基于数值模拟的轮胎模具温度场的分析分析

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1、青岛科技大学研究生学位论文1．1轮胎行业发展趋势¨·2’3·4·511绪论我国已经是名副其实的汽车生产大国和消费大国，汽车工业已成为国民经济的支柱产业。2011年中国汽车产销分别为1826．47万辆和1806．19万辆，同比分别增长32．44％和32．37％，其中乘用车产销分别为1389．71万辆和1375．78万辆，同比分别增长33．83％和33．17％：商用车产销分别为436．76万辆和430．41万辆，同比分别增长28．19％茅1129．90％。根据国务院发展研究中心预测，2012年我国宏观经济仍将快速发展，城乡居民生活水平稳步提高，城镇化、工业化进程

2、加快，我国汽车工业仍将呈现较好的发展态势，预计全年汽车市场还会有10％-15％的增长。汽车的发展同时带来了轮胎的发展，最近几年，我国汽车行业的高速发展提升了轮胎行业的景气度，2011年卜11月，全国橡胶轮胎外胎产量达到70885．37万条，比上年增长20．77％，其中，子午线轮胎外胎产量33117．89万条，比上年增长22．37％。2011年，中国轮胎行业继续保持良好发展态势，产品产量快速增长，对外贸易逐步放大，投资规模快速增长。汽车工业的发展离不开轮胎，轮胎的生产离不开轮胎硫化机和轮胎模具，这是一个相互依存的配套关系。首先，汽车产量决定汽车轮胎配套市场的容

3、量，而汽车保有量则决定汽车轮胎替换市场的容量。一般来讲，轿车的轮胎配套系数为5，载重车的轮胎配套系数为7～ll；轿车的轮胎替换系数为1．5，载重车的轮胎替换系数为2一--6。行业研究机构一般依据汽车产量、保有量，按相应的配套系数和替换系数来预测汽车轮胎的国内需求量，其次，轮胎的产量决定轮胎模具的市场需求量，根据经验数据统计，一套子午线轮胎活络模具平均使用寿命约为1．5～2万条轮胎，据此可以测算轮胎模具的市场需求。基丁．数值模拟的轮胎模具温度场的分析研究1．2课题研究的背景及意义“q1¨21随着高速公路的快速增长，汽车行驶的速度也在不断的提高，汽车在高速行驶的

4、状态下，汽车轮胎的外缘尺寸、重量、花纹甚至材料的均匀度等这些微小差异都可能埋下安全隐患，因此，轮胎模具的质量和制造精度乃至轮胎模具上的每一条花纹都直接影响轮胎行驶的动平衡，进而影响汽车行驶的安全性能。国外的活络模的发展比较的早，其发展史史已有40多年，其生产技术及和设计水平都是比较完善和先进的。而我国活络模的推广和应用是在1990年起步的，当然起步晚也是有一定的原因的，轮胎模具行业是集资本密集型、技术密集型于一体的的基础工业，具有较高的技术难度，进入门槛比较高。首先是资金门槛，制造轮胎模具需要配备高精尖的数控加工设备和高速加工设备，掌握数字化设计、数字化编程

5、、数字化传输等一系列数控技术，建设与之匹配的现代化厂房、电脑中心等配套设施。因此，进入子轮胎模具行业的初始投入和后续的技术开发、研究费用很高。其次是技术门槛，轮胎模具的工艺复杂，需要一整套技术诀窍、有效的管理团队与丰富的管理经验。再次是市场门槛，轮胎模具不是最终消费产品，其客户都是专业的轮胎制造企业，一般轮胎企业对轮胎模具质量的认同都是建立在长期合作的基础上的，不可能通过广告手段在较短的时间内树立起市场品牌。同时，为了确保轮胎模具的高精密度和高一致性，并维护其商业机密，防止他人仿造，轮胎企业通常是一旦选定了轮胎模具生产商，就不会再轻易改变。对行业的新进入者而

6、言，这种基于长期合作而形成的稳定客户和品牌效应也是其进入本行业的重大障碍。所以不论设计水平方面还是制造技术方面都与世界先进水平存在着较大差距。轮胎活络模硫化的轮胎的质量，除了与活络模型腔加工对的精度和整个活络模的装配精度有关系之外，还与轮胎活络模的硫化质量有着重要关系。硫化质量是影响轮胎质量的重要方面。从微观来看，硫化是指通过化学交联的方式使橡胶中的线性大分子链构成一种三维网状结构的化学反应，给橡胶赋予各种物理性能，使橡胶成为一种具有一定强度同时使橡胶具有非常好的弹性和耐磨性的材料。轮胎硫化的均匀程度直接影响其使用性能，如耐磨性能等。而轮胎硫化过程中模具型腔

7、内部温度的分布对橡胶轮胎的硫化程度起着决定性的作用。因此，正确地控制硫化过程中的温度分布对轮胎生产质量和效率的提高非常重要。国外对轮胎模具温度场的研究起步比较的早，Herdricks曾根据轮胎模具的几何尺寸、材料的性质和工作条件试图计算轮胎模具的温度，但未获成功：Trivisonno则试图采用限单元法对稳定状态下的滚动轮胎进行热分析模拟，2青岛科技大学研究生学位论文来测定轮胎内外表面温度场的分夼并将其作为边界条件，并结合散热系数及热传导系数方面的问题计算温度场。国内关于轮胎温度场对轮胎性能以及寿命方面的影响问题虽然也是很重视，但有关这方面的研究工作起步较晚。

8、为测得轮胎硫化时的温度分布，目前国内一般是在轮胎模具