Создание хорошей шины занимает сотни часов проектирования и исполнения. Узнайте, как самые известные модели разработаны и изготовлены.

            Создание хорошей шины История шин насчитывает более 150 лет. Именно Р. У. Томсон из Абердина впервые запатентовал покрышку в 1845 году. Однако его изобретение получило небольшую поддержку. Только в 1888 году Джон Бойд Данлоп самостоятельно изобрел трубчатую шину. Его изобретение быстро завоевало популярность и быстро стало частью автомобильной техники. Среди пионеров производства шин были братья Эдуард и Андре Мишлен, чьи шины широко использовались в грузовиках и легковых автомобилях с начала 20-го века.

 

Как проверить год выпуска шины?

Прежде чем приступить к сложному процессу производства шин, может быть полезно вспомнить, как найти информацию о году выпуска. Маркировка DOT расположена на боковине шины, а цифры и буквы, нанесенные сразу после нее, помогут вам расшифровать дату изготовления шины. Как найти эту дату? Вы найдете наши объяснения здесь , поэтому мы рекомендуем вам прочитать эту статью.

 

А пока давайте вернемся к началу производственного процесса, то есть к тому, что произошло до того, как на шине была проставлена дата производства ...

 

Производство шин вчера и сегодня

До компьютерного века разработка новых решений была громоздкой и требовала огромных затрат с точки зрения финансирования и времени. Дизайн был основан на знаниях инженеров и дизайнеров, логарифмическом курсоре и чертежной доске. Прототип был разработан и подвергнут испытаниям. Когда новый дизайн не достиг ожидаемых результатов, весь процесс проектирования и исследования пришлось повторить.

 

Большой прогресс был достигнут в последние десятилетия. Конечный продукт и методы производства изменились. Как изготавливаются шины сегодня? Эксперименты и практические тесты, которые в прошлом часто терпели неудачу, теперь могут быть дополнены и заменены компьютерным моделированием и расчетами. Оцифрованные методы теперь позволяют намного быстрее развивать наиболее востребованные характеристики шин.

 

Структура автомобильных шин:

 

Протектор , то есть часть шины, которая остается в контакте с дорогой и которая является важным элементом для удержания дороги,

Борт , то есть часть шины, состоящая из нерастяжимого сердечника, называемого «бусиной», и слои, намотанные вокруг него, в соответствии с контуром обода,

Боковая стенка - это часть шины, расположенная между протектором и бортом.

Ремень - это слой материала под протектором, нити которого расположены вдоль центральной линии протектора, тем самым ограничивая окружность каркаса,

Каркас шины , то есть прорезиненный лист текстиля или стали, отлитый из прорезиненного борта для формирования структурной рамы; это каркас, который выдерживает практически все динамические и статические нагрузки. Поэтому качество шин напрямую зависит от конструкции каркаса.

 

Первый этап производства - метод конечных элементов и САПР

С точки зрения дизайна, разработка метода конечных элементов и использование компьютеров в процессе проектирования было настоящим прорывом. Этот метод был впервые использован в шинной промышленности в 1980-х годах. Чтобы спроектировать шину, вам нужно решить сотни тысяч уравнений. С вычислительной мощностью компьютеров того времени даже разрешение наименее сложных вычислений требовало нескольких десятков часов.

 

Разработка систем автоматизированного проектирования (САПР) в 1990-х годах также имела большое значение для шинной промышленности. Чертежная доска и рапидограф (техническое перо для рисования) были заменены компьютером, клавиатурой и мышью. CAD позволяет быстрее, точнее и лучше анализировать данные. Это также позволяет оценить влияние выбора, касающегося:

 

1)форма и рисунок протектора,

2)внутренняя структура шины,

3)материалы перед прототипированием модели шин.

Метод конечных элементов - усовершенствованный метод решения систем уравнений. Он основан на разделении исследуемой структуры на конечные элементы. Решение для этих элементов аппроксимируется конкретными функциями. Элементы затем подчиняются законам механики. Таким образом, можно определить сопротивление, деформацию, напряжение и распределение тепла при различных условиях (даже самых экстремальных). Поэтому более вероятно, что прототип, созданный в рамках этого первого подхода, сразу станет более эффективным.

высокопроизводительные решения не были приняты для производства и распространения. Зачастую они были отложены в ожидании, например, эволюции и улучшения производственных процессов.

Изготовление прототипов является одним из важнейших этапов процесса проектирования. Чаще всего делают несколько прототипов. Затем мы выбираем тот, который наилучшим образом соответствует желаемым параметрам. Если ни один из них не соответствует ожиданиям, модель переделывается. Используемая в настоящее время компьютерная конструкция повышает вероятность того, что прототип будет соответствовать требуемым параметрам, и значительно ускоряет процесс создания модели шины.

 

Прототип подвергается лабораторным испытаниям и экстремальным испытаниям. Во время этих испытаний проверяется, что прототип обладает теми же свойствами, что и результаты предыдущих компьютерных расчетов. Различные тесты проводятся. Все зависит от параметров, которые ищут и выбирают при проектировании. Разрушающие испытания проводятся или на лабораторных автомобилях, оборудованных пятым колесом, но наиболее важными являются, конечно, автомобильные испытания.

 

После лабораторных испытаний шины испытываются на дорогах общего пользования и на испытательных треках. Это важный шаг по двум причинам:

 

он учитывает реальное состояние дорог,

это учитывает человеческую оценку.

На данный момент существует взаимодействие между человеком, автомобилем, шиной и дорогой. Шины испытываются со всех сторон и в различных условиях. Предполагаемое использование также принимается во внимание - зимние шины часто тестируются в экстремальных условиях в северной Европе. Испытания проводятся специально обученными пилотами, которые наблюдают и записывают результаты на оборудовании, предназначенном для этих испытаний.

 

Одной из предпосылок начала серийного производства модели является выбор решений, которые возможны в существующих промышленных условиях. Прототипирование не обязательно означает возможность производства этих же шин выгодно и в больших масштабах. В истории шинной промышленности известны случаи, когда высокопроизводительные решения не были приняты для производства и распространения. Зачастую они были отложены в ожидании, например, эволюции и улучшения производственных процессов.

После этапа проектирования шины, документации и испытаний прототипа, наступает этап подготовки материалов, из которых она будет изготовлена. Каждая модель состоит из разных составов, текстильных или стальных скатертей. Как производятся эти материалы?

 

В производстве шин используется различное сырье, в том числе:

 

черный карбон,

текстильная арматура,

различные виды каучуков,

углеводородные вещества,

стальная проволока.

Чтобы получить качественную шину, эти компоненты должны быть правильно подобраны с точки зрения:

 

химические и физические свойства,

толщины,

размеры,

углы резания и др.

Производство начинается с смешивания каучука с сажей, специальными углеводородами, ускорителями, антиоксидантами и другими ингредиентами. Дозировка и выбор различных ингредиентов часто являются секретами производителя. Конечным эффектом этого этапа является получение оптимальной резиновой смеси.

 

Смеси обычно включают в себя:

 

натуральные каучуки,

синтетические каучуки (BR, SBR, бутил),

наполнители (технический углерод, диоксид кремния),

масла,

смолы,

серы,

ускорители вулканизации,

антиоксиданты (антивозрастные агенты),

другие адъюванты в зависимости от специфики смеси.

Например, для производства 100 кг смеси протектора для шины легкового автомобиля вам необходимо:

 

50 кг резины (сегодня чаще всего синтетическая),

15 кг кремнезема,

15 кг сажи,

2 кг серы,

2 кг смолы,

10 кг масла,

другие адъюванты.

Состав резиновой смеси адаптирован к функциям различных компонентов шины и для предполагаемого использования. Различные составы будут использоваться в зависимости от того, являются ли они летними или зимними шинами. Различные части шины (боковины, зоны защиты бортов, внутренняя подкладка - каландрирование) также изготовлены из различных резиновых смесей.

 

Резина влияет на гибкость шины и, следовательно, ее сцепление. Однако он не переносит слишком низкую температуру и очень быстро изнашивается. В прошлом (до 1920-х годов) резина использовалась почти исключительно при производстве шин, но у этого были свои недостатки - эти шины изнашивались бы через 2000–3000 км. Поэтому производители стали анализировать и улучшать состав шины, ища способ продлить ее срок службы. Вот почему технический углерод был добавлен к составу, который придал шине ее черный цвет и позволил ей затвердеть.

 

Несколько десятилетий спустя, в 1970-х годах, открытие Metzeler позволило улучшить срок службы шин и увеличить их сцепление: введение кремнезема в резиновые смеси. Шина тогда очень хорошо выдерживает низкие температуры, сохраняя при этом оптимальную гибкость. Именно поэтому кремнезем чаще всего вводится в состав зимних шин.

 

Спецификации конструкции должны соблюдаться на каждом заводе-изготовителе, независимо от его местоположения. Это гарантирует, что данная модель шины сохраняет одинаковые характеристики независимо от того, где она произведена.

Все ингредиенты, перечисленные выше, добавляются в определенном порядке в машину, называемую миксером. Важным является не только количество данного ингредиента, но и время его добавления. Ингредиенты смешивают вместе до получения однородной консистенции. Готовая смесь принимает форму лент или пластин, размеры которых предназначены для использования на более поздних стадиях производства. Затем поверхность смеси покрывают антипригарным средством.

 

Разделительный агент облегчает разделение резиновых слоев на более поздних стадиях использования смеси. Феномен адгезии характеризуется тем, что разные поверхности прилипают друг к другу. Это является результатом межмолекулярных взаимодействий веществ в контакте. Такое явление возникает, например, в результате образования связей. Разделительный агент предотвращает слипание резиновых слоев, подготовленных для производства шин.

 

Резиновые смеси постоянно тестируются на соответствие производственным требованиям. Если все в порядке, они переводятся на следующие этапы производства. После перехода на последующие этапы производства каучук используется для создания профилированных и плоских резиновых элементов или путем каландрирования текстильных или стальных полотен.

 

Экструдеры способны производить резиновые формованные детали с точностью до 0,1 мм. Когда смесь попадает в машину, она пластифицируется роликами или червяками и проталкивается через специальный зажим. Таким образом, получается подходящая форма, которая используется для производства сырой шины. Полученные компоненты намотаны на большие катушки. Они часто нарезаются на полоски определенной длины. Вот как:

 

ступени,

каблуки,

наполнители,

другие профилированные элементы.

Если продукт плоский (он должен иметь не определенную форму, а только определенную толщину), он подвергается процессу каландрирования. Полученные элементы намотаны в рулоны. Это создает внутреннюю бутиловую прокладку и другие дополнительные компоненты шины.

 

Каландрирование - это процесс выдавливания изделий из синтетических материалов. Материал пластифицируется, а затем формуется под воздействием давления, создаваемого наборами профилирующих валков в машине, называемой каландром.

Шина изготовлена не только из резиновых деталей. Он также состоит из текстильных и стальных скатертей. Эти элементы образуют основу шины и гарантируют ее форму и жесткость, а следовательно, и соответствующий уровень ходовых качеств.

 

Каждая нить текстильного полотна состоит из скрученных прядей из нескольких нитей:

 

нейлон,

вискоза,

полиэстер,

арамидных.

Чтобы изготовить шину размером 195/65 R15 , вам понадобится 1500-1800 слоев нитей. Они расположены параллельно друг другу и должным образом пропитаны (текстильные шнуры защищены так называемой системой адгезивной латексной смолы). Это облегчает прилипание нитей к резине. Следующим шагом является прессование их между резиновыми слоями во время процесса каландрирования. Таким образом, получают прорезиненную текстильную ткань, которая затем разрезается в зависимости от ее функции в шине (это может быть текстильный слой или усиление). Как только этот прорезиненный текстиль был должным образом разрезан, он наматывается на рулоны и затем переносится на шины.

 

Производство стальных листов сложнее. Сначала стальные проволоки диаметром до нескольких миллиметров протягиваются на станках для достижения желаемого диаметра около 0,2-0,5 мм. Эти нити затем заплетаются. Таким образом, получается гибкое, но очень прочное полотно диаметром не более 1 мм. На следующем этапе он покрыт слоем латуни или бронзы - такой раствор обеспечит хорошее соединение с резиной во время процесса вулканизации. После этой процедуры провода стального троса укладывают на каландр и вставляют между двумя слоями резиновой смеси, затем обрезают в соответствии с их назначением.

 

Стальной трос является элементом, позволяющим установить шину на обод. У каждого производителя свой метод производства стальной проволоки. Это могут быть кольца, созданные путем плетения нескольких нитей круглого сечения или намотки нескольких слоев ленты. Он состоит из отдельных нитей, которые покрыты резиновой смесью (они имеют многоугольное или прямоугольное сечение).

 

Как только необходимые компоненты шины подготовлены, может начаться процесс производства, то есть очень точное расположение компонентов в соответствии с определенным способом. Из чего состоит этот этап производства?

 

Вторым этапом в производстве шин является подготовка сырых компонентов шин:

 

внешняя часть протектора,

конверт,

туша,

фланги,

набивка десен,

экран,

внутреннее покрытие.

Упаковочные резинки, боковые стенки и протектор изготовлены из различных типов резиновых смесей. При оптимальном давлении и температуре правильный шаблон будет формировать исходные элементы.

 

Способ изготовления шины зависит от машин и производственных решений, используемых производителем. Некоторые производители производят шины единичными процессами (вся шина производится на одной машине), другие производят их в

два этапа:

 

На первом этапе формируется туша,

Вторым шагом является добавление «пакета», то есть ремня, протектора и других дополнительных предметов.

Порядок, в котором элементы добавляются друг к другу, аналогичен для большинства производителей:

 

водонепроницаемое бутиловое покрытие, которое действует как внутренняя камера в современных бескамерных шинах,

затем боковые стенки размещают с обеих сторон, чтобы защитить внутреннюю конструкцию шины от повреждений,

боковое нанесение слоя текстильного слоя, который должен образовывать каркас шины,

размещение стальной проволоки и наполнителя на текстильном слое с обеих сторон,

добавление других элементов, если необходимо (когда этого требует конструкция каркаса).

Все элементы лежат на барабане. Барабан (или строительные мембраны) затем заполняется воздухом. Все компоненты затем прилипают друг к другу, и шина постепенно начинает напоминать форму конечного продукта (форму уплотнительного кольца). Целое тогда катится. Этот процесс имеет несколько функций:

 

это дает шине соответствующую форму,

компоненты шин однородно соединены,

это обеспечивает полную эвакуацию воздуха, который мог бы находиться между различными элементами.

Сырая шина испытана на различные возможные дефекты. Некоторые из них могут быть исправлены, другие приводят к тому, что шина будет забракована из производственной линии.

После этапа подготовки сырые шины отправляются на склады, а затем на подходящие вулканизационные прессы. Эти прессы оснащены вулканизационными формами, которые чаще всего имеют следующие характеристики:

• контейнерная конструкция: элементы которой являются двумя сторонами литейной формы и кольца которой образуют боковые стенки шины, выбивают надписи и участки рельефа между боковыми стенками и придают форму протектора,
• конструкция, состоящая из двух половинок, каждая из которых выполняет функцию отливки одной из боковин и одной половины протектора.

 

Процесс приготовления  

Сырая шина покрыта антипригарными жидкостями, которые препятствуют ее прилипанию к мембране или плесени. Под воздействием высоких температур (более 150 ° С) резиновые смеси превращаются в материал с однородными свойствами. В результате химических реакций получается резина, которая стала гибкой в широком диапазоне температур. Вулканизаторы вводятся в них. Сырая шина наносится на мембрану, а пресс закрывается. Затем под воздействием температуры и давления внутри мембраны сырая шина заполняет контур пресс-формы. Резина вулканизируется при определенном давлении и температуре, а внешняя форма шины и рельеф протектора запечатлеваются в вулканизационной форме.

 

Окончательный контроль качества состоит из следующих этапов:

• визуальная оценка, например, чтобы увидеть, есть ли инородное тело между компонентами шины,
• Рентгеновский осмотр салона для устранения шин с внутренними дефектами и повреждениями,
• испытания критериев неоднородности, связанных с массой, жесткостью и формой,
• проверка значений эффекта конуса, радиальной силы и других параметров, влияющих на комфорт и безопасность вождения,
• проверка структуры сечения шин, чтобы убедиться, что продукт соответствует заданным параметрам, то есть для обеспечения соответствующего уровня производительности и безопасности.

Шины, прошедшие стадию окончательной проверки, могут быть доставлены заказчику. Около 80% шин, доступных на рынке, произведены, как описано выше. Единственные различия между каждым производственным участком заключаются в режиме автоматизации и оптимизации различных производственных процессов.

Каждая модель является результатом компромисса в производительности

Конструкция шин является результатом компромисса между прочностью и сцеплением. На сегодняшний день еще никто не обнаружил соединения, которое бы оптимально сохраняло свои свойства при отрицательных и положительных температурах, или протектора, способного осушать как снег, так и воду и снег. грязь и в то же время предлагают очень хорошее сцепление на льду и асфальте.

Летом мы ездим как на сухих, так и на мокрых поверхностях. В первом варианте для поддержания хорошего сцепления важно использовать подходящую резиновую смесь, тогда как рельеф протектора имеет второстепенное значение. Во втором варианте - на мокрой дороге - верно обратное, профилирование протектора представляет собой наиболее важный элемент. В случае зимних шин при движении по снегу рельеф протектора важнее, а на льду важен состав смеси.

Аналогичная ситуация с параметрами комфорта вождения, шума и сцепления. В этом случае использование двухкомпонентной смеси является решающим фактором. Если компоненты, которые соприкасаются с дорогой, мягкие, а часть основания протектора (BASE), которая не находится в непосредственном контакте с дорогой, жесткая, то мы получаем лучшее сцепление с дорогой, однако комфорт. В противоположной ситуации мы получаем лучшее шумоподавление, но сцепление менее хорошее. Усиление шиннаконец, означает большую долговечность и лучшую устойчивость к весу и повреждениям, в то же время приводя к увеличению шума. Из этих примеров мы видим, что нельзя улучшить некоторые параметры конструкции без снижения производительности других характеристик.