成品轮胎粘合强度样品制备装置的研制

摘要：轮胎粘合强度是评价轮胎界面结合性能的核心指标，其样品制备的精度与效率直接影响测试结果可靠性与研发周期。本文聚焦成品轮胎粘合强度样品制备装置的设计原理与技术突破，系统阐述其模块化夹持系统、分层切割算法与智能化控制架构。

关键词：成品轮胎 粘合强度 样品制备装置

中图分类号：TQ336.1 文献标识码：[A]

引言

轮胎作为多层复合材料（橡胶/帘布/钢丝）的典型代表，其层间粘合强度直接决定轮胎的耐久性与安全性。然而，成品轮胎的异形曲面结构（如胎侧波浪形截面）、材料硬度梯度（胎面胶（60-80）HA vs 胎体胶（40-50）HA）以及内部增强层分布（如带束层与胎体帘线交错），使得传统手工切割方法面临三大挑战：传统样品制备依赖手工切割与机械定位，存在效率低（单件耗时≥20分钟），且依赖操作者经验；切口质量不稳定（粗糙度Ra＞6.3μm）等问题，难以满足高性能轮胎质量检验检测及研发需求。本文提出一种集成高精度夹持、动态切割控制与数据协同的制备装置，通过技术创新解决复杂结构轮胎的标准化样品制备难题。

1.轮胎粘合强度测试的重要性分析

轮胎由胎面、带束层、帘布层等多层复合结构组成，粘合强度直接影响层间抗剥离能力，关系到高速行驶中轮胎抗形变与抗爆裂性能。测试可验证胎冠与胎体等关键部位的结合可靠性，避免因粘合失效导致胎面剥离或胎体分层等安全隐患‌。在极端工况（如紧急制动、高速过弯）下，粘合强度不足易引发胎侧开裂或钢丝帘线脱离，通过标准化测试可提前识别潜在风险‌。此外，轮胎需承受车辆自重、行驶冲击力及路面摩擦力的复合载荷，粘合强度试验通过模拟剪切力与拉伸力作用，量化层间材料结合力，确保轮胎在动态载荷下的结构稳定性‌。

2.粘合强度试样要求及传统制样方法的弊端

2.1粘合强度试样要求

（一）胎冠试样

（1）去掉胎侧部分，对称于胎冠中心且取试样，斜交轮胎试样宽宜为（30±0.5）mm；子午线轮胎试样宽宜为（32±0.5）mm，试样长度不小于150mm，如图1所示。

（2）将试样上胎面胶花纹部分去掉，保证轮胎胎面基部胶厚度不大于6mm。

（3）轮胎断面宽度大于185mm的，试样的有效剥离长度应不小于100mm;断面宽度为185mm及以下的，试样的有效剥离长度应不小于60mm，剥离面的中心点位于胎冠中心。

（二）胎侧试样

在轮胎对称部位的胎侧位置并沿轮胎径向切取，试样尺寸同胎冠试样。

2.2传统制样方法的弊端

目前轮胎粘合强度样品的制作是将其固定在台虎钳上，使用壁纸刀沿带束层宽度方向移动裁切，在壁纸刀移动时无法做到一次切口成型、成型阻力大容易跑偏，易造成划伤，样品制作过程存在尺寸误差大、表面粗糙度大、效率低等问题。

3.成品轮胎粘合强度样品制备装置的原理、功能与设计目标‌

3.1装置设计原理

粘合强度测试通常采用剥离试验（如180。或90。剥离），要求样品具有精确的尺寸和清洁的分离界面。装置的设计原理主要基于确保轮胎样品在制备过程中能够保持一致的粘合强度测试条件。需要满足高精度的切割以确保样品尺寸；稳定夹持为避免轮胎样品在切割过程中移动，影响样品质量；自动化控制以减少人为误差，提高制备效率。通过精确的定位、机械控制和调节，实现对轮胎样品带束层间粘合强度的准确评估。

3.2‌核心功能‌

成品轮胎粘合强度样品制备装置主要用于从成品轮胎中切割、分离标准化的粘合强度测试样本，确保样品尺寸精度（如试样宽度误差≤0.5mm）及界面完整性（无分层或帘线损伤）。

3.3‌设计目标‌

（1）提高样品制备尺寸误差质量：确保样品尺寸精度（如试样宽度误差≤0.5mm）。

（2）提高样品表面粗糙度（Ra≤3.2μm）及断面完整性。

（3）提升制备效率：通过模块化夹具和自动化切割路径规划，单件样品制备时间≤10分钟。

（4）确保测试可靠性：通过动态夹紧力控制（0.5-3）MPa和切割参数优化，保障样品粘合界面的物理特性与原始轮胎一致。

4.成品轮胎粘合强度样品制备装置的结构与关键技术

4.1采用气动结构设计

（一）气动驱动系统

采用压缩空气驱动气缸完成切割动作，结合弹簧限位装置实现快速响应和高重复性，适用于连续试样制备。

（二）一体机

所述机体的前侧具有一缺口，所述缺口的两端连通外部。

（三）取样台

取样台与一体机前侧缺口的底壁固定连接，取样台上设置精度为0.1mm的纵向和横向刻度尺，将被事先裁切成块状的成品轮胎置于取样台上。

（四）夹紧装置

在取样台纵向两侧设置两个夹持面，夹持面采用高强度合金材料制造，通过气缸驱动实现双向夹紧力。夹持面通过锥形楔块的斜面配合，在气压作用下产生自锁效应，确保夹持稳定性。支持一键式快速夹紧/释放，通过脚踏开关或PLC程序控制，简化操作流程。夹紧时样品轴线与切割方向对齐，夹持压力通过力传感器实时反馈调节，施加径向压力范围为 （‌0.5-3）MPa‌，防止切割过程中样品位移或变形，夹持区域设置定位标记，避开钢丝层或帘线密集区（如带束层边缘），避免夹紧时损伤轮胎内部结构‌。

（五）激光定位装置

激光定位装置置于一体机缺口的顶部。激光定位技术通过光学原理实现在橡胶等柔性材料制样时的非接触式测量。激光束直径可控制在数十微米级别，结合实时动态校准算法，可实现高精度定位误差，满足复杂结构的高精度裁切需求。通过轨迹规划与激光束能量控制，可精准执行异形胎面花纹等精细图案的定位与加工，切口平整无毛刺。

（六）裁切装置

裁切装置置于一体机缺口的顶部，安装导向结构，包括两个对称设置的钢板和活动支柱，用于支撑和导向直线模组。导向结构上安装有与导向结构垂直设置的直线模组，直线模组上的滑块上安装刻刀，刻刀的刀面设置有两个向内凹陷的弧形结构。

滑块装置包含包括限位架、滑槽、限位块和调节件等部件，用于调节刻刀位置，进而能够保证刻刀插入深度，并使刻刀在进入带束层侧部时不会因为阻力上行，保证裁切深度的一致性。刻刀沿着激光光束进行裁切。集成直线模组驱动刻刀，支持分层渐进切割（每层深度≤0.3mm），适用于复合层材料（如橡胶+帘布）。

4.2关键技术

（1）动态压力反馈调节‌

（2）裁切参数可调节，如可设置裁切深度、裁切速度等，集成压力传感器（量程<0-10>kN，精度±0.3%），实时监测刻刀下压力，结合胎面材料硬度动态调整刺入速度，避免因材料弹性差异导致的深度超差。

（2）运动轨迹导向‌

在刻刀刺入轮胎多层结构（如橡胶层、钢丝帘布层）时，导向结构通过精密机械配合（如导柱、导套）引导刻刀沿预设路径运动，避免因材料弹性差异导致的切割偏移，保障刺入深度误差≤0.1mm‌

（3）高硬度合金刀具‌

采用碳化钨合金刀具（硬度≥90 HRA），结合自适应角度调节单元，确保切割多层复合结构时刀口无分层或材料撕裂。‌

5.样品制备流程

（1） 轮胎预处理：清洁表面，去除灰尘、脱膜剂等污染物；标记切割区域（通常选择胎侧或胎冠部位）。

（2） 用切割机将轮胎切割成包含标记切割区域的合适块状尺寸。

（3） 将（2）所述块装样品安装在气动夹具上，结合激光定位调整切割位置。

（4） 设定裁切参数（包含裁切宽度、深度、速度），启动裁切程序。

（5） 如有需要，使用专用工具分离胎面与帘布层，确保界面清洁。

（6） 去除毛边，修整边缘。

6.样品制备装置的优势

（1） ‌操作效率高‌：通过机械自动化控制，显著提高样品制备效率。

（2） ‌精度高‌：能够精确控制刻刀的插入深度和侧口宽度，确保测试结果的准确性。

（3） ‌安全性高‌：采用机械自动化操作，减少人工操作带来的安全风险。

综上所述，成品轮胎粘合强度样品制备装置的研制需要综合考虑设计原理、装置构成、操作流程、装置优势以及注意事项等多个方面。通过精确的设计和制造，可以实现对轮胎样品带束层间粘合强度的准确评估，为轮胎质量控制和改进提供有力支持。

参考文献

[1]卢明星;周贺飞;侯晓倩;张晓军.一种用于制作轮胎层间粘合强度用样品的工具[P]中国CN202222121422.7 ，2023-01-24.