От суровите материали до високотехнологичния продукт
Съвременното производство
През последните години производството на автомобилни гуми се характеризира с изключително
много нововъведения. Тук накратко ще опишем принципите на конвенционалното производство и основите на някои нови процеси.
Различните полимери в каучуковата смес се смесват с адитиви като сажди, силика и други, за да се получат различни смеси за различни части на гумата, които в резултата от това се характеризират с различни физически свойства.
Смесването обикновено се извършва в специални миксиращи машини, след което различни видове каучук се изтеглят (екструдират) до различни контури и се нарязват на ивици. Междувременно различните влакна се сучат и изтъкават в тъкани, импрегнират се с лепила и се каландрират, тоест покриват с гума.
Каландрираната тъкан се нарязва на ленти със специфична широчина, полагани под различни ъгли, за да бъдат използвани като поддържащи и усилващи пластове. Високоякостни стоманени влакна се оплитат като шнурове, покриват се с гума и се нарязват на предварително определени дължини, за да се получат усилващи пластове или пояси. Всички отделни компоненти се поставят върху барабани и се пресоват под форма на автоматични ролери. Това сглобяване се прави или в двуфазова последователност, или напоследък от единични машини. След тази стъпка т. нар. зелена гума се пренася до вулканизиращ казан, където се извършва вулканизация и оформяне на протектора.
Етапите на производство (моля вижте схемата)
Част 1
Смесване
Двете основни съставни части на сместа са самият каучук и добавките, или т. нар. филър. В зависимост от предназначението на гумата трябва да се постигне прецизен подбор на видовете каучук, количеството и типа на филъра. По принцип се използват четири основни вида каучук – естествен каучук, стирен-бутадиен, полибутадиен и бутилов каучук (съвместно с халогенирания каучук). Първите три се използват основно за протектора и страниците, докато бутиловият каучук - за вътрешната част. Саждите са с различен размер в зависимост от целите, количеството силика също се определя прецизно. Към тях се добавят субстанции, които играят роля за балансиране на процеса на химическа обработка и вулканизация, антиоксиданти.
Смесването на каучука
Извършва се на партиди – всяка съдържа повече от 200 кг каучукова смес и се обработва за няколко минути. Самият миксер е сложно устройство със смесителна камера. Температурата достига 170 градуса; най-накрая се добавя вулканизиращият пакет. Получената смес се формова във вид на лист, който се отправя за следващата операция.
Част 2
Подготвяне на тъканите и металокорда
Тъканните пластове са на основата на памук, вискоза и полиестерни влакна. Освен това се използват стоманени влакна с високо съдържание на въглерод, фибростъкло и арамид. Покритите с месинг метални нишки са усукани една около друга във вид на шнур, а разположението им зависи от вида и предназначението на гумата.
Част 3
Каландриране на пластовете и коланите
За да се произведат използваните в гумите тъканни или стоманени пояси, те преминават през процес на каландриране – операция, при която гумена смес се пресова в шнуровите оплетки чрез нагряване с пара или вода и пресоване с валци. След това получената тъкан се нарязва на подходящи парчета в подходящата посока, за да се осигури необходимият контур на гумата. След това нишките на пластовете се кръстосат под ъгъл, за да се разпределят силите, които натоварват гумата.
Част 4
Подготовка на борта
Бортът или ръбът на гумата е устойчив на разтягане композит, оформен във вид на примка, служещ за закрепване на пластовете и на самата гума към ръбовете на колелото. Съдържа метална примка, оформен като клин пълнеж, направен от много твърда гумена смес, и друга защитна част.
Част 5
Протекторът и страничната част
Протекторът се състои от поне три отделни вида каучукова смес за горната част, рамото и основата му. Те се изтеглят едновременно на три отделни машини и се обединяват в специална екструдираща глава. Изключително важен е процесът на преминаване през матрицата, където се определят размерите и формите на протектора. След това получената смес преминава през охладителна линия в края на която се нарязва на точно определена дължина и тежест в зависимост от гумата. Страницата се екструдира по подобен начин. Понякога процесът е по-сложен – в случаите, когато се монтира бял кант или бели надписи на гумата.
Част 6
Изграждането на гумата
Върху високотехнологична машина се събират всички компоненти – борт, каландрирани пластове, колани и вътрешната част, страниците и протектора. Обикновено цялостното сглобяване на гумата се извършва върху плосък барабан, като първоначално се увива вътрешната част, а върху нея се полагат първият и вторият пласт. След това се поставят частите на борта и се надува специален мех, който се притиска към двата края на барабана, така че пластовете да се обърнат, за да покрият борта; впоследствие се пресоват страничните части. При втория етап, който се осъществява на друга машина, се полагат допълнителни носещи пояси, найлоновият пласт и протекторът. На този етап гумата все още се нуждае от вулканизация и нарязване на шарка на протектора.
Част 7
Вулканизацията
В тази последна стъпка се преминава през серия от химични реакции, допълнително се оформят повърхността на страничната част и шарката на протектора. Вулканизацията се извършва в условията на висока температура и налягане, като гумата се поставя във формовъчна матрица. След затварянето й в нея се влива допълнителна каучукова смес която формира детайлите по протектора и страничните части.
Част 8
Инспекцията
Това е последният етап от производствения процес – изключително важен от гледна точка на контрола на качеството. Включва анализ на дефектите, измерване на баланса на теглото, рентгенова проверка и т.н.
Роботизация
При най-модерните и високороботизирани производства процесите се извършват по различен начин. Те се използват най-вече са скъпи високотехнологични продукти като гумите за спортни автомобил и позволяват лесна пренастройка и за специфични продукти като тези за тунинг автомобили. Всички операции се концентрират около едно звено, като каучуковите части се екструдират директно върху твърд барабан в тънки ивици. По подобен начин (на място) се изплитат и полагат текстилните слоеве, докато металният тел за борта, поясите и всички носещи пластове се полагат върху барабана, а предварително екструдираните ленти се покриват с каучук. Цялата последователност на полагане на отделните компоненти може да се извършава от една мултифункционална станция, като в процеса на Michelin С3М. Барабанът може да се придвижва на релси към различни операционни места, като в процеса BIRD на Bridgestone или да се пренася от роботи като в процеса MIRS на Pirelli. Готовият продукт се отправя за вулканизиране, като при Michelin това става чрез прецизно контролирано електрическо нагряване, а при другите се инжектира пара или азот, така че оформянето на протектора да е съпроводено с надуване както при конвенционалния процес.
При тези технологии радикално се променя начинът на работа, за да се постигне изключително високо ниво на контрол над процесите. Още при конструирането на гумата се залагат параметрите за управление на роботизираните машини, което ускорява процесите на взаимодействие между проектантските и производствените звена. По този начин се ускорява не само производственият процес, но се постига и модулност – в рамките на самия процес могат да се извършват фини настройки на смесите и пластовете, които за разлика от класическия процес се нанасят един по един (а не наведнъж). Известната компания Fuji Seiko също създаде високотехнологичен процес чийто патент бе закупен от Toyota и лицензиран на Yokohama Rubber. Goodyear и Continental представиха съответно своите IMPACT (Integrated Manufacturing Precision-Assembled Cellular Technology) и MMP (Modular Manufacturing Process).
Предимството на по-скъпите гуми на реномирани производители е производствената сложност. Гумата е по-сложна и използва повече каучук, а конструкцията и дизайнът на протектора с допълнителни ламели изискват матрицата, в която се формова гумата, да е с много части и да има голяма структурна здравина. Съчетаването на различните каучукови смеси води до по-трудна обработка и склонност към залепване за формата, а това изисква по-висока производствена компетентност. Именно по тези причини в тестовете резултатите на зимните гуми на реномираните производители могат драстично да се отличават от тези на евтините продукти. Друг проблем е, че знакът M+S е правило, прието от големите производители, но не и защитено с някакъв зимен стандарт – „производителите от Китай например го поставят малко безогледно, понякога и на летни гуми”, отбелязва Яап Лендердзе от развойния отдел на Pirelli.
Текст: Георги Колев