子午線輪胎電磁直壓硫化工藝的研究.pdf

1、硫化是輪胎生產(chǎn)工藝的一個(gè)重要步驟，直接決定輪胎的力學(xué)性能，是生產(chǎn)中耗能最多的一個(gè)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的扁平輪胎硫化工藝沒(méi)有考慮后硫化的作用，這可能造成能源的浪費(fèi)。前期的有限元模擬表明傳統(tǒng)的硫化工藝造成了大部分膠料的過(guò)硫化。通過(guò)有限元模擬可以了解輪胎硫化的全過(guò)程，尤其后硫化在輪胎硫化中所起的作用。本文在模擬方法上也有所創(chuàng)新，運(yùn)用子程序HETVAL給橡膠加載反應(yīng)熱，并做了有反應(yīng)熱和無(wú)反應(yīng)熱兩組硫化模擬，開(kāi)發(fā)ABAQUS后處理模塊運(yùn)用UVARM子程序直

2、觀地得到硫化程度場(chǎng)。
　　為了找到硫化工藝的最優(yōu)參數(shù)，本文研究了硫化參數(shù)對(duì)膠料溫度場(chǎng)和硫化程度場(chǎng)的影響。硫化參數(shù)包括熱源溫度、硫化時(shí)間和預(yù)熱溫度。相對(duì)應(yīng)這三個(gè)因素，用ABAQUS有限元軟件建立三維模型做了三組對(duì)比模擬，結(jié)果表明對(duì)溫度場(chǎng)影響最大的是熱源溫度，最低的是預(yù)熱溫度;對(duì)硫化程度影響最大的是熱源溫度，最低的是硫化時(shí)間。根據(jù)數(shù)據(jù)分析提出了最優(yōu)的工藝參數(shù)。
　　傳統(tǒng)的蒸汽硫化機(jī)具有膠囊和蒸汽室，使用過(guò)熱蒸汽加熱輪胎使之硫化。

3、蒸汽的傳熱效率低，能量浪費(fèi)嚴(yán)重。由于蒸汽的放熱冷凝，蒸汽室底部的溫度低于蒸汽室頂部的溫度，這導(dǎo)致輪胎的不均勻硫化。直壓硫化則采用電磁加熱方式，其產(chǎn)生的溫度場(chǎng)均勻，局部區(qū)域溫度具有可控性。其次直壓硫化工藝用大小鼓瓦與輪胎直接接觸傳熱的方式，其傳熱效率比蒸汽硫化工藝高?；贏BAQUS軟件編寫HETVAL和UVARM子程序模擬實(shí)際硫化工藝得到255/30R22輪胎的溫度場(chǎng)和硫化程度場(chǎng)，在相同硫化條件下比較兩種工藝的硫化效果。
　　直壓

4、電磁加熱工藝采用電磁加熱的方式，在鼓瓦和上下熱板均鋪設(shè)加熱線圈?，F(xiàn)有的鼓瓦電磁加熱線圈的纏繞方式相對(duì)簡(jiǎn)單，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)有加熱不均的現(xiàn)象。用ANSOFT軟件對(duì)現(xiàn)有的線圈加熱方式進(jìn)行仿真，分析其加熱不均的原因，并且針對(duì)實(shí)際的硫化機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出新的線圈結(jié)構(gòu)，最后用仿真對(duì)比的方式證明新的線圈確實(shí)比原有的線圈更滿足實(shí)際加熱的需要。
　　本文以255/30R22輪胎為例，搭建了輪胎硫化測(cè)溫裝置，測(cè)試了傳統(tǒng)蒸汽硫化工和電磁直壓硫化工藝中生胎測(cè)試點(diǎn)

5、的溫度。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一系列有限元仿真，根據(jù)得到的結(jié)果做了一些工藝優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工作。主要的研究成果如下:
　　(1)完成了生胎的每個(gè)部位膠料的熱物理參數(shù)測(cè)試;
　　(2)搭建生胎硫化過(guò)程溫度測(cè)試裝置，通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得蒸汽硫化工藝和電磁直壓硫化工藝溫度數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析兩種工藝的優(yōu)點(diǎn)和不足;驗(yàn)證輪胎硫化有限元模型的合理性;
　　(3)做了有反應(yīng)熱硫化和無(wú)反應(yīng)熱硫化的對(duì)比模擬，得到各自的溫度場(chǎng)。用UVARM子程序得

6、到有反應(yīng)熱硫化的硫化程度場(chǎng)。分析云圖和曲線圖得出以下結(jié)論:硫化反應(yīng)熱影響溫度曲線的峰值，但對(duì)輪胎最終溫度影響不大。與實(shí)測(cè)值對(duì)比，反應(yīng)熱的加載能夠更好地模擬真實(shí)硫化過(guò)程。輪胎除了胎面最終呈現(xiàn)的都是過(guò)硫化狀態(tài)，傳統(tǒng)的硫化工藝沒(méi)有考慮后硫化對(duì)硫化程度的影響，結(jié)果表明后硫化對(duì)硫化程度的貢獻(xiàn)不容忽視，這就為硫化工藝的優(yōu)化提供了方向和方法;
　　(4)針對(duì)硫化時(shí)間、熱源溫度和預(yù)熱溫度主要做了三組模擬，得到各自的溫度場(chǎng)和硫化程度場(chǎng)。分析曲線圖得

7、出以下結(jié)論:對(duì)最高溫度的影響因素從程度上由高到低依次是熱源溫度、硫化時(shí)間、預(yù)熱溫度。對(duì)硫化程度的影響因素從程度上由高到低依次是熱源溫度、預(yù)熱溫度、硫化時(shí)間。傳統(tǒng)工藝有優(yōu)化的空間，只調(diào)整單一因素，硫化時(shí)間可以調(diào)整600s，熱源溫度可以降為170℃，預(yù)熱溫度可以優(yōu)化為140℃;
　　(5)用有限元軟件ABAQUS建立255/30R22扁平輪胎硫化模型，進(jìn)行蒸汽加熱工藝模擬和直壓硫化工藝模擬，兩次模擬得出的溫度場(chǎng)與實(shí)際蒸汽硫化工藝采集的

8、溫度數(shù)據(jù)相對(duì)比，由溫度的模擬值算出的硫化程度與相應(yīng)膠料的最佳硫化程度相對(duì)比。分析云圖和曲線圖得出以下結(jié)論:電磁加熱的工藝給輪胎提供了穩(wěn)定的熱源并且使模具上的溫度具有可控性;由于傳熱方式由空氣對(duì)流傳熱變成直接接觸傳熱，電磁加熱硫化階段輪胎的溫度比蒸汽加熱的溫度高;電磁加熱的高效傳熱提高了除了三角膠芯處各點(diǎn)的硫化程度，大約提高了三分之一;
　　(6)用ANSOFT軟件對(duì)現(xiàn)有的鼓瓦線圈加熱方式進(jìn)行仿真，分析其加熱不均的原因，并且針對(duì)實(shí)際

9、的硫化機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出新的線圈結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果表明現(xiàn)有的線圈排布方式熱量主要集中在鼓瓦的肩部。優(yōu)化后的線圈生熱均勻，滿足了生胎加熱的需要;
　　(7)針對(duì)電磁直壓加熱工藝中的加熱板提出正三角形排布線圈和螺旋排布線圈兩種鋪設(shè)方案，運(yùn)用ANSOFT軟件模擬了上熱板的歐姆損耗。兩種線圈鋪設(shè)的方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，正三角形鋪設(shè)線圈下的加熱板內(nèi)部生熱均勻，但加熱板的加工和線圈的安裝復(fù)雜;螺旋鋪設(shè)線圈下的加熱板上表面生熱均勻，但是表面生熱增大了輻射損耗且