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全新概念輪胎制造工藝技術(shù)
[我的輪胎] 發(fā)表時(shí)間：2009-09-20
全自動(dòng)化生產(chǎn)一直是輪胎制造業(yè)界追求的目標(biāo)，也是全球輪胎工業(yè)發(fā)展的潮流。近些年來，輪胎生產(chǎn)工藝自動(dòng)化已朝著兩個(gè)方向發(fā)展：現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝的不斷完善和全新概念技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。
從廣義上說，全新概念技術(shù)也就是反傳統(tǒng)的、革命性的技術(shù)。目前，已經(jīng)在該領(lǐng)域嶄露頭角的有米其林C3M技術(shù)、大陸MMP技術(shù)、固特異IMPACT技術(shù)、三海CCC技術(shù)、普利司通ACTAS技術(shù)和倍耐力MIRS技術(shù)。
上述6種全新概念輪胎制造工藝技術(shù)，對(duì)傳統(tǒng)制造工藝技術(shù)的地位帶來了威脅和挑戰(zhàn)。對(duì)此，海外業(yè)內(nèi)傳媒雖廣泛加以報(bào)道，但關(guān)鍵技術(shù)披露甚少。筆者現(xiàn)將收集到的信息加以整理和篩選，粗略勾勒出其中四種全新概念技術(shù)的大體輪廓。
一、基本情況
眾所周知，輪胎工業(yè)發(fā)展到如今已逾百年。走過上百年的歷程，傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)工藝至今已日臻完善，從膠料混煉、部件準(zhǔn)備(壓延、壓出)、成型、硫化到成品質(zhì)量檢驗(yàn)，各個(gè)階段的自動(dòng)化程度都非常高。任何事物在發(fā)展到一定歷史高度之后，再繼續(xù)往更高的目標(biāo)邁進(jìn)，其難度將非常大。這時(shí)，若能夠從另一個(gè)角度或換一種方法去思考和突破，則往往會(huì)有更好的效果和較大的收獲。全新概念輪胎制造工藝技術(shù)就是在這樣的背景下，遵循這樣的思路開發(fā)出來的。
與傳統(tǒng)的輪胎制造工藝技術(shù)相比，上述全新概念工藝技術(shù)普遍具有節(jié)省投資、設(shè)備占地面積少、生產(chǎn)效率高、降低成本的優(yōu)勢(shì)，詳見表1。
表1 全新概念輪胎制造工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
二、米其林C3M技術(shù)
C3M的全稱為：Command+Control+Communication&Manufacture；建議譯為：指揮、控制、通訊及制造一體化系統(tǒng)。
C3M有如下5項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)：①連續(xù)低溫混煉；②直接壓出橡膠件；③成型鼓上編織／纏繞骨架層；④預(yù)硫化環(huán)狀胎面；⑤輪胎電熱硫化。
C3M的關(guān)鍵設(shè)備是特種編織機(jī)和擠出機(jī)。C3M技術(shù)通過以成型鼓為核心，合理配置特種編織機(jī)組和擠出機(jī)組而得以實(shí)現(xiàn)。特種編織機(jī)環(huán)繞成型鼓編織無接頭環(huán)形胎體簾布層和帶束層，并環(huán)繞成型鼓纏繞鋼絲得到鋼絲圈。擠出機(jī)組連續(xù)低溫(90℃以下)混煉膠料，壓出胎側(cè)、三角膠條以及其他橡膠件。
C3M的工藝特點(diǎn)是：部件既不經(jīng)過冷卻／停放，也不需要再加工或預(yù)裝配，直接送到成型鼓上一次性完成輪胎成型。在成型過程中，成型鼓一直處于加熱狀態(tài)，胎胚在成型的同時(shí)被預(yù)硫化從而達(dá)到定型。
米其林于1982年開始研究C3M技術(shù)，1992年宣布研究成功，次年在總部所在地--克萊蒙費(fèi)朗(Clermont-Ferrand)建第一間C3M廠，1998年底已發(fā)展到7間廠，見表2。
表2 ：米其林C3M廠一覽表
三、大陸MMP技術(shù)
MMP的全稱為：Modular Manufacturing Process；建議譯為：積木式成型法。
眾所周知，傳統(tǒng)的輪胎生產(chǎn)工藝由四大工序組成：①塑／混煉；②壓延和壓出；③成型；④硫化?，F(xiàn)有的輪胎廠，除部分通過購人成品混煉膠而省缺第一道工序外，大多數(shù)是上述四道工序全部齊備。
MMP打破傳統(tǒng)輪胎廠四大工序齊備的模式，將四大工序分割成兩大塊來操作。第一塊包括了傳統(tǒng)工藝的第一道工序(塑／混煉)、第二道工序(壓延和壓出)以及第三道工序的前半部分(胎體成型)，第二塊包括了傳統(tǒng)工藝的第三道工序的后半部分(貼帶束層、上胎面)和第四道工序(硫化)；執(zhí)行第一塊生產(chǎn)任務(wù)的工廠被稱之為"平臺(tái)"，執(zhí)行第二塊生產(chǎn)任務(wù)的工廠被稱之為"衛(wèi)星廠"。平臺(tái)負(fù)責(zé)生產(chǎn)輪胎基本構(gòu)件并進(jìn)行預(yù)裝配，衛(wèi)星廠負(fù)責(zé)整體裝配并完成輪胎制造工藝最后硫化。通常，一個(gè)平臺(tái)可配置多間衛(wèi)星廠，構(gòu)成輻射網(wǎng)絡(luò)。
換言之，MMP技術(shù)的最大特點(diǎn)就是一種"基本構(gòu)件生產(chǎn)廠+總裝廠"的新模式。平臺(tái)(基本構(gòu)件生產(chǎn)廠)設(shè)在勞動(dòng)力成本低的地區(qū)，降低生產(chǎn)成本；衛(wèi)星廠(總裝廠)設(shè)在技術(shù)發(fā)達(dá)的地區(qū)或處于市場(chǎng)戰(zhàn)略位置的地區(qū)，一來保障產(chǎn)品質(zhì)量，二來達(dá)到成品就地供貨的目的。
平臺(tái)產(chǎn)品(輪胎基本構(gòu)件)實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，也就是說同一規(guī)格，不同晶牌、不同系列的輪胎，除胎面、帶束層不同外，其余基本構(gòu)件全部相同。從平臺(tái)下線的胎體已經(jīng)過預(yù)硫化。視產(chǎn)品技術(shù)要求不同，貼帶束層也可在平臺(tái)上完成。
MMP的最初構(gòu)想為大陸公司采購與戰(zhàn)略資源部經(jīng)理Bernadatte Hausmanr提出，1993年底獲立項(xiàng)，1996年6月首間全規(guī)格MMP示范廠在德國(guó)投產(chǎn)，1997年初MMP技術(shù)通過大陸公司董事會(huì)評(píng)審，至此拉開了全球范圍應(yīng)用的帷幕。
四、固特異的夏hOPACT技術(shù)
IMPACT的全稱為：Integrated Manufacturing Precision Assembly CellularTechnology；建議譯為：集成加工精密成型單元技術(shù)。若將縮寫IMPACT看作是單詞Impact，其英文意思為"碰撞、沖擊、影響"。因此，海外業(yè)內(nèi)傳媒有將IMPACT謔稱為Impact的，意喻對(duì)傳統(tǒng)制造技術(shù)產(chǎn)生沖擊的新技術(shù)。
IMPACT有四大要素(又稱四大單元)：①熱成型機(jī)(Hot Former)；②改進(jìn)控制技術(shù)，提高生產(chǎn)效率；③自動(dòng)化材料輸送；④單元式制造。上述四要素既可以單獨(dú)使用，也可以組合起來使用，而且無論是某個(gè)要素還是整個(gè)系統(tǒng)與現(xiàn)有的輪胎工藝流程都能夠緊密結(jié)合成一體。IMPACT不會(huì)像其他新一代輪胎制造系統(tǒng)那樣與現(xiàn)用系統(tǒng)不兼容。
對(duì)整個(gè)橡膠業(yè)界而言，熱成型機(jī)似乎是聞所未聞的新工裝設(shè)備，其實(shí)它由多臺(tái)微型型材壓延機(jī)(Mini ContourCalender)、冷喂料擠出機(jī)和一條鋼質(zhì)運(yùn)輸帶構(gòu)成。壓延機(jī)的兩個(gè)輥簡(jiǎn)直徑在700mm左右，它與傳統(tǒng)壓延機(jī)不同之處在于：①有一個(gè)輥筒是型輥；②雙輥溫度超過傳統(tǒng)壓延工藝溫度。鋼質(zhì)運(yùn)輸帶又稱移動(dòng)軌床(Moving Tracked Bed)，由兩個(gè)導(dǎo)輥和一條不銹鋼薄帶構(gòu)成，其最高速度為15米／分，通常以8-9米／分的速度運(yùn)行。每臺(tái)壓延機(jī)配備一臺(tái)冷喂料擠出機(jī)，后者負(fù)責(zé)向前者供料。對(duì)冷喂料擠出機(jī)沒有什么特殊要求，目前在用的普通型即可，至于它的規(guī)格則必須與在該工位壓出／貼合的輪胎部件的體積流量相匹配，保證供給壓延機(jī)足夠的膠料。
目前固特異已經(jīng)研制出兩種熱成型機(jī)，其中一種七工位，適用于卡車輪胎生產(chǎn)，另一種為四工位，適用于轎車輪胎生產(chǎn)。七工位熱成型機(jī)由7臺(tái)微型型材壓延機(jī)組成，移動(dòng)軌床將這7臺(tái)壓延機(jī)連接成一個(gè)整體，可壓出7種不同的輪胎部件并同時(shí)完成部件與部件之間的定位和組裝／貼合。
七工位熱成型機(jī)的工作流程如下：第一工位的微型型材壓延機(jī)壓出氣密層膠片，膠片落在移動(dòng)軌床，移動(dòng)軌床將其輸送到第二工位；第--212位的壓延機(jī)壓出隔離膠片，敷設(shè)在氣密層膠片之上，型輥同時(shí)將其壓實(shí)，完成兩層膠片的熱貼合；第三工位的壓延機(jī)壓出胎側(cè)膠，敷設(shè)并貼合在上述組件兩側(cè)；第四工位的壓延機(jī)壓出胎圈包膠，敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個(gè)特定位置；第五工位的壓延機(jī)壓出三角膠條，敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個(gè)特定位置；第六工位的壓延機(jī)壓出隔離膠條，敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個(gè)特定位置；位于第七工位的壓延機(jī)壓出另一條三角膠條，敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個(gè)特定位置。至此，組件也運(yùn)行到了熱成型機(jī)的末端，在此被卷取。卷材將被送往二段成型機(jī)，在二段成型機(jī)上裁斷，貼上胎體簾布層、帶束層和胎面膠，即得到生胎胚。一卷這樣的卷材可成型100~120條輪胎。七工位熱成型機(jī)的總長(zhǎng)度為45~50米。
熱成型機(jī)貼合不用膠漿，不但降低原材料成本，而且減少環(huán)境污染。與傳統(tǒng)工藝相比，熱成型工藝耗材下降10％，勞動(dòng)用工減少42％，生產(chǎn)成本節(jié)約20％。
熱成型機(jī)適用于各種類型和規(guī)格輪胎的生產(chǎn)。第一臺(tái)熱成型機(jī)已于1999年7月在盧森堡(Luxem-bourg)輪胎廠投入商用卡車輪胎生產(chǎn)；第二臺(tái)熱成型機(jī)于2001年夏天在美國(guó)丹維爾(Danville)輪胎廠投入原配載重輪胎生產(chǎn)。固特異擬于2001年稍晚些時(shí)候在德國(guó)富爾達(dá)(Fulda)輪胎廠調(diào)試第三臺(tái)熱成型機(jī)，并于2002年將第四臺(tái)熱成型機(jī)安裝在北美，這兩臺(tái)熱成型機(jī)將用于轎車輪胎生產(chǎn)。
截至2000年12月，固特異已研發(fā)成功6種冠以IMPACT的工裝設(shè)備。這些設(shè)備一直在盧森堡、美國(guó)丹維爾和加拿大納帕尼(Napanee)三地的中試工廠試車，并至少已在一間輪胎廠轉(zhuǎn)入正式使用。這些新型工裝設(shè)備已使全員單位時(shí)間生產(chǎn)指數(shù)由1998年的100提高到115。計(jì)劃到2002年有15種IMPACT32裝設(shè)備落戶7間輪胎廠，屆時(shí)上述指數(shù)將會(huì)提升到125。
現(xiàn)有的6種IMPACT212裝設(shè)備分別為：①高產(chǎn)量四復(fù)合擠出機(jī)；②精密帶束層裁斷機(jī)；③精密胎體簾布層裁斷機(jī)；④四束鋼絲圈卷成機(jī)；⑤增強(qiáng)型載重輪胎成型機(jī)；⑥乘用輪胎成型機(jī)。
固特異在盧森堡輪胎廠用改進(jìn)過的Berstorff四復(fù)合擠出機(jī)壓出胎面組件，擠出速度大約為10米／分，據(jù)此可推算其產(chǎn)量將超過200公斤／分。用該法生產(chǎn)的胎面組件比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的輕19％，這意味著成品輪胎重量減輕5％。
在用熱成型機(jī)壓出膠片代替外護(hù)圈包布取得成功的基礎(chǔ)上，固特異大力發(fā)展注壓成型鋼絲圈／三角膠條組件。2001年4月，鋼絲圈／三角膠條組件注壓成型機(jī)在盧森堡輪胎廠進(jìn)人最后階段中試。該機(jī)已成功地為5000條載重輪胎提供鋼絲圈／三角膠條組件。目前正對(duì)工藝進(jìn)行調(diào)整，為更大批量生產(chǎn)作準(zhǔn)備。
鋼絲圈／三角膠條組件注壓成型機(jī)由4部分構(gòu)成：①經(jīng)過改進(jìn)的帶DRC2000控制器的DesmaD710．800／4-T／R注壓機(jī)；②平板硫化機(jī)；③三工位壓緊機(jī)；④帶專用夾具的ABB機(jī)械手。
已按特定尺寸繞成特定形狀的鋼絲圈掛在專用掛架上。ABB機(jī)械手藉專用夾具夾持鋼絲圈，放入三工位壓緊機(jī)。經(jīng)壓緊后的鋼絲圈，由機(jī)械手送人平板硫化機(jī)。注壓機(jī)通過模型上的16個(gè)注膠孔往模腔內(nèi)注膠，多余的膠料由8個(gè)排膠孔排出。平板硫化機(jī)的熱板不像平常那樣加熱到標(biāo)準(zhǔn)溫度200~(2以上，而是采用感應(yīng)加熱方式對(duì)鋼絲圈進(jìn)行加熱，確保鋼
絲圈從里向外硫化，目的是既要使鋼絲圈／三角膠條組件表面保持粘性，能夠有效地與其他輪胎組件粘合，同時(shí)又達(dá)到減少生胎在硫化工序時(shí)的硫化時(shí)間。硫化程度達(dá)到90％時(shí)，機(jī)械手將鋼絲圈取出。鋼絲圈經(jīng)修邊后送成型工序備用。
與普通鋼絲圈相比，注壓成型的鋼絲圈對(duì)稱性更好、成品容易修整，而且無接頭，省時(shí)省工，成品質(zhì)量與操作工的熟練程度無關(guān)。
自1997年以來，固特異己投入5．16億美元開發(fā)IMPACT)頃目。其中大部分(約3．52億美元)用在改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和設(shè)備上。構(gòu)成IMPACT的其他三個(gè)要素，平均消耗了4000萬-8000萬美元的費(fèi)用。所取得的成效是目前已發(fā)展到13％的卡車輪胎、1％的轎車輪胎是用IMPACT制造出來的。到2004年，這一比例將提高到卡車輪胎33％和轎車輪胎10％。固特異自己承認(rèn)從1997年算起，大概需要20年時(shí)間才能將其遍布全球的輪胎廠改造成都用IMPACT~藝進(jìn)行生產(chǎn)。
五、倍耐力M工RS技術(shù)
MIRS的全稱為：Modular Integrated Robotized System；建議譯為：積木式集成自動(dòng)化系統(tǒng)。
MIRS的精髓是：以成型鼓為中心，組織生產(chǎn)；多組擠出機(jī)配合遙控機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)從膠料擠出到成型鼓直接成型；用胎胚氣密層代替膠囊進(jìn)行硫化。
MIRS只有3道工序：①預(yù)制；②成型；③硫化。預(yù)制工序有多臺(tái)擠出機(jī)，每臺(tái)擠出機(jī)配備規(guī)格為1×1．5m的卷取軸架，上掛鋼絲或浸漬簾線輥筒；架上的多股鋼絲或簾線進(jìn)入擠出機(jī)的直角機(jī)頭，與膠料一同擠出，得到補(bǔ)強(qiáng)膠條，供下游工序使用。成型工序有3組共8臺(tái)擠出機(jī)和3對(duì)遙控機(jī)械手，分成三工位操作。成型鼓為可折疊式，中空，鼓身由8塊厚20mm鋁板制成，上有小孔使鼓面與鼓腔連通。成型鼓經(jīng)預(yù)熱進(jìn)人第一工位，并繞軸旋轉(zhuǎn)；擠出機(jī)將膠料擠出到成型鼓上，機(jī)械手反復(fù)輥壓膠料，擠出空氣，使膠料緊貼鼓面，得到氣密層；由于鼓面是熱的，膠料被預(yù)硫化。接著成型鼓進(jìn)人第二工位，第二對(duì)機(jī)械手將預(yù)制工序生產(chǎn)的各種補(bǔ)強(qiáng)膠條纏繞在成型鼓上，同時(shí)第二組擠出機(jī)將膠料擠出到成型鼓上，機(jī)械手和擠出機(jī)交叉操作，逐步形成胎體簾布層、胎圈等。然后成型鼓進(jìn)入第三工位，第三對(duì)機(jī)械手貼預(yù)制帶束層，擠出機(jī)組將隔離膠、胎側(cè)膠、胎面膠直接擠出到成型鼓上，經(jīng)壓實(shí)、整形得到完整胎胚。胎胚連同成型鼓一起進(jìn)人硫化工序，硫化機(jī)裝在六工位圓盤運(yùn)輸帶的立柱上。第一對(duì)機(jī)械手將未取下成型鼓的胎胚裝入硫化機(jī)，合模，往成型鼓腔內(nèi)通人高壓氮?dú)?，氮?dú)馔ㄟ^鼓壁的通氣孔逸出到鼓面，使胎胚脹大，從而脫離鼓面并緊貼硫化模內(nèi)壁，這樣已經(jīng)預(yù)硫化的胎胚氣密層實(shí)際上起到膠囊的作用。和普通硫化一樣，模腔內(nèi)通人蒸氣。經(jīng)15分硫化后，圓盤運(yùn)輸帶到達(dá)第六工位，第二對(duì)機(jī)械手開模，將輪胎連同成型鼓一起取出，折疊成型鼓，得到成品輪胎。成型鼓經(jīng)拼裝后送回第二道工序循環(huán)使用。至此完成一個(gè)生產(chǎn)周期。
倍耐力第一間MIRS廠設(shè)在總部所在地--意大利米蘭Biccocca，已于2000年6月投產(chǎn)；第二間MIRS廠選址美國(guó)佐治亞州Rome，毗鄰新建的鈴木汽車廠，目前尚在建設(shè)中。
六、結(jié)語
21世紀(jì)將是上述全新概念輪胎制造工藝技術(shù)逐步擴(kuò)大工業(yè)化的世紀(jì)，排在世界前列的幾大輪胎制造商憑借這些全新概念技術(shù)進(jìn)行低成本、高精度生產(chǎn)，從而得以鞏固并提升其現(xiàn)有地位。隨著推廣應(yīng)用的深入，人們對(duì)上述全新概念技術(shù)的了解也會(huì)越來越多。勿庸置疑，在這過程當(dāng)中，相信還不斷會(huì)有新概念技術(shù)涌現(xiàn)。我們可以這樣說，不是今年，也許明年，最晚不超過10年，輪胎制造工藝將與今日我們所見所用的大不一樣。在本世紀(jì)內(nèi)，輪胎制造工藝技術(shù)必將發(fā)生巨變，這是量變到質(zhì)變的必然飛躍。
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