，輪胎硫化時(shí)，胚坯橡膠在壓力下進(jìn)入氣孔，形成大量橡膠“胡子”，出廠時(shí)還要割掉。開模取胎時(shí)，“胡子”們很容易斷在氣孔內(nèi)卻難以被發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)使用會(huì)造成新輪胎窩氣欠硫，只能頻繁通孔和清洗。輪胎硫化成型這一最終工序的生產(chǎn)連續(xù)性受到嚴(yán)重制約。這是世界輪胎行業(yè)長(zhǎng)期努力卻始終沒有攻克的技術(shù)難題，也成為了影響輪胎行業(yè)轉(zhuǎn)型智能綠色制造模式的重要阻礙。

2016年，中國(guó)模具市場(chǎng)規(guī)模為2230億元，而直接撬動(dòng)相關(guān)制造業(yè)的規(guī)模高達(dá)約30萬億元。模具這個(gè)“工業(yè)之母”在《中國(guó)制造2025》中擁有不可替代的位置。

輪胎是汽車等交通工具的關(guān)鍵部件，高端子午線輪胎因安全、舒適、高速、重載等突出優(yōu)點(diǎn)成為衡量一個(gè)國(guó)家輪胎工業(yè)水平的重要標(biāo)志。我國(guó)是輪胎大國(guó)，卻不是輪胎強(qiáng)國(guó)，其關(guān)鍵就在于缺乏高端輪胎的制造技術(shù)和制造裝備。

高端子午線輪胎模具由花紋成型部件、導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)、排氣系統(tǒng)、輪廓成型部件等組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品類繁多，精度要求高，設(shè)計(jì)制造工藝技術(shù)跨度大。需要在高溫（145至180℃）、高壓（2.5至3.OMPa）、腐蝕性（含有水蒸氣、H2S、S02）環(huán)境中進(jìn)行頻繁開合運(yùn)動(dòng)，重復(fù)數(shù)萬次并始終保持成型表而質(zhì)量和尺寸精度。

高端子午線輪胎模具的關(guān)鍵設(shè)計(jì)還需要從三個(gè)方而突破：

輪胎模具工作時(shí)，模具和胎坯之問的空氣需要完全排出，否則會(huì)導(dǎo)致硫化的輪胎花紋出現(xiàn)欠硫，造成次廢品，所以需要提高模具排氣性能。

花紋塊的鑄造尺寸精度、表而粗糙度等問題會(huì)直接影響輪胎的動(dòng)平衡、均勻性和表而質(zhì)量，所以需要保證花紋塊的鑄造精度。

巨型子午線輪胎足輪胎行業(yè)的頂級(jí)“明珠”，生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，其制造需要超巨型子午線輪胎模具。國(guó)外輪胎巨頭壟斷了99%的巨胎市場(chǎng)，我國(guó)全部依賴高價(jià)進(jìn)幾，所以需要發(fā)展超大尺寸子午線輪胎模具。

豪邁集團(tuán)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱“豪邁集團(tuán)”）全球首創(chuàng)的無氣孔模具，其創(chuàng)意始于開啟國(guó)際化戰(zhàn)略的2007年。該設(shè)計(jì)利用橡膠的流動(dòng)性和縫隙式排氣通道技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了排氣不排膠的效果，在業(yè)內(nèi)首先完全杜絕了“胡子”的產(chǎn)生。同時(shí)，清洗通道和排氣通道功能復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了模具的自動(dòng)化清洗，且清洗頻率降低50%以上。基于此，在節(jié)省橡膠用量的同時(shí)，輪胎品質(zhì)和售價(jià)也得以大幅度提升。更重要的是，該設(shè)計(jì)為提升全球輪胎行業(yè)的智能綠色制造水平提供了中國(guó)設(shè)計(jì)和解決方案。

豪邁集團(tuán)始創(chuàng)于1995年，23年來，以年均50%的復(fù)合增長(zhǎng)率穩(wěn)健成長(zhǎng)，由原來僅有500平米廠房、34名員工、100萬元資產(chǎn)、負(fù)債率高達(dá)96%的破產(chǎn)鄉(xiāng)企的維修車問，發(fā)展成為占地3000畝、員工1萬多人、總資產(chǎn)76億元的國(guó)際化集團(tuán)公司。2017年，集團(tuán)完成產(chǎn)值60億元，納稅近6億元，利潤(rùn)11億元。

豪邁集團(tuán)堅(jiān)持以誠(chéng)信為基石，創(chuàng)新為動(dòng)力，鼓勵(lì)全員創(chuàng)新，先后獲得全國(guó)“五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”“制造業(yè)單項(xiàng)冠軍示范企業(yè)”“中國(guó)機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)”“山東科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)”等榮譽(yù)，豪邁質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)獲評(píng)2017全國(guó)“質(zhì)量標(biāo)桿”，董事長(zhǎng)張恭運(yùn)被確認(rèn)為第三批國(guó)家“萬人計(jì)劃”專家。

榮獲2017“中國(guó)好設(shè)計(jì)”銀獎(jiǎng)的系列化高端子午線輪胎模具項(xiàng)目，以“建設(shè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端輪胎模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)體系”為總體思路，旨在打破國(guó)外技術(shù)壟斷，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外空白，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展，設(shè)計(jì)開發(fā)了直徑尺寸0.5m至5.26m的乘用、載重、工程、航空、特種五大系列高端輪胎模具，并全而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，形成全球10家分公司和2 5萬套/年的模具生產(chǎn)能力。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由張偉、張恭運(yùn)、劉志蘭、單既強(qiáng)、張偉（?。⒍牌?、孫口文、王欽峰、宮耀宇、張任、韓桂強(qiáng)、王曉東、閆方清等組成。張偉作為整體項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)總體方案制定及組織實(shí)施；組織項(xiàng)目組成員進(jìn)行科研專題攻關(guān)，對(duì)項(xiàng)目技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新指導(dǎo)，在鋁鎂合金高端輪胎模具低壓鑄造工藝技術(shù)、組合片式無氣孔高端輪胎模具排氣技術(shù)和巨型工程子午線高端輪胎模具等研究及實(shí)施方而做出重要貢獻(xiàn)。作為整體項(xiàng)目總顧問，張恭運(yùn)負(fù)責(zé)總體方案制定指導(dǎo)；組織項(xiàng)目組成員進(jìn)行科研專題攻關(guān)，對(duì)項(xiàng)目技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

系列化高端子午線輪胎模具項(xiàng)目在創(chuàng)新設(shè)計(jì)領(lǐng)域有著諸多突破點(diǎn)。

首先，在綠色低碳方而：

在排氣設(shè)計(jì)上，國(guó)際首創(chuàng)了輪胎模具縫隙式排氣方法、排氣結(jié)構(gòu)及流道式排氣系統(tǒng)，發(fā)明了無氣孔輪胎活絡(luò)模具排氣和清洗技術(shù)，解決了傳統(tǒng)孔式排氣方法易堵塞、難清洗的世界難題，降低了橡膠材料消耗，提高了輪胎的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

無氣孔模具的排氣面積相比其他模具增加了50%以上。同時(shí)，清洗效率提高1.5倍以上，生產(chǎn)的輪胎表而質(zhì)量高，無需剔除膠毛，節(jié)省了橡膠膠料和成本，縮短了輪胎生產(chǎn)周期，提高了高端輪胎動(dòng)平衡、制動(dòng)等設(shè)計(jì)性能，輪胎的附加值可以提高10%以上。

每套豪邁無氣孔模具的產(chǎn)能每年可節(jié)省膠料1.35噸，相當(dāng)于種植了26.7畝橡膠林。按照全球市場(chǎng)每年新硫化20億條輪胎計(jì)算，平均每條節(jié)省膠料45g，可節(jié)省人工成本2元，如果完全替代傳統(tǒng)排氣孔模具，每年可節(jié)省膠料9萬噸（相當(dāng)于節(jié)約能源約合92880噸標(biāo)煤，等于同時(shí)減少了63158噸碳粉塵、231503噸二氧化碳、6966噸二氧化硫和3483噸氮氧化物的排放，節(jié)省的膠料相當(dāng)于種植183.67萬畝橡膠林的產(chǎn)量，節(jié)省的膠料可以新生產(chǎn)900萬條轎車輪胎），節(jié)約剔除膠毛的人工及設(shè)備成本40億元。

在工藝上，項(xiàng)目設(shè)計(jì)開發(fā)了鋁鎂合金新配方及低壓鑄造工藝流程，解決了皮下針孔等缺陷，實(shí)現(xiàn)了花紋表而零余量和無缺陷的批量化鑄造，成品率高達(dá)99.7%。

創(chuàng)新開發(fā)了精密鑄造熔液凈化、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)控制技術(shù)及裝置，解決了鑄造過程中易出現(xiàn)氣孔、氧化夾雜物、縮松等缺陷問題。將部分工藝流程進(jìn)行合并集成，減少設(shè)備及人工投入，縮短加工周期，降低能耗10%以上，綠色工序占比提高64%。

在開合模結(jié)構(gòu)上，在我國(guó)首次研制成功全球最大59/80R63超巨型子午線輪胎模具（重達(dá)130噸，直徑超5米），并形成了多品類、系列化生產(chǎn)的能力。創(chuàng)新設(shè)計(jì)了模具下開式和雙導(dǎo)向開合模結(jié)構(gòu)，解決了開合模負(fù)載大和受力不均勻的行業(yè)難題，為解決大尺寸乃至超大尺寸輪胎模具的制造方案提供了有效的解決方法。下開式結(jié)構(gòu)使起重機(jī)構(gòu)負(fù)載降低70%以上，節(jié)約能源消耗、提高安全性能。

其二，在網(wǎng)絡(luò)智能方而：

項(xiàng)目通過基于成型過程模擬的智能設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)輪胎模具的智能設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)研究建立輪胎硫化成型過程中傳熱、應(yīng)力應(yīng)變、硫化過程、模具損傷行為，建立相應(yīng)表征模型和數(shù)值計(jì)算方法、模具結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化策略以及基于模擬分析數(shù)據(jù)的缺陷判斷準(zhǔn)則。然后，在輪胎模具3D參數(shù)化設(shè)計(jì)模型環(huán)境下，構(gòu)建模擬分析模型，并通過數(shù)據(jù)挖掘分析實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與分析的關(guān)聯(lián)集成。再通過迭代分析優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)輪胎模具的智能設(shè)計(jì)。

模具制造過程的智能管控將通過局域網(wǎng)以及RFID（或二維碼等）將加工設(shè)備、裝配調(diào)試現(xiàn)場(chǎng)、工序件和人力資源等信息關(guān)聯(lián)在一起，以實(shí)現(xiàn)模具制造過程的信息采集和控制。通過制造過程生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化編制和制造過程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)制造過程的智能管控，保證輪胎模具制造過程有序、高質(zhì)、高效地進(jìn)行。

最后，在上述研究工作基礎(chǔ)上，通過PDM技術(shù)將模具開發(fā)過程中所關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)、制造、過程管控等產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成在一起，構(gòu)建輪胎模具智能設(shè)計(jì)制造集成系統(tǒng)。

其三，在開放融合方面：

無氣孔模具研究了排氣性能與花紋形狀和橡膠流動(dòng)性的關(guān)系，橡膠排氣過程及橡膠流動(dòng)模擬分析，做了不同排氣縫隙寬度硫化試驗(yàn)對(duì)比，創(chuàng)立了最佳排氣縫隙寬度、位置及數(shù)量的設(shè)計(jì)原則。與此同時(shí)，研究清洗效果與膠垢、壓力、清洗液成分、溫度、時(shí)間等變量的關(guān)系，確立最佳清洗參數(shù)，研制了模具自動(dòng)化清洗裝備。模具清洗時(shí)，通過清洗裝備將模具加熱到一定溫度，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)注入高壓清洗液，自動(dòng)將模具清洗干凈，效率提高1.5倍以上，顯著提高了模具的清洗效果和使用壽命。通過跨領(lǐng)域、多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出全球首創(chuàng)的無氣孔輪胎模具，使輪胎硫化排氣結(jié)構(gòu)發(fā)生了革命性變化。

鋁鎂合金材料因其力學(xué)性能、耐腐蝕性等指標(biāo)，特別適合于輪胎模具花紋塊，但因其鑄造過程中極易氧化、鑄造缺陷多，導(dǎo)致成品率低。項(xiàng)目通過研究鋁鎂合金新材料理化性能、鑄造工藝性與各種元素及稀土含量的關(guān)系，開發(fā)出適合于輪胎模具的最佳合金配方。創(chuàng)新開發(fā)了精密鑄造熔液凈化、流場(chǎng)、溫度場(chǎng)控制技術(shù)及裝置，解決了鑄造過程中易出現(xiàn)氣孔、氧化夾雜物、縮松等缺陷問題。項(xiàng)目在輪胎模具合金材料、低壓鑄造工藝等方面進(jìn)行了跨領(lǐng)域和跨學(xué)科的協(xié)同創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了模具花紋表面零余量和無缺陷的批量化鑄造，成品率高達(dá)99.7%。

其四，在共創(chuàng)分享方面：

公司成立了研發(fā)中心、高端模具項(xiàng)目部、模具研發(fā)工程部、模具技術(shù)一部、模具技術(shù)二部等設(shè)計(jì)研發(fā)部門，對(duì)模具重大的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研發(fā)攻關(guān)。在設(shè)計(jì)制造的各個(gè)方面，全員參與創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

提出“改善即是創(chuàng)新、人人皆可創(chuàng)新”的創(chuàng)新理念，積極營(yíng)造“鼓勵(lì)創(chuàng)新、寬容失敗”和全員參與創(chuàng)新的良好氛圍，建立了一套輪胎模具沒計(jì)與制造創(chuàng)新提案收集、評(píng)價(jià)、推廣實(shí)施到激勵(lì)的創(chuàng)新流程，每個(gè)創(chuàng)新環(huán)節(jié)都有具體部門和人員負(fù)責(zé)，各環(huán)節(jié)間實(shí)現(xiàn)無縫銜接，確保高端輪胎模具創(chuàng)新活動(dòng)順利實(shí)施。

公司組織研發(fā)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過近十年的設(shè)計(jì)研究，研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化投入8.15億元，設(shè)計(jì)制造出了系列乘用胎、載重胎、工程胎、巨胎等高端輪胎模具，取得了諸多先進(jìn)技術(shù)成果。其中4項(xiàng)達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，1項(xiàng)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平；獲得授權(quán)發(fā)明專利16項(xiàng)，其中美國(guó)、日本、韓國(guó)發(fā)明專利3項(xiàng)；主導(dǎo)起草國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)。

現(xiàn)今，公司己成為世界輪胎模具研發(fā)與制造基地，市場(chǎng)占有率在25%以上，出口額占全國(guó)同類產(chǎn)品出口總額的90%以上。項(xiàng)目產(chǎn)品出口歐美日韓等40多個(gè)國(guó)家和地區(qū)，與多家世界500強(qiáng)企業(yè)展開了深度合作，成為法國(guó)米其林、日本普利司通、德國(guó)大陸、美國(guó)固特異等世界知名輪胎廠商的模具供應(yīng)商。同時(shí)，豪邁與美國(guó)通用電氣（GE）、英格索蘭、德國(guó)西門子、日本東芝、法國(guó)阿爾斯通以及中石油和中石化等開展了零部件加工和油氣業(yè)務(wù)合作。2015年至2017年，項(xiàng)目直接銷售收入45.88億元，帶動(dòng)應(yīng)用單位近三年新增銷售額超2015億元，新增利稅超158億元。

該項(xiàng)目的實(shí)施和完成，收獲了顯著的社會(huì)效益，滿足了國(guó)內(nèi)外對(duì)高端輪胎模具的迫切需求，全面提升了我國(guó)高端輪胎的整體技術(shù)質(zhì)量水平，促進(jìn)了輪胎行業(yè)綠色制造技術(shù)發(fā)展，保障了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防安全建設(shè)。

2016年，豪邁科技入選國(guó)家首批“制造業(yè)單項(xiàng)冠軍示范企業(yè)”和“國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)示范企業(yè)”；2017年，入選“全國(guó)質(zhì)量標(biāo)桿”。