輪胎胎面定長(zhǎng)的影響因素及過(guò)程能力提高方法

董青松

[倍耐力輪胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

隨著汽車(chē)工業(yè)的繁榮發(fā)展，汽車(chē)制造相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷推陳出新，日漸完善，各項(xiàng)要求也不斷深入至下游零部件的生產(chǎn)過(guò)程。輪胎作為汽車(chē)的重要組成部分，在保障駕駛安全方面發(fā)揮著重大的作用，其生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性直接或間接影響駕駛者的操縱體驗(yàn)。為了保障輪胎產(chǎn)品的可靠性，持續(xù)有效地對(duì)輪胎生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行管控至關(guān)重要。在質(zhì)量管理的發(fā)展歷程中，先后經(jīng)歷了質(zhì)量檢驗(yàn)階段、統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）階段、全面質(zhì)量管理階段，由成品檢驗(yàn)逐步轉(zhuǎn)化為前端流程中的過(guò)程控制。其中，SPC及過(guò)程能力提高已成為企業(yè)管理中常用的質(zhì)量管控手段。

本工作主要探討輪胎生產(chǎn)過(guò)程中胎面定長(zhǎng)的影響因素及其過(guò)程能力的提高方法。

1 胎面定長(zhǎng)及其過(guò)程能力

1.1 胎面定長(zhǎng)

輪胎的主體材料橡膠屬于彈性體材料，具有加工過(guò)程復(fù)雜多變，半成品尺寸控制難度較大的特點(diǎn)。輪胎與路面直接接觸的部件為胎面，其對(duì)耐磨性能、抗刺扎性能和抓著性能要求較高[1-2]。雖然胎面的主體材料為橡膠，但是胎面膠、基部膠和翼膠的橡膠種類(lèi)不同，其物理性能也存在差異，胎面生產(chǎn)過(guò)程需要將不同膠料結(jié)合在一起并達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求的尺寸，這增大了保持胎面加工穩(wěn)定性的難度。為了保持產(chǎn)品的一致性，胎面的寬度、厚度和輪廓尺寸都是生產(chǎn)中的關(guān)鍵控制項(xiàng)目，甚至胎面的收縮、拉伸和氣孔率等都需要納入胎面生產(chǎn)管控[3]。從輪胎生產(chǎn)流程劃分，影響胎面定長(zhǎng)的核心工序包括胎面擠出過(guò)程和成型工序胎面供料過(guò)程。

胎面定長(zhǎng)測(cè)量是在成型工序胎面供料過(guò)程中進(jìn)行的。根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格施工要求，成型需要將胎面裁斷為規(guī)定長(zhǎng)度進(jìn)行使用，胎面裁斷完成后對(duì)其長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，由于胎面擠出狀態(tài)的差異和成型供料裁斷系統(tǒng)的過(guò)程波動(dòng)，實(shí)際生產(chǎn)中胎面的長(zhǎng)度總是略有波動(dòng)的。本工作中胎面定長(zhǎng)主要分析根據(jù)特定設(shè)置長(zhǎng)度裁切的一系列胎面實(shí)際長(zhǎng)度的穩(wěn)定性。

1.2 過(guò)程能力

根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理可知，胎面長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)分布可以近似地用正態(tài)分布來(lái)進(jìn)行分析，為了研究胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性程度，可以采用SPC的質(zhì)量工具來(lái)進(jìn)行探究。SPC包含兩方面內(nèi)容，一方面可以繪制控制圖，根據(jù)控制圖中是否有異常點(diǎn)來(lái)判斷過(guò)程是否穩(wěn)定或受控，另一方面可以通過(guò)計(jì)算過(guò)程能力指數(shù)（Cp，Cpk，Pp和Ppk）來(lái)判斷過(guò)程能力。Cp和Pp可以表征數(shù)據(jù)分布的分散程度，其值越大，數(shù)據(jù)分布越窄；Cpk和Ppk可以表征數(shù)據(jù)分布的中心趨勢(shì)，其值越大，數(shù)據(jù)分布越靠近中心。由于本工作主要分析胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性，故著重分析Cp和Pp。

1.3 取樣及Cp，Cpk，Pp和Ppk的計(jì)算

Cp，Cpk，Pp和Ppk的計(jì)算需要采集胎面長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集前通常需制定取樣計(jì)劃。SPC方法采集數(shù)據(jù)要求分為子組進(jìn)行采樣，一般收集25個(gè)子組，子組容量為5個(gè)樣品。采樣的合理性是整個(gè)分析結(jié)果是否合理可靠的關(guān)鍵，通常子組內(nèi)的取樣盡量連續(xù)進(jìn)行，子組間的取樣要有間隔，可以是不同班次的、不同日期的取樣等。取樣過(guò)程需符合隨機(jī)化的原則，不應(yīng)刻意采用某些特殊的樣本，如發(fā)生明顯變形的胎面等。采集數(shù)據(jù)過(guò)程中還應(yīng)考慮到測(cè)量系統(tǒng)的影響，為保證結(jié)果的可靠性，應(yīng)盡量安排同一測(cè)量員采用同樣的測(cè)量方法，如測(cè)量的起始位置保持相同等。數(shù)據(jù)采集完成后可以將其整理進(jìn)表格，也可以借助Minitab或其他統(tǒng)計(jì)分析軟件快捷地計(jì)算Cp，Cpk，Pp和Ppk。

2 胎面擠出對(duì)胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力的影響

2.1 擠出過(guò)程的影響因素

胎面的生產(chǎn)主要是通過(guò)螺桿擠出機(jī)配合聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)的。胎面擠出過(guò)程是將膠料喂料至不同的螺桿擠出機(jī)內(nèi)，在設(shè)計(jì)好的溫度、壓力和轉(zhuǎn)速等條件下，通過(guò)流道、預(yù)口型、口型板擠出符合工藝要求的半制品，并經(jīng)過(guò)聯(lián)動(dòng)線[4]傳輸，最終卷曲到胎面小車(chē)內(nèi)的過(guò)程。由于橡膠屬于彈性體，易于發(fā)生拉伸、變形問(wèn)題，且胎面在存放期間易發(fā)生收縮[5]，因此擠出過(guò)程中胎面的狀態(tài)會(huì)間接影響胎面裁斷完成后胎面長(zhǎng)度穩(wěn)定性。胎面裁斷完成后會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象，導(dǎo)致胎面長(zhǎng)度縮短且局部厚度增大。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，胎面擠出的速度、口型設(shè)計(jì)、噴淋冷卻狀態(tài)、聯(lián)動(dòng)線強(qiáng)制收縮設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線速度匹配性、卷曲張力設(shè)置、浮動(dòng)裝置的工作連貫性等均會(huì)影響胎面的收縮情況，故這些過(guò)程參數(shù)的合理設(shè)計(jì)與嚴(yán)格控制至關(guān)重要[6-11]。如何優(yōu)化過(guò)程參數(shù)，減小胎面的收縮率，進(jìn)而改善胎面定長(zhǎng)的穩(wěn)定性，成為胎面擠出工藝的改進(jìn)目標(biāo)。本工作重點(diǎn)關(guān)注胎面擠出口型設(shè)計(jì)和浮動(dòng)輥狀態(tài)對(duì)胎面收縮情況的影響。

2.2 胎面收縮率的測(cè)定方法

為了使胎面收縮情況能夠量化地進(jìn)行表征，以判斷不同因素對(duì)胎面收縮情況的影響程度，指定了胎面收縮率的測(cè)量方法，用可以量化的指標(biāo)來(lái)表示胎面擠出后收縮的嚴(yán)重程度。具體測(cè)定方法如下：首先制作長(zhǎng)度為50 cm的可以在胎面上進(jìn)行打標(biāo)的特殊輔助工具；在胎面擠出后聯(lián)動(dòng)線上使用該工具在胎面上打標(biāo)，此時(shí)兩個(gè)打標(biāo)點(diǎn)間距為50 cm，然后將胎面在卷曲前從聯(lián)動(dòng)線上裁斷并放置在光滑的平面上，任其自由收縮，1 min，2 min，3 min，5 min，10 min，30 min，1 h，2 h，4 h后分別對(duì)胎面兩個(gè)打標(biāo)點(diǎn)間距進(jìn)行測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：前幾分鐘內(nèi)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，兩個(gè)打標(biāo)點(diǎn)間距明顯縮短，直到胎面收縮至一定程度后間距趨于穩(wěn)定，保持不變；通過(guò)比較兩個(gè)打標(biāo)點(diǎn)最終間距與初始間距（50 cm）來(lái)衡量胎面的收縮情況。自定義胎面收縮率計(jì)算公式為：[（初始間距-最終間距）/初始間距]×100%。

2.3 擠 出口型設(shè)計(jì)對(duì)胎面收縮率和胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力的影響

胎面擠出口型設(shè)計(jì)與胎面設(shè)計(jì)密切相關(guān)[12-14]。為了研究擠出口型設(shè)計(jì)對(duì)胎面收縮和胎面定長(zhǎng)穩(wěn)定性的影響，制作特殊試驗(yàn)口型，使得擠出口型尺寸小于實(shí)際胎面擠出尺寸。這主要是考慮到若擠出口型小，為了保證擠出胎面輪廓尺寸和設(shè)計(jì)尺寸一致，胎面需處于擠壓的狀態(tài)，充分?jǐn)D壓有助于減小擠出胎面的收縮率。為了對(duì)比，選取實(shí)際生產(chǎn)規(guī)格進(jìn)行試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)口型是胎面設(shè)計(jì)尺寸與擠出口型尺寸之比為1∶1，試驗(yàn)口型則為1∶0.95。首先收集兩種口型擠出胎面的收縮數(shù)據(jù)計(jì)算收縮率，然后使用不同口型分別擠出一批胎面并停放相同的時(shí)間后，分別測(cè)量裁斷后胎面長(zhǎng)度，計(jì)算胎面定長(zhǎng)Pp，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 擠出口型設(shè)計(jì)對(duì)胎面收縮率和胎面定長(zhǎng)Pp的影響

從表1可以看出：調(diào)整擠出口型設(shè)計(jì)后，胎面收縮率從9.43%降至4.04%，胎面收縮情況大大改善；Pp從1.09增大到1.27，表明數(shù)據(jù)分布整體變窄，裁斷后胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性提高。

2.4 浮 動(dòng)輥狀態(tài)對(duì)胎面收縮和胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力的影響

胎面從擠出機(jī)擠出后，在聯(lián)動(dòng)線上向下一道工序傳送，聯(lián)動(dòng)線是由多個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的傳送帶組成的，每一段都可以單獨(dú)調(diào)控速度，每段之間通常由浮動(dòng)輥來(lái)進(jìn)行協(xié)調(diào)使整體過(guò)程穩(wěn)定，速度前快后慢時(shí)浮動(dòng)輥降低，速度前慢后快時(shí)浮動(dòng)輥升高。浮動(dòng)輥的設(shè)置通常是通過(guò)配重進(jìn)行調(diào)節(jié)，不合適的配重可能導(dǎo)致速度前慢后快時(shí)胎面被拉伸。為了探究配重對(duì)胎面收縮率和胎面定長(zhǎng)穩(wěn)定性的影響，選定某規(guī)格胎面，在保證其他工藝參數(shù)不變的情況下，僅調(diào)整浮動(dòng)輥配重，在30和60 N兩種配重設(shè)置水平下分別生產(chǎn)胎面，記錄胎面收縮數(shù)據(jù)，計(jì)算胎面收縮率；分別測(cè)量裁斷后胎面長(zhǎng)度，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 浮動(dòng)輥配重對(duì)胎面收縮率和胎面定長(zhǎng)Pp的影響

從表2可以看出，浮動(dòng)輥配重對(duì)胎面收縮率和胎面長(zhǎng)度穩(wěn)定性有明顯影響，對(duì)于試驗(yàn)規(guī)格胎面，與浮動(dòng)輥配重60 N相比，浮動(dòng)輥配重30 N時(shí)胎面收縮率更小，Pp更大。

3 成型過(guò)程對(duì)胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力的影響

3.1 胎面定長(zhǎng)過(guò)程

胎面擠出完成后，在成型過(guò)程中實(shí)現(xiàn)與帶束層等其他部件的貼合。供料系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)胎面從小車(chē)中導(dǎo)開(kāi)、定長(zhǎng)裁斷、傳送到帶束鼓的一系列動(dòng)作。胎面定長(zhǎng)和裁斷的精確度直接影響胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性，因此胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力的改進(jìn)與成型過(guò)程胎面供料過(guò)程的優(yōu)化密不可分。胎面從小車(chē)導(dǎo)開(kāi)后在傳送帶上前進(jìn)時(shí)，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，若生產(chǎn)需要的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器位置1后再前進(jìn)L-m（胎面裁刀與計(jì)數(shù)器位置1間距離）即可停止前進(jìn)，并啟動(dòng)程序觸發(fā)裁刀進(jìn)行裁斷動(dòng)作?，F(xiàn)在嘗試將計(jì)數(shù)器位置移至位置2處，則胎面經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器后，再前進(jìn)L-n（胎面裁刀與計(jì)數(shù)器位置2間距離）時(shí)啟動(dòng)裁刀進(jìn)行裁斷動(dòng)作，如圖1所示。該改進(jìn)措施的意義在于改進(jìn)后胎面裁刀與計(jì)數(shù)器位置間距離變大，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度減小，誤差減小。此外，提高計(jì)數(shù)器的精度，可以使計(jì)數(shù)長(zhǎng)度和整體長(zhǎng)度更準(zhǔn)確，胎面定長(zhǎng)過(guò)程更穩(wěn)定。

圖1 胎面定長(zhǎng)過(guò)程改進(jìn)示意

3.2 胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力

設(shè)備改造前后，分別采集裁斷完成后的胎面長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，利用Minitab軟件分別計(jì)算Pp和Cp，并進(jìn)行對(duì)比以判斷胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力是否得到改進(jìn)。分別收集25個(gè)子組樣本，每個(gè)子組的樣本容量為5個(gè)胎面的數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，設(shè)備改造前Cp為1.22，Pp為1.17，設(shè)備改造后Cp為1.44，Pp為1.55。由此可知，設(shè)備改造對(duì)胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力的提升有積極作用，設(shè)備改造后胎面長(zhǎng)度數(shù)據(jù)整體分布更集中，胎面定長(zhǎng)穩(wěn)定性提高。

4 改進(jìn)效果

按照輪胎生產(chǎn)流程，胎面裁斷完成后，將傳送并敷貼到帶束鼓上完成與帶束層的貼合，貼合時(shí)胎面繞鼓1周之后首尾相接，形成圓周。胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力不足時(shí)，胎面長(zhǎng)度波動(dòng)大，胎面繞鼓1周后首尾相接的接頭量有大小差異。根據(jù)工藝標(biāo)準(zhǔn)要求，接頭量大小不符合要求時(shí)需廢棄該胎面，導(dǎo)致成本浪費(fèi)和時(shí)間損失。錯(cuò)誤使用胎面，如胎面太短時(shí)人為拉伸或太長(zhǎng)時(shí)接頭過(guò)大，都會(huì)引發(fā)輪胎均勻性缺陷，尤其是對(duì)動(dòng)平衡指標(biāo)的影響較大。動(dòng)平衡指標(biāo)通常是由材料不均勻拉伸、質(zhì)量分布不均勻造成的。因此，胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力提高后，胎面長(zhǎng)度更穩(wěn)定，對(duì)于整個(gè)輪胎制造過(guò)程都有積極的效果。工序提高了流程中的過(guò)程能力，并間接地減少了成品檢驗(yàn)階段不合格品的發(fā)生率，這也是前期控制的益處。

輪胎連續(xù)生產(chǎn)中采取以下管控措施對(duì)于持續(xù)保障胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

（1）胎面長(zhǎng)度的統(tǒng)計(jì)和過(guò)程控制。周期性地對(duì)裁斷后的胎面長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，并繪制SPC圖，保證該過(guò)程的持續(xù)穩(wěn)定與可控。

（2）擠出聯(lián)動(dòng)線浮動(dòng)輥的管理應(yīng)納入預(yù)防性設(shè)備維護(hù)計(jì)劃，對(duì)浮動(dòng)輥配重進(jìn)行定期檢查，以確保其不會(huì)造成胎面的拉伸。

（3）胎面收縮率定期檢查。根據(jù)不同膠種和胎面規(guī)格，分別定期測(cè)量胎面收縮率，保證胎面擠出質(zhì)量的持續(xù)穩(wěn)定。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，胎面定長(zhǎng)過(guò)程能力提高后平均單機(jī)臺(tái)胎面廢棄數(shù)量由原來(lái)的每班4—5條減至1—2條。

5 結(jié)語(yǔ)

輪胎制造過(guò)程中胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性對(duì)輪胎的均勻性和動(dòng)平衡指標(biāo)至關(guān)重要，提高胎面長(zhǎng)度的穩(wěn)定性是保障輪胎綜合性能的重要措施。試驗(yàn)表明優(yōu)化胎面擠出工序過(guò)程設(shè)計(jì)、降低胎面收縮率、優(yōu)化成型工序裁斷定長(zhǎng)系統(tǒng)、提高設(shè)備的定長(zhǎng)精度等都對(duì)胎面定長(zhǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生積極作用。在輪胎制造過(guò)程中，將擠出和成型兩個(gè)工序識(shí)別到的關(guān)鍵因素納入日常生產(chǎn)管理對(duì)于持續(xù)保障胎面定長(zhǎng)穩(wěn)定性非常重要。