タイヤ製造プロセス: 混合、構築、硬化、および設備の役割

タイヤの製造は 7 つのリンクされた作業の連鎖であり、単一の機械よりもその順序が重要です。コンパウンドの混合、押出とカレンダー加工による部品の準備、切断と予備成形、タイヤの製造、硬化、および最終検査が、それらすべてと並行して実行されるマテリアルハンドリングと品質チェックです。品質がどこで得られるか失われるかについての簡単な答えは次のとおりです。 混合室はタイヤの性能を決定し、加硫プレスは工場にタイヤの代金が支払われるかどうかを決定します。

それはマーケティング用語ではありません。米国タイヤ製造者協会が発表した組成数値に基づくと、1 本の乗用車用タイヤには約 200 種類の原材料と十数種類の個別のゴム配合物が含まれています。すべての化合物には、独自の混合順序、温度範囲、および保管期間があります。すべてのコンポーネントには独自の寸法公差があります。ミキサーを 5 ℃ 高温で放置すると、製造ドラムに到達するずっと前に、保管中にコンパウンドが焦げてしまいます。グリーン タイヤが 2% の重量超過で建設ステーションから出た場合、路肩で硬化時間が足りなくなる可能性があり、下流で検査を行ってもそれを元に戻すことはできません。

このガイドの範囲は、乗用車、トラック、オフロードタイヤ工場における一般的な作業現場の慣行を反映しています。正確なターゲットはコンパウンド、金型、機械によって異なるため、固定ルールではなく実用的な基準点として扱います。

タイヤ品質の上限を設定するミキシングルーム

ほとんどの工場では、混合は 2 段階の作業です。マスターバッチ段階では、生ゴム、カーボンブラックまたはシリカ、プロセスオイル、酸化亜鉛および保護剤を密閉型ミキサー内で混合します。通常、チャンバーは 160 ～ 370 リットル、バッチ重量は 150 ～ 350 kg です。最終混合段階では、促進剤と硫黄がそのしきい値を超えると反応し始めるため、通常は摂氏 110 度未満のはるかに低い温度で硬化システムを追加します。

バッチが良好であるかどうかは、ダンプ温度とその温度がチャンバー内にどの程度均一に広がるかという 2 つの数値によって決まります。天然ゴムを多く含むコンパウンドは通常、摂氏 140 ～ 155 度で廃棄されます。 SBR および BR リッチのトレッド コンパウンドはより高温になり、多くの場合 150 ～ 165 ℃ になりますが、シリカ コンパウンドはシラン カップリング反応が完了するまでの時間を確保するために 145 ～ 155 ℃ の範囲で制御された状態を維持する必要があります。サイクルタイムを節約するために短く保持した切削は、分散が悪くなり転がり抵抗が大きくなるという形で後になって返ってきます。

計量精度の方がリスクは少ないです。通常、バルク カーボン ブラックは目標の 0.5 パーセント以内、オイルは 0.2 パーセント以内、促進剤、硫黄、活性剤などの少量の化学物質は 1 グラム以内またはそれ以下で添加されます。促進剤の 3 グラムの誤差は、250 kg のバッチ内では些細なように見えますが、それによってスコーチ時間と硬化曲線が変化し、シフト全体で一貫性のない硬度として表面化します。

ミキサーの上流での計量と供給は、少量の化学物質の投与から充電シーケンスに至るまで、独自のレビューに値します。このサイトでは、 ミキサー上流装置の主な機能 さらに詳しく。最終混合後、コンパウンドはシート状に成形され、冷却され、通常 8 ～ 24 時間放置されて熟成され、カーボン ブラックと硬化剤の分散が完了します。冷却前に摂氏 40 度を超える温度でコンパウンドを積み重ねると、ストリップの固着、焦げ、詰まりが発生します。

混合ミル ゴム材料は、2 つの対向回転ローラー間の摩擦により、異なる線速度でローラー ギャップに引き込まれます。バレル素材には加工が施されており、... 製品を見る→

開放型混合ミルがそのシート化ステップを処理します。ロールギャップ、ロール温度、ストリップの切断方法とロール上での向きによって、シートが一定の厚さで冷却ラインに入るかどうかが決まります。ミキサー出口での実際的なチェックは、バッチごとに同じウィンドウ内に留まる硬化メーターの読み取り値と組み合わせて、テストシートの分散率が 95 パーセントを超えることです。硬化曲線がドリフトする場合、その原因は通常、ゴムの供給元ではなく、計量またはダンプ温度ログにあります。

ひずみ、冷却、予備成形: 高価な故障モードを伴う小さなステップ

コンパウンドを何かの形に成形する前に、通常はストレーナーを通過します。ホットフィードストレーナーは、70～90℃のヘッド温度で温かいコンパウンドを60～120メッシュのスクリーンに押し込み、硬化した塊、混入金属、繊維、袋の残留物を捕らえます。ひずみは、硬化後のシアログラフィー画像にのみ現れる穴の開いたインナーライナーやベルトの剥離などの代替手段と比較して安価です。

ホットフィードゴムストレーナ ホットフィードゴムストレーナ/Hot feed extruder set mixing, filtration, film in one, saving labor, efficient. Suitable for rubber, plastic, all kinds of elastomer filtratio... 製品を見る→

次に冷却が行われますが、過小評価されることがよくあります。バッチオフ冷却ラインはシートを水槽に浸し、その後吊り下げて水気を切り、積み重ねる前に摂氏 40 度以下を目標に冷却します。冷却は物流だけではありません。硬化システムの早期開始を停止し、コンパウンドが使用不可能なスラブに溶着するのを防ぎます。

材料準備の最後のステップは予備成形です。これは、計量​​したブランクを複合ストリップから切り出すことを意味します。コールドフィード精密プリフォームは、体積または重量を制御されたブランクを切断し、通常ブランク重量を 1.5 ～ 2% 以内に保ちます。この許容差が重要なのは、ブランクの重量によって後の硬化動作が促進され、ブランクが不足すると、プレスがまだ全サイクル燃焼している間に金型キャビティが不足したままになるためです。

プラントは通常、ひずみ、冷却、予備成形の間に、機械の速度よりもハンドリングにより多くの出力が失われます。粘着性のあるコンパウンド、手動での積み重ね、および一貫性のないストリップ幅はすべて、ラインの速度を静かに遅らせます。通常、その解決策は温度制御と、オペレーターが熱いコンパウンドに触れないようにするコンベア レイアウトの組み合わせです。

押出成形とカレンダー加工: タイヤを製造する前にコンポーネントを成形する

トレッドとサイドウォールのプロファイルは押し出し成形されます。一般的なトレッド ラインでは、90 ～ 150 mm のスクリューが使用され、バレル温度は摂氏 50 ～ 80 度、ヘッド温度は摂氏 80 ～ 100 度です。このプロファイルではダイが膨らんだままになり、その後冷えるにつれて収縮するため、コンパウンドと引取り速度に応じて、ダイの設計では約 10 ～ 25 パーセントのダイの膨らみと 5 ～ 15 パーセントの収縮を補正する必要があります。

良く走ったラインは、トレッドの仕上がり厚さを約 0.5 mm 以内、幅を約 2 mm 以内に保ちます。そのバンドの外側のトレッドの厚さはショルダー プロファイルを変更し、硬化中に熱経路を移動させます。これは同時に硬化ゲージの変動と追加の材料コストとして現れます。

代わりに、ボディプライ、ベルト、インナーライナーコンパウンドにはカレンダー加工が施されます。 4 ロールカレンダーは、テキスタイルまたはスチールコード生地にゴムを 0.4 ～ 1.2 mm の厚さでコーティングします。通常は全幅にわたって 0.02 ～ 0.05 mm 以内に保たれ、コード間隔は 0.5 mm 以内に制御されます。片側のエッジのコーティングが薄くなると、コードが部分的に露出し、タイヤがそのショルダー部分で破損する可能性が高くなります。これが、ゲージがロールの中央だけでなく端から端までチェックされる理由です。

切断装置は、押出成形、カレンダー加工、成形の間に位置します。シート、ストリップ、プライはすべて、完成したタイヤの形状に従う角度で所定の長さに切断されます。ブレードのアライメントと数分の1度のカット角度の精度は、ほとんどの購入者が期待するよりも重要です。これは、プライカットが歪んでいると、各タイヤの材料費がかかり、最終製品のスプライスのばらつきとして現れるためです。

タイヤの製造: あらゆる公差が積み重なる場所

組み立ては組み立てステップです。ビード、インナーライナー、ボディプライ、ベルト、サイドウォール、トレッドがタイヤ製造機によってドラム上に配置されます。乗用車用タイヤのサイクルは約 1 ～ 3 分で実行されますが、トラック用タイヤの場合はさらに時間がかかり、多くの場合、別個のベルトとトレッドドラムを備えた 2 段階の機械が必要になります。

グリーン タイヤの重量、コンポーネントの振れ、スプライスの配置という 3 つの測定値により、建築ラインのパフォーマンスがわかります。ほとんどの工場では、グリーン タイヤの重量は目標の 1% 以内、振れは約 1 mm 以内、プライまたはベルトのスプライスは規定のギャップに保たれています。グリーンタイヤの重量は、利用可能な最良の早期警告信号です。グリーン タイヤの重量が過剰であると、高価なコンパウンドが無駄になり、硬化サイクルが長くなります。一方、重量が不足しているグリーン タイヤは、通常、コンポーネントがスタック内のどこかで不足しているか欠落していることを意味します。

タックは、データシートには決して表示されませんが、毎日の生産量を決定するもう 1 つの変数です。冷たすぎるコンパウンドや古すぎるコンパウンドは固着せず、プレス機内で接合部が開き、オペレーターはシフトごとに繰り返すことができない手の圧力で補正します。建築エリアの温度を摂氏 20 ～ 30 度に制御し、切断後数時間以内に予備成形されたブランクを使用することは、単一の機械を調整するよりも接合品質に効果があります。

硬化: 圧力、温度、およびその両方の背後にある膀胱

硬化するとグリーンタイヤが完成品になります。グリーン タイヤは加硫プレスに装填され、その中でブラダーが膨張し、外側の金型と内側のブラダー媒体から熱が伝達されます。金型の温度は摂氏 150 度から 180 度の間です。内部媒体は通常 1.6 ～ 2.2 MPa の飽和水蒸気または窒素であり、その内部圧力によってトレッドとサイドウォールが彫刻された金型に押し付けられます。硬化中の圧力損失は、軽いトレッド、多孔性、または不完全なパターンとして現れます。

硬化時間はサイズとコンパウンドによって異なります。乗用車用タイヤの場合はおよそ 8 ～ 15 分、トラック用タイヤの場合は 40 ～ 70 分、オフロード用の大きなサイズの場合は数時間かかります。ブラダーはスペアパーツではなく消耗品です。乗用車用タイヤのブラダーの一般的な製造現場での寿命は 400 ～ 600 硬化サイクルの範囲にあり、プレスが高温で短いサイクルを実行すると寿命は低下します。追跡する価値のある故障モードには、ショルダーの薄化、閉じ込められた空気によるピンホール、過熱蒸気による硬化などがあります。

横型タイヤエアバッグ装置 タイヤブラダー射出熱成形機の動作原理には、主にタイヤの製造に重要なゴムの熱成形プロセスが含まれます。 製品を見る→

ブラダー自体は、水平タイヤ エアバッグ機械などの専用装置で製造される成形ゴム製品であり、形状の精度と肉厚の一貫性によって、完成したブラダーが何回の硬化サイクルに耐えられるかが決まります。ブラダーを価格だけで購入すると、通常、硬化あたりのコストが高くなります。これは、ブラダーが早期に故障するとプレスが停止し、手作業による金型の清掃が強制されるためです。

多くの工場では、硬化後にポストキュアインフレーションを追加し、タイヤが冷えるまで膨張した状態を維持して、成長を制限し、均一性を向上させます。これを省略することは、コストのプレッシャーにさらされているプラ​​ントでは一般的な近道であり、検査領域では円錐度が高く、バランス補正ウェイトが増加するという形で再現されます。

検査と均一性: 欠陥を見つける最後のチャンス

最終検査は通常、目視検査、ベルトとビードの配置の X 線検査、剥離と気泡のシアログラフィー、半径方向と横方向の力の変化、円錐性と振れを測定する均一性測定機などの方法を組み合わせて行われます。乗用車用タイヤ工場では、通常、顧客の要件に応じて、ラジアル フォースの変動を 70 ～ 100 ニュートンの範囲に抑えます。制限を厳しくすると歩留まりにコストがかかり、制限を緩めると保証請求にコストがかかり、プラントが実際に維持できるラインが適切になります。

コストの増大により、検査ロジックが重要になります。ミキサーで捕捉された複合問題には 1 バッチの費用がかかります。構築後に同じ欠陥が見つかった場合、コンポーネントに加えて人件費もかかります。硬化後に発見されると、タイヤ全体に加えて、販売可能なユニットを生産できた可能性のあるプレス時間もかかります。顧客が見つけた場合、タイヤ代と保険金と運賃がかかります。報道部門が予算を要求しているにもかかわらず、本格的な工場が混合管理やグリーンタイヤの重量チェックに支出し続けるのはこのためです。

一般的なプロセス障害と最初に確認すべき場所

タイヤの欠陥のほとんどは、混合、押し出し、成形、硬化の 4 つの段階のいずれかに遡ります。問題が発生した場合、修正への一番の近道は、症状をその原因となっている段階と照らし合わせ、レシピに触れる前に最も単純な物理的原因を確認することです。

機器の選択: 署名する前に確認すべきこと

工場がタイヤ、リトレッド、空気ばね、または技術的なゴム部品を生産しているかどうかにかかわらず、購入に関する同じ質問が、再現性、制御性、設置後のサービスなどの結果を決定します。

• 再現性: ネームプレートの容量だけでなく、サイクルごとの変動も考慮してください。ダンプ温度を摂氏 2 度以内に保つミキサーは、さまよう大きなチャンバーよりも価値があります。
• 計量と投与の精度: バルクおよび少量の化学物質の文書化された数値を要求し、供給物の詰まりやホッパーのブリッジに対してシステムがどのように反応するかを尋ねます。
• 温度制御: ミキサーから押出機ヘッド、金型に至るすべての段階では、センサーが適切な位置にあり、指定された応答時間が必要です。
• 切り替えとレシピ管理: 化合物またはサイズの変更にはどれくらいの時間がかかりますか? また、保存して未承認の編集に対してロックできるレシピの数はいくつですか?
• 消耗品: ブラダーの寿命、スクリーンのコスト、ナイフの摩耗、およびそれぞれのリードタイム。硬化ごとの消耗品コストは、機械の支払い額を超えることがよくあります。
• 工場でのテストと文書化: 出荷前にどのテストが実行され、どのような記録がマシンとともに送信されるかを確認します。
• アフターセールス対応: 生産シーズンを失う最も早い方法は、サポート チケットがキューで待機している間、機器がアイドル状態にあることです。

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FAQ: タイヤ製造プロセスの購入者から最もよく寄せられる質問

コンパウンドのバッチを完成したタイヤに変えるのにどのくらい時間がかかりますか?

コンパウンドが成熟すると、乗用車サイズのグリーン タイヤがおよそ 1 ～ 3 分で組み立てられ、さらに 8 ～ 15 分で硬化するため、タイヤはプリフォームから検査まで 30 分以内に移動できます。植物は通常、カーボンブラックと硬化剤の分散を完了させるために使用の 8 ～ 24 時間前に化合物を保持するため、実際のリードタイムは混合と熟成によって決まります。

どの段階で最も多くの欠陥が発生しますか?

ほとんどのプラントで繰り返される欠陥の最大の原因は、混合と硬化です。混合により分散、スコーチ安全性、硬化曲線の一貫性が制御され、硬化では圧力と熱の浸透が制御されます。通常、構築エラーは早期に発見され、修正が容易なため、全体的なコストが低くなります。

タイヤの硬化には実際にどのくらいの温度と圧力が使用されますか?

金型の温度は通常 150 ～ 180 ℃で、ブラダー内の飽和蒸気または窒素は 1.6 ～ 2.2 MPa です。硬化時間は、小型乗用車用タイヤの場合は約 8 分から、トラックやオフロード サイズの場合は 1 時間以上かかります。

グリーンタイヤの重量がそれほど重要なのはなぜですか?

グリーン タイヤの重量は、すべてのコンポーネントが正しく配置されているかどうかを最も早く示す指標です。植物は通常、目標値の 1% 以内に収まります。重量が大きすぎるタイヤはコンパウンドを無駄にし、最も厚い部分で硬化が不十分になる可能性があります。一方、重量が軽すぎるタイヤは通常、プライの欠落、トレッドの短さ、またはビード束の軽さを示します。

小規模な化学物質のバッチング システムにはどの程度の精度が必要ですか?

実際の目標は、促進剤、活性剤、硫黄が 1 グラム以上、バルク材料が 0.5 パーセント以内、油が 0.2 パーセント以内です。小さな化学誤差によりスコーチ時間と硬化速度が変化し、その結果生じる変動は通常、明らかな不合格としてではなく、バッチ間の硬度の不一致として現れます。

1 つのラインで乗用車用タイヤとトラック用タイヤの両方を生産できますか?

実際には、ほとんどありません。プレストン数、ブラダーサイズ、ドラム形状、押出機の生産量、硬化時間は大きく異なるため、ほとんどの工場では特定のサイズファミリー専用の設備を使用しています。両方を 1 つのラインで実行しようとすると、通常、切り替え時間がかかり、サイズ範囲の極端なところで欠陥が追加されます。

ゴム加工装置を購入する際に最もありがちな間違いは何ですか?

再現性や消耗品コストを無視して、容量と価格で購入します。 10% 安い機械でも、温度、重量、またはサイクル時間によって変動する場合、その差額は、1 つの製造年内にスクラップ、再加工、および手動介入で消費されます。

実践的なポイント

タイヤの製造プロセスは、機械の問題というよりは公差の問題です。すべての段階でエラーが次の段階に渡され、増幅されます。3 グラムの投与エラーが硬化曲線のシフトとなり、硬化曲線のシフトが硬度の変動となり、硬度の変動がプレス時間、労力、コンパウンドを費やした不合格タイヤになります。

新しい生産能力の計画や老朽化した設備の交換を計画しているプラ​​ントの場合、優先順位は一貫しています。分散とダンプ温度がその後のすべての上限を設定するため、最初に混合を制御します。ブランクウェイトときれいなコンパウンドが構築ステーションと金型を保護するため、次に材料の準備と予備成形を修正します。 3番目に、硬化圧力と温度を制御します。検査は顧客を保護し、最初の 3 つは工場を保護するため、検査を最後に残します。