摘要:本文介绍我国轮胎模具的制造和清洗技术，轮胎模具在制造过程中的表面处理尤为重要，利用稀土复合渗表面处理技术可以以国产碳素塑料模具钢和低合金塑料模具钢替代昂贵的高合金精密塑料模具钢制造轮胎模具。大大降低生产成本。模具清洗方法中以干冰清洗法效果最佳，可在不损伤模具和无污染的前提下清洗细小的排气孔。并大大降低操作人员的劳动强度。

轮胎模具对轮胎外观质量有着举足轻重的作用。近年来，轮胎工业的迅猛发展给轮胎模具业提供了广阔的市场空间，使轮胎模具业得以快速发展。本文简要介绍我国轮胎模具制造和清洗技术。

1、轮胎模具行业发展概况

中国橡胶工业协会模具分会统计显示，13家会员单位2006年模具现价工业总产值11.69亿元，利税总额2.1亿元，分别同比增长18. 83%和45. 76。2010年，出口销售中杭州中策、山东玲珑、中国佳通3家轮胎企业出口创汇首次突破50亿元大关。我国轮胎模具行业取得了较好成绩，发展速度明显加快。

轮胎模具在近十几年获得了高速发展，年增长速度达到20%左右，从20世纪80年代成功研制出第1批子午线轮胎活络模具开始，我国轮胎模具制造技术日趋成熟。进入21世纪，随着我国汽车制造业的迅猛崛起，轮胎模具制造业更获得了前所未有的发展机遇。

经过几十年的发展，轮胎模具已从两半模发展到活络模，模具结构从简单发展到复杂，模具材料从铸铁发展到铸钢、铸铝和合金铸钢，模具制造工艺从简单的手工、机械化加工发展到五轴五联动数控加工，模具设计和制造水平得到很大提高，轮胎模具行业呈现出产销两旺的大好局面，促进了投资力度加大。同时，依靠技术改造和技术创新，轮胎模具的新技术、新工艺和新产品不断涌现，轮胎模具企业加快了向高新技术企业迈进的步伐。目前，轮胎模具生产企业有100多家，其中达到较大规模的企业有30多家，年生产能力在2亿元以上的企业有两家(广东巨轮模具股份有限公司和揭阳市天阳模具有限公司)，年生产能力1～2亿元的企业有两家(沈阳子午线轮胎模具有限公司和山东高密模具机械有限公司)，此外，常州市天阳橡塑模具有限公司、河南环球模具股份有限公司、绍兴县轮胎模具有限公司、天津天合轮胎模具有限公司和宁国市王子精品模具有限公司等20多家企业也已形成较大的生产能力。中国加入WTO，机遇与挑战并存，中国模具行业面临的形势则是机遇大于挑战。一方面模具的进出口得到高速发展，另一方面大量外资涌入中国的模具行业。大量外资涌入将产生两方面效应:①外资涌入不仅带来资金，也带来技术与市场;②外资企业在市场中处于优势地位，给国内民族企业带来更大的竞争压力。这两方面效应都将促使中国模具行业快速发展。近年来，国家产业政策一直把模具列为需要支持的产品，将模具行业列为需要扶持的行业，这也促进了模具行业的快速发展和模具市场的繁荣昌盛。

 

2、轮胎模具制造技术

2.1材料选择与处理

轮胎模具的材料、热处理及表面强化处理是影响其性能和寿命的主要因素。

(1)材料选择

为保证原材料的致密度和纯净度，轮胎模具一般采用国产优质塑料模具钢制造。

(2)热处理

轮胎模具的工作条件较恶劣，特别是子午线轮胎活络模具型腔及主要零部件长期处于高温腐蚀性工作环境中，且承受各种复杂应力作用。因此，轮胎模具基体应具有较强的韧性和良好的力学性能，表面应具有优异的耐磨、耐腐蚀和抗咬合性能。模具基体的强韧性通过预先热处理工艺获得，特定的预先热处理工艺可使模具基体的晶粒均匀细化，从而使模具具有较高的强度和韧性及较佳的切削性能，为模具最终的表面强化处理提供良好的金相组织。经强韧化处理后的轮胎模具毛坯，布氏硬度为200～230HB。

(3)表面强化处理

轮胎模具在化学腐蚀性环境中以及热、压力和摩擦作用下工作，因此要求其型腔表面光滑，表面轻度磨损或表面形态恶化均会造成模具失效。对轮胎模具进行表面强化处理的主要目的是在基体原有性能的基础上赋予表面新的性能，使模具表面耐腐蚀、耐磨损、耐热疲劳、抗粘附、抗热咬合和可多次修整。

稀土复合渗是在气体加氧软氮化的基础上发展的铼一氧一氮一碳元素同时渗入模具表面的表面改性技术，模具表面处理后呈光泽的灰蓝色，既能发挥基体材料的力学性能，又能达到使用要求，并掩盖基体材料表面缺陷，延长轮胎模具使用寿命。

实践证明，由于稀土元素锌特殊的原子结构和活性，使其不仅能渗入钢的表面，而且能在表面层中形成一定的浓度梯度。稀土复合渗技术有以下几个特点。

·强韧化预先热处理使模具基体的晶粒细化，细化晶粒的相界面增大，为表面强化处理提供了更好的渗入条件。

·稀土元素在表面强化处理过程中起到催渗和微合金化双重作用，对提高渗速、改善轮胎模具表面微观组织结构及力学和化学性能有着重要的作用。

·稀土复合渗表面改性提高了模具的使用性能和工作寿命。稀土复合渗是一种兼具先进性和经济性的表面强化技术，除用于轮胎模具以外，在其它橡胶塑料制品模具领域也有着广阔的应用前景。

实践证明，通过热处理及表面强化处理，可以采用碳素塑料模具钢(S45C或S50C)及低合金塑料模具钢(35CrMo或40Cr)替代昂贵的精密塑料模具钢(P20,718或2738)，制造出使用性能良好和寿命较长的轮胎模具，并可降低轮胎模具制造成本，提高其市场竞争力.

2.2制造工艺

20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具行业提出了越来越高的要求，也为其发展提供了动力。轮胎模具行业在近几年进入了一个更新设备、产品升级的发展时期。随着科技的发展，特别是微机控制技术在模具加工上的应用，电火花蚀刻工艺替代了传统的手工刻模工艺;配置先进的软件和设备后，可运用三维CAD/CAM技术对曲面造型进行加工仿真和刀路校验，在对三维实体进行模拟加工后，再由由众多加工策略支持的三轴数控机床完成电极与模具加工。加工过程中全自动数控电火花机床的分度误差为士20”，深度误差小于0.01 mm。

轮胎模具的数控制造系统发展迅速，CAD/CAM系统可通过特征识别或图形交互输入的方法获取模具特征信息，从而迅速地设计出相应部件;基于尺寸驱动的参数化造型技术使模具总体结构设计和修改快捷、方便，模具质量也更为可靠，并缩短了生产周期，使企业能够快速适应市场变化，大大增强了应变能力。

轮胎模具的数控制造系统主要由数据库、计算机网络、设计中心、三坐标测量仪、数控机床、电火花加工机床、雕刻机和加工中心等组成，其主要工艺技术如下。

(1)快速原型体系

轮胎模型参数由三坐标测量仪直接测得，即将轮胎置于三坐标测量仪工作台面上，由测量头测得离散点的坐标值并输入数据库。

(2)数据库体系

将三坐标测量仪测得的各组轮胎离散参数存放在网络数据库内。

(3)产品设计中心

产品设计中心根据数据库模具信息，虚拟出不同的轮胎模具并仿真。

(4)电极加工

通过网络输送，将数据库中的数据在网络终端处理后，由先进的软件处理系统在计算机上进行加工仿真和刀路校验，在EV18加工中心或KB1000CNC数控铣床上进行电极加工。此过程中操作人员不必编程，只需输入命令，就可完成电极整体的三坐标加工。

(5)电火花滚花

在淘汰手工刻模工艺的基础上，滚花技术由兴起不久的HY-100A单片机控制的半自动电火花机床加工进一步发展到全自动电火花加工，常用的全自动电火花加工设备主要有SD-006电火花机床等。全自动电火花加工过程中除装卸工件需由人工完成外，其余均由计算机控制，可实现一人多机甚至无人现场操作的现代化加工，大大降低劳动力成本。

(6)雕刻机刻字

轮胎模具上的标注和厂名同样采用雕刻机直接在滚花后的工件上雕刻而成，加工过程采用自动控制，不仅生产效率高，而且废品率低。

 

3、轮胎模具清洗技术

轮胎模具的清洗技术备受关往，目前应用较多的是物理(机械)清洗法和化学清洗法，但它们都有不可弥补的缺陷。超声波清洗法、激光清洗法和干冰清洗法等新兴技术已在轮胎模具清洗领域得到应用。下面对这些清洗技术做简单介绍。

(1)物理清洗法

物理清洗法主要是用砂布、钢丝或用干式喷砂法清洗轮胎模具。这是一种成熟的清洗方法，被轮胎行业广泛采用，具有简单易行及对设备和工具要求不高等优点，但清洗过程对模具腔体的棱角损伤较大，会缩短模具寿命，同时也极易造成模具排气孔堵塞。清洗时须拆装模具，劳动强度高且清洗周期长。

(2)化学清洗法

化学清洗法主要包括有机溶剂法、熔融法、酸法和碱法等，具有操作方便和费用低等优点。但长期使用会腐蚀模具，从而直接影响产品的外观和质量。由于清洗所用的药剂会污染环境并损害操作人员的健康，因此必须配备完备的劳保手段和污染物处理设备。目前，该清洗方法主要在小型橡胶制品企业使用。

(3)超声波清洗法

由于其适用范围有限且操作不方便，无明显优势。

(4)激光清洗法

激光清洗法是近10年飞速发展的一种新型清洗技术，在许多领域中逐步取代了传统清洗法。

激光清洗技术采用高能激光束照射工件表面，由于清洁基片(也称为母体)与表面附着物(污物)对某一波长激光能量的吸收因数差别很大，辐射到工件表面的激光能量大部分被表面附着物吸收，附着物受热汽化蒸发或瞬间膨胀，并被表面形成的蒸汽流带动，脱离物体表面。与传统的物理清洗法、化学清洗法和超声波清洗法(湿清.洗工艺)不同，激光清洗无需使用任何破坏臭氧层的有机溶剂，且无污染、无噪声，对人体和环境无害，是一种绿色清洗技术。

激光清洗时，由于模具只吸收特定波长的激光，吸收的能量极小，不会对模具造成损伤。激光清洗法主要分为以下几种。

·激光干洗法。采用脉冲激光直接辐射去污。

·激光加液膜法。先在基体表面沉积一层液膜，然后用激光辐射去污.

·激光加惰性气体法。在激光辐射的同时，用惰性气体吹扫基体表面，污物从表面剥离后，立即被气体吹离表面，以避免表面被再次污染和氧化。

·激光辐射使污垢松散后，再用非腐蚀性化学方法清洗。

目前常用的是前3种方法。第4种方法仅见用于石质文物的清洗中。激光清洗的优势在于高效、快捷、成本低、工件产生的热量小、不会损伤工件、废物可回收、无环境污染、安全可靠和不损害操作人员健康，可以清除各种不同厚度、不同成分的污物，清洁过程易于实现自动化和远距离控制。但激光清洗设备投资高，操作人员必须具有较高的技术水平，同时技术被国外垄断，在技术服务和配件供应等方面受到限制。

(5)干冰清洗法

干冰清洗技术是通过干冰制造机(干冰制备机、干冰造粒机、干冰制粒机)将液态二氧化碳制成直径为2～14mm的干冰颗粒，再通过以压缩空气为动力源的干冰喷射清洗机（干冰喷射机、干冰清洗机、干冰喷射器、洗模机、模具清洗机）将干冰颗粒以较高速度喷射到被清洗物体表面，使被清洗表面的污垢冷冻至脆化及爆裂(当干冰粒钻进污垢和模具裂缝后，随即汽化，体积瞬间膨胀近800倍)，从而将污垢带离物体表面。

轮胎生产厂使用干冰清洗法清洗轮胎模具有以下优点。

·可在硫化机上直接清洗热轮胎模具，无需冷却和取下模具即可完成清洗任务，容易实现在线清洗;

·不损伤模具，无残留物。

·可以清洗细小的排气孔，这是其它清洗方法无法做到的。

·无毒、无刺激、无环境污染。

·劳动强度低且清洗周期短。

喷射清洗机可配备多种规格的喷枪以清洗多种污垢和各种表面。干冰造粒机和干冰喷射机可以配套组装在一起现场使用，也可以将干冰预先造粒后，贮存于密封容器中，运至清洗施工现场，装入喷射清洗机中使用。贮存于密封容器中的预制干冰颗粒一般可以保存7-10d。

干冰清洗工艺参数如下。

干冰颗粒直径                    2～14 mm(一般为3mm)

干冰颗粒密度                    1.3～1.5 Mg·m^-3

干冰喷射温度                    -78. 5℃

干冰射流压力                    0.3～1.7MPa

工作场所二氧化碳最高体积分数    0.005

目前，干冰清洗技术在国外广泛应用于许多领域，用于传统清洗方法由于受所用清洗化学品限制而无法涉足的领域，如航空和电器行业等。

可以看出，在目前的轮胎模具清洗方法中干冰清洗法效果最佳。

 

4结语

随着“十一五”期间轮胎工业的快速发展和轮胎子午化率的不断提高，轮胎模具，特别是子午线轮胎活络模具生产能力还严重不足，同时随着轮胎企业对模具的精度、质量和寿命以及交货期的要求越来越高，模具企业的压力越来越大。在新形势下，模具企业应突出以发展为主题，以市场为导向，以改革和技术创新为动力，以结构调整为主线，在国家产业政策的指导下，大力推进行业组织结构优化和产业结构升级，加快发展市场急需的重点产品，以期早日具有较强的国际竞争力。