全钢载重子午线轮胎制造基础知识_五_

技术讲座全钢载重子午线轮胎制造基础知识(五)
　邬全亮
(续上期)
4.3.2.3　下辅机组
下辅机组是将密炼机混炼后排出的胶料接取压片或补充加工,以适应冷却、储存、计量和二次投料混炼。

它的排列大致有以下形式:
(1)255立升密炼机后用三台XKY-660E1压片机串联排列出片,辊筒速比为1∶1.09。

前辊筒靠近表面呈周向钻孔冷却,后辊筒内孔要机器加工。

此种机组排列特别适用于低速密炼机终炼要求低温的胶料,第二、三台压片机还有补充混炼的功效,对钢丝帘线胶料的终练条件更加合适。

(2)400立升密炼机后用一台SSGJ-416/936压片机连续出片,辊筒螺杆尺寸为416×936,辊筒靠近表面周向钻孔,螺杆长度为1475mm,螺杆速度为2.2～22r/m in。

这类螺杆长度比常用的要短,具有减少螺杆磨损机筒、降低胶料挤出温度等优点。

此种机组排列,特别适用于较高速度的40～60r/m in密炼机制造塑炼胶和母炼胶,也可与20～30r/m in密炼机配用。

胶料经压片机或辊筒机头螺杆挤出机出片后,经过刻印上胶料的批号、生产日期、班次等标识,在箱内喷淋或浸涂隔离剂液,强风吹除积液,挂片连续运行,水分蒸发加上风吹冷却,连片折叠定重自动切断。

折叠胶片安放位置可以与密炼机在同一平面上,也可以在楼上或楼下,胶料温度不应高出室温5℃以上。

对于混炼工序生产线则是由生胶和炭黑油料软化剂等配合剂的称量、输送装置、密炼机、炼胶下片装置、胶片冷却装置等组成。

双螺杆挤出机压片用于将密炼机排出的胶料挤出压延成连续的胶片,而后送往胶片冷却装置冷却后存放,供下工序使用。

双螺杆挤出压片机主要由双螺杆挤出装置、两辊压片装置(俗称辊筒机头)、底座、料槽、管路系统、辊筒传动装置、润滑系统和电气控制系统等构成。

双螺杆挤出压片机安装在密炼机排料口的下方,密炼机是安装在一个平台上,密炼排料口和挤出压片装置的进料口之间用料槽相连接。

挤出装置两根螺杆的主要工作部分暴露在料斗处。

工作时,密炼机炼好的胶料从排料口排出,通过料槽落在双螺杆挤出压片机的两根螺杆之间,两根螺杆的相对旋转将胶料向前推移,并产生一定的压缩将胶料压进辊筒机头,压延成连续的胶片,送往胶片冷却装置进行冷却存放待用。

压片机的料斗和螺杆工作时通水冷却,胶料通过挤出压片后的温度比在进料口时的温度低15～20℃。

为了使双螺杆挤出装置和两辊压片装置之间的工作相匹配,在它们之间的积胶区设计有胶料压力控制系统。

当挤出装置挤出的胶料量大于或小于压片装置的出胶量时,积胶区压力相应地增大或减小,从而通过压力控制系统控制双螺杆挤出装置的螺杆转速来控制胶挤出量,使两者相匹配。

混炼胶片在技术上都规定了冷却后停放时间,其目的是:①使混炼的胶料恢复疲劳,松弛混炼时所受的机械压力;②减少胶料的收缩;③使配
合剂在停放过程中继续扩张,促进均匀分散;④使橡胶与炭黑之间进一步生成结合橡胶,提高补强效果。

(1)一段混炼:是将生胶和配合剂在密炼机中混炼(对于一些不易分散或用量较少的配合剂可预先制成母炼胶按工艺规定要求逐一加入,即在密炼机内制成母炼胶)。

而后在开炼机上加入硫黄和促进剂。

简言之,一段混炼就是不需中间存放一次完成混炼的胶料。

(2)二段混炼:先将除硫化剂和促进剂以外的各种配合剂均匀地混炼成母炼胶下片冷却,停放一定的时间,再在密炼机或开炼机上加入硫化剂和促进剂补充加工。

加入硫黄时要控制加硫温度在100℃以下。

因为混炼胶在加硫黄和促进剂时若温度超过100℃就很容易造成胶料的早期硫化,即产生胶料焦烧。

另外,在高温下硫黄溶解在橡胶内冷却后硫黄凝聚在胶料的表面,会造成喷霜且硫黄分散不均匀。

(3)胶料的分段混炼:轮胎胶料的第一段混炼通常制成含软化剂的炭黑母炼胶。

第一段混炼方法分有顺法混炼和逆法混炼两种。

顺法混炼工艺就是在密炼机混炼过程中先加生胶后加其他配合剂的加料顺序,通常是生胶+小料→1/2炭黑→排胶,也有软化剂在最后加入的。

第二段混炼工艺是母炼胶+促进剂、硫黄→排胶。

终炼一般采用255立升密炼机,混炼时间2.5分钟左右,排胶温度控制在100℃以下,从而保证胶料加工的安全性。

(4)钢丝帘线胶料的混炼:钢丝帘线胶料的胶质硬、炭黑量多、粘合剂分散性差,一般采用三段混炼方法。

对难分散而又是主要的配合剂,一般在第一段混炼时就加入胶料中进行混炼,例如钴盐等。

制造炭黑母炼胶如果采用30r/m in的密炼机,混炼时间为4.0分钟左右,排胶温度为155℃左右。

终炼阶段加促进剂和硫化剂时,如有不溶性硫黄配合剂,则要特别注意混炼室内的胶料温度,其一般控制在90～95℃之间,最高不得超过100℃。

不溶性硫黄随着胶料操作温度上升到一定程度,会转变成可喷析到胶料表面的可溶性硫黄,明显地影响后续生产工序中半成品的粘合质量。

终炼采用的是低速密炼机,终炼周期为2.5～3分钟左右。

各段混炼的填充系数要适当。

各段混炼所用母炼胶要取自2～3桌胶垛。

此外,冷却水的温度一般为18～24℃。

如果水温过低,混炼室内壁会附有水点,造成粉剂结团,影响混炼质量。

(5)混炼周期的控制方法:胶料混炼周期有时间、温度和能量消耗———功率积分等控制方法。

一般使用的是以温度控制为主,辅以参考时间的方法。

现在已发展到以混炼能量为主,温度控制为辅的方法。

混炼能量控制混炼过程方法的优点是可以缩小批量胶料之间的质量差异,提高混炼胶质量的均一性。

(6)严格工艺控制:全钢子午线轮胎对胶料的工艺性能和物理性能要求极高,因此在胶料生产的各道工序都制定了严格的工艺规定,例如对炼胶的温度、加料顺序、薄通次数、捣胶次数和停放时间等都作了明确的规定,生产时必须做到不折不扣地执行才能保证胶料质量。

(6)混炼工艺要求:①从烘胶房里取出的天然橡胶块内部温度30～40℃(或35～45℃),并在当天使用;②癸酸钴在隔离阳光和空气的环境中保存。

在使用前,从配料室取出到投于密炼机的时间不超过1小时;③油类增塑剂在储油罐中加热到50～70℃,且要保温;④密炼机称量公差:天然橡胶、合成胶的称量灵敏度为250g;单个胶包称量公差为±600g,总重量±1400g;炭黑的称量灵敏度为100～200g,称量公差为±500g;白炭黑的称量灵敏度为100～200g,称量公差为±500g;油类增塑剂的称量灵敏度为25～50g,称量公差为±200g;母炼胶的称量灵敏度为200～500g,称量公差为±100g;⑤密炼机的进口水温不高于25℃,出口水温比进口水温高4～6℃;⑥密炼机上顶栓如果采用气动则所需压缩空气压力为6.5～7.5kg;
⑦母炼胶垛放温度不超过45℃,终炼胶垛放温度不超过40℃。

4.3.3　胶料的快速检验
混炼胶质量的好坏直接关系到后工序的工艺性能和成品的最终质量,因此控制混炼胶质量是橡胶制品生产中重要的一环。

在很短的时间内就可评价混炼胶质量的方法,就是进行胶料的快速检验。

对密炼机混炼制成的终炼胶随即取胶料试片在较短的时间内用专门的检验仪器进行硫变仪、粘度、焦烧、比重、硬度等指标的检验,以判断终炼胶是否合格的过程称为快速检验。

胶料快速检验的目的是为了快速判断混炼胶中配合剂分散是否良好,有无漏加、错加和混炼工艺操作是否符合工艺要求等,以便及时发现问题并进行解决。

快速检验设备和仪器:①平板硫化机:用于硫化胶料快检试片;②6英寸炼胶机:用于炼压粘合胶料的试片;③硫变仪:用于胶料的硫变仪检验;
④门尼焦烧仪器:用于胶料的粘度值和焦烧时间的检验;⑤硬度计:用于胶料的硬度检验;⑥比重:用于胶料的比重检验;⑦电子拉力机:用于粘合胶料的钢丝抽出力检验;⑧挺性检验仪器:用于粘合胶料的挺性试验。

4.4　胎面等部件压出制造工艺及设备
4.4.1　压出工序使用的设备
胶料在压出机螺杆的挤压下,通过一定形状的口型进行连续制作具有一定断面形状和长度的橡胶半成品的加工工艺过程称为压出。

压出工序通常是压出联动生产线。

全钢子午线轮胎的压出联动线主要由冷、热喂料橡胶螺杆挤出机和供热喂料的粗炼、细炼和供胶开炼机、贴胎侧胶片装置、胎面基部胶片压出压延装置、冷却装置、称量装置、定长切割装置、输送带和输送辊、温控装置、冷却和加热装置、传动装置和电气控制系统等组成。

全钢子午线轮胎的压出工艺主要压出胎面、胎侧、带束层垫胶、胎圈胶芯。

压出工艺主要采用一冷一热双复合压出和双冷复合压出。

一冷一热双复合压出是指采用一台热喂料螺杆挤出机和一台冷喂料螺杆挤出机组成的复合压出机组。

全钢子午线轮胎的胎面胎侧等半成品的压出使用的双复合挤出生产线,主要使用φ250热喂料挤出机和φ150冷喂料挤出机。

双冷复合压出是指采用两台冷喂料螺杆挤出机组成的复合压出机组。

热喂料压出工艺流程:胶料热炼→喂料压出→预称量→检查尺寸→自动打印(规格标志)→贴合→冷却→自动定长裁断→自动称量→检查→存放。

胶料热炼的目的是使胶料在开炼机上先加热软化,提高胶料的机械可塑性和热可塑性,使胶料的温度较接近挤出机或压延机的工艺操作温度,从而使胶料易于压出,制造出规格尺寸合格、表面光滑均一的半成品。

热炼还可使胶料中的配合剂进一步混炼均匀。

胶料的热炼通常分为粗炼、细炼。

设备使用的是XKR-660A1、XKR-660B开炼机。

冷喂料压出工艺流程:胶片割条→冷喂料→复合压出→收缩辊道→预称量→检查尺寸→自动打印(规格标志)→冷却→自动定长裁断→自动称量→检查→存放。

4.4.2　胎面等部件的制造工艺
胎面等胶料部件必须符合单位长度上每一个截面几何形状、一条胎的长度和相应的重量等施工要求,并且要将其控制在最小的公差范围内。

因此,混炼胶的可塑度、热喂料的热炼工艺、挤出机的温度控制、压出的半制品胶料在自由状态下的收缩和冷却效果等等都是控制质量的重要因素。

胎面部件有挤出机组、复合挤出机组和复合基部底胶层等制造工艺方法,其胶料的挤出机喂料有热喂料和冷喂料两种工艺方法;胎侧部件有复合挤出机组制造工艺方法,其胶料的挤出机喂料有热喂料和冷喂料两种方式,还有同时使用热喂料和冷喂料进行各自的半制品胶料部件复合的
方式。

4.4.2.1　胎面热喂料、冷喂料的胶片准备
热喂料胶片:从存放架上取出的终炼胶片进入运输带经过滚刀横向切割成断连的长条胶条,进入开炼机的一端自行破胶、捏软、包辊(称为粗炼),并控制辊筒上堆积胶的高度,胶料捏炼均匀后从另一端运输带直接送入另一台开炼机进行翻料热炼(也称为粗炼),热炼的胶料再从另一端运输带连续进入另一台开炼机进一步进行热炼(此称为细炼),而后通过运输带送入挤出机的喂料口。

胶料的热炼设备通常有四台开炼机组成。

其中两台进行胶料的粗炼(XKR-660A1),一台进行胶料细炼(XKR-660B),一台进行胶料供料(XKR-660B)。

对热炼胶料的要求是:为保证下道工序胶料的成型和限制形变在最小公差范围内,必须通过严格控制辊筒温度、堆积胶量和胶料通过辊筒间隙次数等来达到均匀胶料。

热炼机的辊筒温度,通常前辊的温度比后辊的高5℃。

冷喂料胶片:冷喂料用胶片可以在密炼机组生产线上或另用设备按照冷喂料胶片的宽度要求进行长条切割后通过喂料装置送入挤出机的喂料口(胶条纵裁机)。

4.4.2.2　胎面部件的制作工艺流程
这里以胎面部件为胎冠、胎冠基部和基部底胶层三种不同配方胶料组合的典型制作工艺流程为例。

(1)热喂料和冷喂料
热喂料生产方法用的热炼机组由四台开炼机组成,目的是给压出胎冠的挤出机供料;而冷喂料生产方法则是将2～3个胶片堆架上的窄胶片混合并直接喂入挤出机压胎冠基部。

(2)胶料部件的压出
挤出机组由上、下组合的二台挤出机组成,胶料部件各自从口型板成型压出后立即在机外热合压(备注:现在复合压出均采用机内复合压出)。

挤出机分喂料、机身、机头、螺杆四段按技术要求设定各自的温度进行运行。

压出的胶料部件温度不要超过120℃。

(3)长度强制收缩辊和单位长度称量
压出后的复合胎面经不同速度的滚道在热态下进行强制收缩,收缩率一般在6%～10%。

同时,在传感式电子秤上的数字显示出胎面单位长度重量,超过公差范围便提示报警,并按标准核对重量和校正挤出工艺。

(4)压延机
大多是用2辊压延机压延的基部底层薄胶片直接热贴在胎冠半成品的底层上,覆贴塑料垫布(底部热贴上塑料膜,直到轮胎成型前才剥掉的作法,以保持胎面的新鲜表面和不受水渍的影响),并用片状金属圆盘滚压实。

压延机用的热胶料由XJD90×12销钉式冷喂料挤出机供应。

(5)水喷淋冷却槽
冷却槽分三层,每层的尼龙杆栅式运输链由各自的直流电动机驱动,其线速度可随胎面长度自由收缩量的大小而相互自动调节。

运输链由尼龙材料内夹着不易延伸的钢丝绳制成,冷却槽用铝板制成,挡板采用玻璃钢材料,整个冷却槽均采用不生锈的材料,以免胎冠底部粘上铁锈物而造成轮胎的分层。

水喷淋的冷却效果优于水浸式,但也有的采用浸水、喷淋式的冷却方式。

冷却的总长度对于厚胎面为120米左右,对于薄的压出部件一般在60～80米左右。

(6)储胎面辊道变速送胎面定长切割
胎面一出冷却槽就立即用风吹掉水渍,通过储胎面辊道坑缓冲胎面的连续冷却和切割间歇之间的运行。

胎面切割部分采用液压电动机带动。

圆盘刀切割胎面的角度为23度,采用单向切割可保证胎面两端接头的重合性。

胎面经冷却吹干水渍后的所有生产工序都要避免再接触水。

(7)胎面快速输送、称量、接到百叶车单层存放。

4.4.2.3　压出工艺条件
(1)热炼:采用热喂料压出时,胶料需要热炼。

胶料热炼质量与开炼机的辊温、辊距、容量、切落次数有关,供胶时要求稳定操作条件。

(2)压出速度:挤出机压出速度快慢对压出部件规格和致密性有直接的影响。

压出速度快,压出部件的半成品膨胀率和收缩率增大,压出部件的表面粗糙;压出速度慢,压出半成品表面光滑,能保证压出部件的压出质量。

挤出机压出速度要与压出联动装置运输带的工作速度相匹配,调节联动装置的速度可控制部件的厚度和宽度。

(3)冷却:压出部件的冷却程度直接关系到压出部件的规格压出质量。

压出部件离开压出口型时温度高达120℃易产生热变形,会影响压出部件的规格尺寸的稳定性,同时如若不及时进行冷却或冷却不够,易产生焦烧,因此压出的部件必须设计有足以满足压出部件冷却(胶温降至40℃以下)稳定规格尺寸的冷却装置。

(4)压出温度:挤出机各部位温度对胶料的流动性有直接的影响。

其不但是压出速度和口型部位变形系数发生变化,并同时影响压出部件的压出质量。

部件压出前,首先要预热机头、机身和口型板,挤出机的各部要根据不同胶料的技术要求进行设定,通常是口型板温度最高,机头次之,机筒最低,这可使压出的部件半成品表面光滑,尺寸稳定,减少胶料的膨胀变形。

4.4.3　热喂料橡胶螺杆挤出机和销钉式冷喂料橡胶螺杆挤出机
热喂料橡胶螺杆挤出机和销钉式冷喂料螺杆挤出机是压出工艺的主要设备。

热、冷喂料橡胶螺杆挤出机基本结构相类似,主要由机身、机筒、螺杆、喂料装置、机头、温控装置、传动装置和电气控制系统等组成,它们的不同之处主要在于设备的某些结构部件(如螺杆长径比、螺杆螺纹结构、温控形式和传动形式)。

热喂料橡胶螺杆挤出机的螺杆长径比比较小,螺杆螺纹结构形式也比较简单、温控要求也简单。

销钉式冷喂料橡胶螺杆挤出机的螺杆长径比比较大,它具有热炼胶料和挤出胶料两种功能。

螺杆螺纹要经专门设计,配置多段温控装置,可对螺杆内腔、机头、机身塑化段和挤出段分别进行控制。

销钉式冷喂料橡胶螺杆挤出机的结构特点是机身上装有许多销钉,销钉头部插入螺杆螺纹槽内。

凡有销钉的部位,螺杆的螺纹开有环形沟槽。

销钉式冷喂料挤出机能大大地改善压出的胶料半成品质量。

热喂料和冷喂料挤出机的终炼胶料在挤出机内与螺杆表面和机表面产生摩擦,胶料随着升温、螺杆螺纹的等深不等距或等距不等深和加大长径比,加剧了不断交替的压缩、剪切和相对位移,并产生涡流和回流。

增加若干数量的销钉后,涡流和回流现象更为突出,从而使胶料的混合更趋理想,进一步提高了压出胶料的均匀程度。

销钉式冷喂料挤出机的机体主要是由机身、机头和螺杆等构件组成。

其长径比为16,配置的整流电动机在一定的范围内可任意调速。

它的螺杆顶端装有压力传感器,可将机头压力反映在压力记录仪上,从而可监视机头压力的变化。

挤出机的温度直接影响到压出半制品胶料部件的几何形状和质量,所以一定要严加控制温度公差在±3℃。

挤出机基本上分螺杆、喂料区、中区、前区和机头5个温度控制区。

温度控制区均由循环泵、电加热器、热交换器构成5个独立的循环回路。

循环介质为软水,用压缩空气压入,并随时补充。

每个区域都用电加热器加热熔软水,热水热量传过各自分管的5个设备部分;冷却时则关掉电加热器,同时打开热交换器的冷水循环回路将热量带走,热回路和冷却回路由温度控制仪控制。

温度控制仪有上、下温度限位,每个控制区有热电偶传感温度讯号。

当温度超过上限时,则关闭加热回路,接通冷却回路,当温度低于下限时,则关闭冷却回路,打开加热系统。

4.5　钢丝帘布压延制造工艺及设备
全钢子午线轮胎的胎体,带束层所用的钢丝帘布是由钢丝帘布压延工序制造的。

该工序是在
子午线轮胎制造的整个生产工艺中属于质量要求高、设备精度高的一个重要工序。

钢丝帘线通过专门的压延设备实现两面挂胶的钢丝帘布加工工艺过程称为钢丝帘布压延。

全钢子午线轮胎成品的使用质量与胎体、带束层的制造质量密切相关。

胎体帘线排列不均或帘线重叠,易造成轮胎使用中爆破;钢丝帘线覆胶质量不好,会使轮胎早期脱层,失去使用和翻胎价值。

钢丝帘布压延是将钢丝和胶料同时通过压延或压出的方法制成覆胶帘布。

覆胶帘布的质量要求是:帘线密度均匀一致,排列整齐,帘布表面平整,无并线等,胶料要渗透良好,覆胶厚度均匀。

4.5.1　S型四辊钢丝帘布压延机联动生产线的结构特征
联动线有双排配有帘线张力钢丝锭子导开架、钢丝排列装置、钢丝导向装置、引头导出装置、接头机、整径辊和压力辊、四辊压延装置、压延张力装置、测厚装置、敷贴塑料布装置、冷却装置、储布装置、定中心装置、切割和卷取装置以及控制装置。

钢丝压延机具有生产精度要求高,控制系统复杂,生产能力大的特点,是全钢子午线轮胎的关键生产设备之一。

4.5.1.1　控制系统
从生产工艺的角度来说,压延机的控制系统分为张力控制系统、厚度控制系统和辅助系统等三大部分。

4.5.1.1.1　张力系统
张力系统由钢丝锭子张力控制系统、生产线直流拖动系统和储布架液压系统等构成;厚度控制系统由厚度测量系统、辊距调节系统、辊弯曲和轴交叉构成;辅助控制系统由温度控制系统、积胶控制系统、卷取定中装置、压延机润滑系统、主机压力辊伺服等构成。

压延机张力控制的好坏是直接影响钢丝帘布质量的重要因素之一。

因此,在整个控制系统中张力控制系统占了较大的比重。

以主机3#辊为准,可将压延机的张力控制分为压延前和压延后张力控制。

压延前张力有气动式张力控制装置控制。

通过手动调节压缩空气回路的减压阀控制钢丝锭子的导开张力。

压延机的张力控制分为三段,由上位机和P LC控制。

(1)冷却辊段张力
该张力是由冷却辊直流电机和主机3#辊直流电机的设定速度差产生的。

由于钢丝的伸张变形和传动机构的打滑现象,压延生产各点的实际线速度是一致的,均等于钢丝的导开速度。

冷却辊段采用闭环张力控制,张力传感器将测录的实际张力值转换成电信号送给数字式显示仪表,张力显示仪表一方面显示张力值,一方面将传感器采样的电信号转换成0～10V的标准直流电压信号传送给P LC,P LC将此信号与上位机送来的张力设定值进行P I D(微积分比例)运算,将其结果用于调节冷却辊直流电机的速度,从而改变该段的张力。

(2)储布架段张力
该段张力由储布架液压系统产生,由两个大的液压缸拉动储布架的浮动辊向上运动,绷紧钢丝帘布以产生张力。

所需的张力值是根据工艺要求,手动调节储布架液压系统的溢流阀,改变液压系统压力得到的。

储布架的另一个作用是储存一定量的钢丝帘布,以保证卷取更换工装时,主机不停机。

因此,在储布架顶部装了一个电位计,用于检测储布架浮动辊的位置,产生一个0～10V的直流电压信号反馈到P LC,调节牵引直流机的速度,保持浮动辊的正常工作位置。

这个电压信号对应于储布架接近排空,以防止出现断路故障时牵引直流电机速度过快,使张力过大。

浮动辊的位置信号还将由P LC传送给上位机,由上位机以图形的方式在显示器上显示浮动辊的实际工作状态。

(3)卷取段张力
该段张力是由卷取直流电机产生的,由于卷取的线速度要与生产速度保持一致,在生产线速度不变的情况下,卷取直流电机的转速必将随着卷轴直径的增大而降低,负荷电流也随之逐渐增。