用异型钢丝制造子午胎钢丝圈

    改革开放以来，我国的轮胎行业和其它行业一样，发展很快。在引进消化吸收国外先进技术和自主开发相结合的前提下，我国子午线轮胎的生产、研制及开发都取得了很大成绩。很多轮胎生产厂家在如何保证和提高子午胎的质量方面都给予了高度重视，特别是在如何加快轮胎“三化”（即子午线化、无内胎化、扁平化）进程方面作了大量工作。本文将对“无内胎化”轮胎中的一个部件――胎圈钢丝圈谈点个人看法。
    1 用于全钢无内胎载重子午胎的钢丝圈
    目前，就全钢无内胎载重子午胎而言，国内各大轮胎生产厂，不管是正在试制的或已经正式投产的，在全钢无内胎载重子午胎上用的胎圈钢丝圈，全部是用圆断面（Ø1.65mm）胎圈钢丝表面敷胶后制成的斜15°六角形钢丝圈，且钢丝圈的生产流程基本一致，即采用的意大利皮列里(Pirelli)的生产技术，工艺流程为：
    尼龙帘子布、胶料→帘布压延机→敷胶帘子布→裁三纵裁机→多刀纵裁机→重绕机 ↓外购胎圈钢丝、胶料→六角型钢丝圈生产线→斜15°六角形钢丝圈→存放→螺旋包布机→（专用小车）卧式硫化罐预硫化→浸胶浆→干燥→钢丝圈
     同一个技术蓝本，同样的工艺流程，同样的产品（斜15°六角形钢丝圈），用于同一规格的轮胎上（11R22.5），在硫化和使用过程中就可能出现如下同样的问题：
     （1）在硫化过程中，钢丝圈的每根钢丝表面的敷胶要发生流动，使原本斜六角型的钢丝圈无法保留原来断面形状，甚至有的已散乱（可用成品胎取断面进行目检）；
    （2）由于钢丝圈已走形或已散乱，轮胎子口对轮辋的箍紧力将低于设计要求且不稳定。在使用过程中，钢丝圈的钢丝与钢丝之间、钢丝的层与层之间的橡胶不断地被挤压变形，使钢丝圈的几何形状进一步被破坏，轮胎子口对轮辋的箍紧力将继续下降。在汽车行驶，特别是高速行驶过程中，低于设计要求的、持续下降的轮胎子口对轮辋的箍紧力将影响汽车功率的正常传递，也易导致轮胎子口与轮辋发生相对移动，摩擦而生热，使轮胎胎圈部位疲劳损坏，降低了轮胎的使用寿命。
    （3）对全钢无内胎载重子午胎来讲，低于设计要求的、持续下降的轮胎子口对轮辋的箍紧力和轮胎胎圈部位的疲劳损坏，将破坏轮胎胎圈和轮辋之间的气密性，造成全钢无内胎载重子午胎出现漏气现象，使轮胎的承载能力下降，或造成其它事故。
    2 对用异型钢丝制造钢丝圈的初步认识
    1993年笔者在斯洛代克最大的轮胎厂――布霍夫橡胶厂培训学习期间，在生产现场看到该厂购进一种断面为斜15°矩形的成品钢丝圈直接用于胎坯成型。这种钢丝圈采用表面不敷胶、横断面为矩形（断面尺寸3mm*1.5mm）的钢丝多股、多层紧密缠绕成型、薄钢带沿圆周数等分箍紧制成。由于制造钢丝圈用的单股矩形钢丝表面没有敷胶，可以看到其表面镀层颜色与国内现用的圆断面胎圈钢丝镀层颜色一致。
    1994年国内解剖一条法国米其林（Michelin）公司生产的11R22.5全钢无内胎载重子午胎时，发现该条轮胎的钢丝圆是用横断面为矩形（断面尺寸为2mm*1.3mm）的钢丝多股、多层紧密缠绕成型、薄钢带沿圆周数等分箍紧制成的斜15°矩形钢丝圈。
    2000年秋，福建邵武轮胎结构学术研讨会资料介绍：意大利皮列里公司生产的315/80R22.5全钢无内胎载重子午胎的钢丝圈是用自然圆孤扁钢丝（断面尺寸为2.74mm*1.36mm）多股、多层紧密缠绕成型、薄钢带沿圆周12等分箍紧制成。钢丝的排列为6层，每层7根。由于制造钢丝圈用的单股自然圆孤扁钢丝表面没有敷胶，可以看到其表面呈钢丝原色，初步化验结果，钢丝表面没有镀层。
不同类型钢丝圈比较见表1。分析一下表1中的一组数据可得出以下结论：
   （1）重量方面。斜15°矩形钢丝圈的单重是斜15°六角型钢丝圈单重的60%，斜15°四边形钢丝圈的单重是斜15°六角型钢丝圈单重的80%。改用斜15°矩形钢丝圈或斜15°四边形钢丝圈，单条胎就可减重约1-2kg，这对实现全钢无内胎载重子午胎优质轻量化十分重要。
   （2）所占空间。斜15°矩形钢丝圈的横截面积是斜15°六角型钢丝圈横截面积的68%；斜15°四边形钢丝圈的横截面积是斜15°六角型钢丝圈横截面积的91%（均相对于斜15°六角型钢丝圈的钢丝不敷胶的情况而言）。改用斜15°矩形钢丝圈或斜15°四边形钢丝圈，钢丝圈占用的空间相对可减少10%-30%，有利于改善胎圈部位其它零部件的合理布局，可以优化轮胎结构，提高轮胎质量。

表1 不同类型钢丝圈比较

    注：意大利(Pirelli)全钢载重子午胎的相关数据来自东风轮胎集团有限公司设计资料；意大利(Pirelli)全钢无内胎载重子午胎的相关数据来自2000年秋福建邵武子午胎结构学术研讨会交流资料；法国(Michelin)全钢无内胎载重子午胎相关数据来自北京化工研究院94年轮胎解剖交流资料。
   （3）从斜15°六角型钢丝圈的生产工艺路线可看出，其生产工艺流程相当复杂。轮胎厂为了生产斜15°六角型钢丝圈，不仅要配备专用的生产设备、各种专用工器具、专门的生产人员，而且需要多种原料、辅料为其配套，这样将导致轮胎厂的生产成本上升、生产的组织和管理难度加大，对提高轮胎厂的经济效益十分不利。而用异型钢丝制造胎圈的钢丝圈，轮胎厂购进后直接用于胎坯成型，轮胎厂可以节省大量的设备投资及人力物力，提高生产效率和经济效益。
    4 结语
综上所述，由于用异型钢丝制成的斜15°矩形胎圈钢丝圈和斜15°四边形胎圈钢丝圈比用圆断面敷胶钢丝制成的斜15°六角型胎圈钢丝圈具有较好的结构稳定性、抗疲劳性，更适用于全钢无内胎载重子午胎；由于其重量相对较轻，减少了滚动阻力，亦即减少了发动机的功耗，有益于节能；由于其占用的空间相对减少，有利于改善胎圈部位其它零部件的合理布局，优化轮胎结构，提高轮胎质量。所以，在全钢无内胎载重子午胎上，使用用异型钢丝制成的斜15°矩形胎圈钢丝圈或斜15°四边形胎圈钢丝圈，可以加速我国轮胎产品更新换代并积极参与国际市场竞争。为此，我们应该抓紧用异型钢丝制造全钢无内胎载重子午胎钢丝圈的研制工作。
    另外，从目前知道的情况，欧洲发达国家已将异型钢丝制造的钢丝圈广泛用于全钢无内胎载重子午胎，亚洲尚无使用异型钢丝钢丝圈制造全钢无内胎载重子午胎的国家。国内这方面的文献和资料很少，我们自身对用异型钢丝制造的钢丝圈的认识也非常不够，文中不当之处请各位专家学者给予批评指正。