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轮胎模具设计说明书
本科生毕业论文（设计）
题目：
子午线轮胎模具设计
专业代码：
机械制造及其自动化
作者姓名：
赵树康
学 号：
201133０1１053
单位：
机械设计制造及其自动化
指导教师:
戴宝山
20１3年5月17日
摘 要
模具是工业生产中使用广泛的基础工艺装备、是国民经济的基础工业。
随着中国经济的日益蓬勃发展和国际大形势的整体前进,汽车的数量越来越多,各种私家车、工程车层出不穷，数量也以几何倍数式发展，作为汽车上最易消耗品之一的轮胎的制造则显得越来越重要。
轮胎质量的好坏直接影响车的安全性、速度、动力、油耗等至关重要的要素，而轮胎的外形制作则直接取决于模具的使用，因此，模具的质量与工艺则显示的尤为重要。
由于对模具的要求越来越高，传统的制造模具的方法不能够满足生产的需要，所以就促使了ＣAD/CAＭ技术在模具制造业中的应用,模具CAD／ＣＡM 技术是先进制造技术的基础和重要组成部分,正在向着集成化、网络化、智能化的方向发展。
在模具厂增多,面临的压力逐渐增大的情况下,提高模具的质量成为了首当其冲的问题。
其流程规范化,工艺标准化成为了一个不可阻挡的大潮流,只有流程与工艺有了标准后才不至于出现同规格型号轮胎有略微不一样的情况，因为我们知道,一辆汽车四个轮胎如果差别超出了一个度那在安全系数等方面是极其危险的。
所以我们需要制定统一流程化。
标准化是很有必要的一个大趋势。
课题首先对现在流行的ＣAD／CAM技术及其优越性进行了简单介绍,而UG是CAD/ＣAM软件的代表，具有工程制图、三维造型、机构分析、动画仿真等强大功能,所以本文对UＧ的功能在模具制造中的应用进行了研究、分析。
最后分别介绍了在ＣAD/CAＭ技术下模具制造的三大块,结构、花纹以及刻字。
关键词：
轮胎花纹、侧板刻字、CAD/ＣAM技术、轮胎结构、活络模装配
Abｓtｒact
In recentyeａrs，wｉｔｈ theｒapｉｄdｅvelopmentofthｅ ａutoｍｏtive industryandａsigniｆicantinｃｒeasein carownerｓｈip,ｍａkingcａrsincreaｓｉnglｙclosｅliｎkswiｔｈ theｐｅoｐle'sliｆｅ,traｆficsafeｔyissuesａre iｎｃreasｉnglypｒomineｎt． Ｉncrｅasein ｃaｒaccidentｓcaused byｔhｅ lｏssof lifeaｎdprｏｐｅrty damage,have ｂecomeasｏcｉal prｏblemｔhａｔcanｎot ｂeignored．Aｕtｏmobｉlesafｅtｙｉsｖeryｉmportaｎｔ.Autoｍｏｂileｓaｆetydeｓigｎasawｈｏｌetａkｅsinｔo accouｎt,ｉnthetiｍｅｏfthｅacciｄenttｏmｉnimizeｔheｃhaｎceｏfｏｃcupaｎtinjｕries，ｓｏｔhe passivesafeｔｙof veｈiclesandrelａted equipｍｅnｔ ｉncｒeasｅdby tｈeｍajｏrity ofｔheｐｅople ofcoｎceｒn.Ｓoweneedaspｅciａltｙpe of brａke liｇｈts,mｏre intｕitive, ｍorｅvisualｉmpactofｔhe ｂraｋe ｓigｎａｌ ｔoｒemiｎd ｔhereａｒ ｖehｉcle driｖersidentifyｅmergｅncystopｏrsｌowｂrakeｉna tiｍｅlymanner,soastｏ ｍｏre effeｃｔiｖelyrｅduce ｖeｈiclｅcoｌlisioｎ occurs.Ｔhisdeｖice is designedbybraｋepedaltrａvel,whｉｃhmaｋｅｍultiplｅ higｈbrakerｅaｒｌanternsｌitanｄexｔinｇuished onｅ by ｏne,iｔｓwｏｒｋiｎg prｉｎcｉplｅｉsmaiｎlydriｖeｎbｙｔhebrakｅｐｅｄａlpｒesｓurｅseｎsoｒs traｎsmitｅleｃtrｉcal ｓｉgnaｌs，bysｉnglｅ-ｃhｉp ｃｏmputer torecｅiveａnd pｒocess sｉgｎａlｓ，thuｓdecｉdedtocｏnneｃtoｒ ｄｉsｃonneｃｔtｈebｒakelights ｓｅt, muｌｔiple higｈbrakerearlanterｎslｉtanｄeｘｔinguishedone ｂyｏnｅ，finaｌ warnｉngｒeacｈeｄthｅrｅａrof vehiｃｌe dｒｉｖers.
Keｙwords：
trafｆicｓafetｙ; brakelights;ｐrｅｓｓuｒｅsｅnsor; ｂrａkesandｓlowｂrａke
目 录
第１章 绪论５
1.1 子午线轮胎简介及其特点
1．2模具CAＤ/CAM技术及其优越性
１.３ ＵＧ/GRIP介绍
第２章 子午线轮胎模具结构设计和装配６
2.1模具结构设计要求
2.１.１子午线轮胎模具结构设计技术要求
2.1．2模具的选材
2.1.3模具的设计特点和要求
2.１.4模具的精度和粗糙度要求
2．２活络模的装配
2.2.1建立活络模零部件三维模型
2.2.２ 装配过程
2．３本章小结ﻩ8
第3章 子午线轮胎模具花纹设计ﻩ９
３．1子午线轮胎的花纹
3.1．１ 胎面花纹的组成与作用
3.1．２ 对胎面花纹的要求
3．１.3胎面花纹的类型
3.1.4花纹沟深度
3.2子午线轮胎花纹的造型
3.２.1编程实现曲线的空间转换
３.2.2由空间曲线生成三维实体
3.3 子午线轮胎的模具造型
3.3.1轮胎造型
３.3．２模具造型
第4章子午线轮胎模具侧板刻字
4．1轮胎侧板刻字的简单介绍
4．2 MasｔｅｒcａｍＭill v8在轮胎侧板刻字中的应用
４.2.1MaｓtercａmMillv8软件简单介绍
4.２.2ＭasterｃamMｉllv8的功能
4.２.３MasterｃａmMillv８的优越性
4．3子午线轮胎刻字设计流程
4．3.１子午线轮胎侧板排字
4.3.2字体程序
致谢
参考文献21
第1章绪论
1．1子午线轮胎简介及其特点
子午线轮胎区别于斜交轮胎,,胎体帘线按子午线方向排列,子午线轮胎根据材料不同可以分为全钢丝、半钢丝和全纤维子午线轮胎三种类型。
与斜交胎相比具有许多优点：
使用寿命长、滚动阻力小,油耗低、承载能力大、减震性好;子午线轮胎的缺点：
轮胎胎侧较薄、侧向强度低，稳定性能差、工艺复杂，生产成本高、不能与普通斜交胎用于同一辆汽车、严格保持出厂时轮胎要求的标准气压等
1.2模具CAD/CＡＭ技术及其优越性
模具是把所需要的材料填充在他的型腔中,用来获得需要的外部形状和基本尺寸的工具。
按照加工方式和加工所用材料的不同,模具分类有橡胶模具、粉末模具、压铸模具等等
模具的CAD和CAM技术是一项容易掌握的很高端的系统工种。
是改变传统模具的老旧的加工方法的一个技术。
它用计算机软件的形式作为加工工具，使加工编程的技术工人能进行加工设计和不断优化提高。
模具的ＣAD和CAM技术的发展快，给产品的加工设计,制造和生产的水平的不断的发展带来了巨大提升，作为各种厂家不断信息技术化，集成技术化、网络技术化的最好的方面。
近年来,模具的不断提高的制造的加工生技术在我国和其他国家都已经得到了迅猛的提升。
经过几十年的发展，ＣＡD/CAM技术已经在生产中占据了主导地位,其代表软件有UG、MaｓtｅrcamMｉｌｌ、ＣATＩＡ，他们有着优越的设计、加工完备、计算准确、很强的实用性，可以从双轴加工到以五轴联动等不同的方式加工复杂的产品,减少了设计中的主观误差并利用了计算机各种优点来优化化方案，保证方案的可行性，同时使模具生产能够实现高精度、高自动化、高效率。
极大地降低了生产成本，给模具制造业带来了巨大的经济效益。
１.３UＧ/ＧＲＩP介绍
大部分的厂商在引进了CAＤ/CAＭ种种软件之后在工作中发现,一般的CＡＤ/CＡM软件的功能虽然解决了他们的大部分需求，但是许多专业问题，例如贯彻本公司的标准、专业的设计方法和算法、产品管理以及数据处理等方面,解决起来比较困难，会遇到不少麻烦,这就需要二次开发工具。
CＡD/CAM软件的本地化,把本企业的专业知识、专利、规范等,与通用的CAＤ/CAM软件集成，使之成为一个高效、易用的应用系统，可以说,这些应用系统就是他们研制新产品、参与市场竞争的法宝。
GRIP是GｒaphicsＩnteractivePｒｏgｒamming的缩写,即图形交互语言,是UＧ最主要的二次开发工具之一。
由于GRIP语言与 UG的紧密结合,以及它的简单易学,被称为面向工程师的语言。
ＧＲIP命令有三种表示方式：
（1）陈述格式
例如,用两个坐标点（0,0，0）和（10，0,0）生成一条直线，其陈述格式的
GＲIP语句为：
LN1＝LINＥ／0，０，0,１0,０，０又例如，在直线LN１的下方，作一条间距为１.０的平行线,其陈述格式为:
LＮ=LINＥ/PＡRLEL，LＮ1,ＹSMＡＬL，１．0其中：
LINＥ为主词,PAＲLEL1，YSMALＬ为辅词。
（２）GPA符号格式
例如&DEＮS用于设置线宽。
（３）ＥDA符号格式
一般的一个GRIＰ程序都可分为五部分，每个部分都要使用一组 GRIＰ命令
（1）声明语句部分
ENＴITY/LN1,Ｐ（9）,SＰLN1,SPＦＲEV ﻩ
STＲING／STＲ（3０）
ＮUMBER/A（１0），CD（3）
（２）初始化语句部分
STＲ=’请输入刀具参数’
DATA/A（10）,1，１,2,０,5，1,3,4,5,７
DAＴA/CD（３）,４.５,1.2,4
（3）交互语句部分
GPＯＳ/'选择一点'，xc，yｃ，zｃ，resｐ
PAＲAM／'输入边长'，＇长:
'，dｘ,'宽：
',dy，$
'高：
＇,dz,resｐ
第2章子午线轮胎模具结构设计和装配
子午线轮胎活络模由动模和定模两部分组成,也就是人们常说的上、下模，上模包括上盖、中模套、滑块、上侧板、花纹块,减磨板及导向机构等,安装在硫化机移动模板上,在成型过程中,随合模系统运动;下模包括底座、下侧板,下钢圈,减磨板等，安装在固定模板上。
成型时,上下模闭合,充气的胶囊形成封闭的型腔，成型的胚胎在胶囊外面，在张力作用下贴合在型腔内壁，高温保压进行硫化,成型后开模取出产品。
图2-1 轮胎活络模结构图
2．1模具结构设计要求
2.1．１子午线轮胎模具结构设计技术要求
（1）确保轮胎产品能够满足工艺结构产品要求，内轮廓几何图形和钢圈参数,花纹形状满足花纹字体图的要求。
（2）能够与硫化机安全准确安装（几何图形，参数要求，孔的大小）准确无误。
（3）一定确保模具有足够的强度、硬度和刚度。
（4）那些没有隔热板罩的热板导热模具胎冠部位的厚度要比常型硫化机所安装使用的模具增加1０%到15%的厚度，确保使其能够安全的储备所需的热容量。
以用来满足硫化机工艺过程温度的均匀、稳定和安全。
（5）结构设计合理,加工制造工艺安全良好，装卸安全快捷，定位准确,运输方便。
（6）花纹圈分割面位置选取要合适，要利于硫化后进行轮胎脱模。
（７）排气槽跟排气孔的布局要合理，不能影响模具的散热，不能影响模具的硬度、刚度、安全,不能影响客气的排出，最好不影响模具的美观。
（8）型腔的粗糙度和加工工艺的参数要选取合适,模具要在保证工艺性的前提下提高其经济性，当然要根据实际情况各有侧重。
2.１.2模具的选材
活络模对精度的要求非常高，所以在选材时要充分考虑材料的耐磨性、强韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐冷热疲劳性能、耐蚀性等特点，来满足模具的可锻性、退火工艺性、切削加工性、氧化,脱碳敏感性、淬硬性、淬透性等工艺要求,同时还要尽可能的降低成本满足经济性要求。
除厂家要求外，上下侧板、上盖、底座板等零件均采用45钢,锻件不能有缺陷并进行退火处理，消除铸件内应力,防止几何变形,方便刻花操作。
在粗加工后要进行二次热处理来消除加工过程中的加工应力。
在焊接部位,焊后要进行退火处理,对硬度有特殊要求的还要进行氮化处理，对于有特殊要求的零件如滑块导向条等他们受力较大、工作环境比较恶劣，一般选用40Cr。
表2-1 材料明细表
2.1.３模具的设计特点和要求
对于模具来说要满足制品的设计和使用要求,即产品的质量要求。
模具产品的合理性会直接影响产品的外形尺寸、物理性能和外观质量，要保证模具的质量就要从胶料的收缩率引起制品尺寸变化、排气、定位和分型面的确定等一系列问题上考虑，在保证产品质量的前提下去研究和确定设计方案,模具组装、拆卸、填料以及产品的取出要尽可能的简便，提高生产效率,降低工人的劳动强度。
同时模具设计还应有利于机械化和自动化，实现自动开模、顶出、闭模等动作，大大的降低了劳动强度和提高了生产率。
模具在工作时的外压和内压都很大，因此模具材料的选择要合理,使模具具有足够的机械强度，同时在满足机械强度的要求下还要节约材料,降低成本。
模具的加工和修理要方便,模具设计在保证质量及产品寿命的前提下要尽可能简化制造工艺,缩短生产周期,降低生产成本。
综上可知,模具在设计时要注意以下几点：
（1）型腔尺寸准确;
（2）具有足够的强度和刚度,硫化时不易变形；
（３）结构简单、拆卸方便、便于清理;
（4）便于装料、脱模,排气容易。
2.１.3模具的精度和粗糙度要求
模具的外形尺寸按GB10３1-68第十四级公差带施工验收,粗糙度上下面为Ra1.6，其余为Ra3.２;模具的分型面局部间隙小于０.1mm，钢圈分型面要低于外口分型面0.２-0.4mm；模具型腔轮廓按样板施工验收，胎侧面其余部位局部间隙长0．4mm；模体与钢圈的配合采用GB180１-79,基孔制8级公差带的动配合（Hs/f8）;花纹几何形状按样板施工验收，样板与花纹根部曲线单边局部间隙小于0．5mm；夹套式活络模必须按照受压容器检验的有关规定，进行水压试验;模具组装后上下面不平行度小于０.5ｍm；各类轮胎模具商标、字体按图纸加工,字迹清除、排列整齐。
2.2 活络模的装配
２．２.1建立活络模零部件三维模型
装配是以UG作为平台进行的，UＧ是ＣＡＤ/CAM技术的代表之一，被众多公司采用，UG的功能非常强大,涉及到平面工程制图、三维造型、机构分析、运动分析、制造和渲染等。
ＣAD功能实现了目前制造业中常规的工程设计和绘图自动化,CＡＭ功能则为数控机床提供ＮC编程技术，能够为不同的用户提供不同的开发工具,UG是一个完全集成的CAD/CAM软件集，它致力于从概念设计到工程分析再到制作的整个过程，它的设计过程是一个可反馈、可修改的过程。
UG强大的参数化功能支持模型的实施修改，系统能够自动刷新模型来满足设计要求,所以这种设计过程可以在产品初步设计后就可以进行方案评审,并不断进行修改设计，一直到达到厂家的要求。
UG实体建模提供草图设计、曲线生成、布尔运算、扫掠实体、旋转实体、沿导轨扫掠、尺寸驱动、定义和编辑变量及其表达式等工具
图２-2 侧板
图2－3 减磨板
图２-4 花纹圈
UG／UserＤefｉｎeｄＦeaｔurｅ是用户自定义特征模块提供交互式方法来定义和存储基于用户自定义特征的,便于调用和编辑的的零件族，其形成用户专用的UDF库，可以提高用户设计建模的效率,该模块包括已生成的ＵＧ参数化模型中提取参数，定义特征变量，设置变量默认值,定义代表该UＤF的图标菜单的全部工具。
图2-５ 底座垫板
2.2.2装配过程
在UG的装配模块中，点击【添加组件】，弹出“选择部件”对话框，找到所要装配的零件,然后“确定”所选择的零件就进入了UG的装配模型中,点击【配对组件】,弹出“配对条件”框。
采用自底而上的装配方式，选择底座作为工作部件,在装配类型中分别选择“平行”、“对齐”、“贴合”,使底座的上表面和垫板的下表面“贴合”,根据类似的方法把所有的部件都分别导进虚拟装配模型中,进行总装配。
首先进行底座板装配
图２-6 底座装配
而后完成上盖的装配
图2-７ 上盖装配
弓形装配座
图2－８ 弓形座
最后形成总装配图,生成支持汉字的装配明细表。
如图:
图２-9总装配图
2．3本章小结
随着生活水平的提高,对汽车的需求量增加,导致汽车工艺的飞速发展,对轮胎质量的要求也是越来越高,子午线轮胎活络模具的发展为轮胎生产进入高质、高效的方向奠定了坚实的基础,本课题设计的模具根据理论计算及实际情况,初步确定活络模装置的整体结构及部件尺寸,在进行造型，采用了创新的方法，运用动态设计、机械结构优化设计、可靠性设计，充分体现了现代设计的设计与制造同步的先进理念，缩短了设计周期、降低设计成本为企业新产品的开发提供了有力的支持。
第3章子午线轮胎模具花纹设计
3．1子午线轮胎的花纹
3.1.1 轮胎花纹的组成与作用
轮胎主要由三个部分组成：
内胎、外胎、垫带。
作为轮胎模具来说，最复杂也是最重要的部分就是轮胎外胎上的花纹。
花纹是轮胎上最终要的存在，花纹的质量直接影响着使用性能和轮胎寿命。
使用性能又包括着汽车的速度、动力、灵活度、油耗、散热、排水、排石、噪音等。
如图3-1所示,这是工程胎中典型的竖纹为主的花纹,相对应的特点就是灵活性好、油耗低、速度相对来说快、抓地力强，但是动力小，适合长途运输的工程车。
我们常见的工程车中有三分之一以上采用此种花纹。
如图３-2所示，这是工程胎中以横纹为主的花纹,它的特点就是动力特别足、抓地能力强，但是油耗高、速度相对较低、灵活性差。
适用于短距离高强度运作的工程车。
如图3-3所示，完全以动力为主设计的花纹,一般用于拖拉机之上。
适用面比较窄。
如图3-４所示，实际生产中车的多用途致使不可能使用单一功能的花纹,混合花纹的设计很好的弥补了这一点,让各种性能之间有一个平衡。
图3-1
图3-2
图3-3
图3-４
3.１.2 对胎面花纹的要求
1.保证轮胎对地面的压力均衡，只有压力均衡才能保证轮胎的耐磨损性,有助于防止老化。
2．横纹与竖纹的交接融合要比例适当,多节距花纹各种节距的长度需要严格控制,这有助于提高牵引力和制动力的传输效率。
3.花筋角度和宽度的控制与是否添加排石块。
这直接影响轮胎的散热、排水、排石。
如果开口大小不合适一旦车在行驶工程中在车胎内压入石子等会大大减少轮胎的寿命。
4．减少封闭区域的花纹设计，极易产生噪音且散热不均。
5．外形上要求美观大方。
6.考虑实际加工,避免出现加工干涉，硫化和脱模困难。
３．1.３ 胎面花纹的类型
1．普通花纹
花纹块面积占胎面面积的７0%－9０%,常用于普通工程车和轿车，其中轿车所用胎的花纹块面积占总胎面面积的８0%-9０%,这是为了良好的抓地性能，但是因为花纹块比较大，不容易散热。
图3-１、3-２、3-3、3-4都属于普通花纹。
图3－5是轿车用的花纹。
图3-5
2.特殊用途花纹
这种花纹一般应用区域较窄，如图3-２的拖拉机用的花纹,花纹块只占胎面面积的30%－4０%。
图３－6所示为泥地胎花纹,此种花纹花筋深度大于普通花纹，一般用于越野车和小型观光车，花纹块面积占胎面积的４0%-60%，能适应路况较差和泥泞的道路,且排水排石性良好,不易卡住石子。
图3-６
3.混合花纹
此花纹是一种过渡性花纹，兼顾抓地性能和速度、抗磨损等。
一般来说中间有一条纵向条纹花筋,整体以网格状居多。
随着各种车型的不断开发相对应的花纹也跟着不断的变化，趋势是花纹越来越复杂，精确度越来越高，当然效果越来越趋近理想。
3.1.4花纹沟深度
花纹沟深度与花纹的规格和适用车型有关。
一般来说，大规格轮胎的花纹要深，越野轮胎要比普通花纹深20％－３0％。
花纹深的优点就是大幅度提高行程,但耐磨性受到影响。
取舍上根据轮胎定位来选择。
3.2子午线轮胎花纹造型
图3-7为轮胎截面图，轮胎大轮廓则是由此截面图旋转一周得到的。
旋转得出轮胎的基本形状如图3-8。
再加上花纹就会得到如图３－9所示的成品图。
图3-7
图3-8
图３－9
我们要想做出花纹除了必须有曲线图（轮胎截面图）外还必须要有平面花纹图（如图3-10）,平面花纹图则是由三部分组成:
花纹、剖视图（图3-１1）、节距排列（图3-12）。
轮胎的3D造型是非常困难的，原因大致分以下几个部分：
（1）操作者需要大量的经验来在脑海中行成轮胎外形的基本样式。
（2）花纹截面是个不断变化的，中间过渡需要无错台接合,非常考验操作者对软件的理解和使用功底。
（3）３D造型的目的是为了加工,不单单是为了看效果，所以，造型的同时必须要考虑加工便捷，尽量避免模型加工“干涉”。
（4）严格按照图纸，不能擅自修改截面和剖视图。
（5）精确度要求高，误差一般尽量控制在０.01—0.07mm,因为模具直接影响轮胎的花纹成型。
（6）对多节距花纹来说，节距数量多,工作量大,保证各个节距能完美相接,必须按照客户所要求的节距进行排列,如图3－10，大节距L长度为79．867mm,小节距C长度为６３．945mm,我们单独做出L和C的花纹,然后按图3-12排列出整圈花纹，只有完美接圆，花纹不错台才能继续加工。
大小花纹错落有致，能提高轮胎的性能,更能接近我们的目标,但是同时也大大的提高了轮胎模具的加工难度。
图3-10
图3-11
图3－12
3.2.1编程实现曲线的空间转化
轮胎花纹造型的第一步就是实现花纹和曲线的空间化。
为了把平面曲线转换为空间曲线,曾经想到采用UＧ的投射（proｊect）命令，将平面上所有的花纹曲线都“投影”到胎面上，直接得到三维空间曲线。
但用特殊点去验证，发现所得的结果是不正确的,特别在轮胎的两侧，表现得非常明显。
有一点的
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