Технология пневматических шин

Покрышка является толстостенным многослойным резинокордным изделием, поэтому режимы её вулканизации различаются схемами построения и продолжительностью. На выбор параметров теплоносителей, помимо коэффициента теплоотдачи, влияют теплофизические свойства и температуростойкость шинных материалов, конструкция и размеры покрышки, а также способность резиновых смесей к конфекции, формованию и вулканизации. Формование покрышек - это сложный технологический процесс изменения формы в индукционном периоде вулканизации, при котором на границе между разными по составу резиновыми слоями и армирующими материалами идут процессы диффузии и взаимопроникновения, повышающие прочность их связи. Для предварительного формования покрышки в диафрагму подают формующий пар низкого давления (0,25МПа), под действием которого и опускающейся верхней полуформы выгибаются её стенки. Вулканизацию начинают с подачи в диафрагму греющего пара небольшого давления (1,0-1,6МПа) для быстрого разогрева диафрагмы и покрышки, а когда тепловой поток достигает изделия, подают пар более высокого давления прессования (1,8-2,2МПа) для растекания смесей и двухстороннего нагрева покрышки. Такое давление может оказаться достаточным для опрессовки и вулканизации покрышек самых малых размеров; для среднегабаритных покрышек поднимают давление опрессовки до 2,0-2,5МПа а для крупногабаритных - до 2,8МПа. Поскольку применение такого пара противопоказано из-за слишком высоких температур, в диафрагму после греющего пара подают циркулирующую перегретую воду требуемого давления с температурой 170-200^оС.

При формовании покрышки её внутренний диаметр уменьшается, а наружный - увеличивается, и она приобретает форму тора, приближающегося по конфигурации к вулканизованной покрышке с меньшим на 6-8% периметром профиля. Заданная форма покрышки получается в результате изменения углов расположения (поворота) нитей корда и деформации резины, а в покрышках полуплоской сборки - и поворота слоёв борта вокруг сердечника крыла. При формовании диагональных покрышек угол по короне увеличивается до 52^о, а в бортовой части снижается до 27-30^о. Греющим паром нагревают покрышку до минимальной степени вулканизации (25% от полной), позволяющей снимать давление без опасения расслоений и образования пористости. Для достижения оптимальных свойств многослойного изделия необходимы различия по скорости вулканизации слоёв: быстро вулканизующиеся смеси должны быть во внутренних, плохо прогреваемых слоях, а медленнее - в наружных.

Температуру вулканизации покрышки при выбранном режиме определяют непосредственными замерами с помощью термопар, которые закладывают между её слоями. Количественную оценку кинетики вулканизации при переменных температурах проводят разными методами, а для упрощения расчёта эффектов вулканизации применяют номограммы и инженерные методики. Распространён способ построения кривых "интенсивность-время" и определения эффекта вулканизации по площади под кривой. Способ приведения к эквивалентным временам удобен тем, что образцы резин вулканизуют в лабораторных условиях при постоянных температурах, и на кинетических кривых определяют продолжительность индукционного периода, время начала вулканизации, время достижения плато вулканизации, величину плато и другие времена. Для оптимизации режимов вулканизации покрышек в современных технологиях широко применяют физическое и математическое моделирование температурных полей и степеней вулканизации резин в изделии.

Подготовка покрышек к вулканизации состоит в нанесении на их поверхности смазки, содержащей тонкодисперсные тальк и слюду с размером частиц 7-10 мкм, хозяйственное мыло с 60% жирных кислот и силиконовую эмульсию, распределённые в воде или бензине (табл.3.25). Смазка на внутренней поверхности покрышки облегчает закладывание в её полость диафрагмы, выход воздуха из её полости между диафрагмой и каркасом, предотвращает привулканизацию диафрагмы к каркасу и прилипание ездовой камеры к покрышке при эксплуатации. Наружная смазка облегчает растекание смеси по форме при формовании и вулканизации покрышки и выход воздуха из формы. На специальных станках одновременно промазываются внутренняя (распыление пистолетом) и наружная стороны покрышек, после чего они проходят зону сушки и поступают на участок отбора, где с помощью подъёмного стола автоматически навешиваются на подвесной цепной конвейер. Хранят сырые покрышки на специальных конвейерных складах сроком от 4ч до 7 дней; при длительном хранении начинает выцветать сера, а материал теряет текучесть, что может привести к их расслаиванию при формовании.

Таблица 3.25.

Рецепт смазки для окраски внутренней поверхности покрышек

Форматоры-вулканизаторы - это одноформовые и двухформовые пресса периодического действия с неубирающейся и реже с убирающейся диафрагмой, у которых 10-15% общей продолжительности вулканизации занимает их перезарядка, и на них вулканизуют в России до 70% всех шин (рис.3.66). На сварной станине 1 смонтированы нижняя часть паровой камеры 3, механизмы 5 для съёма покрышек после вулканизации и узел 2 управления диафрагмой 6, которая смонтирована в нижней полуформе 4 с помощью зажимных дисков. К траверсе 14 крепится верхняя часть паровой камеры 10 с помещённым внутри неё стаканом 13, к которому через планшайбу 12 крепится верхняя полуформа 9. В зависимости от высоты прессформы положение планшайбы относительно стакана меняется с помощью регулировочного механизма 11. При закрывании и открывании паровой камеры верхняя траверса 14 последовательно двигается через системы передач от электродвигателей 15 и 18. После формования и полного замыкания полуформ внутрь диафрагмы подаётся греющий пар повышенного давления или перегретая вода, а прессформа обогревается паром. По окончании вулканизации отводятся сначала греющий пар из паровой камеры и затем перегретая вода из диафрагмы, и вместо них подаётся охлаждающая вода: сначала в диафрагму - системой ввода через отверстия в блоке цилиндров узла управления 2, а затем в паровую камеру. Прекращают подачу воды сначала в паровую камеру, а затем в диафрагму. Пресса ФВ-2-200 и ФВ-1-400 уступали ранее аналогичным зарубежным, а модернизированные ФВ-2-300 и ФВ-1-600 стали промежуточным этапом на пути к созданию современного оборудования.

Рис.3.66. Форматор-вулканизатор для крупногабаритных покрышек.

Полуавтомат ФВ-1-500, снабжённый байонетным затвором с подпрессовочной мембраной, загрузочным устройством и механизмом управления секторными прессформами, является наиболее совершенным отечественным прессом. Секторные прессформы с радиальным перемещением секторов разработаны для вулканизации радиальных покрышек, у которых жёсткий брекерный пояс увеличивает нагрузку на элементы рисунка протектора при выгрузке их из форм с экваториальным разъёмом, что приводит к надрывам и сколам шашек. Секторные прессформы повышают качество радиальных покрышек, обеспечивая выемку их после вулканизации без надрывов и сколов рисунка и уменьшение с 4-4,5% (для формы с экваториальным разъёмом) до 1,5% вытяжки нитей корда в каркасе. Созданы секторные прессформы с зонным обогревом для автоматического управления процессом с точностью до одной секунды и допуском до 2^оС при допустимом давлении теплоносителей до 2,8-3,0МПа по диафрагме и 1,0-1,6МПа по камере.

Основные детали секторной прессформы (рис.3.67) - основание 1, сегменты 4 и крышка 7; секторы 5 перемещаются по радиальным направляющим основания на полозьях, а принцип её работы - обжатие покрышки не только с внутренней стороны, но и с внешней секторами 5. Покрышка лежит свободно на полуформе, а секторы раздвигаются или сдвигаются в радиальном направлении относительно неё при открывании или закрывании прессформы, касаясь её при сближении. Такое направление движения деталей прессформы позволяет избежать смещения отдельных частей сырой покрышки в процессе её загрузки и формования. При выгрузке вулканизованной покрышки одновременно поднимаются верхняя полуформа и нижняя полуформа с секторами, а вкладыши скользят по направляющим и отводят секторы по радиусу в стороны от центра формы, выводя их из зацепления с протектором. За счёт радиального перемещения секторов на глубину рисунка обеспечивается свободный выход элементов беговой части протектора из прессформы. Несмотря на меньшую надёжность, большие габариты и сложность конструкции, секторные прессформы весьма перспективны, и их многообразие быстро увеличивается.

Рис.3.67. Секторная прессформа в положении раздвинутых секторов 5, когда вкладыши 3 полностью вышли из рисунка протектора вулканизованной покрышки.

Многопозиционные вулканизаторы (ВПМ) наиболее эффективны для крупносерийных производств однотипной продукции, а их узлы и механизмы можно разделить на две самостоятельные группы - вулканизационные элементы и один или несколько перезарядчиков. Первая группа включает паровые камеры, прессформы, диафрагмы и устройства для их управления, комплекты запорно-регулирующей аппаратуры для подачи теплоносителей и систему управления их работой. Вторая группа - это манипуляторы для открытия и смыкания прессформ, подъёма и опускания верхней части пресса; загрузки, формования и выгрузки покрышек, которые обслуживают все вулканизационные элементы, выполняя последовательно во взаимодействии с ними все операции. Отечественные ВПМ представляют собой ряд стационарных попарно смонтированных в линию вулканизационных элементов и передвижной перезарядчик (табл.3.26), а ВПМ 6520 фирмы "Мицубиси" (Япония) - три стационарных перезарядчика и ряд передвижных вулканизационных элементов.

Таблица 3.26.

Техническая характеристика отечественных многопозиционных вулканизаторов

Отечественный ВПМ (рис.3.68) состоит из линии стационарных вулканизационных котлов 1 с механизмами 10 управления диафрагмами и перезарядчика 5 на тележке 3, перемещающейся над ними по направляющим траверсам 4. Сырые покрышки снимаются с подвесок 2 цепного конвейера механизмом 7 и сбрасываются на патроны-загрузчики 8, а перезарядчик 5 останавливается над вулканизационными элементами, его ключи 6 открывают байонетные затворы и соединяются с верхними частями котлов. Кривошипно-шатунный механизм поднимает траверсу с верхними половинами камер и форм, а перезарядчик освобождает пространство над котлами. Далее покрышки приподнимаются механизмами их отрыва от форм и скатываются при помощи механизма сброса на отборочный транспортёр, установленный внутри станины по всей её длине. В освободившиеся полуформы патроны-загрузчики закладывают новые покрышки, перезарядчик смещается в исходное положение, а верхние полуформы опускаются для формования, которое проводится при давлении пара в диафрагме 0,25-0,3МПа в несколько приёмов. При достижении верхними полуформами верхнего кольца диафрагмы давление пара стравливают до 0,08 МПа, при расстоянии между полуформами 70-80мм прекращают выпуск пара, а при давлении 0,05-0,07МПа прессформы закрываются. После этого в камеру подаётся греющий пар и в диафрагму перегретая вода, а в конце цикла сбрасывается давление и в диафрагму на 1-2мин подаётся охлаждающая вода.

Рис.3.68. Схема многопозиционного вулканизатора ВПМ-2-200: 9-планки ограничения подъема перезарядчика, 11-маслостанция, 12-цилиндр поворота ключей, 13-маслопровод.

Технологическая схема работы ВПМ состоит из цепи последовательно соединённых и одновременно работающих звеньев (рис.3.69). Сырые покрышки подаются из сборочного цеха цепным конвейером 1, удерживаемые за верхний борт лепестками подвесок 5 зонтичного типа, что исключает их деформацию, и автоматически сбрасываются на питатель 2 в виде наклонного рольганга длиной на три покрышки. Питатель с помощью качающегося отсекателя поштучно подаёт их для смазки на станок 3, при освобождении места на его рольганге подаётся пневматический импульс на сбрасывание следующей покрышки. Станок для смазки состоит из смонтированного на раме реечного транспортёра, по которому перемещается покрышка, и опрыскивающего механизма, вертикально перемещающегося с вращающимися форсунками. На станцию навешивания 4 в виде каретки на монорельсе покрышка подаётся с помощью подъёмного стола с пневмоцилиндром взведения. При подходе к станции свободная подвеска 5 цепного конвейера 16, предназначенного для сушки и создания запаса покрышек, своим выступом воздействует на золотник, который подаёт сжатый воздух в цилиндр, выдвигающий упор. Каретка сцепляется с конвейером, перемещаясь с ним при навешивании покрышки путём её подъёма столом до уровня лепестков подвески. Шток пневмоцилиндра нажимает на упор подвески, и её лепестки разводятся и фиксируются в этом состоянии специальным замком. Сухие покрышки перевешиваются на подвески конвейера 17 и сбрасываются их на загрузочные устройства форматоров-перезарядчиков.

Рис.3.69. Комплексная линия на базе ВПМ-2-200.

Звено отбора вулканизованных покрышек состоит из отборочного транспортёра вулканизатора 6, наклонного транспортёра 7 и распределителя 15, который поворачивает их из горизонтального в вертикальное положение и направляет в ту или иную ветвь на заключительные операции. Распределитель покрышек 15 состоит из двух рольгангов под углом друг к другу, поперечно перемещающихся относительно оси транспортёра. Питатель 8 в виде наклонного лотка на три покрышки с отсекателем служит для подачи покрышек на станок обрезки выпрессовок 9, в котором один из ножей обрезает их по разъёму прессформы и поверхности протектора, а два других, перемещаясь по соответствующей траектории - на боковинах. Затем покрышки поступают на разбраковку, которая производится визуально бракёром с производительностью 60-70 шт/ч на станке 11 для их осмотра, а для согласования темпов обрезки и разбраковки предусмотрен буфер в виде наклонного шагового транспортёра 10 вместимостью на 4-5 покрышек. Далее на станции навешивания 13 забракованные покрышки сбрасываются опрокидывающимся рольгангом на ленточный транспортёр 14, а по прямому жёлобу проходят кондиционные покрышки. Подъёмным столиком они навешиваются на отборочный цепной конвейер 12 и отправляются на склад готовой продукции (рис.3.70).

Рис.3.70. Принципиальная поэлементная схема работы ВПМ-2-200.

Преимущества ВПМ - снижаются в 2-2,5 раза металлоёмкость за счёт совмещения операций перезарядки, сокращаются в 1,5-2 раза производственные площади за счёт размещения секций вулканизации без интервалов и повышается тепловая эффективность процесса за счёт уменьшения размеров паровой камеры и скорости охлаждения (табл.3.27). Автоматизация процессов повышает в 1,5 раза производительность труда. Для обеспечения бесперебойного питания сырыми и своевременного отбора вулканизованных покрышек вспомогательное оборудование расположено двумя одинаковыми ветвями (задублировано), которые работают поочерёдно при необходимости проведения на одной из ветвей ремонтных работ. Производительность ВПМ зависит также от количества вулканизационных секций на одного перезарядчика. Вулканизаторы второго поколения для легковых шин на базе модели ВПМС-2-120 и грузовых - ВПМС-2-200 позволяют реализовать все современные требования к технологии вулканизации любых покрышек, включая радиальных. Вулканизатор ВПМС-2-200 оборудован секторными прессформами, управляется с централизованного единого пульта с использованием микропроцессоров, автоматизированы все операции по перезарядке вулканизационных секций, что позволяет превратить перезарядчик в роботизированный комплекс. Покрышки вулканизуют при повышенных параметрах теплоносителей: до 0,8МПа в паровой камере и до 2,8МПа по диафрагме, что позволяет увеличить тепловую эффективность, улучшить качество шин и интенсифицировать процесс. Зонный обогрев покрышек реализуется в вулканизаторе ВПМС-2-120, и на его базе разработан вулканизатор ВПМС-2-160 для вулканизации легковых радиальных покрышек.

Таблицв 3.27.

Основные технико-экономические преимущества

ВПМ перед форматорами-вулканизаторами

Особенности вулканизации СКГШ - применение форматоров-вулканизаторов с усиленной механической частью или разделение операций на две машины - форматор и индивидуальный вулканизатор. В производстве покрышек 33.00-51 и 40.00-57 совмещение формования и вулканизации становится нерациональным из-за значительного усложнения кинематики и увеличения габаритов и массы машин. Вулканизация в индивидуальных вулканизаторах ИВП-700 и 1-1700 малопроизводительна, требует большого расхода резиновых смесей и много ручного труда на изготовление варочных камер, закладку их и выемку. Поэтому разработана технология формования покрышек с применением сменных диафрагм на форматорах ФСД-150 или ФСД-300 (усилие 150 и 300т) и вулканизации на 1-2300М, 1-4500 или модернизированном вулканизаторе 1-1700 с повышенным до 1500т прессовым усилием. Применяют длительные режимы вулканизации (до 1000мин) при температуре перегретой воды 180-190^оС и пара в камере - 120-130^оС. Большое значение имеет качество диафрагм, и за рубежом для их изготовления выпускают диафрагменные прессы с усилием от 400 до 3175т. Отечественные прессы ДО-236 и ДО-239 с усилием 400 и 800т могут вулканизовать диафрагмы для покрышек только до 21.00-33, поэтому создан пресс К20.303 с усилием 3150т и разрабатываются - на 2000 и 5000т для всего ассортимента СКГШ.

Особенности вулканизации покрышек с полиамидным кордом связаны с необходимостью предотвратить их усадку после вулканизации, которая может продолжаться до тех пор, пока они не охладятся до 60-65^оС, а это уменьшает их размеры и ускоряет "разнашивание" при эксплуатации. Для предотвращения усадки горячие покрышки после вулканизации надевают на специальной установке на ободы, накачивают воздухом под давлением примерно в 1,5-2 раза выше эксплуатационного и выдерживают до температуры 60-70^оС.

Совершенствование технологии вулканизации покрышек продолжается в направлении повышения энергетической эффективности и резкого сокращения продолжительности процесса вулканизации путём быстрого нагрева энергией электромагнитных колебаний СВЧ-диапазона. Целесообразность их применения начинается с изготовления средних грузовых шин, а эффект увеличивается с ростом габаритов покрышек и выражается в сокращении цикла вулканизации в 2-3 раза и производственных площадей в 5 раз. Несмотря на резкое повышение расхода электроэнергии, энергетический КПД вулканизации увеличится с 5-10% до 25-30%. В СВЧ-вулканизаторе энергия от СВЧ-генератора подаётся к излучателю, вращающемуся во внутренней полости покрышки, а необходимость подвода традиционных теплоносителей отпадает (табл.3.28). Представляет интерес также использование микроволновой энергии для предварительного нагрева покрышек в СВЧ-установке с последующей вулканизацией традиционным способом, что сокращает её продолжительность на 20-35%.

Таблица 3.28.

Технические характеристики СВЧ-вулканизатора

СВЧ-установка для предварительного нагрева покрышек по конструкции проще СВЧ-вулканизатора и представляет собой камеру с покрышкой на специальной вращающейся подвеске. Энергию излучают три рупорные антенны с СВЧ-генераторами, мощность которых обеспечивает нагрев покрышки с массой зоны нагрева 50кг до 80-85^оС за 10-12мин (табл.3.29). Разработаны также схемы энергоустановок, позволяющие утилизировать энергию перегретой воды со стороны диафрагмы и применять для прессования парогазовые смеси.

Таблица 3.29.

Технические характеристики СВЧ-установки

Контроль качества шин проводят физико-механическими методами испытаний вырезанных из них образцов по нормам стандартов на готовые изделия, а также стендовыми, дорожными и эксплуатационными испытаниями. Для них отбирают 3-15 шин от партии в 2000-3000шт и для периодических испытаний - 11 шин в квартал, что малоэффективно и экономически невыгодно, поэтому усиливается роль неразрушаемых методов контроля. В соответствии с требованиями стандартов легковые и грузовые шины должны контролироваться по показателям статического дисбаланса. Легковые шины контролируют также по геометрической и силовой неоднородности (радиальному и боковому биению), которые являются показателями уровня стабильности технологического процесса их производства. У ЦМК-шин контролируют также равномерность расположения и натяжения нитей корда в каркасе по результатам рентгенодефектоскопии. Стендовые испытания проводят для определения долговечности и работоспособности шин, сопротивления их качению, жёсткостных и прочностных свойств, а подготовку их к испытаниям проводят в соответствии со стандартом СТ СЭВ 256-76. После изготовления шины выдерживают в течение 5 суток в помещении с температурой 5-30^оС и последние 12 часов - в помещении испытательной станции при 20-30^оС, а после внешнего осмотра определяют их массу и монтируют на испытательный обод. Рекомендуют также стабилизирующую двухчасовую обкатку на барабанном стенде при нагрузке 0,8 максимальной со скоростью 80км/ч для легковых шин и 40км/ч - для остальных.

Потери на качение определяют на специальном стенде по ОСТ 38.04292-82 или инерционным способом по методике СТ6-68 (ООО "НТЦ "НИИШП") на стенде ИПС-1. Статический дисбаланс определяют по ГОСТ 25692-83 измерением силы тяжести или центробежной силы при вращении покрышки на автоматических линиях или на станках фирмы "Хофман". Лёгкое место покрышки с погрешностью не более 5^о отмечают прочной несмываемой краской или кругом диаметром 5-10мм на боковине с заводским номером, а для снижения дисбаланса на него с внутренней стороны наносят тяжёлый клей.

Усталостная работоспособность шины оценивается на стендах по ходимости, перегрузке, вызывающей её разрушение, и характеру разрушения (ОСТ 38.04394-85) и является основным критерием при решении вопроса о передаче на дорожные и эксплуатационные испытания. Обкатку проводят на шинообкатных станках на гладких барабанах с выступами или без них при скорости качения от 25 до 150км/ч при нагрузке на шину от 150% экономичной до 200% максимально допустимой. Через каждые сутки проводят внешний осмотр шины, а при обнаружении разрыва её элементов, расхождения стыка протектора или боковины, вздутия на поверхности испытание прекращают. При обкатке измеряют и рабочую температуру, достигающую максимума через 1-2ч.

Силовая неоднородность (ОСТ 38.04216-81), при необходимости с шлифованием, оценивается непосредственно в технологическом потоке на автоматической линии RGM-S фирмы "Хофман", состоящей из загрузочно-подающего, шлифовального и разгрузочно-сортирующего устройств и измерительной установки. Современное оборудование для контроля качества шин включает автоматические линии и станки, оснащённые электронными системами для точного измерения показателей неоднородности, их сортировки и маркировки в соответствии с нормативом и типоразмером покрышки.

Рентгеновский метод контроля покрышек со средствами усиления изображения и передачи его на телеэкраны вне действия гамма-излучений распространился с появлением низкопрофильных шин на скорости движения до 200км и грузовых радиальных шин с металлокордным однослойным каркасом. Рентгеноскопическое обследование включает контроль положения брекера по центру каркаса, однородности расположения заворотов слоёв каркаса и стыков слоёв брекера, стыковки по прямой линии, равномерности глубины элементов протектора, состояния бортовых колец, наличия пор, пустот и расслоений. Разработана рентгеноскопическая система фирмы "Монсанто" модели 1027 для проверки широкого диапазона размеров за 50-120с на одну покрышку.

Установка ИМАЖЕКС СТ-96 фирмы ЕМС (Франция) предназначена для контроля геометрии и однородности деталей каркаса рентгенографическим методом и качества наложения слоёв каркаса методом голографии (рис.3.71). После вулканизации покрышка конвейером 2 подаётся в зону подготовки перед анализом со складом вместимостью на пять покрышек, которые последовательно поступают в голографическую установку 6 модели "Ротенколбер НРТ-56" с разрешающим устройством и микропроцессором. Голограмма проявляется на термочувствительной плёнке, изображение её передаётся видеокамерой и анализируется. Покрышки с дефектами на выходе из установки отбрасываются на конвейер брака 8 и поступают на участок 9 их сбора. Покрышки, для которых не требуется рентгеновский анализ, также отбрасыватся после голографии и направляются на участок 10 устранения дефектов. Покрышки, которые должны пройти рентгенографию, передаются на вход рентгеновской установки 13 типа ИМАЖЕКС ГА-27.

Рис.3.71. Схема комплексной автоматической установки ИМАЖЕКС СТ-96: 1-приёмный конвейер, 2-конвейер для подачи покрышек на установку голографического контроля, 3-покрышка, 4-питающее устройство; 5,14-микропроцессоры, 6-установка голографического контроля, 7-головной калькулятор, 8-выходной конвейер, 9-участок сбора отбракованных покрышек, 10-участок устранения дефектов шин, 11-участок сбора годных покрышек, 12-направляющие плужки, 13-рентгеновская установка.

3.3 Технологический процесс производства ездовых камер

Технология ездовых камер включает изготовление камерных, вентильных и клеевых смесей, подготовку вентилей, профилирование и стыковку камерных заготовок, вулканизацию камер и заключительные операции. Камерные смеси на основе непредельных каучуков изготавливают в две стадии и тщательно очищают на червячных машинах с фильтрующими и стрейнирующими головками, которые снабжены сетками для удаления посторонних включений, агломератов неразмешанных каучуков и техуглерода. Смеси на основе БК изготавливают при увеличенном на 10-15% объёме загрузки материалов и повышенной на 10-25^оС температуре смешения на первой стадии. При переходе с непредельных каучуков на БК смеситель тщательно чистят смесью из БК-1675 и техуглерода для камерной смеси в соотношении 100:75, так как из-за больших различий в скорости вулканизации они несовместимы с БК и резко ухудшают механические показатели резин на его основе.

Перспективная технология изготовления камерных смесей - это линии двухстадийного смешения с предварительным подогревом БК до 45^оС и применением на первой стадии смесителей с объёмом камер 0,63м³, 0,37м³ и 0,27м³, а на второй - 0,37м³ и 0,27м³ с регулируемой частотой вращения роторов и тепловыми станциями. Продолжительность изготовления маточных смесей в РС-250 при объёме загрузки 0,185-0,205м³, температуре смесителя 90^оС и частоте вращения роторов 40об/мин составляет 6 минут, а смесей второй стадии при частоте вращения роторов 30об/мин - 2,5 минуты. Температура выгрузки смеси первой стадии во избежание порообразования не должна превышать 170^оС, а смеси второй стадии во избежание подвулканизации - 110^оС.

Стрейнирование маточных смесей сразу после первой стадии, чтобы избежать их дополнительного разогрева, проводят через комплект трёх сеток: опорной с размером отверстий 2мм и двух рабочих - 1 и 0,5мм при охлаждении головки, червяка и цилиндра во избежание подъёма температуры выше 175^оС. Предпочтительна передача смесей по схеме смеситель-вальцы-стрейнер, а вылежка перед второй стадией способствует повышению их качества.

Стрейнирование готовых смесей после второй стадии связано с повышением требований к чистоте резин для тонкостенных ездовых камер и проводится на фильтрпрессах типа МЧТ-250-Л-СБ (конструкция плавающей гильзы) перед шприцеванием камерных рукавов. Производительность машины и температура выходящей из головки смеси зависят от степени её засорённости, поэтому очистка готовой смеси не исключает необходимости предварительной очистки маточных смесей. Во избежание подвулканизации стрейнированная горячая смесь без задержки подаётся транспортёром на вальцы с фрикцией 1:1,07 для охлаждения до 95-105^оС и гомогенизации с последующей передачей прямым потоком на питательные вальцы камерного агрегата. Внедрение процесса очистки готовых смесей позволяет уменьшить их повторную переработку на камерном агрегате в 3-5 раз и снизить уровень брака ездовых камер по дефекту "посторонние включения". Оптимальные параметры стрейнирования - частота вращения червяка 30-40об/мин, температура цилиндра 25-35^оС, червяка 55-65^оС, головки 110-120^оС и питающей резиновой ленточки 85-90^оС. Для облегчения чистки перфорированного диска стрейнера перед началом работы его смазывают 1-2% раствором силиконовой эмульсии.

Профилирование камерных рукавов должно обеспечивать получение качественных заготовок стабильных размеров, а применение БК, позволяющего выпускать более тонкостенные рукава, ужесточает требования к ним по габаритам. Величина колебаний основных параметров шприцевания зависит от конструктивных особенностей, степени износа и режима работы оборудования, при этом наиболее важна стабильность трёх взаимосвязанных параметров процесса - производительности, давления и температуры. Выбор температуры головки экструдера зависит от её конструктивных особенностей и склонности резиновой смеси к подвулканизации, устойчивые смеси позволяют увеличить её до 120^оС, что улучшает качество поверхности и снижает усадку заготовок, а более склонные - требуют более низких температур. Очень важны для стабильности заготовок постоянство температурного режима профилирования и режима работы камерного агрегата, а также однородность пласто-эластических свойств каучука и резиновой смеси. Оптимальный режим работы камерного агрегата достигается при увеличении заполнения нарезки червяка экструдера питающей резиновой ленточкой и уменьшении вытяжки рукава (не более 5%) на его транспортирующих устройствах и механизмах. Перед профилированием неоднородных по свойствам смесей обеспечивают эффективную гомогенизацию их на вальцах, а для устранения вытяжки заготовок проводят постоянную корректировку скоростей движения транспортёров системой автоматического их согласования с учётом изменения усадки. Однородность смесей повышают путём использования партий БК-1675Т с расхождением показателей вязкости по Муни не более 5ед. На питающих вальцах должен сохраняться небольшой постоянно поддерживаемый запас резиновой смеси. Для предотвращения слипания стенок шприцуемого рукава внутреннюю поверхность продувают тальком или слюдой, а наружную - сухим или мокрым талькированием. Исключается попадание влаги внутрь заготовок рукава, а хранятся они в развёрнутом виде на полках стеллажей и в книжках-тележках. Хладотекучесть БК не допускает укладку заготовок друг на друга или свисание с полок концов рукавов, хранение их до 24ч обеспечивает повышение на 20% прочности стыка, а выше 24ч - приводит к дефектам "утонение стенок" по месту сгиба.

Подготовка вентилей проводится с целью обеспечения требуемой прочности связи с резиной путем очистки латунных корпусов от загрязнения маслом и продуктами коррозии с последующим травлением в кислотах для удаления оксидной плёнки и активации поверхностного слоя. При щёлочно-кислотном способе очистки корпуса вентилей обезжиривают в 10% растворе кипящей щёлочи, промывают и травят в концентрированном растворе HNO₃, либо HCl+HNO₃ (царская водка), либо H₂SO₄+HNO₃ (меланж) и окончательно промывают в химически очищенной воде или конденсате. При ультразвуковом способе очистки корпуса вентилей обрабатывают в 2-4% растворе NaOH при 70^оС в течение 5мин при частоте колебаний вибратора 20кГц и промывают в химически очищенной воде. На некоторых шинных заводах применяют только щелочной или только кислотный способ, что не даёт надёжной очистки. При щелочном способе обезжиривают в 5-10% кипящем растворе NaOH или Na₂СO₃ в течение 7-10мин с последующей промывкой. После промывки корпусов с них удаляют влагу в сушильных шкафах при 65-70^оС либо в центрифугах, обдув магистральным сжатым воздухом неприемлем из-за наличия в нём следов масла и влаги; после этого на некоторых заводах применяют клеевые покрытия на основе СКИ-3 и НК. Зарубежные фирмы используют для очистки вентилей химические и электрохимические методы, а для повышения прочности связи с металлом покрывают очищенные корпуса адгезивами типа "Хемосил".

Обрезинивание вентилей на отечественных шинных заводах проводят методом прямого крепления вентильной резины к металлическому корпусу. Заготовки для резинового основания вентилей имеют форму колец, нарезанных из толстой профилированной трубки вентильной смеси. Металлические корпуса вентилей вставляют в гнёзда специального пресса и на них накладывают резиновое кольцо, а после вулканизации у резиновых оснований (фланцев) обрезают кромки, шерохуют их и промазывают клеем со стороны камеры и укладывают на поддоны для сушки. Прочность связи резины с металлом корпуса зависит от продолжительности сушки, которая для 20% клея из смеси на основе хлорбутилкаучука НТ 1068 составляет 20-25мин. Применяют две схемы установки шерохованных и промазанных резиновым клеем вентилей: на шприцуемый рукав в линии камерного агрегата и на камерные заготовки после снятия их с агрегата и завершения технологической вылежки. За рубежом обрезинивают вентиля методом литья под давлением на литьевых автоматах, что является наиболее прогрессивным. Преимущества метода литья - исключается шприцевание заготовок вентильной смеси, автоматизировано управление процессом обрезинивания, сокращаются время вулканизации и отходы смеси на выпрессовки и обеспечивается стабильная и высокая прочность связи резины с корпусом вентиля при производительности 1000-3000шт/ч.

Стыковка камерных заготовок относится к наиболее ответственным операциям, так как качество стыка является важнейшей эксплуатационной характеристикой камер, а дефекты стыка наиболее распространены и в процессе их производства, и при эксплуатации. Пневматические стыковочные станки ССК обеспечивают небольшую прочность стыка - 45-55% от прочности резины. Автоматизированные стыковочные станки фирм "Мидленд Дизайнинг" (Англия) и "ВМИ-ЕПЕ" (Голландия) с гидравлическим приводом прижимного устройства и подвижного рабочего стола имеют универсальные обрезиненные прижимные матрицы, горизонтальный способ резки и механизм отбора обрезков концов заготовок (табл.3.30). Гидравлические стыковочные станки отличаются от пневматических способом формирования шва, ограничивая его объём резиновыми полосами зажимных матриц и боковых упоров, что позволяет повысить давление стыковки и прочность соединения без образования "гребня". Новые отечественные станки ССКБ-350 и ССКБ-670 с гидравлическим приводом и горизонтальным движением ножей обеспечивают прочность стыка на уровне 80-100% прочности резины.

Таблица 3.30.

Технические характеристики стыковочных станков

Стабилизация стыка камерных заготовок проводится по беговой части и боковинам методом охлаждения с целью предотвращения его расхождения в процессе формования и вулканизации камер. Не рекомендуется использование усилительных ленточек из обрезиненных тканей, так как они могут отслоиться или стать причиной недопрессовки или пузырей под ней. Метод охлаждения наиболее экономичен, позволяет снизить материалоёмкость и трудоёмкость процесса, улучшить внешний вид камер и культуру производства. Для этого беговую часть стыка помещают на трубку, через которую циркулирует хладагент (фреон, растворы хлоридов кальция или натрия). Охлаждённая зона стыка имеет высокую вязкость, практически не растягивается при последующем формовании и поэтому сохраняет повышенную толщину стенок, определяет дисбаланс и положение тяжёлой точки. Продолжительность охлаждения стыка соответствует циклу вулканизации камеры, а переохлаждение может привести к дефекту "наплыв по стыку" или конденсации влаги и дефекту "недопрессовка".

Формование камерных заготовок осуществляют на шаблонах, расположенных вертикально (для легковых шин) или в наклонном (для грузовых шин) положении. На первой стадии формования подают воздух в заготовку до 80-90% диаметра профиля прессформы с последующей выдержкой сформованной заготовки на шаблоне, а на второй стадии формуют до 95% диаметра профиля прессформы давлением воздуха 0,2-0,3МПа. Применение повышенного давления воздуха при формовании вызывает локальные утонения стенок камеры. Вентиль камеры герметизируют, а камеру осматривают для выявления посторонних включений и пузырьков. Общая продолжительность формования - на уровне цикла вулканизации, так как укороченное время вызывает неравномерную вытяжку заготовок с локальным утонением стенок, а слишком продолжительное - провисание их на шаблоне, что вызывает образование складок или защемление (закус) камер прессформой. Формующие устройства не располагают вблизи горячих прессформ, а местный нагрев или охлаждение заготовок от вентиляционных систем не допускается.

Вулканизация ездовых камер - в индивидуальных вулканизаторах (ИВК), а отличительной особенностью оборудования лучших зарубежных фирм является применение для нагрева прессформ пара более высокого давления (1,6МПа) и повышенных параметров теплоносителя в зоне вентиля. На отечественных заводах в зависимости от типа каучука и размера камер вулканизацию проводят при 155-190^оС с односторонним обогревом со стороны прессформ, а продолжительность цикла определяют по времени оптимума для резины под фланцем вентиля как наиболее трудно прогреваемой зоны. Односторонний обогрев и применение пара давлением 0,6-0,8МПа отрицательно сказываются на качестве камер из БК. При 170-175^оС продолжительность вулканизации камер из БК такая же, как из каучуков общего назначения при 160-165^оС, а повышение температуры до 200^оС обеспечивает дальнейшую интенсификацию режимов вулканизации. Применение двухстороннего обогрева за счёт подачи пара внутрь ездовой камеры позволяет уменьшить режимы на 5% легковых и на 10% грузовых камер, но это может вызвать повреждение внутренней части стыка и образование складок и ухудшает условия труда. Более эффективен способ выравнивания температуры в трудно прогреваемой зоне под фланцем путём подачи дополнительного теплового потока на 3-6мин через латунный корпус вентиля от электронагревателя, установленного на нижней полуформе. Такое устройство зонного обогрева интенсифицирует режимы вулканизации камер на 12-25% без повышения температуры греющего пара при одностороннем обогреве, а также повышает прочность соединения резины с вентилем на 37-70% и стабилизирует показатели прочности их связи.

Линии вулканизации грузовых и легковых камер ЛВА-1, ЛВК-330 и ЛВА-2 позволяют проводить перезарядку одной прессформы без прерывания вулканизации в остальных, а процессы формования, загрузки, вулканизации и выгрузки в них автоматизируются. По техническому уровню они превосходят зарубежное оборудование и не имеют аналогов, по сравнению с ИВК позволяют повысить производительность труда в 3-4 раза, сократить производственные площади, снизить металлоёмкость и расход энергоносителей. Применение ЛВА позволяет повысить стабильность качества и уменьшить степень влияния рабочего на ведение технологического процесса, а доля ручного труда ограничивается укладкой заготовки на устройство охлаждения стыка и её одеванием на шаблон питателя линии. Вулканизаторщик имеет стационарное рабочее место, исключающее хождение и контакты с горячим оборудованием, а с ликвидацией централизованного участка стыковки заготовок и конвейера для их транспортировки и вылежки устраняются перевалочные операции и создаются условия для внедрения манипуляторов.

Заключительные операции включают автоматическую разгрузку камер на транспортёр, движущийся вдоль станков для поддувки их воздухом и монтажа золотников и станков для изгиба вентилей и установки на грузовых камерах мостиковых шайб, и разбраковку по внешнему виду и герметичности. Для проверки герметичности используют метод погружения в воду наполненной воздухом камеры, эффективность которого зависит от площади отверстия, через которое происходит утечка воздуха, степени наполнения камеры, конструкции ванны, скорости прохождения через неё и способа обнаружения пузырьков. Малоэффективны установки контроля герметичности типа МИК без механизмов для деформации погружённых в воду камер, применяемые на большинстве заводов, так как могут не выявить проколы диаметром менее 0,6мм или дефекты в системе золотник-вентиль. Установки с механизмами захвата, которые растягивают камеры по мере их погружения и продвижения по ванне, и установки с двумя параллельными рядами приводных роликов, через которые проходит испытываемая камера, подвергаясь знакопеременным деформациям растяжения-сжатия, более эффективны.

Установки контроля герметичности камер методом погружения в воду занимают значительные производственные площади, энерго- и металлоёмки, поэтому на некоторых заводах применяют визуальный контроль по изменению габаритов поддутых и сложенных в стопки камер. Такой контроль ненадёжен, особенно при небольших утечках воздуха. Предложен контроль герметичности камер с ввёрнутым золотником методом вакуумирования до полного слипания их стенок с последующим визуальным наблюдением за их разъединением при проникновении воздуха. Вакуумирование камеры достигается на 15-20% быстрее, чем наполнение воздухом, а время вылежки для выявления негерметичности вакуумированных камер составляет 3-4ч в стопках не более 15шт в каждой, что упрощает контроль, повышает производительность и сокращает производственные площади. После проверки герметичности камеры подаются к станкам для монтажа колпачков и далее автоматически навешиваются на конвейер для подачи на участок комплектации шин.

3.4 Технологии производства велосипедных шин

Велошины подвергаются при эксплуатации воздействию озона, кислорода воздуха, солнечного света и погодных условий, поэтому покровные резины должны быть устойчивы к ним. Резина протектора должна быть устойчива к истиранию и механическим воздействиям и обладать прочностью при растяжении не менее 13МПа при относительном удлинении не менее 450%, а боковины - быть устойчивы к многократным деформациям изгиба.

Каучуки для велорезин - изопреновые, бутадиен-стирольные и комбинации их с полибутадиенами. Для больнинства составов белых и цветных декоративных боковин применяют НК и его комбинации с каучуками общего назначения, заправленными нетемнеющими противостарителями фенольного типа. Цветные резины на основе НК из-за низкой атмосферостойкости при хранении и эксплуатации, что приводит к появлению на их поверхности сетки трещин, имеют низкую износостойкость, поэтому для них рекомендуют применять озоностойкие каучуки, например этиленпропиленовые. Однако такие резины с минеральными наполнителями имеют низкие прочностные свойства и прочность связи с армирующими материалами, поэтому разрабатывают резины на основе комбинаций СКИ-3 и СКД с озоностойкими каучуками. Повышенные требования к технологическим свойствам вызваны особенностями производства велорезин - высокие скорости экструдирования заготовок малой толщины. Переработку СКИ-3 и СКД затрудняют их низкая каркасность и когезионная прочность и большая усадка (рваная кромка, колебания калибра), а устраняют эти недостатки добавкой бутадиен-стирольного термоэластопласта ДСТ-30.

Рецептуростроение цветных резин - это правильный выбор состава и дозировки наполнителей, мягчителей и вулканизующей группы для достижения заданного уровня светостойкости, физико-механических и эксплуатационных свойств. Широко применяют кремнезёмы, каолин, мел, оксиды металлов, сульфаты и сульфиды металлов (литопон). В последние годы ведут работы по модификации поверхности минеральных наполнителей, в первую очередь коллоидной кремнекислоты (белой сажи), с целью приближения по свойствам к печному техуглероду. Мягчители цветных резин должны быть без примесей серы, смол и гетероциклических соединений азота, иметь как можно более светлый цвет, малую непредельность и минимальное количество летучих, содержать не менее 75-80% парафинонафтеновых и 15-20% ароматических углеводородов. Наиболее перспективный способ окрашивания по массе - введение высокодисперсных пигментов на фоне белых пигментов с высокой разбеливающей способностью, из них наилучшей является рутильная форма титановых белил (табл.3.31). Соединения, придающие цвет резинам, должны хорошо совмещаться с каучуками, равномерно распределяться в резиновой смеси, не мигрировать на поверхность, обладать термостабильностью при вулканизации и светостабильностью при атмосферных воздействиях. Появилась тенденция к замене неорганических пигментов органическими азокрасителями. Рекомендуются пигменты: жёлтый прочный К, золотисто-жёлтый прочный, оранжевый прочный К, оранжевый К, а перспективны - чисто-голубой фталоцианиновый, ярко-зелёный фталоцианиновый и красный 5С.

Таблица 3.31. Физико-химические и оптические свойства белых пигментов

Основной армирующий материал для каркаса покрышек дорожных велосипедов - велотред, представляющий собой ткань с прочными нитями основы и слабым утком и обладающий высокими значениями удлинения при разрыве, разрывной и ударной прочности, сопротивления многократным деформациям и теплостойкости. Он может состоять из хлопчатобумажных, шёлковых, полиамидных, полиэфирных и поливинилспиртовых (винол) волокон. Винол превосходит хлопчатобумажные нити на 50% по прочности и в 2,5 раза по удлинению, но чаще применяют ткань 113 КНТС-О с основой из капроновой термостабилизированной нити марки А и утком из хлопчатобу-мажной пряжи. Первые две цифры марки ткани обозначают разрывную нагрузку, третья - различие по плотности основы и утка, К - капроновая ткань, Н - без водной обработки, С - содержит стабилизатор, О - одностренговые нити. Капроновый велотред пропитывают составом меньшей концентрации, чем корд для автомобильных шин, с целью снижения его жёсткости, затем его отжимают, сушат в камерной сушилке при температуре 115-140^оС не менее 240с и направляют на термообработку. Покрышки с велотредом из капроновых нитей основы на 6-7% легче и прочнее покрышек с хлопчатобумажным велотредом 20/4 и обеспечивают повышенную комфортабельность езды. Каркас спортивных шин изготавливают из одиночных хлопчатобумажных нитей структуры 91/6 и шёлковых № 0 и 1. Однопроволочный металлокорд диаметром проволоки от 1,6 до 2,5мм и разрывной прочностью 1,4-1,9кН/мм² с цинковым, медным или латунированным покрытием применяют для бортовых колец покрышек. На специальном станке проволоку перематывают на катушки со скоростью 56м/мин, рихтуют для снятия остаточного напряжения и рубят на заготовки определённой длины для изготовления колец на специальном автомате. Резиновые смеси изготовляют на типовом оборудовании, но для цветных смесей, чтобы обеспечить получение яркой и чистой окраски, необходим отдельный участок смешения, отделённый от основного цеха.