타이어

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배경

타이어는 바퀴의 테두리에 부착된 강력하고 유연한 고무 케이스입니다. 타이어는 견인력을 위한 접지면을 제공하고 움직이는 차량의 바퀴를 위한 쿠션 역할을 합니다. 타이어는 자동차 에서 발견되었습니다. s, 트럭, 버스, 항공기 착륙 장치, 트랙터 및 기타 농기구, 지게차와 같은 산업용 차량 및 유모차, 쇼핑 카트, 휠체어, 자전거 및 오토바이와 같은 일반 운송 수단.

대부분의 차량용 타이어는 공기압입니다. 공기는 타이어 내부의 압력으로 유지됩니다. 최근까지 공기압 타이어에는 공기압을 유지하기 위한 내부 튜브가 있었지만 이제는 공기압 타이어가 휠 림과 압력 밀봉을 형성하도록 설계되었습니다.

스코틀랜드의 발명가 로버트 톰슨은 1845년에 내부 튜브가 있는 공기 타이어를 개발했지만 그의 디자인은 시대를 앞서갔고 거의 관심을 끌지 못했습니다. 공압 타이어는 1880년대에 또 다른 스코틀랜드인인 John Boyd Dunlop에 의해 재발명되었으며 자전거 타는 사람들에게 즉시 인기를 얻었습니다.

타이어 제조에 사용되는 주원료는 천연고무이며 합성고무도 사용됩니다. 그러나 강도, 탄력성, 내마모성 등의 고유한 특성을 나타내기 위해서는 고무에 각종 화학약품을 처리한 후 가열해야 합니다. 미국 발명가 Charles Goodyear는 가황 으로 알려진 고무 강화 과정을 발견했습니다. 또는 경화, 그는 1830년부터 고무를 실험했지만 적절한 경화 공정을 개발할 수 없었습니다. 인도 고무와 유황의 혼합물로 실험하는 동안 Goodyear는 혼합물을 뜨거운 난로에 떨어뜨렸습니다. 화학 반응이 일어나서 녹는 대신 고무-황 혼합물이 단단한 덩어리를 형성했습니다. 그는 연속적인 고무 시트를 처리할 수 있을 때까지 실험을 계속했습니다.

오늘날 숙련된 인력으로 구성된 크고 효율적인 공장에서는 연간 2억 5천만 개 이상의 새 타이어를 생산합니다. 자동화가 제조 공정의 많은 단계를 안내하지만 타이어의 구성 요소를 조립하려면 여전히 숙련된 작업자가 필요합니다.

원자재

고무는 타이어 제조에 사용되는 주원료이며 천연고무와 합성고무가 모두 사용됩니다. 천연고무는 고무나무 Hevea Brasiliensis의 껍질에서 유백색 액체로 발견됩니다. 타이어 제조에 사용되는 원료 고무를 생산하기 위해 액체 라텍스는 고무를 고형화시키는 산과 혼합됩니다. 프레스는 여분의 물을 짜내고 고무를 시트로 만든 다음 시트를 높은 훈제실에서 건조하고 거대한 베일로 압축하여 전 세계 타이어 공장으로 배송합니다. 합성 고무는 원유에서 발견되는 폴리머로 생산됩니다.

타이어 고무의 또 다른 주요 성분은 카본 블랙입니다. 카본블랙은 원유나 천연가스가 제한된 양의 산소로 연소될 때 생성되는 미세하고 부드러운 분말로 불완전 연소를 일으키고 다량의 미세한 그을음을 발생시킵니다. 너무 많은 카본 블랙이 타이어 제조에 필요하여 철도 차량이 타이어를 운송하고 거대한 사일로가 필요할 때까지 타이어 공장에서 카본 블랙을 저장합니다.

유황 및 기타 화학 물질도 타이어에 사용됩니다. 특정 화학 물질은 고무와 혼합된 다음 가열될 때 경주용 타이어의 경우 높은 마찰(그러나 낮은 마일리지) 또는 승용차 타이어의 경우 높은 마일리지(그러나 낮은 마찰)와 같은 특정 타이어 특성을 생성합니다. 일부 화학 물질은 고무가 타이어로 성형되는 동안 고무를 유연하게 유지하는 반면, 다른 화학 물질은 햇빛의 자외선으로부터 고무를 보호합니다.

디자인

승용차 타이어의 주요 특징은 트레드, 측벽이 있는 본체 및 비드입니다. 트레드는 도로와 접촉하는 융기된 패턴입니다. 차체는 트레드를 지지하고 타이어에 특정한 모양을 부여합니다. 비드는 타이어를 바퀴에 고정시키는 고무로 덮인 금속 와이어 번들입니다.

컴퓨터 시스템은 이제 타이어 설계에서 중요한 역할을 합니다. 타이어 엔지니어는 수년간의 테스트 데이터에 따라 작동하는 복잡한 분석 소프트웨어를 통해 트레드 설계 및 기타 설계 매개변수의 성능을 시뮬레이션할 수 있습니다. 소프트웨어는 가능한 타이어 디자인의 3차원 컬러 이미지를 생성하고 제안된 타이어 디자인에 대한 다양한 응력의 영향을 계산합니다. 컴퓨터 시뮬레이션은 프로토타입 타이어가 실제로 조립 및 테스트되기 전에 많은 설계 한계를 발견할 수 있기 때문에 타이어 제조업체의 비용을 절감합니다.

트레드 설계 및 타이어 본체 구성 테스트 외에도 컴퓨터는 다양한 유형의 고무 화합물의 효과를 시뮬레이션할 수 있습니다. 현대의 승용차 타이어에서는 타이어의 다른 부분에 최대 20가지 유형의 고무가 사용될 수 있습니다. 추운 날씨에 좋은 접지력을 위해 하나의 고무 화합물을 트레드에 사용할 수 있습니다. 다른 화합물은 타이어 측벽의 강성을 높이는 데 사용됩니다.

타이어 엔지니어가 새 타이어에 대한 컴퓨터 연구에 만족하면 제조 엔지니어와 숙련된 타이어 조립자가 설계자와 협력하여 테스트용 타이어 프로토타입을 생성합니다. 설계 및 제조 엔지니어가 새 타이어 설계에 만족하면 타이어 공장에서 새 타이어의 양산을 시작합니다.

WC State of Goodyear Tire Company가 1909년에 발명한 타이어 성형 기계는 근로자의 생산성을 크게 향상시켰습니다. .

타이어의 역사는 한 산업의 혁신이 어떻게 다른 산업에 막대한 변화를 일으킬 수 있는지에 대한 훌륭한 예를 제공합니다. 간단히 말해서 자동차 산업의 "이륙"은 20세기 초 미국의 고무 산업을 변화시켰습니다. 19세기 후반 고무 산업은 신발, 자전거 및 마차용 타이어 생산에 집중되었습니다. 제1차 세계 대전까지 고무와 자동차 타이어는 사실상 대중의 동의어였습니다. 1901년 7,000대의 신차 판매와 함께 28,000개의 OE(Original Equipment) 타이어와 68,000개의 추가 교체 타이어가 판매되었습니다. 1918년까지 타이어가 고무 판매의 약 50%를 차지하면서 OE 타이어 판매는 100만 대의 신차에 대해 400만 대를 넘어 총 타이어 생산량은 2,450만 대에 이르렀습니다.

이 엄청난 생산량 증가는 Goodyear, Goodrich 및 Firestone과 같이 현재 잘 알려진 회사의 출현과 오하이오주 Akron에 산업 센터의 형성을 동반했습니다. 그리고 고용은 치솟았지만 생산 증가는 기술의 도움이 있어야만 가능했습니다. 근본적인 혁신은 코어 빌딩의 기계화였습니다. 1910년 이전에는 노동자들이 철심 주위의 각 플라이와 비드를 늘리고, 접합하고, 꿰매어 타이어를 만들었습니다. 1909년 W.C. State of the Goodyear 회사는 중앙 포탑에서 운반되는 롤러에 플라이, 비드 및 트레드를 운반하는 기계에 대한 특허를 받았습니다. 작업자는 기계의 전기 모터가 적절한 장력을 유지하는 동안 코어 위로 적절한 재료를 잡아당겨 작업자가 접합 및 스티칭을 마칠 수 있도록 했습니다. 기술과 손재주가 여전히 중요했지만 코어 빌딩 기계는 작업자 1인당 하루 6~8개에서 유형에 따라 하루 20~40개로 단순화되고 생산 속도를 높였습니다.

윌리엄 S. 프레처

제조
프로세스

승용차 타이어는 타이어 성형 기계의 금속 드럼 주위에 특수 배합 고무를 여러 겹 감아 제조됩니다. 타이어의 다른 구성 요소는 성형 기계로 운반되며, 여기서 숙련된 조립자가 스트립을 절단하고 위치를 지정하여 타이어의 다른 부분을 형성합니다. 타이어 제조 공정의 첫 번째 단계는 고무, 카본 블랙, 유황 및 기타 재료 - 고무 화합물을 형성합니다. 고무가 준비된 후 타이어 제조 기계로 보내져 작업자가 고무 층을 쌓아 타이어를 형성합니다. 이 때 타이어를 "그린 타이어"라고 합니다. 이 시점에서 "그린 타이어"라고 불리는 타이어. 녹색 타이어가 완성되면 금속 드럼이 붕괴되어 타이어 조립자가 타이어를 제거할 수 있습니다. 그린 타이어는 경화를 위해 금형으로 옮겨집니다.

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1 타이어 제조 공정의 첫 번째 단계는 고무 컴파운드를 형성하기 위해 원료를 혼합하는 것입니다. 철도 차량은 대량의 천연 및 합성 고무, 카본 블랙, 유황 및 기타 화학 물질과 오일을 운송하며, 모두 필요할 때까지 보관됩니다. 컴퓨터 제어 시스템에는 다양한 레시피가 포함되어 있으며 혼합을 위한 특정 배치의 고무 및 화학 물질을 자동으로 측정할 수 있습니다. 수직 시멘트 믹서처럼 매달려 있는 거대한 믹서는 최대 1,100파운드 무게의 배치로 고무와 화학 물질을 함께 저어줍니다.

2 그런 다음 각 혼합물을 추가 가열로 다시 밀링하여 배치를 부드럽게 하고 화학 물질을 혼합합니다. 세 번째 단계에서 배치는 믹서를 다시 거칩니다. 여기서 추가 화학 물질이 추가되어 최종 혼합물을 형성합니다. 혼합의 세 단계 모두에서 배치에 열과 마찰을 가하여 고무를 부드럽게 하고 화학 물질을 고르게 분배합니다. 각 배치의 화학 성분은 타이어 부품에 따라 다릅니다. 특정 고무 배합은 차체에, 다른 배합은 비드에, 다른 배합은 트레드에 사용됩니다.

본체, 구슬 및 트레드

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3 일단 고무 배치가 혼합되면 배치를 두꺼운 시트로 짜내는 강력한 압연기를 거칩니다. 이 시트는 타이어의 특정 부분을 만드는 데 사용됩니다. 예를 들어, 타이어 본체는 고무로 덮인 천과 같은 천 조각으로 구성됩니다. 고무 처리된 천의 각 스트립은 플라이 라는 층을 형성하는 데 사용됩니다. 타이어 본체에. 승용차 타이어는 차체에 최대 4겹이 있을 수 있습니다.

4 타이어의 비드(bead)는 와이어 포장기에서 와이어 다발을 형성합니다. 그런 다음 번들은 링으로 형성되고 링은 고무로 덮여 있습니다.

5 타이어 트레드 및 측벽용 고무는 배치 믹서에서 압출기라고 하는 다른 유형의 가공 기계로 이동합니다. 압출기에서 배치가 더 혼합되고 가열된 다음 다이(모양이 있는 오리피스)를 통해 밀어내어 고무 층을 형성합니다. 측벽 고무는 보호용 플라스틱 시트로 덮이고 압연됩니다. 트레드 고무를 조각으로 잘라 책이라고 하는 크고 평평한 금속 케이스에 넣습니다.

타이어 성형 기계

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6 측벽 고무 롤, 트레드 고무가 포함된 책, 그린 타이어를 만든 후 금형에 넣어 경화시킵니다. 조개 모양의 금형에는 크고 유연한 풍선이 들어 있습니다. 타이어를 풍선(방광) 위에 놓고 금형을 닫습니다. 다음으로 증기가 풍선으로 펌핑되어 풍선이 팽창하여 금형 측면에 대해 타이어 모양이 형성됩니다. 냉각 후 타이어에 공기를 주입하고 테스트합니다. 구슬은 모두 타이어 제조 기계의 숙련된 조립자에게 전달됩니다. 기계 중앙에는 타이어 부품을 고정하는 접을 수 있는 회전 드럼이 있습니다. 타이어 조립업체는 기계 드럼 주위에 고무로 덮인 몸체 플라이를 감아 타이어 제작을 시작합니다. 이 플라이의 끝을 접착제로 결합한 후 비드를 추가하고 비드 위에 추가 타이어 본체 플라이를 깔아 제자리에 고정합니다. 다음으로 조립자는 특수 전동 공구를 사용하여 타이어 플라이의 가장자리를 형성합니다. 마지막으로 측벽과 트레드용 압출 고무 층이 제자리에 접착되고 조립된 타이어(녹색 타이어)가 타이어 성형 기계에서 제거됩니다.

경화

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7 양생을 위해 큰 틀 안에 그린 타이어를 넣습니다. 타이어 몰드는 방광이라고 하는 크고 유연한 풍선을 나타내기 위해 열리는 괴물 같은 금속 조개 모양입니다. 녹색 타이어를 블래더 위에 놓고 클램쉘 몰드가 닫히면 블래더가 증기로 채워지고 팽창하여 타이어 모양을 만들고 블랭크 트레드 고무가 몰드의 융기된 내부에 닿도록 합니다. 이 경화 과정에서 증기는 녹색 타이어를 280도까지 가열합니다. 금형에서의 시간은 타이어에서 원하는 특성에 따라 다릅니다.

8 경화가 완료되면 타이어를 금형에서 제거하여 냉각 후 테스트합니다. 각 타이어는 트레드의 고무, 사이드월, 타이어 내부의 기포 또는 보이드와 같은 결함이 있는지 철저히 검사합니다. 그런 다음 타이어를 테스트 휠에 놓고 공기를 주입하고 회전시킵니다. 테스트 휠의 센서는 타이어의 균형을 측정하고 타이어가 직선으로 움직이는지 확인합니다. 현대식 타이어의 디자인과 조립으로 인해 거부되는 경우는 거의 없습니다. 타이어가 검사되고 테스트 휠에서 작동되면 유통을 위해 창고로 이동됩니다.

품질 관리

품질 관리는 원자재 공급업체에서 시작됩니다. 오늘날 타이어 제조업체는 타이어 공장으로 납품되기 전에 원자재를 테스트하는 공급업체를 찾고 있습니다. 제조업체는 종종 원자재의 특성 및 구성에 대한 자세한 인증을 제공하는 소수의 공급업체와 특별 구매 계약을 체결합니다. 공급업체의 인증을 보장하기 위해 타이어 회사 화학자들은 납품되는 원자재를 무작위로 테스트합니다.

배치 혼합 공정 전반에 걸쳐 고무 샘플을 채취하고 테스트하여 인장 강도 및 밀도와 같은 다양한 특성을 확인합니다. 각 타이어 조립업체는 사용된 타이어 구성 요소를 책임집니다. 코드 번호와 포괄적인 컴퓨터 기록 보관 시스템을 통해 공장 관리자는 고무 및 특정 타이어 구성 요소의 배치를 추적할 수 있습니다.

새로운 타이어 디자인이 처음 제조될 때 파괴 테스트를 위해 조립 라인의 끝에서 수백 개의 타이어를 가져옵니다. 예를 들어, 타이어 중 일부는 차체 플라이 사이의 공기 주머니를 확인하기 위해 열려 있고 다른 타이어는 펑크 저항을 확인하기 위해 금속 스터드에 눌러져 있습니다. 또 다른 타이어는 주행 거리 및 기타 성능 특성을 테스트하기 위해 빠르게 회전되어 금속 드럼에 강제로 내려갑니다.

다양한 비파괴 평가 기법이 타이어 품질 관리에도 사용됩니다. X-레이 비디오 촬영은 타이어를 통해 빠르고 드러내는 시야를 제공합니다. 엑스레이 타이어 테스트에서는 타이어를 무작위로 선택하여 방사선 부스로 가져가 엑스레이를 조사합니다. 테스트 기술자가 타이어 결함을 쉽게 발견할 수 있는 비디오 화면에서 X선 ​​이미지를 봅니다. 결함이 나타나면 제조 엔지니어가 타이어 구성 요소 조립의 특정 단계를 검토하여 결함이 어떻게 형성되었는지 확인합니다.

내부 테스트 외에도 소비자 및 타이어 딜러의 피드백도 제조 프로세스와 상호 연관되어 프로세스 개선 사항을 식별합니다.

미래

고무 화학 및 타이어 디자인의 지속적인 개선은 극한의 기상 조건에서 더 큰 마일리지와 향상된 성능을 제공하는 흥미진진한 새 타이어를 만들고 있습니다. 제조업체는 이제 최대 80,000마일까지 지속되는 것으로 추정되는 타이어를 제공합니다. 컴퓨터로 설계 및 테스트한 트레드는 이제 젖은 도로나 눈길에서 향상된 견인력과 안전성을 위해 독특한 비대칭 밴드가 특징입니다.

타이어 설계 엔지니어는 또한 압력을 받는 공기를 포함하지 않기 때문에 절대로 펑크가 나지 않는 비공압 타이어를 실험하고 있습니다. 그러한 비공압 타이어 중 하나는 단순히 휠 림에 부착된 두꺼운 플라스틱 판입니다. 플라스틱은 도로와 접촉하기 위해 고무 트레드가 플라스틱에 고정되는 지점까지 림에서 바깥쪽으로 구부러져 있습니다. 이러한 타이어는 트레드와 노면 사이의 접촉 면적이 더 넓기 때문에 더 나은 연비와 우수한 핸들링을 위해 더 낮은 구름 저항을 제공합니다.