在大家的印象里，几乎所有轮胎表面都“长”着密密麻麻的“胡子”。其实这些并不是轮胎的原有设计，而是一种不得已的选择。因为在轮胎制造过程中的硫化环节里，需要将模具上的花纹完整地压制到胎坯表面，它们之间的空气必须完全排净，否则会造成轮胎花纹成型缺陷和硫化不均等问题，从而影响轮胎的抓地力、排水性、制动性和使用寿命等重要指标。可见，轮胎模具排气技术是模具制造和轮胎制造的关键技术之一。
高端子午线轮胎活络模具
但是，近百年来，业内一直利用在模具上加工大量排气孔的技术排气。如此一来，轮胎硫化时，胚坯橡胶在压力下进入气孔，形成大量橡胶“胡子”，出厂时还要割掉。开模取胎时，“胡子”们很容易断在气孔内却难以被发现，继续使用会造成新轮胎窝气欠硫，只能频繁通孔和清洗。轮胎硫化成型这一最终工序的生产连续性受到严重制约。这是世界轮胎行业长期努力却始终没有攻克的技术难题，也成为了影响轮胎行业转型智能绿色制造模式的重要阻碍。
系列化高端子午线轮胎模具项目总负责人张伟
2016年，中国模具市场规模为2230亿元，而直接撬动相关制造业的规模高达约30万亿元。模具这个“工业之母”在《中国制造2025》中拥有不可替代的位置。
轮胎是汽车等交通工具的关键部件，高端子午线轮胎因安全、舒适、高速、重载等突出优点成为衡量一个国家轮胎工业水平的重要标志。我国是轮胎大国，却不是轮胎强国，其关键就在于缺乏高端轮胎的制造技术和制造装备。
高端子午线轮胎模具由花纹成型部件、导向定位机构、排气系统、轮廓成型部件等组成，结构复杂，品类繁多，精度要求高，设计制造工艺技术跨度大。需要在高温（145至180℃）、高压（2.5至3.0MPa）、腐蚀性（含有水蒸气、H2S、SO2）环境中进行频繁开合运动，重复数万次并始终保持成型表面质量和尺寸精度。
高端子午线轮胎模具的关键设计还需要从三个方面突破：
轮胎模具工作时，模具和胎坯之间的空气需要完全排出，否则会导致硫化的轮胎花纹出现欠硫，造成次废品，所以需要提高模具排气性能。
花纹块的铸造尺寸精度、表面粗糙度等问题会直接影响轮胎的动平衡、均匀性和表面质量，所以需要保证花纹块的铸造精度。
巨型子午线轮胎是轮胎行业的顶级“明珠”，生产技术长期被国外垄断，其制造需要超巨型子午线轮胎模具。国外轮胎巨头垄断了99%的巨胎市场，我国全部依赖高价进口，所以需要发展超大尺寸子午线轮胎模具。
无气孔轮胎模具设计结构
豪迈集团股份有限公司（以下简称“豪迈集团”）全球首创的无气孔模具，其创意始于开启国际化战略的2007年。该设计利用橡胶的流动性和缝隙式排气通道技术，实现了排气不排胶的效果，在业内首先完全杜绝了“胡子”的产生。同时，清洗通道和排气通道功能复合，实现了模具的自动化清洗，且清洗频率降低50%以上。基于此，在节省橡胶用量的同时，轮胎品质和售价也得以大幅度提升。更重要的是，该设计为提升全球轮胎行业的智能绿色制造水平提供了中国设计和解决方案。
豪迈集团始创于1995年，23年来，以年均50%的复合增长率稳健成长，由原来仅有500平米厂房、34名员工、100万元资产、负债率高达96%的破产乡企的维修车间，发展成为占地3000亩、员工1万多人、总资产76亿元的国际化集团公司。2017年，集团完成产值60亿元，纳税近6亿元，利润11亿元。
豪迈集团坚持以诚信为基石，创新为动力，鼓励全员创新，先后获得全国“五一劳动奖状”“制造业单项冠军示范企业”“中国机械工业科学技术奖一等奖”“山东科技进步一等奖”等荣誉，豪迈质量管理经验获评2017全国“质量标杆”，董事长张恭运被确认为第三批国家“万人计划”专家。
荣获2017“中国好设计”银奖的系列化高端子午线轮胎模具项目，以“建设具有自主知识产权的高端轮胎模具设计与制造技术体系”为总体思路，旨在打破国外技术垄断，填补国内外空白，引领行业技术发展，设计开发了直径尺寸0.5m至5.26m的乘用、载重、工程、航空、特种五大系列高端轮胎模具，并全面实现产业化，形成全球10家分公司和2.5万套/年的模具生产能力。
项目团队由张伟、张恭运、刘志兰、单既强、张伟（小）、杜平、孙日文、王钦峰、宫耀宇、张任、韩桂强、王晓东、闫方清等组成。张伟作为整体项目总负责人，负责总体方案制定及组织实施；组织项目组成员进行科研专题攻关，对项目技术人员进行技术创新指导，在铝镁合金高端轮胎模具低压铸造工艺技术、组合片式无气孔高端轮胎模具排气技术和巨型工程子午线高端轮胎模具等研究及实施方面做出重要贡献。作为整体项目总顾问，张恭运负责总体方案制定指导；组织项目组成员进行科研专题攻关，对项目技术人员进行技术设计指导。
系列化高端子午线轮胎模具项目在创新设计领域有着诸多突破点。
超巨型工程子午线轮胎模具
首先，在绿色低碳方面：
在排气设计上，国际首创了轮胎模具缝隙式排气方法、排气结构及流道式排气系统，发明了无气孔轮胎活络模具排气和清洗技术，解决了传统孔式排气方法易堵塞、难清洗的世界难题，降低了橡胶材料消耗，提高了轮胎的产品质量和产业竞争力。
无气孔模具的排气面积相比其他模具增加了50%以上。同时，清洗效率提高1.5倍以上，生产的轮胎表面质量高，无需剔除胶毛，节省了橡胶胶料和成本，缩短了轮胎生产周期，提高了高端轮胎动平衡、制动等设计性能，轮胎的附加值可以提高10%以上。
每套豪迈无气孔模具的产能每年可节省胶料1.35吨，相当于种植了26.7亩橡胶林。按照全球市场每年新硫化20亿条轮胎计算，平均每条节省胶料45g，可节省人工成本2元，如果完全替代传统排气孔模具，每年可节省胶料9万吨（相当于节约能源约合92880吨标煤，等于同时减少了63158吨碳粉尘、231503吨二氧化碳、6966吨二氧化硫和3483吨氮氧化物的排放，节省的胶料相当于种植183.67万亩橡胶林的产量，节省的胶料可以新生产900万条轿车轮胎），节约剔除胶毛的人工及设备成本40亿元。
在工艺上，项目设计开发了铝镁合金新配方及低压铸造工艺流程，解决了皮下针孔等缺陷，实现了花纹表面零余量和无缺陷的批量化铸造，成品率高达99.7%。
创新开发了精密铸造熔液净化、流场、温度场控制技术及装置，解决了铸造过程中易出现气孔、氧化夹杂物、缩松等缺陷问题。将部分工艺流程进行合并集成，减少设备及人工投入，缩短加工周期，降低能耗10%以上，绿色工序占比提高64%。
在开合模结构上，在我国首次研制成功全球最大59/80R63超巨型子午线轮胎模具（重达130吨，直径超5米），并形成了多品类、系列化生产的能力。创新设计了模具下开式和双导向开合模结构，解决了开合模负载大和受力不均匀的行业难题，为解决大尺寸乃至超大尺寸轮胎模具的制造方案提供了有效的解决方法。下开式结构使起重机构负载降低70%以上，节约能源消耗、提高安全性能。
其二，在网络智能方面：
项目通过基于成型过程模拟的智能设计方法实现轮胎模具的智能设计。通过实验研究建立轮胎硫化成型过程中传热、应力应变、硫化过程、模具损伤行为，建立相应表征模型和数值计算方法、模具结构参数优化策略以及基于模拟分析数据的缺陷判断准则。然后，在轮胎模具3D参数化设计模型环境下，构建模拟分析模型，并通过数据挖掘分析实现设计与分析的关联集成。再通过迭代分析优化，实现轮胎模具的智能设计。
模具制造过程的智能管控将通过局域网以及RFID（或二维码等）将加工设备、装配调试现场、工序件和人力资源等信息关联在一起，以实现模具制造过程的信息采集和控制。通过制造过程生产计划的优化编制和制造过程的动态优化调度，实现制造过程的智能管控，保证轮胎模具制造过程有序、高质、高效地进行。
最后，在上述研究工作基础上，通过PDM技术将模具开发过程中所关联的设计、制造、过程管控等产品数据集成在一起，构建轮胎模具智能设计制造集成系统。
其三，在开放融合方面：
无气孔模具研究了排气性能与花纹形状和橡胶流动性的关系，橡胶排气过程及橡胶流动模拟分析，做了不同排气缝隙宽度硫化试验对比，创立了最佳排气缝隙宽度、位置及数量的设计原则。与此同时，研究清洗效果与胶垢、压力、清洗液成分、温度、时间等变量的关系，确立最佳清洗参数，研制了模具自动化清洗装备。模具清洗时，通过清洗装备将模具加热到一定温度，在设定的时间内注入高压清洗液，自动将模具清洗干净，效率提高1.5倍以上，显著提高了模具的清洗效果和使用寿命。通过跨领域、多学科协同创新，设计出全球首创的无气孔轮胎模具，使轮胎硫化排气结构发生了革命性变化。
花纹表面零余量和无缺陷的模具铸件
铝镁合金材料因其力学性能、耐腐蚀性等指标，特别适合于轮胎模具花纹块，但因其铸造过程中极易氧化、铸造缺陷多，导致成品率低。项目通过研究铝镁合金新材料理化性能、铸造工艺性与各种元素及稀土含量的关系，开发出适合于轮胎模具的最佳合金配方。创新开发了精密铸造熔液净化、流场、温度场控制技术及装置，解决了铸造过程中易出现气孔、氧化夹杂物、缩松等缺陷问题。项目在轮胎模具合金材料、低压铸造工艺等方面进行了跨领域和跨学科的协同创新设计，实现了模具花纹表面零余量和无缺陷的批量化铸造，成品率高达99.7%。
其四，在共创分享方面：
公司成立了研发中心、高端模具项目部、模具研发工程部、模具技术一部、模具技术二部等设计研发部门，对模具重大的关键技术进行研发攻关。在设计制造的各个方面，全员参与创新设计。
提出“改善即是创新、人人皆可创新”的创新理念，积极营造“鼓励创新、宽容失败”和全员参与创新的良好氛围，建立了一套轮胎模具设计与制造创新提案收集、评价、推广实施到激励的创新流程，每个创新环节都有具体部门和人员负责，各环节间实现无缝衔接，确保高端轮胎模具创新活动顺利实施。
公司组织研发团队，经过近十年的设计研究，研发及产业化投入8.15亿元，设计制造出了系列乘用胎、载重胎、工程胎、巨胎等高端轮胎模具，取得了诸多先进技术成果。其中4项达国际领先水平，1项达国际先进水平；获得授权发明专利16项，其中美国、日本、韩国发明专利3项；主导起草国家标准2项，行业标准3项，团体标准2项。
现今，公司已成为世界轮胎模具研发与制造基地，市场占有率在25%以上，出口额占全国同类产品出口总额的 90%以上。项目产品出口欧美日韩等40多个国家和地区，与多家世界500强企业展开了深度合作，成为法国米其林、日本普利司通、德国大陆、美国固特异等世界知名轮胎厂商的模具供应商。同时，豪迈与美国通用电气（GE）、英格索兰、德国西门子、日本东芝、法国阿尔斯通以及中石油和中石化等开展了零部件加工和油气业务合作。2015年至2017年，项目直接销售收入45.88亿元，带动应用单位近三年新增销售额超2015亿元，新增利税超158亿元。
该项目的实施和完成，收获了显著的社会效益，满足了国内外对高端轮胎模具的迫切需求，全面提升了我国高端轮胎的整体技术质量水平，促进了轮胎行业绿色制造技术发展，保障了国民经济发展和国防安全建设。
2016年，豪迈科技入选国家首批“制造业单项冠军示范企业”和“国家知识产权示范企业”；2017年，入选“全国质量标杆”。
责编/彭砚淼
