賈會(huì)格，張垂賢，董林林

[倍耐力輪胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

轎車(chē)市場(chǎng)蓬勃發(fā)展，汽車(chē)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步完善。國(guó)際汽車(chē)工作組IATF 16949標(biāo)準(zhǔn)被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)及其零部件制造行業(yè)，該標(biāo)準(zhǔn)在ISO 19001的基礎(chǔ)上增加了汽車(chē)行業(yè)的特殊需求。輪胎作為汽車(chē)重要的組成部分，在保障駕駛的安全性、舒適性、低噪聲方面都發(fā)揮著重大的作用。汽車(chē)制造商對(duì)輪胎供應(yīng)鏈管理日趨嚴(yán)格，輪胎的外觀和均勻性成為輪胎企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)配套資質(zhì)的關(guān)鍵性因素，提升輪胎的均勻性也一直是輪胎企業(yè)的研究課題。影響均勻性指標(biāo)的因素存在于輪胎制造全過(guò)程的任何工序，均勻性的提升取決于全過(guò)程制造能力的提升。

本工作主要研究轎車(chē)輪胎成型工藝中胎坯外周長(zhǎng)對(duì)輪胎外觀和均勻性的影響，重點(diǎn)分析對(duì)徑向不圓度及徑向力波動(dòng)[1]兩個(gè)均勻性指標(biāo)的影響，以期為提高輪胎外觀質(zhì)量和均勻性提供參考。

1 輪胎外觀和均勻性指標(biāo)

成品輪胎在入庫(kù)之前，需要根據(jù)規(guī)定流程完成相應(yīng)的檢查過(guò)程，合格的產(chǎn)品才能入庫(kù)、銷(xiāo)售。輪胎的檢查項(xiàng)目可能因不同的客戶(hù)要求和制造商控制手段存有差異，常規(guī)上外觀、均勻性和X光檢測(cè)為核心檢查項(xiàng)目。

1.1 輪胎外觀指標(biāo)

外觀檢查，即檢驗(yàn)員以目測(cè)、手觸為主要手段，間或使用體積較小的檢查工具進(jìn)行輔助操作的輪胎檢查過(guò)程。外觀檢查一般不需要借助大型檢測(cè)設(shè)備。外觀檢查的主體為檢驗(yàn)員，因此檢驗(yàn)員的技能水平、檢查手法、檢查結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)檢查結(jié)果有較大影響，方法的標(biāo)準(zhǔn)化和檢查人員的測(cè)量系統(tǒng)分析至關(guān)重要。外觀檢查缺陷項(xiàng)目較多，包括雜膠雜質(zhì)、欠硫或過(guò)硫、缺膠等。

1.2 輪胎均勻性指標(biāo)

轎車(chē)輪胎的均勻性指標(biāo)主要可分為以下3類(lèi)：（1）力波動(dòng)相關(guān)指標(biāo)，如徑向力波動(dòng)、側(cè)向力波動(dòng)和錐度等[2]；（2）幾何尺寸相關(guān)指標(biāo)，如徑向不圓度、側(cè)向不圓度、鼓包、凹陷等；（3）質(zhì)量分布均勻性相關(guān)指標(biāo)，如靜平衡、偶平衡、動(dòng)平衡[3]。與外觀檢查不同，輪胎的均勻性檢測(cè)必須借助均勻性和動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，利用檢測(cè)設(shè)備上的傳感器轉(zhuǎn)化和采集數(shù)據(jù)。均勻性不好的輪胎在行駛過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生上下跳動(dòng)、左右晃動(dòng)的問(wèn)題，也可能發(fā)生偏離直線行駛的問(wèn)題，上述不同指標(biāo)產(chǎn)生機(jī)理不同，導(dǎo)致的后果也不盡相同。

2 胎坯外周長(zhǎng)的定義及測(cè)定方法

2.1 胎坯外周長(zhǎng)定義

輪胎制造過(guò)程主要包括膠料混煉、半部件擠出、簾布?jí)貉雍筒脭唷⑻ヅ鞒尚秃土蚧瘞讉€(gè)核心步驟。其中涉及輪胎外緣尺寸的有2個(gè)工序：第1個(gè)為成型工序，成型后測(cè)量胎坯的外周長(zhǎng)，該指標(biāo)為企業(yè)內(nèi)部過(guò)程管控指標(biāo)；第2個(gè)為硫化工序，硫化后測(cè)量成品輪胎的外周長(zhǎng)，測(cè)試結(jié)果需要滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求。成型工序測(cè)定胎坯外周長(zhǎng)有2種方式：一種是在成型鼓上完成充氣后并在泄氣前測(cè)量；另一種是卸胎完成后在檢查臺(tái)上進(jìn)行測(cè)量。本工作采用前一種方式，在成型工序泄氣前測(cè)量并收集數(shù)據(jù)。

2.2 胎坯外周長(zhǎng)測(cè)定方法

胎坯成型壓合反包結(jié)束后，在卸胎步序前對(duì)胎坯外周長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，即輪胎在保持充氣壓力的狀態(tài)下測(cè)量。在充氣狀態(tài)下，胎面并不是完美的曲面，容易給測(cè)量結(jié)果引入誤差，為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，測(cè)量時(shí)將測(cè)量點(diǎn)固定在胎面上特定的可參考位置，如使用卷尺沿胎面中心線繞胎面一周，記錄測(cè)量數(shù)據(jù)。

3 胎坯外周長(zhǎng)對(duì)輪胎外觀和均勻性的影響

3.1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

成型完成的胎坯最終將裝入硫化模具內(nèi)并在特定的溫度、壓力下完成規(guī)定時(shí)間的硫化過(guò)程。不同規(guī)格輪胎的硫化模具設(shè)計(jì)尺寸不一，組裝完成后形成特定的圓周長(zhǎng)，胎坯裝入后，胎坯外周長(zhǎng)與模具內(nèi)圓周長(zhǎng)的匹配至關(guān)重要。本工作對(duì)胎坯外周長(zhǎng)的設(shè)置也參考模具內(nèi)圓周長(zhǎng)。模具內(nèi)圓周長(zhǎng)為1 952 mm，胎坯外周長(zhǎng)設(shè)計(jì)3個(gè)試驗(yàn)方案，方案1—3胎坯外周長(zhǎng)分別為1 925，1 940和1 955 mm。每個(gè)方案生產(chǎn)40條試驗(yàn)輪胎。

3.2 對(duì)輪胎外觀的影響

輪胎外觀缺陷種類(lèi)繁多，本工作主要研究胎坯外周長(zhǎng)對(duì)膠邊缺陷的影響，如圖1所示，輪胎表面存在溢出膠邊。

由于外觀檢查結(jié)果容易受檢驗(yàn)員的影響，在對(duì)試驗(yàn)輪胎檢查前，先對(duì)檢查過(guò)程的可靠性與一致性進(jìn)行分析，即測(cè)量系統(tǒng)分析的屬性一致性分析。先選擇20條輪胎，包含合格品、不合格品和有爭(zhēng)議的產(chǎn)品，然后讓不同的檢驗(yàn)員進(jìn)行檢查，檢查過(guò)程隨機(jī)且獨(dú)立，最后利用Minitab軟件的屬性一致性分析進(jìn)行檢驗(yàn)，從檢驗(yàn)員自身、每個(gè)檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)、檢驗(yàn)員之間、所有檢驗(yàn)員與標(biāo)準(zhǔn)的一致性4個(gè)維度分別判定檢查系統(tǒng)是否可接受。Minitab軟件使用Kappa值來(lái)判斷檢查結(jié)果是否可接受。一般情況，Kappa值大于0.9表示檢查結(jié)果可接受。屬性一致性分析的部分結(jié)果如圖2所示。

由圖2可見(jiàn)，Kappa值對(duì)比清晰明了。如果檢查員自身分析的Kappa值太小，表示檢測(cè)過(guò)程不可靠，應(yīng)先完成對(duì)檢驗(yàn)員的相關(guān)培訓(xùn)，使其熟練掌握檢查方法和判定標(biāo)準(zhǔn)。

在驗(yàn)證檢查結(jié)果可靠后，對(duì)采用3個(gè)方案生產(chǎn)的120條試驗(yàn)輪胎進(jìn)行檢查，統(tǒng)計(jì)膠邊缺陷品數(shù)量，對(duì)比缺陷發(fā)生率，結(jié)果如表1所示。

表1 輪胎外觀缺陷檢測(cè)結(jié)果

從表1可以看出，方案3輪胎膠邊缺陷品數(shù)量顯著增大，缺陷率達(dá)17.5%。這說(shuō)明胎坯外周長(zhǎng)太大，硫化過(guò)程中胎坯與模具匹配不合理，在活絡(luò)模塊交接處容易產(chǎn)生膠邊問(wèn)題。

3.3 對(duì)輪胎均勻性的影響

3.3.1 徑向不圓度

在相同檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)條件（充氣壓力、負(fù)荷和轉(zhuǎn)速）下，對(duì)3個(gè)方案120條試驗(yàn)輪胎進(jìn)行徑向不圓度檢測(cè)，采用假設(shè)檢驗(yàn)的方法分析檢測(cè)數(shù)據(jù)是否存在顯著性差異，結(jié)果如圖3所示。

假設(shè)檢驗(yàn)P值＜0.000 1，根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理可得出結(jié)論，胎坯外周長(zhǎng)對(duì)徑向不圓度的影響是顯著的，且方案3輪胎的徑向不圓度均值明顯比其他2個(gè)方案輪胎大，均勻性較差。

此外，還對(duì)比了不同試驗(yàn)方案輪胎的線激光檢測(cè)圖譜。讀取線激光圖譜時(shí)，主要根據(jù)顏色來(lái)進(jìn)行識(shí)別。紅色越深表示不圓度檢測(cè)過(guò)程中輪胎上被探測(cè)點(diǎn)距離線激光檢測(cè)裝置越近，為高點(diǎn)區(qū)域；藍(lán)色越深則表示被探測(cè)點(diǎn)距離線激光檢測(cè)裝置越遠(yuǎn)，為非高點(diǎn)區(qū)域。

方案3輪胎的線激光圖譜（見(jiàn)圖4）中有明顯的8個(gè)均勻分布的高點(diǎn)區(qū)域（波峰）。方案1和2輪胎的線激光圖譜均未出現(xiàn)顯著的8個(gè)波峰現(xiàn)象。據(jù)此可推斷，由于方案3輪胎胎坯外周長(zhǎng)大于模具內(nèi)圓周長(zhǎng)，在硫化過(guò)程中，胎坯與模具的尺寸匹配不合理，在硫化模具的8個(gè)活絡(luò)模塊的交接處產(chǎn)生膠料冗余堆積，形成了8個(gè)徑向不圓度檢測(cè)高點(diǎn)。

除了觀察線激光圖譜的波峰特征外，線激光檢測(cè)設(shè)備還可以提供高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的角度信息，根據(jù)角度值，與輪胎的特定位置進(jìn)行對(duì)照，找到高點(diǎn)在輪胎上的具體位置，然后可以根據(jù)輪胎的文字、條碼位置等固定信息找出對(duì)應(yīng)在活絡(luò)模塊上的位置。經(jīng)比較確認(rèn)，方案3輪胎的線激光圖譜波峰發(fā)生位置與硫化模具活絡(luò)模塊的交接點(diǎn)位置相互吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了前面的推論。

3.3.2 徑向力波動(dòng)

在相同檢測(cè)設(shè)備和檢測(cè)條件下，對(duì)3個(gè)方案120條試驗(yàn)輪胎進(jìn)行徑向力波動(dòng)檢測(cè)[4]。一般情況下，檢測(cè)設(shè)備除了提供整體的徑向力波動(dòng)外，還可以提供徑向力一次和二次諧波等，通常可以查詢(xún)10次以?xún)?nèi)諧波的數(shù)據(jù)。胎坯外周長(zhǎng)對(duì)徑向力波動(dòng)的影響采用假設(shè)檢驗(yàn)的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如圖5所示。

P值＜0.000 1，表示胎坯外周長(zhǎng)對(duì)徑向力波動(dòng)的影響是顯著的。從圖5可以看出，方案3輪胎徑向力波動(dòng)均值明顯增大，輪胎均勻性變差。

另外，在試驗(yàn)過(guò)程中還采集了徑向力一次諧波和徑向力八次諧波的數(shù)據(jù)，分析諧波數(shù)據(jù)與徑向力波動(dòng)數(shù)據(jù)的關(guān)系，結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，3個(gè)方案輪胎徑向力一次諧波數(shù)據(jù)差異不大，極差小于5 N，但是方案3輪胎徑向力八次諧波數(shù)據(jù)明顯大于其他2個(gè)方案輪胎，極差大于15 N，且徑向力八次諧波/徑向力波動(dòng)比值也明顯增大，可見(jiàn)徑向力八次諧波對(duì)整體的徑向力波動(dòng)貢獻(xiàn)較大。

表2 輪胎徑向力波動(dòng)及諧波檢測(cè)結(jié)果

4 影響胎坯外周長(zhǎng)的成型工藝參數(shù)

綜上所述，胎坯外周長(zhǎng)對(duì)輪胎外觀及均勻性均有較大影響，因此在輪胎制造過(guò)程中需要將胎坯外周長(zhǎng)控制在合適的水平，并對(duì)生產(chǎn)中可能影響胎坯外周長(zhǎng)的因素進(jìn)行識(shí)別并加以控制。常見(jiàn)的影響胎坯外周長(zhǎng)的成型工藝參數(shù)如下。

（1）定型壓力和時(shí)間。成型過(guò)程中，控制不同階段的定型壓力和時(shí)間至關(guān)重要，如預(yù)定型壓力、定型壓力、超定型壓力及其對(duì)應(yīng)的充氣時(shí)間。生產(chǎn)過(guò)程中除了關(guān)注壓力和時(shí)間在操作界面的設(shè)置值外，還需對(duì)實(shí)際值進(jìn)行檢查，通常需要定期校驗(yàn)壓力閥和氣路的狀況。

（2）胎圈間距。胎圈間距設(shè)置會(huì)影響成型時(shí)充氣膨脹的速度和程度，進(jìn)而影響胎坯外周長(zhǎng)。

（3）冠帶層纏繞張力。冠帶層纏繞張力和纏繞方式的設(shè)計(jì)會(huì)影響充氣后胎坯的膨脹程度，進(jìn)而影響胎坯外周長(zhǎng)。

5 結(jié)論

研究結(jié)果表明：胎坯外周長(zhǎng)對(duì)輪胎外觀缺陷中膠邊問(wèn)題發(fā)生率有較大影響；胎坯外周長(zhǎng)對(duì)輪胎兩個(gè)均勻性指標(biāo)徑向不圓度和徑向力波動(dòng)的影響顯著，當(dāng)胎坯外周長(zhǎng)大于模具內(nèi)圓周長(zhǎng)時(shí)，徑向不圓度和徑向力波動(dòng)均值增大，輪胎均勻性變差；胎坯外周長(zhǎng)對(duì)徑向力八次諧波也會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。