轮胎作为汽车的重要部件,其产品性能直接关系到汽车安全性和稳定性。硫化是轮胎生产中的最后一个环节,对轮胎的产品质量有着直接影响。传统的轮胎硫化工艺是采用蒸汽/过热水加热,通入柔性胶囊中为轮胎内侧提供硫化所需的温度和压力。由于胶囊的导热率极低且寿命有限,导致其硫化效率低、成本高昂。本文提出一种咬合式无胶囊定型硫化工艺,对现在广泛应用的液压硫化机进行改造,取消胶囊式的中心机构,而采用一种上下轮缘咬合机构来代替。在硫化过程中,该机构起到固定胎胚的作用,轮胎内腔采用氮气硫化,直接向预硫化好的生胎气密层通入介质,辅以电磁感应加热外模,取代传统过热水或蒸汽传热介质,提高轮胎硫化效率,轮胎硫化成本大幅减少。主要研究内容如下:(1)针对无胶囊硫化工艺的原理和使用要求,基于255/30R22规格的轮胎,成功设计了一种无胶囊硫化设备——轮缘咬合机构。确定其采用连杆式的执行机构。并对该轮缘咬合机构进行运动学分析及理论计算,以中心机构活塞杆驱动整个咬合机构运动建立数学模型,确定机构的关键设计参数,以满足机构在运动过程中不会发生相对干涉,达到机构装卸胎的目的。通过虚拟样机技术进行运动仿真分析,验证轮缘咬合机构设计的合理性。(2)将传统的中心机构改造为轮缘咬合机构后,通过对硫化机内模整体结构的分析,确定无胶囊硫化机构的密封位置,合理设计整个硫化机内模的密封装置形式,以确保内模密封可靠达到保压的目的。确定外模电磁加热系统方案,对传统结构上的中模套和上下热板进行针对性改造。(3)运用有限元分析软件ABAQUS对硫化工况下轮缘咬合机构的结构受力及机构变形进行仿真分析,对咬合机构的各个部件结构强度进行校核,并根据受力情况对主要受力构件进行结构优化,最终确定轮缘咬合机构的整体设计方案。(4)设计无胶囊硫化的工艺流程,确定整个硫化机的自动化操作步序。开展加热测温实验研究,对比无胶囊硫化工艺与传统胶囊硫化条件下轮胎不同胶料层的温度变化情况,显示在无胶囊硫化工艺条件下,轮胎各层胶料能获得更高的硫化温度和温升速度,具有更高的加热效率,可提高轮胎产品的质量。对胶囊的生产制造工序及生产成本进行分析统计,阐述无胶囊硫化工艺与传统工艺相比,生产成本和设备费用均具有优越性,并且简化了整个轮胎硫化工序。