子午线轮胎成型过程仿真及工艺参数改进方法研究

摘要

轮胎的生产过程包括橡胶密炼、半成品部件挤出、帘布压延及裁断、生胎成型和硫化机内定型等，其中，轮胎成型是轮胎生产过程的重要环节，其工艺参数直接影响成品胎的质量。技术人员通常采用试错法确定合适的成型工艺参数，具有很大的盲目性。因此，利用有限元仿真技术，对轮胎成型过程进行数值模拟，通过仿真方法优化成型工艺参数，具有重要的工程价值。
　　合理的未硫化橡胶本构模型是轮胎成型过程仿真的基础。本文对未硫化橡胶进行剪切松弛试验和单轴拉伸试验，分别采用广义Maxwell模型和Marlow超弹性模型描述未硫化橡胶的粘性性能和弹性性能。以295/80R22.5型全钢载重子午线轮胎为对象，建立轮胎各半成品部件的二维轴对称模型，借助ABAQUS/Standard隐式求解器，对轮胎一次法成型过程进行仿真；硫化机内定型过程采用三维模型进行仿真，运用ABAQUS/Explicit显式求解器求解。将仿真得到的成品胎断面与实际生产轮胎断面的材料分布进行对比，验证了成型仿真方法的可靠性。为提高轮胎施工设计精度，本文在轮胎成型仿真的基础上，提出半成品部件逆向成型仿真方法，精确设计胎面、胎肩垫胶等半成品部件的材料分布，并利用轮胎成型仿真方法验证了该方法的可行性。
　　针对宽基胎成型工艺参数设置不当而造成的胎体帘线弯曲问题，本文利用轮胎成型仿真方法分析其产生机理，探索子口平面宽度和辅助鼓周长对胎体帘线弯曲的影响，提出胎体帘线弯曲的解决方法并进行试验验证；为解决采用0°缠绕技术的宽基胎在生产中出现的胎里不平问题，利用轮胎成型仿真方法分析其产生机理，提出曲面辅助鼓成型方法，并进行样胎试制，结果表明该方法能有效地解决胎里不平问题；以12.00R20型子午线轮胎为对象，对其二次法成型过程进行数值模拟，探索轮胎在机内定型中带束层帘线受力和角度变化分布规律，并基于现有施工设计提出改进方案，减小了带束层帘线受力和角度变化，使成品胎更接近理论设计轮胎的材料分布。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

第二章 轮胎未硫化橡胶本构模型

2.1粘弹性材料的基本力学特性

2.2粘弹性理论

2.3未硫化橡胶力学试验及本构模型参数识别

2.4未硫化橡胶力学试验数值模拟

2.5本章小结

第三章 轮胎一次法成型仿真与半成品部件逆向成型仿真方法

3.1轮胎一次法成型工艺

3.2轮胎成型有限元模型的建立

3.3轮胎成型过程的数值模拟

3.4轮胎成型仿真精度分析

3.5半成品部件逆向成型仿真方法

3.6半成品部件逆向成型仿真方法的验证

3.7本章小结

第四章 轮胎成型缺陷分析及工艺参数改进方法

4.1胎体帘线弯曲机理分析及改进

4.2胎里不平机理分析及解决方法

4.3带束层帘线角度变化机理分析及改进

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文研究工作总结

5.2论文创新点

5.3工作展望

参考文献

致谢

硕士期间研究成果