全新概念輪胎制造工藝技術(shù)
[我的輪胎] 發(fā)表時間:2009-09-20
全自動化生產(chǎn)一直是輪胎制造業(yè)界追求的目標(biāo),也是全球輪胎工業(yè)發(fā)展的潮流。近些年來,輪胎生產(chǎn)工藝自動化已朝著兩個方向發(fā)展:現(xiàn)有傳統(tǒng)工藝的不斷完善和全新概念技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用。
從廣義上說,全新概念技術(shù)也就是反傳統(tǒng)的、革命性的技術(shù)。目前,已經(jīng)在該領(lǐng)域嶄露頭角的有米其林C3M技術(shù)、大陸MMP技術(shù)、固特異IMPACT技術(shù)、三海CCC技術(shù)、普利司通ACTAS技術(shù)和倍耐力MIRS技術(shù)。
上述6種全新概念輪胎制造工藝技術(shù),對傳統(tǒng)制造工藝技術(shù)的地位帶來了威脅和挑戰(zhàn)。對此,海外業(yè)內(nèi)傳媒雖廣泛加以報道,但關(guān)鍵技術(shù)披露甚少。筆者現(xiàn)將收集到的信息加以整理和篩選,粗略勾勒出其中四種全新概念技術(shù)的大體輪廓。
一、基本情況
眾所周知,輪胎工業(yè)發(fā)展到如今已逾百年。走過上百年的歷程,傳統(tǒng)輪胎生產(chǎn)工藝至今已日臻完善,從膠料混煉、部件準(zhǔn)備(壓延、壓出)、成型、硫化到成品質(zhì)量檢驗,各個階段的自動化程度都非常高。任何事物在發(fā)展到一定歷史高度之后,再繼續(xù)往更高的目標(biāo)邁進,其難度將非常大。這時,若能夠從另一個角度或換一種方法去思考和突破,則往往會有更好的效果和較大的收獲。全新概念輪胎制造工藝技術(shù)就是在這樣的背景下,遵循這樣的思路開發(fā)出來的。
與傳統(tǒng)的輪胎制造工藝技術(shù)相比,上述全新概念工藝技術(shù)普遍具有節(jié)省投資、設(shè)備占地面積少、生產(chǎn)效率高、降低成本的優(yōu)勢,詳見表1。
表1 全新概念輪胎制造工藝技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)
二、米其林C3M技術(shù)
C3M的全稱為:Command+Control+Communication&Manufacture;建議譯為:指揮、控制、通訊及制造一體化系統(tǒng)。
C3M有如下5項技術(shù)要點:①連續(xù)低溫混煉;②直接壓出橡膠件;③成型鼓上編織/纏繞骨架層;④預(yù)硫化環(huán)狀胎面;⑤輪胎電熱硫化。
C3M的關(guān)鍵設(shè)備是特種編織機和擠出機。C3M技術(shù)通過以成型鼓為核心,合理配置特種編織機組和擠出機組而得以實現(xiàn)。特種編織機環(huán)繞成型鼓編織無接頭環(huán)形胎體簾布層和帶束層,并環(huán)繞成型鼓纏繞鋼絲得到鋼絲圈。擠出機組連續(xù)低溫(90℃以下)混煉膠料,壓出胎側(cè)、三角膠條以及其他橡膠件。
C3M的工藝特點是:部件既不經(jīng)過冷卻/停放,也不需要再加工或預(yù)裝配,直接送到成型鼓上一次性完成輪胎成型。在成型過程中,成型鼓一直處于加熱狀態(tài),胎胚在成型的同時被預(yù)硫化從而達到定型。
米其林于1982年開始研究C3M技術(shù),1992年宣布研究成功,次年在總部所在地--克萊蒙費朗(Clermont-Ferrand)建第一間C3M廠,1998年底已發(fā)展到7間廠,見表2。
表2 :米其林C3M廠一覽表
三、大陸MMP技術(shù)
MMP的全稱為:Modular Manufacturing Process;建議譯為:積木式成型法。
眾所周知,傳統(tǒng)的輪胎生產(chǎn)工藝由四大工序組成:①塑/混煉;②壓延和壓出;③成型;④硫化?,F(xiàn)有的輪胎廠,除部分通過購人成品混煉膠而省缺第一道工序外,大多數(shù)是上述四道工序全部齊備。
MMP打破傳統(tǒng)輪胎廠四大工序齊備的模式,將四大工序分割成兩大塊來操作。第一塊包括了傳統(tǒng)工藝的第一道工序(塑/混煉)、第二道工序(壓延和壓出)以及第三道工序的前半部分(胎體成型),第二塊包括了傳統(tǒng)工藝的第三道工序的后半部分(貼帶束層、上胎面)和第四道工序(硫化);執(zhí)行第一塊生產(chǎn)任務(wù)的工廠被稱之為"平臺",執(zhí)行第二塊生產(chǎn)任務(wù)的工廠被稱之為"衛(wèi)星廠"。平臺負責(zé)生產(chǎn)輪胎基本構(gòu)件并進行預(yù)裝配,衛(wèi)星廠負責(zé)整體裝配并完成輪胎制造工藝最后硫化。通常,一個平臺可配置多間衛(wèi)星廠,構(gòu)成輻射網(wǎng)絡(luò)。
換言之,MMP技術(shù)的最大特點就是一種"基本構(gòu)件生產(chǎn)廠+總裝廠"的新模式。平臺(基本構(gòu)件生產(chǎn)廠)設(shè)在勞動力成本低的地區(qū),降低生產(chǎn)成本;衛(wèi)星廠(總裝廠)設(shè)在技術(shù)發(fā)達的地區(qū)或處于市場戰(zhàn)略位置的地區(qū),一來保障產(chǎn)品質(zhì)量,二來達到成品就地供貨的目的。
平臺產(chǎn)品(輪胎基本構(gòu)件)實行標(biāo)準(zhǔn)化,也就是說同一規(guī)格,不同晶牌、不同系列的輪胎,除胎面、帶束層不同外,其余基本構(gòu)件全部相同。從平臺下線的胎體已經(jīng)過預(yù)硫化。視產(chǎn)品技術(shù)要求不同,貼帶束層也可在平臺上完成。
MMP的最初構(gòu)想為大陸公司采購與戰(zhàn)略資源部經(jīng)理Bernadatte Hausmanr提出,1993年底獲立項,1996年6月首間全規(guī)格MMP示范廠在德國投產(chǎn),1997年初MMP技術(shù)通過大陸公司董事會評審,至此拉開了全球范圍應(yīng)用的帷幕。
四、固特異的夏hOPACT技術(shù)
IMPACT的全稱為:Integrated Manufacturing Precision Assembly CellularTechnology;建議譯為:集成加工精密成型單元技術(shù)。若將縮寫IMPACT看作是單詞Impact,其英文意思為"碰撞、沖擊、影響"。因此,海外業(yè)內(nèi)傳媒有將IMPACT謔稱為Impact的,意喻對傳統(tǒng)制造技術(shù)產(chǎn)生沖擊的新技術(shù)。
IMPACT有四大要素(又稱四大單元):①熱成型機(Hot Former);②改進控制技術(shù),提高生產(chǎn)效率;③自動化材料輸送;④單元式制造。上述四要素既可以單獨使用,也可以組合起來使用,而且無論是某個要素還是整個系統(tǒng)與現(xiàn)有的輪胎工藝流程都能夠緊密結(jié)合成一體。IMPACT不會像其他新一代輪胎制造系統(tǒng)那樣與現(xiàn)用系統(tǒng)不兼容。
對整個橡膠業(yè)界而言,熱成型機似乎是聞所未聞的新工裝設(shè)備,其實它由多臺微型型材壓延機(Mini ContourCalender)、冷喂料擠出機和一條鋼質(zhì)運輸帶構(gòu)成。壓延機的兩個輥簡直徑在700mm左右,它與傳統(tǒng)壓延機不同之處在于:①有一個輥筒是型輥;②雙輥溫度超過傳統(tǒng)壓延工藝溫度。鋼質(zhì)運輸帶又稱移動軌床(Moving Tracked Bed),由兩個導(dǎo)輥和一條不銹鋼薄帶構(gòu)成,其最高速度為15米/分,通常以8-9米/分的速度運行。每臺壓延機配備一臺冷喂料擠出機,后者負責(zé)向前者供料。對冷喂料擠出機沒有什么特殊要求,目前在用的普通型即可,至于它的規(guī)格則必須與在該工位壓出/貼合的輪胎部件的體積流量相匹配,保證供給壓延機足夠的膠料。
目前固特異已經(jīng)研制出兩種熱成型機,其中一種七工位,適用于卡車輪胎生產(chǎn),另一種為四工位,適用于轎車輪胎生產(chǎn)。七工位熱成型機由7臺微型型材壓延機組成,移動軌床將這7臺壓延機連接成一個整體,可壓出7種不同的輪胎部件并同時完成部件與部件之間的定位和組裝/貼合。
七工位熱成型機的工作流程如下:第一工位的微型型材壓延機壓出氣密層膠片,膠片落在移動軌床,移動軌床將其輸送到第二工位;第--212位的壓延機壓出隔離膠片,敷設(shè)在氣密層膠片之上,型輥同時將其壓實,完成兩層膠片的熱貼合;第三工位的壓延機壓出胎側(cè)膠,敷設(shè)并貼合在上述組件兩側(cè);第四工位的壓延機壓出胎圈包膠,敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個特定位置;第五工位的壓延機壓出三角膠條,敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個特定位置;第六工位的壓延機壓出隔離膠條,敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個特定位置;位于第七工位的壓延機壓出另一條三角膠條,敷設(shè)并貼合在上述組件上的某個特定位置。至此,組件也運行到了熱成型機的末端,在此被卷取。卷材將被送往二段成型機,在二段成型機上裁斷,貼上胎體簾布層、帶束層和胎面膠,即得到生胎胚。一卷這樣的卷材可成型100~120條輪胎。七工位熱成型機的總長度為45~50米。
熱成型機貼合不用膠漿,不但降低原材料成本,而且減少環(huán)境污染。與傳統(tǒng)工藝相比,熱成型工藝耗材下降10%,勞動用工減少42%,生產(chǎn)成本節(jié)約20%。
熱成型機適用于各種類型和規(guī)格輪胎的生產(chǎn)。第一臺熱成型機已于1999年7月在盧森堡(Luxem-bourg)輪胎廠投入商用卡車輪胎生產(chǎn);第二臺熱成型機于2001年夏天在美國丹維爾(Danville)輪胎廠投入原配載重輪胎生產(chǎn)。固特異擬于2001年稍晚些時候在德國富爾達(Fulda)輪胎廠調(diào)試第三臺熱成型機,并于2002年將第四臺熱成型機安裝在北美,這兩臺熱成型機將用于轎車輪胎生產(chǎn)。
截至2000年12月,固特異已研發(fā)成功6種冠以IMPACT的工裝設(shè)備。這些設(shè)備一直在盧森堡、美國丹維爾和加拿大納帕尼(Napanee)三地的中試工廠試車,并至少已在一間輪胎廠轉(zhuǎn)入正式使用。這些新型工裝設(shè)備已使全員單位時間生產(chǎn)指數(shù)由1998年的100提高到115。計劃到2002年有15種IMPACT32裝設(shè)備落戶7間輪胎廠,屆時上述指數(shù)將會提升到125。
現(xiàn)有的6種IMPACT212裝設(shè)備分別為:①高產(chǎn)量四復(fù)合擠出機;②精密帶束層裁斷機;③精密胎體簾布層裁斷機;④四束鋼絲圈卷成機;⑤增強型載重輪胎成型機;⑥乘用輪胎成型機。
固特異在盧森堡輪胎廠用改進過的Berstorff四復(fù)合擠出機壓出胎面組件,擠出速度大約為10米/分,據(jù)此可推算其產(chǎn)量將超過200公斤/分。用該法生產(chǎn)的胎面組件比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的輕19%,這意味著成品輪胎重量減輕5%。
在用熱成型機壓出膠片代替外護圈包布取得成功的基礎(chǔ)上,固特異大力發(fā)展注壓成型鋼絲圈/三角膠條組件。2001年4月,鋼絲圈/三角膠條組件注壓成型機在盧森堡輪胎廠進人最后階段中試。該機已成功地為5000條載重輪胎提供鋼絲圈/三角膠條組件。目前正對工藝進行調(diào)整,為更大批量生產(chǎn)作準(zhǔn)備。
鋼絲圈/三角膠條組件注壓成型機由4部分構(gòu)成:①經(jīng)過改進的帶DRC2000控制器的DesmaD710.800/4-T/R注壓機;②平板硫化機;③三工位壓緊機;④帶專用夾具的ABB機械手。
已按特定尺寸繞成特定形狀的鋼絲圈掛在專用掛架上。ABB機械手藉專用夾具夾持鋼絲圈,放入三工位壓緊機。經(jīng)壓緊后的鋼絲圈,由機械手送人平板硫化機。注壓機通過模型上的16個注膠孔往模腔內(nèi)注膠,多余的膠料由8個排膠孔排出。平板硫化機的熱板不像平常那樣加熱到標(biāo)準(zhǔn)溫度200~(2以上,而是采用感應(yīng)加熱方式對鋼絲圈進行加熱,確保鋼
絲圈從里向外硫化,目的是既要使鋼絲圈/三角膠條組件表面保持粘性,能夠有效地與其他輪胎組件粘合,同時又達到減少生胎在硫化工序時的硫化時間。硫化程度達到90%時,機械手將鋼絲圈取出。鋼絲圈經(jīng)修邊后送成型工序備用。
與普通鋼絲圈相比,注壓成型的鋼絲圈對稱性更好、成品容易修整,而且無接頭,省時省工,成品質(zhì)量與操作工的熟練程度無關(guān)。
自1997年以來,固特異己投入5.16億美元開發(fā)IMPACT)頃目。其中大部分(約3.52億美元)用在改進現(xiàn)有生產(chǎn)工藝和設(shè)備上。構(gòu)成IMPACT的其他三個要素,平均消耗了4000萬-8000萬美元的費用。所取得的成效是目前已發(fā)展到13%的卡車輪胎、1%的轎車輪胎是用IMPACT制造出來的。到2004年,這一比例將提高到卡車輪胎33%和轎車輪胎10%。固特異自己承認(rèn)從1997年算起,大概需要20年時間才能將其遍布全球的輪胎廠改造成都用IMPACT~藝進行生產(chǎn)。
五、倍耐力M工RS技術(shù)
MIRS的全稱為:Modular Integrated Robotized System;建議譯為:積木式集成自動化系統(tǒng)。
MIRS的精髓是:以成型鼓為中心,組織生產(chǎn);多組擠出機配合遙控機械手,實現(xiàn)從膠料擠出到成型鼓直接成型;用胎胚氣密層代替膠囊進行硫化。
MIRS只有3道工序:①預(yù)制;②成型;③硫化。預(yù)制工序有多臺擠出機,每臺擠出機配備規(guī)格為1×1.5m的卷取軸架,上掛鋼絲或浸漬簾線輥筒;架上的多股鋼絲或簾線進入擠出機的直角機頭,與膠料一同擠出,得到補強膠條,供下游工序使用。成型工序有3組共8臺擠出機和3對遙控機械手,分成三工位操作。成型鼓為可折疊式,中空,鼓身由8塊厚20mm鋁板制成,上有小孔使鼓面與鼓腔連通。成型鼓經(jīng)預(yù)熱進人第一工位,并繞軸旋轉(zhuǎn);擠出機將膠料擠出到成型鼓上,機械手反復(fù)輥壓膠料,擠出空氣,使膠料緊貼鼓面,得到氣密層;由于鼓面是熱的,膠料被預(yù)硫化。接著成型鼓進人第二工位,第二對機械手將預(yù)制工序生產(chǎn)的各種補強膠條纏繞在成型鼓上,同時第二組擠出機將膠料擠出到成型鼓上,機械手和擠出機交叉操作,逐步形成胎體簾布層、胎圈等。然后成型鼓進入第三工位,第三對機械手貼預(yù)制帶束層,擠出機組將隔離膠、胎側(cè)膠、胎面膠直接擠出到成型鼓上,經(jīng)壓實、整形得到完整胎胚。胎胚連同成型鼓一起進人硫化工序,硫化機裝在六工位圓盤運輸帶的立柱上。第一對機械手將未取下成型鼓的胎胚裝入硫化機,合模,往成型鼓腔內(nèi)通人高壓氮氣,氮氣通過鼓壁的通氣孔逸出到鼓面,使胎胚脹大,從而脫離鼓面并緊貼硫化模內(nèi)壁,這樣已經(jīng)預(yù)硫化的胎胚氣密層實際上起到膠囊的作用。和普通硫化一樣,模腔內(nèi)通人蒸氣。經(jīng)15分硫化后,圓盤運輸帶到達第六工位,第二對機械手開模,將輪胎連同成型鼓一起取出,折疊成型鼓,得到成品輪胎。成型鼓經(jīng)拼裝后送回第二道工序循環(huán)使用。至此完成一個生產(chǎn)周期。
倍耐力第一間MIRS廠設(shè)在總部所在地--意大利米蘭Biccocca,已于2000年6月投產(chǎn);第二間MIRS廠選址美國佐治亞州Rome,毗鄰新建的鈴木汽車廠,目前尚在建設(shè)中。
六、結(jié)語
21世紀(jì)將是上述全新概念輪胎制造工藝技術(shù)逐步擴大工業(yè)化的世紀(jì),排在世界前列的幾大輪胎制造商憑借這些全新概念技術(shù)進行低成本、高精度生產(chǎn),從而得以鞏固并提升其現(xiàn)有地位。隨著推廣應(yīng)用的深入,人們對上述全新概念技術(shù)的了解也會越來越多。勿庸置疑,在這過程當(dāng)中,相信還不斷會有新概念技術(shù)涌現(xiàn)。我們可以這樣說,不是今年,也許明年,最晚不超過10年,輪胎制造工藝將與今日我們所見所用的大不一樣。在本世紀(jì)內(nèi),輪胎制造工藝技術(shù)必將發(fā)生巨變,這是量變到質(zhì)變的必然飛躍。
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