Процесс производства шин: смешивание, сборка, вулканизация и функции оборудования

Производство шин представляет собой цепочку из семи связанных операций, и последовательность имеет большее значение, чем любая отдельная машина: смешивание смесей, подготовка компонентов посредством экструзии и каландрирования, резка и предварительное формование, изготовление шин, вулканизация и окончательный контроль, при этом обработка материала и проверка качества выполняются параллельно со всеми этими операциями. Короткий ответ на вопрос, где качество выигрывает или теряется, таков: цех смешивания решает, на что способна шина, а вулканизационный пресс решает, получит ли завод за это деньги.

Это не маркетинговый язык. Согласно данным о составе, опубликованным Ассоциацией производителей шин США, одна легковая шина содержит около 200 сырьевых материалов и более дюжины отдельных резиновых смесей. Каждый состав имеет свою собственную последовательность смешивания, температурный интервал и срок хранения. Каждый компонент имеет свой размерный допуск. Состав, который оставляет смеситель на 5 градусов по Цельсию слишком горячим, сгорит при хранении задолго до того, как достигнет строительного барабана. Зеленая шина, вес которой превышает 2 процента на строительной станции, может не успеть затвердеть в плечевой зоне, и никакие последующие проверки этого не исправят.

Диапазоны в этом руководстве отражают обычную практику на заводах по производству легковых, грузовых и внедорожных шин. Относитесь к ним как к практическим ориентирам, а не к фиксированным правилам, поскольку точные цели зависят от состава, формы и машины.

Микшерская комната устанавливает потолок качества шин

На большинстве заводов смешивание представляет собой двухэтапную работу. На этапе маточной смеси сырой каучук, технический углерод или диоксид кремния, технологические масла, оксид цинка и защитные средства смешиваются во внутреннем смесителе, обычно с камерой объемом от 160 до 370 литров и массой партии от 150 до 350 кг. На последнем этапе смешивания система отверждения добавляется при гораздо более низкой температуре, обычно ниже 110 градусов по Цельсию, поскольку ускорители и сера начинают реагировать выше этого порога.

Два числа определяют, годна ли партия: температура разгрузки и то, насколько равномерно эта температура распределяется по камере. Соединения, богатые натуральным каучуком, обычно сбрасывают при температуре от 140 до 155 градусов Цельсия. Составы протектора SBR и BR с высоким содержанием BR работают при более высоких температурах, часто от 150 до 165 градусов по Цельсию, в то время как составы на основе диоксида кремния требуют контролируемого удержания в диапазоне от 145 до 155 градусов по Цельсию, чтобы реакция силанового соединения имела время для завершения. Короткая резка с целью экономии времени цикла окупается позже в виде ухудшения дисперсии и более высокого сопротивления качению.

Точность взвешивания представляет собой меньший риск. Массовый технический углерод обычно дозируется с точностью до 0,5 процента от заданного значения, масла - с точностью до 0,2 процента, а небольшие химикаты, такие как ускорители, сера и активаторы, - с точностью до 1 грамма или лучше. Ошибка в 3 грамма ускорителя выглядит тривиальной для партии весом 250 кг, но она смещает время поджига и кривую отверждения таким образом, что проявляется в виде непостоянной твердости в течение смены.

Взвешивание и подача перед смесителем заслуживают отдельного рассмотрения: от небольших дозировок химикатов до последовательности загрузки; этот сайт объясняет Основные функции предшествующего оборудования смесителя более подробно. После окончательного смешивания смесь раскатывают, охлаждают и оставляют для созревания, обычно от 8 до 24 часов, чтобы технический углерод и вулканизирующие вещества окончательно диспергировались. Укладка состава при температуре выше 40 градусов по Цельсию перед охлаждением может привести к прилипанию, ожогам и блокировке ленты.

Смесительная мельница Резиновый материал втягивается в зазор между роликами с разной линейной скоростью под действием трения между двумя противоположными вращающимися роликами. Материал ствола подвергается... Посмотреть продукт →

Этот этап раскатывания выполняется на открытом смесительном стане. Зазор между валками, температура валков и способ резки полосы и ее поворота в рулон определяют, поступает ли лист на линию охлаждения с постоянной толщиной. Практической проверкой на выходе из смесителя является показатель дисперсии по тестовой таблице выше 95 процентов в сочетании с показаниями счетчика отверждения, которые остаются в одном и том же окне от партии к партии. Если кривая отверждения отклоняется, причина обычно кроется в взвешивании или журнале температур разгрузки, а не в поставщике резины.

Деформация, охлаждение и предварительное формование: маленькие шаги с дорогостоящими отказами

Прежде чем составу придать какую-либо форму, он обычно проходит через сито. Фильтр с горячей подачей пропускает теплый состав через сито размером от 60 до 120 меш при температуре головки от 70 до 90 градусов Цельсия, улавливая затвердевшие комки, металлические примеси, волокна и остатки мешков. Деформация обходится дешевле по сравнению с альтернативой, которая представляет собой прокол внутреннего вкладыша или отделение ленты, которое появляется только на ширографическом изображении после отверждения.

Резиновый фильтр горячей подачи Резиновый фильтр горячей подачи/Hot feed extruder set mixing, filtration, film in one, saving labor, efficient. Suitable for rubber, plastic, all kinds of elastomer filtratio... Посмотреть продукт →

Следующим идет охлаждение, и его часто недооценивают. Линии периодического охлаждения погружают лист в водяную баню, а затем подвешивают для стекания и охлаждения с целевой температурой ниже 40 градусов Цельсия перед штабелированием. Охлаждение – это больше, чем просто логистика: оно предотвращает преждевременный запуск системы отверждения и предотвращает сварку компаунда в непригодные для использования плиты.

Последним этапом подготовки материала является предварительное формование, то есть вырезание из составной полосы взвешенной заготовки. Прецизионные преформеры с холодной подачей режут заготовки с контролируемым объемом или весом, обычно удерживая вес заготовки в пределах 1,5–2 процентов. Этот допуск имеет значение, поскольку вес заготовки приводит к исправлению поведения позже, а заготовка, у которой заканчивается срок службы, оставляет полость формы голодной, в то время как пресс все еще работает в полном цикле.

Между деформированием, охлаждением и предварительным формованием завод обычно теряет больше производительности из-за обработки, чем из-за скорости машины. Липкий состав, ручная укладка и неравномерная ширина полос — все это незаметно замедляет работу линии, и исправление обычно заключается в сочетании контроля температуры и схемы конвейера, которая не позволяет операторам прикасаться к горячему составу.

Экструзия и каландрирование: формование компонентов до изготовления шины

Профили протектора и боковин экструдируются. Типичная линия протектора имеет длину винта от 90 до 150 мм, температуру ствола от 50 до 80 градусов Цельсия и температуру головки от 80 до 100 градусов Цельсия. Профиль оставляет матрицу набухшей, а затем сжимается по мере охлаждения, поэтому конструкция матрицы должна компенсировать примерно 10–25 процентов разбухания матрицы и 5–15 процентов усадки, в зависимости от состава и скорости отрыва.

Хорошо проложенная леска удерживает готовую толщину протектора в пределах около 0,5 мм и ширину в пределах около 2 мм. Толщина протектора за пределами этой полосы меняет профиль плечевой зоны и перемещает путь нагрева во время отверждения, что одновременно проявляется как изменение толщины отвержденного материала и дополнительные затраты на материал.

Вместо этого слои кузова, ремень и внутренние вкладыши подвергаются каландрированию. Четырехвалковый каландр наносит резину на текстильную или металлокордную ткань толщиной от 0,4 до 1,2 мм, обычно в пределах 0,02-0,05 мм по всей ширине, при этом расстояние между кордами контролируется в пределах 0,5 мм. Если покрытие с одного края становится тонким, корд частично обнажается, и вероятность выхода шины из строя в этом плече возрастает. Поэтому калибр проверяется от края до края, а не только в середине рулона.

Режущее оборудование находится между экструзией, каландрированием и сборкой. Лист, полоса и слой обрезаются по длине под углами, повторяющими геометрию готовой шины. Выравнивание лезвия и точность угла среза в доли градуса имеют большее значение, чем ожидает большинство покупателей, поскольку перекошенный срез слоя требует затрат материала на каждую отдельную шину и проявляется в виде отклонений в стыках готового продукта.

Производство шин: где учитываются все допуски

Сборка — это этап сборки: борта, внутренний вкладыш, слои кузова, ремни, боковины и протектор помещаются на барабан с помощью машины для сборки шин. Цикл легковых шин длится от одной до трех минут, тогда как грузовые шины требуют больше времени и часто требуют двухступенчатой ​​машины с отдельным ремнем и протекторным барабаном.

Три измерения показывают, как работает строительная линия: вес сырой шины, биение компонента и расположение стыков. Большинство заводов поддерживают вес сырой шины в пределах 1 процента от запланированного, биение в пределах примерно 1 мм и стыки слоев или ремней с определенным зазором. Зеленый вес шины является лучшим сигналом раннего предупреждения. Зеленая шина с избыточным весом тратит впустую дорогостоящий компаунд и продлевает цикл отверждения, тогда как шина с недостаточным весом обычно означает, что какой-то компонент недостаточен или отсутствует где-то в стопке.

Tack — еще одна переменная, которая никогда не появляется в таблице данных, но определяет ежедневный объем производства. Слишком остывший или слишком старый компаунд не прилипает, стыки открываются внутри пресса, и операторы компенсируют это давлением руки, которое невозможно повторять из смены в смену. Контроль температуры в помещении на уровне 20–30 градусов по Цельсию и использование предварительно отформованных заготовок в течение нескольких часов после резки повышает качество сварки больше, чем любая регулировка отдельной машины.

Лечение: давление, температура и мочевой пузырь, стоящий за ними

Затвердевание превращает зеленую шину в готовую. Неспеченную шину загружают в вулканизационный пресс, внутри него надувают баллон и переносят тепло от формы наружу и от среды баллона внутрь. Температура пресс-формы составляет от 150 до 180 градусов Цельсия. Внутренней средой обычно является насыщенный пар или азот при давлении от 1,6 до 2,2 МПа, и именно это внутреннее давление прижимает протектор и боковину к выгравированной форме. Потеря давления во время отверждения проявляется в виде легкого протектора, пористости или неполного рисунка.

Время отверждения зависит от размера и состава: примерно от 8 до 15 минут для легковых шин, от 40 до 70 минут для грузовых шин и несколько часов для внедорожных шин больших размеров. Мочевой пузырь – это скорее расходный материал, чем запчасть. Обычный срок службы камер для легковых шин находится в диапазоне от 400 до 600 циклов отверждения и снижается, когда пресс выполняет короткие циклы при высокой температуре. Виды отказов, которые стоит отслеживать, включают утончение уступов, точечные отверстия из-за захваченного воздуха и затвердевание из-за перегретого пара.

Горизонтальная машина для производства подушек безопасности для шин Принцип работы машины для литья под давлением баллонов шин в основном включает процесс термоформования резины, который имеет решающее значение для производства шин. Посмотреть продукт →

Баллоны сами по себе представляют собой формованные резиновые изделия, производимые на специальном оборудовании, таком как машина для производства подушек безопасности с горизонтальными шинами, где точность формы и постоянство толщины стенок определяют, сколько циклов отверждения выдержит готовый баллон. Покупка баллонов только по цене обычно увеличивает стоимость лечения, поскольку баллон, вышедший из строя раньше времени, останавливает пресс и требует ручной очистки формы.

После отверждения многие заводы накачивают шину после отверждения, удерживая ее накаченной, пока она остывает, чтобы ограничить рост и улучшить однородность. Пропуск этого параметра является распространенным сокращением расходов на предприятиях, испытывающих финансовые затруднения, и это проявляется в более высокой конусности и большем количестве балансировочных корректирующих грузов в зоне контроля.

Проверка и единообразие: последний шанс обнаружить дефект

Окончательный контроль обычно представляет собой комбинацию методов: визуальную проверку, рентгенографию для определения расположения ленты и бортов, ширографию на предмет отделений и пузырьков, а также машину для измерения однородности, измеряющую изменение радиальной и поперечной силы, конусность и биение. Заводы по производству легковых шин обычно ограничивают изменение радиальной силы в диапазоне от 70 до 100 ньютонов в зависимости от требований заказчика. Более жесткие ограничения по затратам, более мягкие ограничения по гарантийным претензиям, и правильная линия находится там, где завод действительно может ее удержать.

Рост затрат – это то, что делает логику проверки важной. Сложная проблема, обнаруженная на миксере, стоит одну партию. Тот же дефект, обнаруженный после сборки, требует затрат на компоненты и рабочую силу. Найденный после вулканизации, он стоит всю шину плюс время прессования, за которое можно было бы получить продаваемую единицу. Найденный покупателем, стоимость шины плюс претензия плюс стоимость перевозки. Вот почему серьезные заводы продолжают тратить деньги на контроль смешивания и проверку веса сырых шин, даже когда пресс-отдел запрашивает бюджет.

Распространенные неисправности процесса и где искать в первую очередь

Большинство дефектов шин возникают на одном из четырех этапов: смешивание, экструзия, наращивание или вулканизация. При появлении проблемы самый быстрый путь к ее устранению — сопоставить симптом со стадией, на которой он находится, а затем проверить простейшую физическую причину, прежде чем приступать к рецептам.

Выбор оборудования: что проверить перед подписанием контракта

Независимо от того, производит ли завод шины, восстановленные протекторы, пневматические рессоры или детали из технической резины, результат решают одни и те же вопросы покупки: повторяемость, управляемость и обслуживание после установки.

• Повторяемость: требуйте изменений от цикла к циклу, а не только паспортной мощности. Смеситель, удерживающий температуру разгрузки в пределах 2 градусов по Цельсию, стоит дороже, чем блуждающая камера большего размера.
• Точность взвешивания и дозирования: запросите документированные данные для сыпучих и мелких химикатов, а также узнайте, как система реагирует на засорение подачи или перегрузочный бункер.
• Контроль температуры: на каждом этапе, от смесителя до головки экструдера и пресс-формы, необходимы датчики, расположенные в правильном месте и с установленным временем срабатывания.
• Управление перенастройкой и рецептами: сколько времени занимает изменение состава или размера и сколько рецептов можно сохранить и заблокировать от несанкционированного редактирования?
• Расходные материалы: срок службы баллона, стоимость экрана, износ ножей и срок выполнения каждого из них. Стоимость расходных материалов за лечение часто превышает оплату аппарата.
• Заводские испытания и документация: подтвердите, какие испытания проводятся перед отправкой и какие записи передаются вместе с машиной.
• Реакция послепродажного обслуживания: самый быстрый способ потерять сезон производства — это простаивать оборудование, пока запрос в службу поддержки ждет в очереди.

OTT RubberTech International Trading (Shanghai) Co., Ltd. находится в середине этой цепочки поставок. Компания работает в сфере резинового оборудования более 15 лет и охватывает соединения и вспомогательное оборудование, отдельные машины и комплексные производственные линии , от смесителей, сит, преформеров и экструдеров до оборудования для впрыска, отверждения и обрезки, а также полные линии для подошв, шлангов, уплотнений и теннисных мячей. В нем рекламируется трехдневное ценовое предложение и указывается, что каждая машина тестируется перед упаковкой, что является двумя практическими моментами, когда сменный фильтр или преформер удерживает работающую линию.

Часто задаваемые вопросы: Вопросы, которые чаще всего задают покупатели в процессе производства шин

Сколько времени нужно, чтобы превратить партию компаунда в готовую шину?

После того, как состав созрел, сырая шина изготавливается примерно за одну-три минуты для пассажирского размера и отверждается еще за 8-15 минут, поэтому шина может перейти от заготовки к проверке в течение 30 минут. Реальное время выполнения зависит от смешивания и созревания, поскольку растения обычно удерживают соединение от 8 до 24 часов перед использованием, чтобы дать углеродной саже и вулканизирующим веществам закончить диспергирование.

На каком этапе возникает больше всего дефектов?

Смешивание и пролечивание являются причиной наибольшей доли повторных дефектов у большинства растений. Смешивание контролирует дисперсию, безопасность от ожогов и постоянство кривой отверждения, а отверждение контролирует давление и проникновение тепла. Ошибки при построении обычно видны раньше и их легче исправить, поэтому в совокупности они обходятся дешевле.

Какую температуру и давление на самом деле используют для вулканизации шин?

Температура пресс-формы обычно составляет от 150 до 180 градусов Цельсия, а давление насыщенного пара или азота внутри камеры составляет от 1,6 до 2,2 МПа. Время отверждения варьируется от примерно 8 минут для небольших легковых шин до более часа для грузовых и внедорожных шин.

Почему вес зеленой шины так важен?

Вес зеленой шины — самый быстрый индикатор того, правильно ли установлен каждый компонент. Растения обычно удерживают его в пределах 1 процента от целевого значения. Шина с большим весом расходует компаунд и может быть недостаточно отверждена в самой толстой части, в то время как шина с недостаточным весом обычно указывает на отсутствие слоя, короткий протектор или легкий пучок бортов.

Насколько точной должна быть система дозирования небольших химикатов?

Практическая цель — 1 грамм или выше для ускорителей, активаторов и серы, при этом сыпучие материалы — в пределах 0,5 процента, а масла — в пределах 0,2 процента. Небольшие химические ошибки изменяют время подвяливания и скорость отверждения, и результирующие различия обычно проявляются в виде непостоянной твердости между партиями, а не в виде явного брака.

Может ли одна линия производить как легковые, так и грузовые шины?

На практике редко. Тоннаж пресса, размер камеры, геометрия барабана, производительность экструдера и время отверждения различаются настолько, что большинство заводов выделяют оборудование одного размера. Попытка использовать оба варианта на одной линии обычно требует времени на переналадку и приводит к появлению дефектов в крайних пределах диапазона размеров.

Какая самая распространенная ошибка при покупке оборудования для переработки резины?

Покупка основана на мощности и цене, игнорируя повторяемость и стоимость расходных материалов. Машина, которая на 10 процентов дешевле, но отличается по температуре, весу или времени цикла, поглотит разницу в ломе, доработках и ручном вмешательстве в течение одного производственного года.

Практический вывод

Процесс производства шин — это не столько машинная проблема, сколько проблема допуска. Каждый этап передает свою ошибку следующему и усиливает ее: ошибка дозировки на 3 грамма становится сдвигом кривой вулканизации, сдвиг кривой вулканизации становится изменением твердости, а изменение твердости становится бракованной шиной, на которую потребовалось время прессования, трудозатраты и состав компаунда.

Для заводов, планирующих новые мощности или замену устаревшего оборудования, порядок приоритетов одинаков. Сначала контролируйте смешивание, потому что дисперсия и температура сброса определяют потолок всего, что будет дальше. Во-вторых, займитесь подготовкой материала и предварительной формовкой, поскольку заготовка и чистый компаунд защищают строительную станцию ​​и форму. В-третьих, контролируйте давление и температуру отверждения. Оставьте проверку напоследок, потому что проверка защищает потребителя, а первые три защищают завод.