“ 科學技術是第一生產力， 技術創新是決勝市場的法寶”己經被許多企業家所共識。 最近幾年輪胎模具行業的技術進步呈現出強勁的發展態勢。 一些新工藝、新材料、新設備、新技術在輪胎模具制造廠被廣泛采用， 并取得了顯著的經濟效益和社會效益。 在一定程度上也促進了我國輪胎質量的提高和制造成本的下降。 與此同時模具廠也在市場細分和目 標客戶群優化篩選的基礎上， 創造了獨有的產品特色， 逐步形成了自己的核心技術。 使企業不斷地向著 “ 專、精、特、新”方向跨越式大發展。這將有利于迎接我國加入WT O以后，世界經濟給企業帶來的機遇和挑戰。 為了促進輪胎模具行業的整體發展， 用科技的杠桿撬動經濟的巨輪。 現將輪胎模具設計、制造和表面處理技術系統地作一介紹，謹供參考。
1 模具設計
1 . 1 兩半鋼質輪胎模具設計
輪胎模具內輪廓的幾何形狀和參數來源于輪胎的花紋總圖， 一般在設計輪胎模具內腔幾何形狀時可以忽略不計橡膠彈性體的收縮率， 直接引用輪胎花紋總圖有關尺寸參數。目 前輪胎廠所使用的絕大多數輪胎模具， 一般都設計為直接加熱結構形式， 只有極少數設計成直接熱套式或間接熱套式加熱結構。 其結構方式的選取主要取決于輪胎硫化設備。 直接加熱結構的模具材質一般選用鑄鋼件， 而熱套式加熱結構的模具一般材質選用鑄鋼件和普
通鋼板焊接組合制造。
1 . 1 . 1 兩半鋼質輪胎模具結構設計技術要求
( 1 ) 確保輪胎產品達到工藝結構要求， 內輪廓幾何形狀和參數符合輪胎花紋總圖。
( 2 ) 與硫化設備的安裝配合( 幾何形狀和配合公差）正確無誤。
( 3 ) 必須確保模具有足夠的強度和剛度。
( 4 ) 對于沒有隔熱罩的熱板導熱模具( 如四立柱熱板式硫化機使用的模具) 胎冠部位的厚度要比A型雙模定型硫化機所用模具厚度再增加1 0 %一 1 5 %,保證能夠儲備一定的熱容量， 滿足硫化工藝過程模溫均勻、穩定。
( 5 ) 結構合理，加工制造工藝良好，裝卸方便，定位準確。
( 6 ) 分型面位置選取合理， 有利于硫化后的輪胎脫模。
( 7 ) 排氣溝和排氣孔的布局合理， 既不影響模具的導熱和強度又能使氣體順利排出。
( 8 ) 型腔表面粗糙度和加工精度的選取合理， 模具的工藝性和經濟性根據具體情況各有側重。
圖1 為直接加熱結構兩半輪胎模具簡圖。
硫化罐用外模的外形幾何尺寸可以參考國家專業標準Z B 9 5 0 0 2 - 8 7的表1 ; A型硫化機用外模的外形幾何尺寸可 以參考 國家專業標準Z B 9 5 0 0 2 - 8 7的表2 ; B型硫化機用外模的外形幾何尺寸可以參考國家專業標準Z B 9 5 0 0 2 - 8 7的表3 .
1 . 1 . 2 兩半鋼質輪胎模具部件材料
模具的上模、下模、上鋼圈和下鋼圈均采用鑄鋼材質，其抗拉強度不能低于4 9 0 MP a 。毛坯必須作退火處理，其硬度要小于 H R C 2 3 。目的是消除鑄件內應力防止幾何變形以及方便刻花操作。 其余附件( 如定位塊、吊環等) 可用A 3材料焊接，活字塊一般使用 1 C r 1 3材質。要注意到鑄件不得有裂紋、砂眼、氣孔和疏松等鑄造缺陷。
1 . 2 膠囊模具設計
1. 2 .1 膠囊模具結構設計
斜交輪胎定型硫化機使用的膠囊按幾何形狀劃分，主要有A型、B型、A B型三種。工藝性能方面各有利弊。 但是膠囊模具的結構只有一種， 即熱包式膠囊模具。 設計膠囊模具與設計輪胎模具略有不同， 它既要按照膠囊圖紙設計型腔的幾何形狀和參數， 還要考慮到膠囊與硫化機連接部位的收縮率，確保良好的密封性能( 硫化過程中膠囊要承受2 . 2 - 2 . 5 MP a壓力的過熱水壓力) 。如果處理不好會出現過熱水泄漏，造成廢品輪胎。圖2為A型膠囊模具結構簡圖。模具分上模( 1 ) 、下模( 7 ) 和芯模三部分，芯模又分上芯模( 2 ) 及下芯模( 6 ) 。上下模及芯模均可導入蒸汽對膠體進行加熱硫化。 A型膠囊的脫模靠通過冷風管( 3 ) 和單向閥( 5 ) 進入的壓縮空 氣 頂出 芯 模 。
2 模具制造
2 .1 傳統手工刻花
傳統手工刻花工藝制造外胎硫化模的工藝如圖3 所示。 對于帶蒸汽熱包的硫化模具， 粗加工后焊接，焊完必須作二次退火處理。 夾套式外模、 膠囊模， 粗加工后和成品最終檢驗時， 都必須進行水壓試驗( 一般用1 . 5 - 2 . O MP a 壓力，保壓8 小時) 。
這種工藝只適合于小型模具加工企業。 優點是加工設備簡單， 有幾個有技術的刻花工就可以形成小批量生產。缺點:加工精度低，很難保證模具的尺寸精度、幾何形狀精度、相互位置精度，由于整個模具的型腔是在對每個小區域進行鉗工修整后獲得的， 各個局部區域的曲面不可能完全一樣，因而造成整個模具型腔不是圓環曲面而是多面體組合， 型腔的圓度一般都達不到精度標準且勞動強度大、對刻花工技術水平要求高、生產周期長。
2 . 2 焊花、鑲花工藝制造模具
焊花工藝適合于制造巨型工程輪胎和大型農用水田胎模具。 鑲花工藝適合于制造一般規格的載重胎、 乘用胎、 農用胎和摩托車輪胎。 這兩種工藝都屬于花塊組合拼接法制造模具范疇。 只是在與模圈的連接方式上一個采取焊接法，一個采用鑲嵌法。 焊花工藝所用的精密鑄造或模鍛的鋼質花塊底部坡口角度取 4 5 0，焊腳尺寸 K為花塊寬度的1 / 4 -3 / 8 。鑲花工藝所用的精密鑄造或模鍛的鋼質花塊底部鑲下去部分要有 巧“鑲嵌角。順便說一下， 到目前為止還未發現能經受長期使用考驗的粘接劑來直接把花塊粘到模圈上。 對于粘接劑制造廠來說該產品應當是一個有市場潛力的研究項目。
以上兩種工藝的優點: 外胎模型的胎肩和胎冠處由車加工成型，尺寸精度高( 一般根據輪胎外徑尺寸的大小不同可控制在士0 . 2 0 m m以內) ， 光潔度好( 一般可控制在R a 1 . 6 u m ) ， 可縮短加工周期， 提高生產率， 減輕工人勞動強度， 花形一致， 有互換性， 輪胎產品的均勻性也得到顯著提高。 缺點: 使用一段時間后， 在復雜的交變應力作用下， 有可能引起疲勞破壞，造成有花塊脫落現象( 如果焊接、鑲嵌花塊處理得當，這種現象基本上能夠得到控制，但是很難達到百之百杜絕) 。
2 . 3 電火花加工機床加工輪胎模具
國內外已經推出了許多用途各異、 功率和加工精度各不相同的電火花加工機床。 目前輪胎模具行業大多使用水平旋轉式工作臺， 具有光柵數顯精確定位， 微電腦控制自 動分度、自 動控制加工深度功能的電火花加工機床。 國內己經引進了大型雙頭數控電火花機床， 這種機床可以同時加工兩付輪胎模具， 工作效率也非常高。電火花腐蝕加工輪胎模具的優點:分度定位精確、花紋深度控制誤差較小，有利于提高輪胎動平衡性能。 理論上加工的輪胎模具可不經拋光直接使用( 目前只有個別廠家能達到) ，對操作工人技術水平要求不高，質量穩定較好，勞動強度不大。缺點:要多臺配合使用( 粗加工和精加工分組在不同的機臺上進行) 才能提高生產效率、 表面粗糙度的統一性不理想， 一般還要再經過表面拋光處理才能達到模具要求的表面粗糙度( 這也是機床生產廠和模具廠認真研究的課題) ，對于節花紋的轎車輪胎模具，要每一種周節做一個電極，制造成本增加很多。
2 . 3 . 1 電火花腐蝕加工輪胎模具工藝
電火花腐蝕加工輪胎模具工藝流程圖見圖6 0
2 . 3 . 2 電規準的使用
脈沖電源的脈沖寬度、 峰值電流和脈沖間隔是電規準的三要素。 首先采用粗規準即大脈寬、 大電流和相對小的脈沖間隔對模具進行粗加工， 它具有較高的生產率， 但加工精度和表面質量較差。 二次加工時選用精規準即小脈寬、 小電流和相對大的脈沖間隔進行二次精加工。 從而獲得較高的加工精度和較好的表面質量。目前也有一些模具廠用手動銑花機進行粗加工后，再用電火花機床來做精加工。
2 . 4 計算機輔助設計和輔助制造輪胎模具
C A D / C A M 把計算機引入到輪胎模具設計和制造中來。輪胎廠只需要提供花紋總圖和硫化機規格、型號等參數，模具制造廠根據這些參數和數據庫連接， 將信息通過計算機應用軟件系統完成模具參數化設計。計算機直接將模具設計數據存入工藝數據庫，通過工藝規程生成所需的各種機械加工信息。 這些信息包括:模具三維模型幾何信息和模具加工機床參數、力具數據、量具數據、夾具參數、加工余量參數、標準公差、切削用量、工時定額等。其中，切削參數和工時定額是在對企業現有數據進行調查分析、計算后獲取的。C A D / C A M具體流程如下:
( 1 ) 輸入模具技術信息
根據用戶所提供花紋總圖和硫化機規格、 型號等參數建立三維模型。 由計算機接口讀入輪胎花紋參數和模具相關參數。利用 C A D / C A M 應用系統通過計算機與人對話，構思方案的總體設計，建立、完善三維模具模型。 將計算機設計模具幾何模型， 包括完整幾何外形、 尺寸、 加工要求等分解成幾個子部件并對各部件進行分析。包括必要的工程計算力學動態性能分析，確定幾何、物理參數。
( 2 ) 設計校核
校核各部件尺寸、強度、剛度、加工精度、公差。利用C A D / C A M集成系統觀察設計，用分層、分塊和剖面技術深入校核設計內部構造， 并計算在工作環境下的變形和應力分析， 確定是否有需要改進的地方。 這樣， 模具產品直接在計算機上進行性能模擬仿真。
( 3 ) 計算機自 動繪圖，生成生產所需的圖檔。
( 4 ) 輔助工藝人員和管理人員編制工藝規程， 制定生產計劃和作業調度計劃。
( 5 ) 將計算數據輸入數控加工機床人員將有關數據輸入數控加工中心、 五軸聯動數控銑床、 雙工位五軸聯動數控刻花機、 數控線切割機床、 雙頭數控電腐蝕機以及四軸聯動數控刻字機等加工設備。該系統會按程序自動把模具加工出來。 優點: 適應于高精度輪胎模具加工的多品種、 小批量和高效率特殊生產方式。 可大幅度縮短工藝流程時間， 提高加工精度和產品質量。 缺點:設備價值過高，對技術人員要求較高，生產成本也高。
2 . 5 輪胎模具的胎冠噴砂工藝
近年來輪胎廠都要求對模具胎冠部位進行噴砂處理。 這種模具加工出來的輪胎胎冠花紋區域可獲得亞光色澤的感觀。 可用負壓虹吸噴槍分兩次對胎冠部位噴砂。操作時注意到第一遍用8 0 -1 0 0 #粒度砂粗噴，第二遍用 1 5 0 ^2 8 0 #粒度砂細噴。接近防擦線的環形區域要按照一個方向噴射。
2 . 6 輪胎模具鍍硬鉻工藝
輪胎模具廣泛采用鍍硬鉻工藝進行型腔表面處理，使硫化出來的輪胎表面極富光澤。 可以在一定程度上延緩模具的結垢時間， 減小模具對污垢的附著力，方便模具的清理。鍍硬鉻工藝很簡單:系在含有鉻酸離子和硫酸根離子的電解液內以鉛或鉛合金為陽極，鋼模具陰極。并通以直流電，在優選鍍液配方、 溫度、 電流密度等工藝條件下進行。隨時間的延續， 模具型腔將獲得均勻細致光亮、 高硬度、 高耐磨的硬鉻層。 優點: 硬鉻層的化學穩定，對模具型腔起良好的保護作用， 可延長模具的使用壽命。 經鍍鉻后的輪胎模具硫化出的輪胎產品表面呈現出烏黑光亮的色澤。 在硫化過程中還有利于膠料的流動和充滿型腔， 脫模力也會減小很多。 缺點:有時會出現局部鉻層片狀脫落，影響輪胎外觀質量。處理方法:一般可以退鍍后再重鍍硬鉻層。很多優勢，很有發展前景。這里著重介紹這種新方法。 工藝理: 當固態二氧化碳噴射到模具表面時，在零下7 8 ℃低溫固態C O : 顆粒沖擊力的作用下,固態C O : 在模具表面瞬間蒸發變成氣態C 0 2 ， 此時污垢和模具( 模溫約 1 5 0 0 C ) 之間產生巨大的熱蒸發溫差，使模具表面的污垢冷凍至脆化及爆裂，當固態C O : 顆粒鉆進污垢的裂縫后， 隨即氣化， 其體積瞬間膨脹近8 0 0 倍， 從而把污垢帶離模具表面達到迅速、徹底清除模具的目的。在輪胎生產廠使用固態C O : 顆粒清洗法清洗輪胎模具有以下幾個優點:
( 1 ) 可在硫化機上直接清洗剛用過的熱輪胎模具，不需要冷卻，不需取下模具，可以就地清洗;
( 2 ) 不損傷模具，不留下任何殘留物;
( 3 ) 可以清洗細小的排氣孔( 這是任何其它方法無法達到的) ;
( 4 ) 對操作人員無毒、無刺激，不污染環境。
3 結垢模具表面處理
為了保證輪胎的外觀質量和模具表面粗糙度及其工藝性能，必須對模腔進行定期清洗。目前較常用的模具清洗方法主要有: 用砂布和鋼絲刷物理清洗法、干式噴砂法、水力噴砂法、化學法、超聲波法和最近引進的固態二氧化碳噴射法等[ 4 1 。從使用效果上看，這些工藝方法都是有效的，但是都存在一定的缺點和不足。砂布和鋼絲刷清洗法和噴砂法對模具腔體的棱角損傷較大，能夠縮短模具使用壽命，同時非常容易堵塞模具的排氣孔。一般模具的排氣孔數量在數百到數千個之多，噴砂前堵排氣孔或噴砂后疏通排氣孔的工作量是很大的。 化學法對模具有腐蝕作用或污染環境對操作者的身體有負面影響，可影響模具使用壽命。超聲波法適應范圍 局限性較大， 使用不方便， 優勢不明顯。 固態二氧化碳噴射清洗法在我國剛進入使用階段， 設備價格相對較高，干冰粒的來源和貯運也有諸多的不便。但是從除垢效果上來看固態二氧化碳噴射法具有
4 輪胎模具設計制造的發展趨勢
隨著我國加入WT O以及知識經濟和網絡經濟時代的到來，國內市場國際化， 全球市場一體化的格局正在逐步形成。 國際輪胎制造業和輪胎模具制造業的產品大量涌入我國市場已是歷史發展的必然。要在國際化、全球化市場的大潮中站穩腳跟，參與競爭，模具廠的技術發展戰略可以分兩步走:第一階段加大技術改造力度， 有一定實力的企業要不失時機地上 C A D / C A M 集成系統。第二階段將逐步建立C I MS系統。 要千方百計縮短與發達國家模具企業的距離， 盡快形成與國際市場接軌的商務氛圍。 高檔次輪胎模具是輪胎行業的主流產品己成定局。 作坊式的輪胎廠和模具廠在大浪淘沙后， 被淘汰出局也是歷史的必然。
第一階段為 C A D / C A M 系統的集成階段。在這個階段要把必要的數控機床和工作中心填平補齊。 對現有設備加以改造，如:有些企業目 前正在使用的光電跟蹤銑花機稍加改造就可以轉變成數控銑床。光電跟蹤線切割亦然。對 C A D, C A E ,C A P P , C A M, P D C , P P C和C A Q等各種功能不同的軟件系統通過統一的友好用戶界面， 在標準網絡
支持下集成起來。將產品設計、工藝設計、生產計劃、調度和車間制造以及質量保證等過程連成一體， 形成一個閉環系統。 用統一的執行程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，以便系統內信息暢通，協調各個系統有效地運行。數控機床程序可通過接口直接傳送到各種數控模具加工機床。通過集成系統將產品設計與生產控制和質量管理集成起來，通過生產數據采集形成了一個閉環系統。
第二階段為 C I MS技術對輪胎模具設計制造進行進一步全面改造，逐步形成一個從市場研究、生產決策、產品設計、工藝設計、加工制造到銷售經營的閉環控制系統。 這個階段將大幅度提高技術經濟效益和市場競爭能力。 該系統可由下面幾個部分構成:
( 1 ) 加I系統
包括能夠實現自動加工的生產設備， 如通用的和專用的數控加工中心、 數控機床、五軸聯動數控銑床、 雙工位五軸聯動數控刻花機、 數控線切割機床、 雙頭數控電腐蝕機、四軸聯動數控刻字機等加工設備和質量檢測站等。 這些生產設備能直接接受計算機控制系統的指令，完成所分配的生產任務，并能反饋有關信息給控制系統[ 5 ]
( 2 ) 物料的運輸系統
包括物料在機床間的傳送、零部件在機床或試驗臺上的安裝和定位。C I MS中的物料運輸系統是由計算機控制的，能夠做到根據工藝路線的不同，自 動改變運輸路線，即允許物料從一個工作點運到另外任何一個工作點，以實現生產過程的柔性和混流加工。 實現物料的運輸通常采用自 動導向運輸車。
( 3 ) 計算機控制系統
C I MS中的計算機控制系統通常由多臺計算機組成三級網絡:工廠級、部門級和操作級，分別完成生產計劃與控制、生產過程控制、 機器控制、 物料輸送控制、刀具控制和系統運行監控等功能。
從系統工程的角度來看，C I MS組成了由物料流、控制流和信息流的集成系統， 其中信息流是系統集成的核心， 控制流是集成的手段，
