新型轴向伸缩汽车轮胎成型模具结构设计

摘要：针对不同鼓宽要求下径向伸缩成型鼓鼓架伸缩范围受限的问题，从结构方面对传统双滑块式径向伸缩鼓进行改进，利用旋转装置的旋转运动带动连杆摆动使鼓架和鼓肩只做径向运动，设计了一种新型轴向伸缩式汽车轮胎成型模。成型鼓在改变径向伸缩比时不会使鼓宽随之变化，在轴向实现零行程，缩短了轴向内部空间，使结构更加紧凑，同时提高了成型精度，在伸缩比大但鼓宽小的场合中尤为适用。

0引言

轮胎是橡胶工业的代表产品，是一个国家发展必不可少的战略资源[1]。近年来,汽车工业进入了快速发展通道,节能与新能源汽车不断推出[2],也促进了轮胎行业的发展。随着轮胎行业的飞速发展，对轮胎产品的多样性和性能要求也越来越高。成型是轮胎生产中的重要工序，其成型模的成型鼓直接影响成型轮胎的使用性能和制造精度。针对不同的要求实现轮胎成型是成型鼓研发的重点，也是轮胎生产企业提高生产效益的有效途径。

成型鼓是轮胎成型模的主要零件，其结构的设计与改进一直都是轮胎生产的重点。目前，国内外关于普通车辆轮胎成型鼓的研究较多，而关于大伸缩比宽基轮胎成型鼓(径向伸缩式)和大伸缩比航空轮胎成型鼓(轴/径向伸缩式)的研究仍处于研发阶段[3]。国内轮胎企业的生产主要集中于中低端产品，多数高精度成型鼓与大伸缩比成型鼓依赖进口。因此，大径向伸缩比成型鼓的改进设计成为其设计方面的研究重点。汪菲等[4]基于螺旋理论对一种航空轮胎用轴/径向伸缩式成型鼓进行了拓扑分析与结构创新，得到了多种可行的改进方案。豆亚主要从事轮胎成型鼓设计工作。云基于螺旋理论与叠加原理提出了一种新型轴/径向伸缩式成型鼓，对其运动学、尺度综合、运动仿真等进行分析，实现了较大径向伸缩比下成型鼓的应用。在实际生产中，目前国内径向伸缩鼓多采用双滑块式连杆机构。改革开放以来,我国整体经济得到了突飞猛进的发展,汽车行业尤为突出[6]。近年来，国内针对大径向伸缩比成型鼓的结构分析与改进的研究一直在进行，但在实现大径向收缩比的同时难以兼顾对鼓宽的控制。在要求大径向伸缩比、对鼓宽大小没有严格限制的情况下可以很好地完成成型工作，在径向伸缩比较大、鼓宽较小的场合中无法满足设计要求。现介绍一种改进后的轴向伸缩旋转折叠成型鼓结构，可应用于伸缩比大且鼓宽小的场合，同时改善了成型后的轮胎质量。

1双滑块式径向伸缩成型鼓局限性

双滑块式径向伸缩成型鼓是目前国内最多使用的径向伸缩鼓，结构简图如图1所示，采用双滑块式连杆机构，通过左右导向盘的限位作用，将主轴1上滑动座2的轴向运动转化为鼓架的径向运动。这种成型鼓具有整体精度高、成型效率高、运行稳定、可靠性高等优点，但鼓架的伸缩范围会受到滑动座轴向行程的限制。要达到较大的径向伸缩比，必须增大滑动座的轴向行程。而滑动座行程的大小直接影响伸缩鼓的鼓宽大小，增大滑动座行程则鼓宽也随之增大。这种结构的局限性在于满足大伸缩比的同时鼓宽也较大，无法应用于伸缩比较大、鼓宽较小的场合。

2新结构成型鼓分析

双滑块式径向伸缩鼓实现大伸缩比的同时无法保证较小鼓宽的应用，现设计了一种新结构轴向伸缩旋转折叠成型鼓。新结构成型鼓改进了原结构对鼓宽的限制，可适用于伸缩比大、鼓宽小的场合。成型鼓不再采用原来将滑动座轴向运动转化为鼓架径向运动的伸缩方式，而是利用旋转座的回运动带动连杆摆动使鼓架与鼓肩进行径向伸缩运动。成型鼓主体结构由主轴1、鼓肩8、与鼓肩固定连接的鼓架4、鼓肩的径向伸缩装置和旋转折叠装置、心轴2和轴向旋转运动装置组成。其中径向伸缩装置由导向杆3及导向套组成，带动鼓肩鼓架实现径向伸缩;旋转折叠装置由主轴1、连杆5、旋转座6和旋转套组成，旋转座由螺钉固定在旋转套上，连杆两端通过传动销7分别与鼓架和旋转座连接，通过旋转座的旋转运动带动连杆完成成型鼓的张开、折叠动作。鼓肩由大鼓肩和小鼓肩组成，连杆由大连杆与小连杆组成。大鼓肩与大连杆相连，小鼓肩与小连杆相连。大连杆长度较长，大连杆与导向杆形成的角度应大于小连杆与导向杆形成的角度，小连杆与导向杆形成的角度可以接近于0。因此，鼓肩收缩时小鼓肩先进行收缩，这种结构设计使收缩过程中大小鼓肩不会互相干扰，展开过程中又能相互闭合，形成无缝隙真圆状态。成型鼓两边各有一个导向座，左导向座通过主轴上的锁紧环与小平键实现定位，右导向座通过主轴上的轴肩与小平键实现定位。此外，在导向座上还设有限位盘，用以限制鼓架径向展开的行程，还可以减少行程误差，提高轮胎胎胚的成型精度。对于轴向旋转运动装置，旋转套设计为中空圆筒状，装配在主轴上，旋转套侧面设有轴向方向的直线导向通孔，与芯轴固定连接的传动销穿过直线导向通孔并进入螺旋导向槽，旋转座设置在旋转套外侧并固定连接，实现轴向旋转运动。成型鼓的小鼓架上还焊接了调整块，可以通过调整螺钉来调节调整块与鼓配合的松紧程度，使鼓肩整体更接近真圆状态，有利于提高轮胎胎胚成型的合格率。这种新型轴向伸缩旋转折叠成型鼓的结构使鼓架与鼓肩只进行径向运动，在轴向实现了零行程，缩短成型鼓的轴向内部空间，结构更紧凑，有效减小了鼓宽，尤其适用于伸缩比大但鼓宽小的工作场合。

3新结构成型鼓工作过程

轴向伸缩旋转折叠成型鼓通过对运动伸缩机构的改进，利用旋转运动向径向直线运动的转化实现了径向伸缩功能。实际工作时，芯轴在主轴内做轴向直线往复运动，传动销在芯轴与直线导向通孔和螺旋导向槽的共同作用下，推动旋转套旋转。这一步骤将芯轴的轴向运动转化为旋转套的旋转运动，即“轴向伸缩”的实现。连杆一端通过销轴与鼓架连接，另一端通过销轴与旋转座连接，旋转套带动旋转座沿主轴表面做旋转运动，以此带动连杆的摆动，使鼓肩与鼓架在导向杆的作用下进行径向伸缩运动，实现轮胎成型。成型鼓的大连杆长度比小连杆长，鼓肩收缩时，小鼓肩由于小连杆较短直接进行收缩，而大鼓肩则先向外展开一小段距离后再进行收缩，顺利完成鼓架的径向伸缩运动。

4新结构成型鼓在实际生产中的应用

采用新结构的轴向伸缩旋转折叠成型鼓已应用于实际生产中，成型鼓实物如图3所示。传统的双滑块结构式成型鼓结构简单，可以实现不同大小的径向伸缩比。但针对大径向伸缩比及较小鼓宽的要求，由于其导向装置的限制必须增大滑动座的轴向行程，从而鼓宽随之增大无法满足要求。新结构成型鼓通过新的运动转换方式可以在实现大径向伸缩比的同时达到较小的鼓宽，其结构更为紧凑，同时提高了成型精度并延长了使用寿命。相较于普通成型鼓5万次左右的使用寿命和径向跳动0.5mm以上的变形量，新结构成型鼓的使用寿命为15万次以上，变形量为径向跳动0.2mm以下。

5结束语

针对原结构成型鼓实现大伸缩比的同时无法对鼓宽进行限制的问题，设计了一种新型轴向伸缩式汽车轮胎成型模，通过芯轴的直线运动向旋转运动的转化，再向鼓架的径向伸缩运动的转化，使鼓架和鼓肩只进行径向运动，实现了不影响鼓宽的大伸缩比轮胎成型。新型成型鼓已经在实际生产中应用，生产精度得到了较大提高，对轮胎生产有着重要的实用意义。

参考文献：

[1]李利,霍石磊,罗高翔.轴/径向同时运动轮胎成型机成型鼓的设计与分析[J].橡胶工业,2019,66(9):704-707.

[2]毛静莉,段彦宾,周厚保,等.汽车模具浮顶器结构设计与改进[J].模具工业,2018,44(10):48-51.

[3]邬全兵.一种大伸缩比轴/径向伸缩式轮胎成型鼓的运动学设计[D].天津:天津大学,2014:6-10.

[4]汪菲,刘贺宇,王建勇,等.轴/径向伸缩式成型鼓的拓扑分析与结构创新[J].天津大学学报,2017,50(6):563-571.

[5]豆亚云.一种新型轴/径向伸缩式成型鼓的设计与研究[D].秦皇岛:燕山大学,2018:5-8.

[6]李斯淇,周化圆.我国汽车模具出口现状与转型思考[J].模具工业,2015,41(5):22-27.