具有最佳閉合的輪胎硫化模具的製作方法

2023-10-10 08:24:59 2

本發明涉及輪胎製造的領域，更具體地涉及旨在用於硫化的模具的領域。

背景技術：

正如輪胎生產工業中已知的，固化模具的移動部件形成剛性腔體，所述剛性腔體旨在對輪胎外部部件進行模製並向輪胎傳遞硫化反應所需的熱能。

該腔體通常包括兩個板，所述兩個板沿軸向移動並支撐旨在對輪胎胎側進行模製的殼體。在徑向方向上移動的抵抗性弧形部段各自帶有旨在模製胎面的模製元件。模具的各個部件進行組裝並且相對於固化壓機以合適的動力學移動。

為了使部段沿徑向閉合至胎坯，通常使用沿軸向移動的外環，所述外環作用於部段的截頭圓錐形支承表面。當模具處於閉合位置時，所述環緊貼部段的徑向外背面並保持將模製元件擠壓在一起。殼體沿軸向相互靠近地移動並且在軸向對立面的每一者上帶有模製元件從而形成連續的內部模製表面。當模具打開時，部段在環的作用下沿徑向後退，板沿軸向更遠離地移動從而允許從硫化腔體中取出輪胎。

固化壓機不僅控制部段的徑向移動而且控制模具的打開移動和閉合移動，因此必須具有堅固結構並提供巨大的力從而特別在輪胎固化(在高壓下進行)的同時保持模具閉合。在固化過程中，模具內的壓力傾向於推開部段，這對模製品質產生負面影響(例如在模製過程中在部段之間產生溢料)。為了確保模具特別在高壓下維持閉合，需要調節通過壓機施加的力從而適應輪胎內的壓力，這需要使用體積龐大且昂貴的壓機或者針對每個模具使用壓機，這被證明是不太經濟的。

該問題的一個解決方案描述於文獻US 3 922 122，其中使模製部段閉合的環通過可調節高度的剛性墊圈而緊貼壓機的下板。選擇墊圈的高度使得當模具閉合且部段與環接觸時，位於環和部段之間的界面處的力導致施加至部段的彈性變形。產生部段的彈性變形的這些力抵抗由於模具內的壓力造成的向外徑向移動並且保證部段維持於閉合位置。然而，每次更換模具時需要調節墊圈的高度，這影響了生產率。

另一個解決方案描述於文獻EP 1 647 383，其中使部段閉合的環通過圍繞圓周分布的彈簧墊圈盒而安裝在硫化壓機的上板上。在操作中，當模具閉合時盒中的墊圈壓縮，因此允許通過閉合環的彈性變形而調節鎖模力。在每個固化周期中，環彈性地變形並在來自彈性盒的力的方向上變長。

在通過這些文獻已知的解決方案中，在每個周期中使墊圈張緊所使用的力是需要由固化壓機提供的額外的力。此外，在每個固化周期中在模具閉合構件上出現應力，所述周期性應力引發構件中的疲勞磨損並對模具壽命產生負面影響。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠克服這些缺點同時能夠用硫化壓機提供的較小的力來操作的模具。

使用包括如下特徵的輪胎硫化模具而實現本發明的目的：

多個部段，所述多個部段用於模製輪胎胎面的外部並且能夠在模具打開的位置和模具閉合的位置之間沿徑向移動，這些部段具有沿徑向設置在外部的截頭圓錐形支承表面，以及

沿軸向移動的外環，所述外環作用於沿徑向設置在所述部段外部的截頭圓錐形支承表面，從而使部段閉合併且在模具中從其閉合位置向後移動。

模具的特徵在於，當模具處於打開位置時，所述外環受到沿徑向朝向內部的預負荷。

因此，在本發明的模具中，在製造時向外環施加永久預負荷。例如，可以以兩個緊密配合的構件的組件的形式製造所述環。施加至外環的預負荷沿徑向指向模具的內部從而抵抗由於其固化腔體中的內部壓力而在與部段的界面處產生的力。因此，對於相同的內部壓力，相比於現有技術中已知的解決方案中所需的力，壓機需要提供更低的閉合力。

有利地，外環為收縮配合組件，因為收縮配合組件容易生產並且具有堅固品質。

優選地，收縮配合壓力高於內部固化壓力。舉例而言，收縮配合壓力在4N/mm2和6N/mm2之間。能夠為固化模具的環提供足夠的預負荷力同時防止條帶爆裂。

在本發明的第一個實施方案中，模具包括圍繞所述環收縮配合的剛性圓筒狀管。該解決方案容易實施，例如通過在將管安裝在環上之前加熱管。

在本發明的變體形式中，模具包括圍繞所述環纏繞的繃緊的纜線。這允許纜線在給定的高度上以預定模式進行纏繞。該解決方案的優點在於能夠使用較小重量的纜線提供較大的力。

優選地，外環的所述截頭圓錐形支承表面的傾斜角度在6°和20°之間。在實驗室測試的過程中發現，對於小於6°的角度，組件變為楔形，而對於大於20°的角度，力的豎直分力由於內部壓力而變得極高。

在本發明的第二個實施方案中，通過形成圓錐-對-圓錐組件而向外環施加應力。這帶來的優點可以不需要加熱任何構件。

優選地，考慮到組件的兩個圓錐形構件之間的界面處的摩擦係數，圓錐的傾斜角度在3°和25°之間從而經由圓錐向模具的外環重新施加最大力。

有利地，模具包括用於調節預負荷量的裝置。這允許根據模具的內部壓力調節預負荷量。

優選地，模具包括兩個板，所述兩個板沿軸向移動並且支撐旨在對輪胎胎側進行模製的殼體。應當承認，能夠在用於翻新輪胎的模具中應用本發明的解決方案，所述模具於是不具有旨在模製輪胎胎側的側面殼體。在本發明的優選的替代形式中，模具為從裝入硫化模具內的胎坯生產輪胎的模具。

還通過使用本發明的模具而模製胎坯的方法來實現本發明的目的，其中在模具閉合之前向外環施加預負荷。

附圖說明

通過說明書的剩餘部分(所述剩餘部分得到如下附圖的支持)，將更好地理解本發明：

-圖1為根據本發明第一個實施方案的模具的橫截面的視圖，所述橫截面在穿過模具對稱軸線的豎直平面中取得；

-圖2為根據本發明第二個實施方案的模具的橫截面的視圖，所述橫截面在穿過模具對稱軸線的豎直平面中取得。

具體實施方式

模具1包括部段2，所述部段2包括模製元件3，所述模製元件3用於模製胎面的徑向外表面並與上方殼體4和下方殼體5限定內部腔體6。上方殼體4和下方殼體5各自通過旨在分別模製胎坯的底部區域的部件7和8而得到補充。模製元件3通過卡環9而固定至部段2。殼體4和5各自固定至壓機的上板和下板(板未顯示)，所述上板和下板相對於彼此在軸向方向上移動。因此形成的模具圍繞軸線X–X』呈現旋轉對稱。

當模具處於如圖1所示的閉合位置時，模製元件3沿周向設置成與每個殼體緊密接觸從而形成連續的模製表面。固化膜設置在內部腔體6中並且通過傳熱流體提供溫度T1和固化壓力p1的條件從而固化胎坯，所述胎坯設置在模具1內並且通過固化膜緊貼模製部件而牢固地擠壓所述胎坯。舉例而言，溫度T1在120℃和160℃之間而壓力p1在16bar和24bar(1.6N/mm2和2.4N/mm2)之間。

相對於部段2沿徑向位於外部的外環10安裝成能夠沿軸向(被理解為表示沿著軸線X–X』或平行於軸線X–X』)移動，該外環10具有截頭圓錐形內表面12，所述截頭圓錐形內表面12與部段2的截頭圓錐形外支承表面11接合。通過與沿徑向位於部段外部的截頭圓錐形支承表面接合，相對於部段2沿徑向位於外部並能夠沿軸向移動的外環10使得部段2閉合。例如，通過具有可調節作用力F的致動汽缸(未顯示)使外環10移動。

根據本發明，向外環10施加沿徑向朝向模具內部指向的預負荷S1。該預負荷為永久性的且在環製造的時候獲得。在圖1的實施方案中，圓筒狀管19圍繞外環10在熱狀態下收縮配合。圓筒狀管19被加熱並在熱狀態下配合至外環10的本體16的圓周表面或收縮配合表面14直至其與本體16的肩部15鄰接。

在圖中顯示的實施例中，環為加熱環類型並包含加壓蒸汽。圖1的外環10因此通過組裝具有圓筒狀外表面14的本體16和焊接至本體16的截頭圓錐形套筒17而形成，在所述本體16和截頭圓錐形套筒17之間形成用於循環傳熱流體的腔體18。相似地，圖2中顯示的外環10通過將本體20和截頭圓錐形套筒17焊接在一起而形成，在所述本體20和截頭圓錐形套筒17之間限定用於循環傳熱流體的腔體18。

在所示實施例中，圓筒狀管19具有15mm的厚度而外環在室溫下具有收縮配合表面14的957mm的外徑。當收縮配合管由鋼製成並且選擇150N/mm2的拉伸應力時，獲得956.3mm的預加熱條帶直徑，當加熱至約180℃的溫度時所述預加熱條帶直徑容易配合所述環。

在一個替代形式中，使用液氮或乾冰冷卻外環10從而使其收縮並且配合在圓筒狀管20內。

在本發明的另一個替代形式中，通過圍繞環的收縮配合表面14纏繞繃緊的金屬纜線從而使外環10收縮配合。纜線在所述收縮配合表面14的全部或一部分高度上以預定節距螺旋纏繞。還可以形成單獨的環形箍狀物使得其在收縮配合區域14的高度上均勻分布。收縮配合壓力需要在4N/mm2和6N/mm2之間。

在另一個替代形式中，可以使用樹脂包覆的絲線代替金屬纜線。

圖2顯示了根據本發明的第二個實施方案的模具1，在圖2中與圖1相似的元件具有相同的附圖標記。如圖2中可見，通過形成圓錐-對-圓錐組件而使應力施加至外環10，其中圓錐利用調節螺栓而移動。為此，外環10包括本體20，所述本體20的截頭圓錐形外表面具有傾斜角度α。截頭圓錐形環狀物22的內表面以與本體20相同角度α傾斜，截頭圓錐形環狀物22配合在本體20的外表面上。本體22具有突出部分21，所述突出部分21配合在屬於本體20的相應形狀的部分上，本體20和環狀物22利用螺栓23而固定在一起。使用螺栓23調節環狀物2相對於本體20的軸向位置，由此調節施加至環10的預負荷的量。

舉例而言，外環10的本體16、22由鋼(例如25CrMo4)製成，所述鋼可以焊接並且在室溫下具有如下特徵：460N/mm2的最小拉伸強度，250N/mm2的最小彈性極限和超過14％的斷裂伸長。套筒17的材料也是如此，所述套筒17的與部段2合作的截頭圓錐形表面還具有滲氮處理。圓筒狀管19和截頭圓錐形環狀物22由機械性質與外環10的本體相同的鋼製成。

模具的工作方式如下：將胎坯放置在內部腔體6中，由於來自壓機的閉合力F通過外環10的逐步前進移動而使模具閉合。環的截頭圓錐形內表面11逐漸與部段2的截頭圓錐形支承表面12接合，通過壓機的上板的軸向移動使得部段和模具的內部腔體閉合。當模具打開時，外環10沿軸向前進，而部段2沿徑向後退然後與上板同時沿軸向驅動從而遠離下板移動。

圖1顯示了在硫化操作的過程中處於閉合位置的模具。圖1中用P1顯示了在環和部段之間的界面處由於內部壓力p1(固化膜施加至胎坯的壓力)造成的合力。合力P1具有水平分力P2和豎直分力P3。壓機的鎖模力F需要高於豎直分力P3從而使模具在固化過程中維持閉合。由環10的預負荷提供的力S1的方向與由於模具的內部壓力產生的力P2的方向相反。這防止了部段在硫化過程中打開，由此防止在輪胎上出現模製缺陷。此外，通過壓機提供的鎖模力F較低，因為其只需要克服力P3。

上述實施方案當然是非限制性的，本領域技術人員能夠設想允許向模具的外環施加應力的其它等同裝置。因此，代替收縮配合的圓筒狀管，能夠使用可拆的圓筒狀管結合圍繞環的外表面的周向夾持裝置。

還能夠設想使用多個相同或不同的連續條帶的組件。

正像應用於製造輪胎的模具那樣，本發明的解決方案也應用於環形胎面從而翻新輪胎。