創(chuàng)新引領，豪邁前行

張偉 張恭運 劉志蘭 杜平

在大家的印象里，幾乎所有輪胎表面都“長”著密密麻麻的“胡子”。其實這些并不是輪胎的原有設計，而是一種不得己的選擇。因為在輪胎制造過程中的硫化環(huán)節(jié)里，需要將模具上的花紋完整地壓制到胎坯表面，它們之間的空氣必須完全排凈，否則會造成輪胎花紋成型缺陷和硫化不均等問題，從而影響輪胎的抓地力、排水性、制動性和使用壽命等重要指標?？梢?，輪胎模具排氣技術是模具制造和輪胎制造的關鍵技術之一。

但是，近百年來，業(yè)內一直利用在模具上加工大量排氣孔的技術排氣。如此一來，輪胎硫化時，胚坯橡膠在壓力下進入氣孔，形成大量橡膠“胡子”，出廠時還要割掉。開模取胎時，“胡子”們很容易斷在氣孔內卻難以被發(fā)現(xiàn)，繼續(xù)使用會造成新輪胎窩氣欠硫，只能頻繁通孔和清洗。輪胎硫化成型這一最終工序的生產連續(xù)性受到嚴重制約。這是世界輪胎行業(yè)長期努力卻始終沒有攻克的技術難題，也成為了影響輪胎行業(yè)轉型智能綠色制造模式的重要阻礙。

2016年，中國模具市場規(guī)模為2230億元，而直接撬動相關制造業(yè)的規(guī)模高達約30萬億元。模具這個“工業(yè)之母”在《中國制造2025》中擁有不可替代的位置。

輪胎是汽車等交通工具的關鍵部件，高端子午線輪胎因安全、舒適、高速、重載等突出優(yōu)點成為衡量一個國家輪胎工業(yè)水平的重要標志。我國是輪胎大國，卻不是輪胎強國，其關鍵就在于缺乏高端輪胎的制造技術和制造裝備。

高端子午線輪胎模具由花紋成型部件、導向定位機構、排氣系統(tǒng)、輪廓成型部件等組成，結構復雜，品類繁多，精度要求高，設計制造工藝技術跨度大。需要在高溫（145至180℃）、高壓（2.5至3.OMPa）、腐蝕性（含有水蒸氣、H2S、S02）環(huán)境中進行頻繁開合運動，重復數(shù)萬次并始終保持成型表而質量和尺寸精度。

高端子午線輪胎模具的關鍵設計還需要從三個方而突破：

輪胎模具工作時，模具和胎坯之問的空氣需要完全排出，否則會導致硫化的輪胎花紋出現(xiàn)欠硫，造成次廢品，所以需要提高模具排氣性能。

花紋塊的鑄造尺寸精度、表而粗糙度等問題會直接影響輪胎的動平衡、均勻性和表而質量，所以需要保證花紋塊的鑄造精度。

巨型子午線輪胎足輪胎行業(yè)的頂級“明珠”，生產技術長期被國外壟斷，其制造需要超巨型子午線輪胎模具。國外輪胎巨頭壟斷了99%的巨胎市場，我國全部依賴高價進幾，所以需要發(fā)展超大尺寸子午線輪胎模具。

豪邁集團股份有限公司（以下簡稱“豪邁集團”）全球首創(chuàng)的無氣孔模具，其創(chuàng)意始于開啟國際化戰(zhàn)略的2007年。該設計利用橡膠的流動性和縫隙式排氣通道技術，實現(xiàn)了排氣不排膠的效果，在業(yè)內首先完全杜絕了“胡子”的產生。同時，清洗通道和排氣通道功能復合，實現(xiàn)了模具的自動化清洗，且清洗頻率降低50%以上?；诖耍诠?jié)省橡膠用量的同時，輪胎品質和售價也得以大幅度提升。更重要的是，該設計為提升全球輪胎行業(yè)的智能綠色制造水平提供了中國設計和解決方案。

豪邁集團始創(chuàng)于1995年，23年來，以年均50%的復合增長率穩(wěn)健成長，由原來僅有500平米廠房、34名員工、100萬元資產、負債率高達96%的破產鄉(xiāng)企的維修車問，發(fā)展成為占地3000畝、員工1萬多人、總資產76億元的國際化集團公司。2017年，集團完成產值60億元，納稅近6億元，利潤11億元。

豪邁集團堅持以誠信為基石，創(chuàng)新為動力，鼓勵全員創(chuàng)新，先后獲得全國“五一勞動獎狀”“制造業(yè)單項冠軍示范企業(yè)”“中國機械工業(yè)科學技術獎一等獎”“山東科技進步一等獎”等榮譽，豪邁質量管理經驗獲評2017全國“質量標桿”，董事長張恭運被確認為第三批國家“萬人計劃”專家。

榮獲2017“中國好設計”銀獎的系列化高端子午線輪胎模具項目，以“建設具有自主知識產權的高端輪胎模具設計與制造技術體系”為總體思路，旨在打破國外技術壟斷，填補國內外空白，引領行業(yè)技術發(fā)展，設計開發(fā)了直徑尺寸0.5m至5.26m的乘用、載重、工程、航空、特種五大系列高端輪胎模具，并全而實現(xiàn)產業(yè)化，形成全球10家分公司和2 5萬套/年的模具生產能力。

項目團隊由張偉、張恭運、劉志蘭、單既強、張偉（?。?、杜平、孫口文、王欽峰、宮耀宇、張任、韓桂強、王曉東、閆方清等組成。張偉作為整體項目總負責人，負責總體方案制定及組織實施；組織項目組成員進行科研專題攻關，對項目技術人員進行技術創(chuàng)新指導，在鋁鎂合金高端輪胎模具低壓鑄造工藝技術、組合片式無氣孔高端輪胎模具排氣技術和巨型工程子午線高端輪胎模具等研究及實施方而做出重要貢獻。作為整體項目總顧問，張恭運負責總體方案制定指導；組織項目組成員進行科研專題攻關，對項目技術人員進行技術設計指導。

系列化高端子午線輪胎模具項目在創(chuàng)新設計領域有著諸多突破點。

首先，在綠色低碳方而：

在排氣設計上，國際首創(chuàng)了輪胎模具縫隙式排氣方法、排氣結構及流道式排氣系統(tǒng)，發(fā)明了無氣孔輪胎活絡模具排氣和清洗技術，解決了傳統(tǒng)孔式排氣方法易堵塞、難清洗的世界難題，降低了橡膠材料消耗，提高了輪胎的產品質量和產業(yè)競爭力。

無氣孔模具的排氣面積相比其他模具增加了50%以上。同時，清洗效率提高1.5倍以上，生產的輪胎表而質量高，無需剔除膠毛，節(jié)省了橡膠膠料和成本，縮短了輪胎生產周期，提高了高端輪胎動平衡、制動等設計性能，輪胎的附加值可以提高10%以上。

每套豪邁無氣孔模具的產能每年可節(jié)省膠料1.35噸，相當于種植了26.7畝橡膠林。按照全球市場每年新硫化20億條輪胎計算，平均每條節(jié)省膠料45g，可節(jié)省人工成本2元，如果完全替代傳統(tǒng)排氣孔模具，每年可節(jié)省膠料9萬噸（相當于節(jié)約能源約合92880噸標煤，等于同時減少了63158噸碳粉塵、231503噸二氧化碳、6966噸二氧化硫和3483噸氮氧化物的排放，節(jié)省的膠料相當于種植183.67萬畝橡膠林的產量，節(jié)省的膠料可以新生產900萬條轎車輪胎），節(jié)約剔除膠毛的人工及設備成本40億元。

在工藝上，項目設計開發(fā)了鋁鎂合金新配方及低壓鑄造工藝流程，解決了皮下針孔等缺陷，實現(xiàn)了花紋表而零余量和無缺陷的批量化鑄造，成品率高達99.7%。

創(chuàng)新開發(fā)了精密鑄造熔液凈化、流場、溫度場控制技術及裝置，解決了鑄造過程中易出現(xiàn)氣孔、氧化夾雜物、縮松等缺陷問題。將部分工藝流程進行合并集成，減少設備及人工投入，縮短加工周期，降低能耗10%以上，綠色工序占比提高64%。

在開合模結構上，在我國首次研制成功全球最大59/80R63超巨型子午線輪胎模具（重達130噸，直徑超5米），并形成了多品類、系列化生產的能力。創(chuàng)新設計了模具下開式和雙導向開合模結構，解決了開合模負載大和受力不均勻的行業(yè)難題，為解決大尺寸乃至超大尺寸輪胎模具的制造方案提供了有效的解決方法。下開式結構使起重機構負載降低70%以上，節(jié)約能源消耗、提高安全性能。

其二，在網絡智能方而：

項目通過基于成型過程模擬的智能設計方法實現(xiàn)輪胎模具的智能設計。通過實驗研究建立輪胎硫化成型過程中傳熱、應力應變、硫化過程、模具損傷行為，建立相應表征模型和數(shù)值計算方法、模具結構參數(shù)優(yōu)化策略以及基于模擬分析數(shù)據(jù)的缺陷判斷準則。然后，在輪胎模具3D參數(shù)化設計模型環(huán)境下，構建模擬分析模型，并通過數(shù)據(jù)挖掘分析實現(xiàn)設計與分析的關聯(lián)集成。再通過迭代分析優(yōu)化，實現(xiàn)輪胎模具的智能設計。

模具制造過程的智能管控將通過局域網以及RFID（或二維碼等）將加工設備、裝配調試現(xiàn)場、工序件和人力資源等信息關聯(lián)在一起，以實現(xiàn)模具制造過程的信息采集和控制。通過制造過程生產計劃的優(yōu)化編制和制造過程的動態(tài)優(yōu)化調度，實現(xiàn)制造過程的智能管控，保證輪胎模具制造過程有序、高質、高效地進行。

最后，在上述研究工作基礎上，通過PDM技術將模具開發(fā)過程中所關聯(lián)的設計、制造、過程管控等產品數(shù)據(jù)集成在一起，構建輪胎模具智能設計制造集成系統(tǒng)。

其三，在開放融合方面：

無氣孔模具研究了排氣性能與花紋形狀和橡膠流動性的關系，橡膠排氣過程及橡膠流動模擬分析，做了不同排氣縫隙寬度硫化試驗對比，創(chuàng)立了最佳排氣縫隙寬度、位置及數(shù)量的設計原則。與此同時，研究清洗效果與膠垢、壓力、清洗液成分、溫度、時間等變量的關系，確立最佳清洗參數(shù)，研制了模具自動化清洗裝備。模具清洗時，通過清洗裝備將模具加熱到一定溫度，在設定的時間內注入高壓清洗液，自動將模具清洗干凈，效率提高1.5倍以上，顯著提高了模具的清洗效果和使用壽命。通過跨領域、多學科協(xié)同創(chuàng)新，設計出全球首創(chuàng)的無氣孔輪胎模具，使輪胎硫化排氣結構發(fā)生了革命性變化。

鋁鎂合金材料因其力學性能、耐腐蝕性等指標，特別適合于輪胎模具花紋塊，但因其鑄造過程中極易氧化、鑄造缺陷多，導致成品率低。項目通過研究鋁鎂合金新材料理化性能、鑄造工藝性與各種元素及稀土含量的關系，開發(fā)出適合于輪胎模具的最佳合金配方。創(chuàng)新開發(fā)了精密鑄造熔液凈化、流場、溫度場控制技術及裝置，解決了鑄造過程中易出現(xiàn)氣孔、氧化夾雜物、縮松等缺陷問題。項目在輪胎模具合金材料、低壓鑄造工藝等方面進行了跨領域和跨學科的協(xié)同創(chuàng)新設計，實現(xiàn)了模具花紋表面零余量和無缺陷的批量化鑄造，成品率高達99.7%。

其四，在共創(chuàng)分享方面：

公司成立了研發(fā)中心、高端模具項目部、模具研發(fā)工程部、模具技術一部、模具技術二部等設計研發(fā)部門，對模具重大的關鍵技術進行研發(fā)攻關。在設計制造的各個方面，全員參與創(chuàng)新設計。

提出“改善即是創(chuàng)新、人人皆可創(chuàng)新”的創(chuàng)新理念，積極營造“鼓勵創(chuàng)新、寬容失敗”和全員參與創(chuàng)新的良好氛圍，建立了一套輪胎模具沒計與制造創(chuàng)新提案收集、評價、推廣實施到激勵的創(chuàng)新流程，每個創(chuàng)新環(huán)節(jié)都有具體部門和人員負責，各環(huán)節(jié)間實現(xiàn)無縫銜接，確保高端輪胎模具創(chuàng)新活動順利實施。

公司組織研發(fā)團隊，經過近十年的設計研究，研發(fā)及產業(yè)化投入8.15億元，設計制造出了系列乘用胎、載重胎、工程胎、巨胎等高端輪胎模具，取得了諸多先進技術成果。其中4項達國際領先水平，1項達國際先進水平；獲得授權發(fā)明專利16項，其中美國、日本、韓國發(fā)明專利3項；主導起草國家標準2項，行業(yè)標準3項，團體標準2項。

現(xiàn)今，公司己成為世界輪胎模具研發(fā)與制造基地，市場占有率在25%以上，出口額占全國同類產品出口總額的90%以上。項目產品出口歐美日韓等40多個國家和地區(qū)，與多家世界500強企業(yè)展開了深度合作，成為法國米其林、日本普利司通、德國大陸、美國固特異等世界知名輪胎廠商的模具供應商。同時，豪邁與美國通用電氣（GE）、英格索蘭、德國西門子、日本東芝、法國阿爾斯通以及中石油和中石化等開展了零部件加工和油氣業(yè)務合作。2015年至2017年，項目直接銷售收入45.88億元，帶動應用單位近三年新增銷售額超2015億元，新增利稅超158億元。

該項目的實施和完成，收獲了顯著的社會效益，滿足了國內外對高端輪胎模具的迫切需求，全面提升了我國高端輪胎的整體技術質量水平，促進了輪胎行業(yè)綠色制造技術發(fā)展，保障了國民經濟發(fā)展和國防安全建設。

2016年，豪邁科技入選國家首批“制造業(yè)單項冠軍示范企業(yè)”和“國家知識產權示范企業(yè)”；2017年，入選“全國質量標桿”。