СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ПНЕВМАТИЧЕСКИХ ШИН
METHOD OF MANUFACTURING LARGE-SIZE PNEUMATIC TIRES

Изобретение относится к шинной промышленности и может быть использовано при изготовлении пневматических шин карьерных крупногабаритных (КГШ) и сверхкрупногабаритных (СКГШ), сельскохозяйственных, шин сверхнизкого давления и для машин высокой проходимости.
Известен традиционный способ изготовления пневматических шин (И.А. Осошник, О.В. Карманова, Ю.Ф. Шутилин. "Технология пневматических шин". ВГТА. Воронеж. 2004), при котором собирают заготовку пневматической шины, состоящую из каркаса с бортовыми кольцами, герметизирующим слоем и боковинами, брекера, подканавочного (подушечного) слоя и протектора, затем ее формуют и вулканизуют в пресс-форме вулканизатора.
При изготовлении шины известным традиционным способом во время ее вулканизации в процессе формирования рисунка протектора течением протекторной резиновой смеси в углубления гравировки рабочей поверхности пресс-формы увлекается (перетекает) резиновая смесь протекторного и подканавочного слоя в глубокий рисунок формующей матрицы (покрышечной пресс-формы), смещаются нити корда и кромки брекера (фиг. 1А), в результате происходит деформация каркаса и подушечного слоя, нарушается однородность шин, отклонение от правильной заданной тороидальной формы каркаса, возникают волнистости, снижаются эксплуатационные качества, долговечность и ремонтопригодность, особенно шин с глубоким расчлененным рисунком протектора КГШ и СКГШ для внедорожных автомобилей и сельхозтехники.
Для устранения этих недостатков предложен способ изготовления крупногабаритных пневматических шин (патент №294304), включающий сборку и формирование каркаса, наложение подушечного (подканавочного) слоя и протектора, формование и вулканизацию, в котором для улучшения качества готовой шины за счет предотвращения деформации каркаса и подушечного слоя при формовании и вулканизации, наложение протектора осуществляется последовательным нанесением на поверхность каркаса с подушечным слоем предварительно отформованных из сырой резины отдельных элементов рисунка протектора.
Этот способ не обеспечивает стабильное и надежное качество крепления, расположения каждого грунтозацепа и требуемого уровня однородности шин.
Известен также способ изготовления пневматических крупногабаритных шин (патент РФ 2552412), при котором шину изготавливают в два этапа.
На первом этапе изготавливают неполную заготовку шины-модуль, включающий все элементы шины без протектора, собирают каркас с бортовыми кольцами и утоненными боковинами, накладывают слои брекера и подканавочный слой, затем осуществляют подвулканизацию полученного модуля в пресс-форме с гладкой рабочей поверхностью с профилем, приближенным (соответствующим) профилю готовой шины без протектора, на втором этапе шерохуют внешнюю поверхность модуля, на нее накладывают протекторную заготовку, оставшиеся части боковины и производят окончательную вулканизацию собранной шины в пресс-форме с рабочей поверхностью, соответствующей рисунку протектора готовой шины. При этом течение протекторной резиновой смеси в углубления рисунка не вызывает каких-либо смещений других элементов шины, положение которых зафиксировано подвулканизацией заготовки шины на первом этапе (фиг. 1Б).
Однако этот способ очень трудоемкий и энергоемкий - проведение вулканизаци в дополнительной гладкой малой пресс-форме, далее охлаждение подвулканизованного модуля, транспортировка на другое предприятие, шероховка и подготовка всей наружной поверхности модуля, промазка клеем, просушка и наложение протектора, части боковин и, наконец, формование и окончательная вулканизация.
Кроме того, после частичной подвулканизации шины-модуля происходит сшивание элементов, деталей каркаса и брекера, армирующих материалов (кордов) с обкладочными резинами на молекулярном уровне и это не позволяет проводить качественного формования, вытяжки каркаса и брекера (прессовки) для обеспечения надежного и достаточного крепления элементов протектора и боковин на втором этапе. Это приводит к возникновению дополнительных внутренних напряжений в элементах шины (между армирующими материалами и обкладочными резинами) и соответственно, к неоднородности шины.
Все вышеназванные способы являются затратными как по трудоемкости, так и по энергоемкости и не обеспечивают требуемого уровня качества шин..
Согласно предлагаемому способу изготавливают кольцевую протекторную заготовку шины в покрышечной пресс-форме (матрице), которая предварительно установлена в вулканизаторе. Кольцевая протекторная заготовка может быть выполнена как из сырой (невулканизованной) резиновой смеси, так из подвулканизованной резиновой смеси. Кроме того, она может быть выполнена как из протекторной части, так и с наложением части из подканавочного (подушечного) слоя.
Сформованная резиновая готовая кольцевая протекторная заготовка с одной стороны (внешней) полностью повторяет рисунок протектора шины по покрышечной пресс-форме (формующей матрицы), а с другой стороны (внутренней) имеет кривизну в меридиональном сечении приближенную к внешней кривизне собранной шины-модуля (по короне модуля) также в меридиональном сечении. Покрышечная пресс-форма (матрица) может быть, как секторная, так и с экваториальным разъемом.
Изготавливают (собирают) неполную заготовку шины-модуля, включающую все элементы шины без протектора, собирают каркас с бортовыми кольцами и боковинами, формируют его, накладывают слои брекера и полностью (частично) подканавочный (подушечный) слой. Полученную заготовку шины-модуля перемещают для установки в покрышечную пресс-форму с кольцевой протекторной заготовкой заранее сформованной в ней. Затем проводят формование и вулканизацию собранной шины.
На этой стадии течение протекторной резиновой смеси в углубления рисунка протектора отсутствует и не вызывает каких-либо смещений других элементов шины.
При таком решении обеспечивается прочное, надежное крепление по зоне короны шины-модуля с кольцевой протекторной заготовкой по беговой части шины.
Протекторную резиновую смесь, необходимую для формирования беговой части шины, возможно накладывать на тороидальный дорн экструдерами несколькими слоями или отдельными деталями.
Для обеспечения свободного отрыва тороидального дорна от сформованной готовой кольцевой протекторной заготовки возможно выполнять его из полимерных материалов или с нанесением на рабочую поверхность дорна полимерных покрытий.
Для облегчения процесса затекания и формования кольцевой протекторной заготовки, дорн с наложенной протекторной резиновой смесью предварительно перед установкой в покрышечную пресс-форму (матрицу) допускается подогревать до температуры 90-110 град. Разогрев покрышечной пресс-формы происходит в первый цикл вулканизации, далее пресс-форма при правильной организации производства, как правило не требует дополнительных разогревов.
Окончательную вулканизацию собранной шины осуществляют известным формовым диафрагменным или бездиафрагменным способами.
Вогнутая внутренняя поверхность готовой кольцевой протекторной заготовки в меридиональном сечении может иметь предпочтительно радиус кривизны бОльше, чем наружный радиус кривизны готовой заготовки шины-модуля в том же меридиональном сечении. Это необходимо для уменьшения вероятности захвата воздуха при формовании в зонах контакта шины-модуля и кольцевой протекторной заготовки.
На вогнутой внутренней поверхности кольцевой протекторной заготовки желательно сформировать продольные и поперечные канавки для отвода (эвакуации) воздуха из зоны контакта шины-модуля и резиновой кольцевой протекторной заготовки.
Максимальный наружный диаметр шины-модуля по экваториальному сечению должен быть меньше максимального внутреннего диаметра готовой кольцевой протекторной заготовки по экваториальному сечению и должен обеспечивать возможность максимально точной установки шины-модуля в покрышечной пресс-форме (матрице) с кольцевой протекторной заготовкой.
Для улучшения и точности загрузки и установки шины-модуля, в покрышечную пресс-форму (матрицу) с кольцевой протекторной заготовкой возможно применение дополнительных устройств для увеличения внутреннего экваториального диаметра кольцевой протекторной заготовки по ее верхней кромке.
Изобретение обеспечивает изготовление шины повышенной однородности, долговечности, работоспособности и ремонотопригодности при минимальных затратах, а также повышение производительности при изготовлении шин за счет сокращения времени при одновременной сборке шины-модуля и кольцевой протекторной заготовки шины, Также возможна подвулканизация кольцевой протекторной заготовки в покрышечной пресс-форме.
При предлагаемом техническом решении происходят минимальные перемещения в собранной шине-модуле, элементов покрышки (слои каркаса, брекера, подканавочного слоя), которые в основном определяют геометрическую и силовую неоднородность шины.
Особенностью предлагаемого способа является возможность производства различных моделей карьерных крупногабаритных и сверхкрупногабаритных шин одного типоразмера, отличающихся конструкцией рисунка протектора (насыщенностью и глубиной) без изменений конструкции брекера (числа и расположения обрезиненных слоев).
Способ осуществляется следующим образом.
На тороидальный дорн навивается или накладывается другим способом протекторная резиновая смесь, в количестве определяемом объемом конструкции (рисунка) протектора покрышечной пресс-формы (матрицы) и назначением шины. Как правило применяется для этих целей высокомодульные резиновые смеси.
Далее дорн с резиновой смесью перемещается в открытую покрышечную пресс-форму и закрепляется. Производится изготовление кольцевой протекторной заготовки путем сжимания, смыкания элементов покрышечной пресс-формы или разжимания тороидального дорна до полного контакта резиновой смеси с элементами беговой части покрышечной пресс-формы (матрицы). При этом происходит затекание и перетекание (формование) резиновой смеси в глубины рисунка протектора пресс-формы (матрицы). Затем покрышечная пресс-форма открывается, дорн сжимается и удаляется из покрышечной пресс-формы (матрицы), в которой остается резиновая кольцевая протекторная заготовка. Внутренняя поверхность полученной кольцевой протекторной заготовки представляет из себя плавную тороидальную поверхность, которая должна быть приближенна к наружному профилю шины-модуля.
Возможно исполнение кольцевой протекторной заготовки двумя методами:
Для покрышечных пресс-форм с экваториальным разъемом.
После установки и фиксирования дорна с резиновой протекторной смесью в открытой покрышечной пресс-форме с экваториальным разъемом, производится установка по плоскости разъема полуформ специального технологического кольца. Производится полное смыкание полуформ покрышечной пресс-формы, далее дорн с резиновой протекторной смесью раздвигается, разжимается в экваториальном направлении и происходит формование и формирование кольцевой протекторной заготовки. Специальное технологическое кольцо предназначено для возможности разделения по экваториальной плоскости сформованной кольцевой протекторной заготовки при открытии, размыкании покрышечных полуформ. Такое техническое решение позволяет раскрыть полуформы покрышечных пресс-форм с экваториальным разъемом при минимальных деформациях готовой кольцевой протекторной заготовки в области грунтозацепов и шашек рисунка протектора. Конструктивные размеры специального технологического кольца определяются высотой рисунка протектора и подканавочного слоя, размерами шины, а также прочностными механическими свойствами самого материала технологического кольца. Для снижения вероятности залипания сырой протекторной резиной смеси возможно выполнение специального технологического кольца из полимерного материала.
Возможно проведение частичной подвулканизации кольцевой протекторной заготовки. Затем производится размыкание полуформ и покрышечная пресс-форма открывается, дорн сжимается и удаляется. Объем резиновой смеси наложенной на дорн для одной и той же шины в зависимости от метода исполнения кольцевой протекторной заготовки отличается в зависимости от величины (степени) разжимания дорна. Специальное технологическое кольцо удаляется и вместо него возможно установление кольца, которое отличается от специального кольца только одним конструктивным параметром - высотой кольца равным высоте рисунка протектора по центральному экваториальному сечению.
Для секторных покрышечных пресс-форм.
После установки дорна с резиновой протекторной смесью в открытой секторной покрышечной пресс-форме происходит сближение, одновременное смыкание секторов беговой части пресс-формы и всей покрышечной пресс-формы. Все части секторов покрышечной пресс-формы (матрицы), которые определяют рисунок протектора входят в контакт с наложенной резиновой смесью на дорне и выдавливают резиновую смесь, формируя рисунок протектора покрышки по всему поперечному профилю (меридиональному сечению). Происходит формирование кольцевой протекторной заготовки. Сырая резиновая смесь проникая, затекая в грунтозацепы, шашки рисунка покрышечной пресс-формы закрепляется в них и фиксирует кольцевую протекторную заготовку.
В зависимости от конструктивных возможностей покрышечной пресс-формы, возможен еще вариант изготовления кольцевой протекторной заготовки, когда тороидальный дорн с резиновой протекторной смесью устанавливается в секторную пресс-форму, производится полное сближение (смыкание) секторов. Далее закрывается верхняя покрышечная полуформа. Производится разжимание тороидального дорна с резиновой смесью в экваториальном направлении. Происходит затекание резиновой смеси в шашки, грунтозацепы беговой части покрышечной пресс-формы. После формирования кольцевой протекторной заготовки верхняя полуформа поднимается (открытие пресс-формы), далее дорн сжимается и удаляется без резиновой протекторной смеси из покрышечной пресс-формы.
Наружный диаметр тороидального дорна и объем резиновой протекторной смеси для одной и той же шины, определяются вышеописанными способами изготовления кольцевой протекторной заготовки.
Возможно проведение частичной подвулканизации протекторной кольцевой заготовки. Возможен вариант, когда после открытия покрышечной пресс-формы тороидальный дорн несколько разжимается в экваториальном направлении для дополнительного закрепления кольцевой протекторной заготовки в секторной покрышечной пресс-форме. Затем дорн также сжимается и удаляется.
Далее или одновременно с процессом изготовления кольцевой протекторной заготовки, на сборочном станке известным способом изготавливается (собирается) сырая шина-модуль, содержащая каркас с герметизирующим слоем и бортовыми кольцами, брекер, боковины, подканавочный (подушечный) слой из низкомодульной_резины.
После этого шина-модуль на диафрагменных узлах или иных перемещается и устанавливается в прогретой открытой покрышечной пресс-форме (матрице) с готовой кольцевой протекторной заготовкой в ней. Далее производится смыкание, сближение полуформ, секторов покрышечных пресс-форм, формование, соединение шины-модуля с кольцевой протекторной заготовкой, подача теплоносителей и вулканизация всей шины.
В некоторых случаях из-за больших габаритов шины, собранная сырая шина-модуль в начале устанавливается на диафрагменных узлах, а затем в сборе перемещается в открытую покрышечную пресс-форму, в которой уже установлена сформованная готовая кольцевая протекторная заготовка.
Такая же последовательность операций сохраняется при изготовлении шин диагональной конструкции, как правило в покрышечных пресс-формах с экваториальным разъемом. Допускается отдельное формование собранного каркаса диагональной конструкции до тороидального профиля, наложение слоев брекера, подушечного слоя, а затем перемещение шины-модуля в покрышечную пресс-форму с установленной в ней готовой кольцевой протекторной заготовкой.
Заявляемый способ изготовления пневматических шин может быть также эффективно использован в производстве не крупногабаритных шин, в частности, грузовых и автобусных шин с текстильным и металлокордным каркасом в радиальном или диагональном исполнениях, а также при производстве шин сверхнизкого давления.
Способ изготовления пневматических крупногабаритных и свехкрупногабаритных шин, карьерных и сельскохозяйственных, при котором изготавливают неполную заготовку шины - модуль, включающей все элементы шины без протектора, собирают каркас с бортовыми кольцами и боковинами, формируют каркас, накладывают слои брекера и внутренний подканавочный слой, протектор, проводят формование и вулканизацию, отличающийся тем, что с целью улучшения качества готовой шины за счет предотвращения деформации элементов каркаса при формовании и вулканизации протектор выполняется в виде кольцевой протекторной заготовки, которая предварительно устанавливается в покрышечной пресс-форме, формуется до полного затекания сырой резины в элементы рисунка пресс-формы, с последующим перемещением в указанную покрышечную пресс-форму шины-модуля, ее формованием, соединением с готовой кольцевой протекторной заготовкой.
На фиг. 1 изображены срезы пневматических шин с глубоким расчлененным рисунком протектора универсальным или повышенной проходимости с крупными выступами 1 (грунтозацепами) и широкими выемками между ними в плечевой части, изготовленных с применением "светлой" резины, см. схему подканавочного слоя 2 традиционным (А) и заявляемым (Б) способами, на которых показано затекание резины подканавочного слоя и подъем кромок брекера 3 в зоны расположения выступов рисунка в первом случае (А) и отсутствие этих дефектов - во втором (Б);
на фиг. 2 изображена схема радиального среза шины-модуля, изготовленного на первом этапе производства шины, содержащего каркас 5 с герметизирующим слоем 6, бортовыми кольцами 7, брекер 3, боковины 8, подканавочный слой 9 из низкомодульной резины и с наружным диаметром обеспечивающим свободную установку шины-модуля в покрышечной пресс-форме с готовой протекторной заготовкой.
На фиг. 3 изображен тороидальный дорн 10 с наложенным на него различными методами протекторной резиновой смесью 11. Поперечный профиль и объем наложения резиновой смеси определяется рисунком протектора покрышечной пресс-формы. Тороидальный дорн 10 установлен в закрытой покрышечной пресс-форме с полуформами 12 и 13. После разжимания тороидального дорна положение 10а, резиновая смесь 11а проникает в рисунок и шашки беговой части покрышечной пресс-формы. Проходит формование готовой кольцевой протекторной заготовки. В разъем полуформ покрышечной пресс-формы предварительно устанавливается специальное технологическое кольцо 14.
В готовой кольцевой протекторной заготовке 11а, наружная поверхность повторяет полностью профиль рисунка протектора покрышечной пресс-формы, а внутренняя соответствует профилю наружной поверхности дорна 10.
на фиг. 4 показана раскрытая покрышечная пресс-форма с экваториальным разъемом с двумя полуформами 12, 13, с технологическим кольцом 14 и готовой кольцевой протекторной заготовкой разделенной на две половины и закрепленной в полуформах покрышечной пресс-формы.
На фиг. 5 показано соединение кольцевой протекторной заготовки 11а, с шиной-модулем 15 установленной на вулканизационной диафрагме в сомкнутой покрышечной пресс-форме. Для полного контакта шины-модуля с кольцевой протекторной заготовкой в вулканизационную диафрагму подают сжатый воздух до 6 атм. Затем для вулканизации в диафрагму подают пар или перегретую воду. Покрышечные пресс-формы, как правило устанавливаются в форматорах-вулканизаторах или в автоклавах. После проведения процесса вулканизации, сброса параметров (избыточного давления пара, перегретой воды, воздуха), охлаждения готовой покрышки открывается верхняя полуформа покрышечной пресс-формы и готовая шина извлекается известным способом.
На фиг. 6 изображена схема секторной покрышечной пресс-формы в которой открывается верхняя полуформа 16, разжимаются сектора 17 беговой части покрышечной пресс-формы в радиальном направлении. Для изготовления шины в открытую секторную покрышечную пресс-форму устанавливается дорн 10 с резиновой протекторной смесью 11, далее происходит радиальное сближение секторов 17 и верхней полуформы 16.
На фиг. 6а сектора 17 входят в контакт с резиновой протекторной смесью и формируют готовую кольцевую протекторную, путем затекания резиновой смеси в шашки (грунтозацепы) беговой части покрышечной пресс-формы.
Фиг. 6б Далее открывается (поднимается) верхняя полуформа 16, сжимается тороидальный дорн 10 и удаляется из покрышечной пресс-формы. Сектора 17 покрышечной пресс-формы, остаются в том же положении с готовой кольцевой протекторной заготовкой 11а. Затем устанавливается шина-модуль 15, закрывается (опускается) верхняя полуформа 16 и проходит соединение кольцевой протекторной заготовки 11а, с шиной-модулем 15. (см. фиг. 5). Как вариант сектора 17 могут после формирования кольцевой протекторной заготовки и открытии полуформы 16 могут несколько разжиматься в радиальном направлении с кольцевой протекторной заготовкой.
На фиг. 7 изображен вариант изготовления кольцевой протекторной заготовки в той же пресс-форме, в случае когда сомкнуты (сведены) сектора 17 покрышечной пресс-формы. Корректируется наружный диаметр тороидального дорна 10 и соответственно объем резиновой смеси 11, которые обеспечивают возможность загрузки тороидального дорна с резиновой смесью в покрышечную пресс-форму.
Фиг. 7а устанавливается тороидальный дорн с резиновой смесью и закрывается верхняя полуформа 16.
на Фиг. 7б происходит разжимании в экваториальном направлении тороидального дорна 10 с резиновой смесью до полного ее контакта с беговой частью покрышечной пресс-формы.
Фиг. 7в после формирования кольцевой протекторной заготовки дорн 10 сжимается. Далее открывается верхняя полуформа 16, дорн удаляется, (см. Фиг. 6б).
Далее устанавливается шина-модуль 15, закрывается верхняя полуформа и производится процесс соединения кольцевой протекторной заготовки с шиной модулем за счет формования шины-модуля. Для выгрузки готовой шины открываются верхняя полуформа и сектора покрышечной пресс-формы после чего шина удаляется.