第27卷第16期工艺技术之生些些丝世丝丝12R22.5轮胎硫化过程温度场的仿真分析目王梦如合适的硫化工艺条件是保障橡胶制品质量的重要加工因素,轮胎硫化的均匀程度直接影响其使用性能,而轮胎硫化过程中内部温度的分布对橡胶罗吉良轮胎的硫化程度起着决定性的作用\"因此,正确地预测硫化过程中的温度历程对轮胎生产质量和效率的提高非常重要\"本来橡胶厚制品硫化(工艺)时间的确定比较复杂,对于像轮胎这样的钢丝和橡胶交替迭合的厚制品则更甚\"迄今国内外橡胶厚制品主要依靠热电偶轮胎硫化测温法\"然而,对于复合结构的橡胶厚制品,由于加工工艺和加工设备等原因的限制,比如交传机车人字弹簧等,连硫化测温法也无法实施\"由于轮胎结构和外形复杂,且各部位由不同材料组成,在硫化过程中边界条件难以准确确定,因此很难用微分方程求出轮胎硫化温度场图1几何模型2.模型参数的建立模型所用的热力学参数见表1\"表1参数名称密度/mg#m刁胶料1134035314(刃热力学参数骨架70(M)206oo的精确解析,通常使用试错的方法来确定轮胎的硫化程度,但效率低且浪费严重\"本文将有限元分析技术应用于轮胎硫化过程的数值仿真,模拟型号为12R22.5轮胎的硫化过程的温度场变化,进而得知各个部件胶料的硫化程度,这样的分析可以为硫化工艺人员提供控制开模的时间,有效利用后硫化能量,进而优化硫化程序!节省能源,并在新规格开发时,可以在开发初期就模具78()X50470胶囊11340.3531250导热系数柳#m#(K)一.比热小(kg#K)一,硫化过程分为合模硫化和开模降温两个步骤,硫化车间实际环境温度为40e,轮胎的初始温度为30e,模具初始温度为120e,胶囊初始温度为100e\"硫化工艺温度见表2\"制定较贴合实际的硫化程序\"为方便简化模型,没有考虑冷凝水造成的轮胎一!硫化温度场模型的建立1.几何模型的建立上!下模温度的差异,作为完全对称的情况考虑,且没有考虑硫化放热问题\"根据实际生产情况,本研究所建立的子午线轮胎硫化仿真模型包括钢模!轮胎和胶囊三部分,模具的形状和胶囊的形状见图1\"由于该规格是周向花纹,因此采用轴对称模型简化几何模型\"表2时间间隔模具温度胶囊温度120180二!仿真结果分析和讨论1.温度场分布轮胎测温点的一般指示图见图2,各点温度变化曲线的实测数据和仿真数据对比见图3,不同温硫化工艺温度605120170605120178605120176605120团s120120512817012051361701205144170120515017014405150165540515016536()s(散热)X37第27卷第16期度下的温度场云图见图4\"_望些型丝丝二蓬霎簿{明创/舒测温点6图2测温布点图舒明铡!注:大胎测温热电偶埋线位五1.上模2#带束层端点;2点(周向间距1.sem):3,带束层中间/胎面基#带束层端点;5.下模2#带束层端点(周向间距.上模三角胶.胎面表面;7.胎面表面(间距1.scm);82高);9.胎侧/胎体上模;10.胎侧/胎体下模;11.下模三100020003000400050006000角胶中心(112高);12时间/s.下模胎圈三角胶中心(距钢圈Icm);31.内衬层表面(上胎肩);14.内衬层表面(下胎肩);巧.上胎侧测温点8表面;16.下胎侧表面\"舒明创/梦邑q照60006000时间/s时间/s测温点12测温点114春点模拟沪蛆侧!舒蛆铡/10002000300)(4000时间/s时l社工测温点14测温点3上模2#带束层端部:4.下模21.sem);6中心(11乙工艺技术80621406J份I汁.引日C月才刊滩RUBBER第27卷第16期Ev\"数值上等于胶料的正硫化时间t,\"由图5可知,1和3点模拟值和实测值较吻合,12点偏差呢赵\\一洲飞稍大\"薄赵婿攀口20040100020003000400050006000时lde./s测温点15图3仿真数据和实测数据对比图时间/s测温点,口即赵婿搜n.曰曰nq!k八n曰,-八-l3岸点模3岸点实测升温3()o!}!士升温216陈一0101i20003000400050006000时间/s测温点3252012#点模拟超够担口理开模前开模)舌3005JOIqc!kqOC曰1n图4温度场分布云图12#点实测由测温点的仿真温度数据和实际数据的比较可看出,轮胎表面测温点的温度变化曲线和实际曲线多少有些差异,尤其在曲线开始的最初部位,例如测温点6!4!15;而轮胎内部的测温点的温度变1化曲线却和实际曲线吻合较好,例如测温点1!3!8\"这和最初合模时的胶料流动性有关,也和人工埋线的测温点工具的移动有关\"2.硫化程度图5测温点12硫化程度曲线20003000400050006000时间/s利用阿累尼乌斯方程可计算出轮胎各测温点的等效硫化时间\"表3中的数据是对比点1!点3点2的实测值和模拟值,包括开模硫化值!总等效硫1化值及最高温度值\"由表3可知,最高温度模拟值都比实测值稍高;l点和3点模拟开模值稍高于实由于胶料厚度较大位置的硫化程度是最受关注的,因此做为主要分析对象,选取测温点1!3!12,即胎肩中心!胎面中心!三角胶中心,其对应的硫化程度曲线见图5\"这里引人硫化程度G=Ev/Ev\"来衡量胶料经过某一硫化历程后所获得的相对硫化程度,用以比较不同胶料的硫化程度,Ev是等效硫化时间,测值,总等效硫化值相当;12点模拟开模值和总硫化值都要比实测高,说明该位置模拟参数需进一步修正\"第27卷第16期表3模拟硫化与实测开模硫化值!总等效硫化值及塑些丝些匹鱼二本艺技术最高温度对比开模等价硫化值测温点))三!结论测温最高温度/e)总计等价硫化值实测237522081665根据现在一般轮胎生产厂家的硫化工艺条件,建立型号为12R22.5的全钢子午线轮胎的硫化温度实测1312967907652模拟110610401003模拟237922412160实测1522151.01494模拟153.7153卜0153.0场模型,提取轮胎内部和表面的不同位置的温度变化曲线,并和实际的温度数据进行比较,发现结果较为吻合,且其对应的硫化程度曲线也和实际的情况较为吻合,有较高的工艺参考价值\"口Marc软件中材料试验数据对轮胎刚度仿真分析影响研究日周除空气作用力和重力外,几乎所有其它影响地面汽车运动的力和力矩皆通过滚动的轮胎作用于地面而产生\"因此,轮胎力学特性的研究非常必要,尤其是轮胎的刚度特性对整车性能有着极其重要的影响,在进行整车性能分析时,轮胎的刚度特性洁方晓波承载能力又有一定的弹性,轮胎的这种弹性包括径向(垂直方向)弹性!横向(横向)弹性!切向(圆周方向)弹性和扭转弹性,分别用径向刚度!横向刚度!切向刚度和扭转刚度来表示\"轮胎刚度测试原理见图1\"参数必不可少\"本文以205/55R16子午线轮胎为研究对象,对二!轮胎三维非线性模型的建立本文以子午线轮胎205/55R16为研究对象,基于精细描述轮胎物理结构基础上建立轮胎的有限元模型\",.轮胎的三维非线性轮胎的非线性特性包括三个方面:)几何非线性特性:汽车在各种工况下,轮胎会l(发生较大的几何变形,位移和应变是非线性关系\"(2)材料非线性特性:轮胎是一种多层结构,由纤维或钢丝帘线与橡胶通过压延或挤出成型的帘子布是构成轮胎的基本材料\"钢丝!纤维帘线是线其进行了三维非线性有限元模拟仿真分析\"利用所建立的有限元模型,以同组实验数据,分别采用单轴拉伸和双轴拉伸两种方法模拟得出橡胶的材料参数,进行轮胎的刚度仿真分析\"并与笔者公司的轮胎试验台得到的试验结果进行试验验证和对比\"一!轮胎刚度轮胎的刚度特性是作用在其上的力及其相关变形之间的关系\"轮胎是由钢丝和橡胶组合而成的综合体,由轮惘支承,当轮胎充气后,既具有一定的性弹性的,而橡胶则呈现很明显的非线性\"火a)径向刚度(企\"横向刚度(.2切向}习11)夏(-)扭转刚度l图1轮胎刚度的测试原理