摘要
轮胎硫化机内成型是指生胎胎胚在硫化罐内受硫化胶囊挤压与模具贴合形成轮胎最终几何形状的过程。硫化机内成型过程中，常出现部件局部过厚或过薄、花纹深度不均匀、花纹不清晰以及缺胶等缺陷。由于硫化机内成型过程中各部件受力变形情况难以预测，为了提高轮胎的生产质量，通常采用试错法来反复调整工艺参数，具有很大的盲目性，从而造成时间、材料和能源的浪费。因此，对轮胎硫化机内成型过程开展数值模拟研究，可视化硫化机内成型过程，具有重要的理论意义和工程应用价值。 为了建立轮胎生胎胎胚成型仿真分析模型，本文对未硫化橡胶进行了单轴拉伸试验和剪切应力松弛试验。利用Abaqus软件中材料模块的拟合和评估功能对试验数据进行拟合，结果表明，Marlow模型和Prony级数可以用来表征未硫化橡胶试样的超弹性和粘弹性力学行为。以乘用车215/65R16型子午线轮胎为对象，建立了轮胎生胎胎胚成型过程的有限元模型，开展了成型机上主鼓部件贴合、辅鼓部件贴合、胎圈和三角胶部件的安装、胶囊充气、胎侧反包和胎面滚压过程的数值模拟。 利用成型仿真得到的生胎胎胚建立了轮胎硫化机内成型仿真的有限元模型，开展了装胎、生胎胎胚定型、合模和硫化胶囊充压过程的数值模拟，实现了硫化机内成型过程的可视化。为验证硫化机内成型仿真结果的可靠性，本文对比分析了仿真和成品轮胎断面主要部件的尺寸，最大误差为4.89%，最小误差为0.6%。结果表明，仿真和成品轮胎的尺寸一致性较好。另外，为验证硫化机内成型胶料流动仿真结果的正确性，本文在生胎胎胚的胎面中植入白色橡胶条，进行了硫化机内成型试验。将白色橡胶条的流动特征与仿真中的胎面胶料的流动特征进行比对，结果表明，仿真和试验轮胎的胶料流动特征一致性较好，从而验证了仿真结果的可靠性。 利用硫化机内成型仿真分析方法，分析了硫化机内成型过程中主要部件胶料的受力变形、带束层帘线受力及帘线角度变化情况。结果表明，1#和2#带束层端部帘线受力最小约为18N，胎冠中心处帘线力最大约为126N；1#和2#带束层端部帘线角度变化最大约为1.4°，胎冠中心处帘线角度变化最小约为0.6°；位于钢丝胎圈和带束层端部的胶料的应力值较大。胎面为胶料受力变形发生流动最明显的区域，花纹沟两侧的胶料沿着花纹沟的切向流动，两个花纹沟之间中心区域和胎冠中心处的胶料沿着垂直模具方向流动。本文还研究了硫化胶囊充压时间和压力对硫化机内成型质量的影响。结果表明，减少硫化胶囊内充入固定压力的时间或降低固定充压时间内的压力值，在一定程度上有利于改善硫化机内成型质量。
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