輪胎模子及輪胎的模壓製造方法
2023-04-25 21:08:36 1
專利名稱：輪胎模子及輪胎的模壓製造方法
技術領域：
本發明涉及輪胎的模壓，特別是輪胎滾動區的模壓。
為了保證模壓製造的高質量，必須遵守許多條件。其中的一個條件專門涉及刻紋脫模的操作，它應使輪胎受到儘可能小的應力，否則，尤其在輪胎的加強結構中會引起擾亂。為此，採用俗稱「扇模」的模子(例如由專利US 3779677所描述的，它要比「雙瓣」式模子(如專利US 2874405中所述的)好。
此外，尤其希望在輪胎滾動區上沒有由於橡膠在兩個模件(如兩個扇形件)間溢出形成的毛刺。正因為這一原因，通常在給未處理的輪胎附加成型之前，關合模子(所有鄰接扇形件)。附加成型是通過在硫化膜中佔優勢的壓力增長獲得的，這使輪胎滾動區的橡膠進入模壓刻紋的模件中。
不過，在某些最新的輪胎結構中，在胎峰上有零度加強件，很難甚至不可能考慮在硫化壓力下的附加成型。那麼，未經硫化處理的輪胎的尺寸近似或明顯等於模壓和硫化處理後的輪胎的尺寸。從那時起，模件進入橡膠可在關合位置之前發生。這就導致橡膠的在圓周方向溢出，並在扇形件間的接合面上形成許多明顯的毛刺。
為了解決這一問題，至今一直致力於輪胎刻紋設計的改進當接近扇形邊緣時，推遲其間界面的磨損或減少刻紋切割率，以此來增加這些地方刻去橡膠的體積，吸收四周少量的橡膠溢出。但這只是權宜之計，無助於提高輪胎或滾動區製造的質量。
這些模壓困難源於在扇形模子中，因為每個扇形件覆蓋的角度較大，模壓只是在每個扇形件的中間平面是純徑向的，在對扇形體向前運動的觀察中發現，模壓只是在每個扇形件的中間平面呈徑向，並且模壓是在相對於徑向成一定角度的方向上進行的。在圓周方向上，為了連接扇形件的邊緣，愈是遠離中間位置時，該角度愈增大，通常，其最大值相當於扇形件開角的一半。
基於對該種模子的觀察，我們設想沿周邊有多個連續構型的模子(如象對於旅遊車輪胎的情況)，並注意到，在所謂的「扇模」模子中，扇形件數要比連續構型數少得多，從而導致每個扇形件圓周的尺寸比較大(對旅遊車輪胎而言，典型的為周長的八分之一)。
與在打開或關閉時沒有徑向運動的「雙瓣」式模子相比，雖然這種模子有很大的進步，但不能真正考慮用扇形模子來實現輪胎滾動區的徑向模壓。設想模子的一個扇形件，假定相對於模子的軸線徑向移動它，這意味著，在該扇形體模壓面的任一點上測得的真正位移與一條半徑平行。在模壓面的基準上只能對其一個圓周位置實現純徑向運動，而對於模壓面的其它任何點，真實運動偏開理論上的徑向。
換句話說，只有與徑向位移的參照半徑相交的模壓面上的點是純徑向運動，而其它點是程度不同離開上述半徑並相對它平等運動。
因此，該運動分解為徑向分量和圓周分量，後者亦稱為「誘導」分量，是不希望有的。觀察發現，在一個扇面上，在明顯對應模壓刻紋深度的徑向行程中，無論沿著圓周方向(不是純徑向)的誘導分量的位移的寬度如何，在由8個扇區組成的傳統模子的情況下，上述圓周分量值可達到輪胎模壓周長的0.2%。
當模壓時，該誘導圓周運動引起橡膠向扇面的圓周邊緣，即向鄰接扇面間的界面溢。該寄生運動導致了硫化處理後的輪胎滾動區上出現模壓毛刺，本發明的目的在於消除輪胎模壓過程中的毛刺缺陷。
EP0242840專利申請描述一種全剛性模子，其組成部分包括模壓輪胎滾動區的扇形件的圓環；模壓輪胎側面(輪胎外面)的兩個側金屬鑄型件，以及模壓輪胎內面的剛性型芯。因為不再有附加成型，應用這種模子可使設計人員從模壓階段的特定困難中解脫出來。該模子的全剛性設計為提高輪胎的模壓製造質量帶來許多好處，因為可得到高質量的幾何形狀(任何橫向位置具有良好的圓度)。然而，以規定體積進行的模壓迫使輪胎毛坯體積保持甚小的公差。
本發明的另一個目的在於，可保存剛性模子上述觀點中良好控制用這種模子製造輪胎的幾何構型質量的優點。同時使製造操作對在同一模子中連續模壓和硫化處理的輪胎毛坯間的體積分散度不過分敏感。
本發明的模子不僅可以達到這些目的，同時還能對輪胎模壓和脫模總的工作範圍帶來改善，用或不用剛性型芯去模壓輪胎的內腔均可。
本發明建議一種鑄造輪胎滾動區的模子，在模壓位置上確定出一個連續環，它包括由圓周方向上連續排列的構型組成的凸起，這些構型保證輪胎滾動區外徑面刻紋的模壓，該模子由至少在模壓的最後行程沿接近或離開模子軸的方向單獨可移動的模件組成，所述輪胎滾動區的模壓是由每個模件的內徑面保證的。所述模件至少在沿上述最後行程中彼此間是可移動的，每個所述模件是一個相應於所述構型中一個的圓周展開段。
如果所考慮的模子包括例如30個各自可移動的模件，並按照本專利建議的方案實施。從如上述所作的模壓面運動的分析中發現，上述的誘導圓周分量不超過周長0.04%，模壓面任何點上測得的位移極限圓周分量間的差，被證實比現有技術中目前獲得的要低得多。實驗結果表明，30個模件的數目在本發明的實際實施中事實上構成一個下限。
同樣，按照本發明的另一方面，所述模件相對模子軸是單獨可動的且至少沿最後行程彼此也是可動的，圓周尺寸是足夠小的，以便使每個模件的模壓面任何一點上觀察到的位移的極限圓周分量之間的差，低於模壓周長的0.04%。
根據本發明的另一方面，可以考慮所述模件模壓面的所有圓周位置的運動均非常明顯是徑向的。這樣，在模壓過程中有效限制了橡膠的多餘溢出。
根據發明的另一方面，用於輪胎滾動區的模子，在模壓位置上確定一個保證輪胎滾動區外徑面模壓的連續環，所述環由在模壓位置上圓周鄰接的至少30個模件組成，每個模件內徑面保證輪胎胎面的模壓，其特徵在於至少在向和離開關閉位置運動的模壓的最後行程中沿接近和離開模子軸的方向是分別可動的。模子具有能保證模件之間圓周方向彈性排斥的裝置。
這裡模件中產生的問題是厚度(圓周方向中的尺寸)問題。例如，工作應力不能使它們有彈性形變，這意味著本專利中它們的彈性不起任何功能作用。它們不是鄰接的薄鋼板，因此，在任何情況下模件的數目都保持在250個以下。
本發明的一種應用是，如同在預硫化狀態下某些輪胎冷補方法中使用的環形輪胎滾動區的製造。這種情況下，輪胎滾動區底面由一層膜片或一剛性模來模壓。
本發明還可用於一個整輪胎的模壓鑄造。這種情況下，模子包括模壓輪胎側面的裝置(如公知的金屬鑄型件)；輪胎內腔，可用膜片或剛性型芯來模壓成形，這兩種方法在本專利中是兼容的。
下列圖是用本發明鑄造輪胎的兩種實施方式，其優點對本領域技術人員是一目了然的。
圖1是根據本發明的一種模子的子午剖面線。
圖2是圖1沿Ⅱ-Ⅱ的與轉動軸垂直的剖面圖。
圖3和4是與圖2相類似的圖，代表模具張開的兩個不同階段。
圖5是該實施例的細節部分。
圖6是本發明的第二種實施方案。
圖7是張開階段的第二種方案的模子。
從圖1上可以看到一個用於模壓胎滾動區外徑面的連續環1。該環由扇形件11組成，扇形件數一般為5-10個，上面裝有刻紋模10。
在圓周方向上選擇這些件的尺寸，以組成一個可脫模的構型。這樣作是為了使脫模能在脫模的單一方向上進行，從而僅會引起橡膠由模壓和硫化產生的小彈性形變。
按照輪胎滾動區刻紋設計的傳統概念，在許多情況下，可脫模的構型是與刻紋間距相對應的。通常，對於大部分刻紋存在一個脫模方向，在這個方向上，所有刻紋模件10都不能有反拔模斜度，這正如圖2至4所示。但上面有2個相鄰刻紋構型的單個模件，常常亦組成一個可脫模的構型。
每個模件可通過任一適當方式得到。尤其在輪胎工業中廣泛應用的鑄鋁模件製造方法是很適用的。從模子中心軸看，這些模件的精確形狀符合輪胎設計者所預想的刻紋構型(橫向面不一定非得是平的)。
這樣，可象EP0451832專利申請中的那樣，有幾個橫向分開的模件。在這種情況下，上述模件分成軸向相鄰的一個或幾個組。在一個組中，模件沿相對於徑向成同一角的方向是可移動的。同一級模件之間有保證彈性排斥的裝置，每組由一系列圓周模件構成。
回到圖1可以看到，模子包括一個橫向模件10。每個扇形件11的背面包括兩個截錐形支座110，通過每個扇形件11上的兩個側槽14和每個模件10背面對應作出的榫15，使每個模件10插入其扇形件11。還可以看到，用於模壓輪胎側面的2個金屬鑄型件4；扇形體11背上的瞄準件3，以及軸向可活動的錐環2。
每個扇形件11打開位置的徑向後退，是通過釋放錐環2用以對模子解鎖實現的。而後通過瞄準件3拉每個扇形件11。所有扇形件11的關閉是通過軸向移動錐環2實現的。它作用於每個扇形件11背上的錐形支座110，保證模子牢牢鎖住。所有這些運動都是傳統的，故不贅述。
每個模件10的橫向面之一17(見圖2、3和4)在對稱面Ⅱ-Ⅱ(見圖1)的兩邊各有一個凹槽12，用於接收保證模件之間排斥力的裝置13，該裝置詳見圖5。裝置13包括頂在凹槽12底部的凸緣131，頭部133和錐面墊圈組132，用螺栓134固定在凹槽底部。槽為凹形，以使得當裝置13被安裝但未加載時，螺栓134不被露出，並使頭133略突出橫向面17。這樣，上述模件10一個接一個地相互支持的反作用力、也即圓周定向的支撐反作用力始終趨使模件10一個相對另一個彼此分開。
在圖2中，模子的所有扇形件11都在關合的位置上。彼此的間距為S。我們看到所有的模件10都以小的間隙相鄰接，其作用是保證模具的通風。
在圖3中，當扇形件11都後退一給定距離，它最好相應於花紋壓刻的深度。可以看到，由於後退扇形件彼此分開的補充距離為△S。與用如現有技術中的扇形模子產生的情況相反，我們在模子的模壓表面上再也找不到該距離△S。模件10總是保持等距的，其分開的間距E僅僅是十分之幾毫米，這樣，完全有可能在扇形件(見圖1)的槽14中的滑動大部分模件10並在排斥裝置13的作用下，產生足以克服現存磨擦力的力。值得注意的是這些力很小，因為至少在象模壓和脫模的所述過程中，橡膠對模具的徑向壓力是很小的或者是沒有的。
而後，模子可能繼續其開啟運動，同時繼續扇形件11的後退，以達到或通過圖4所示的位置。此次運動中，所有模件10相對於它們被安裝在其中的扇形件11是固定不動的。相鄰的扇形件邊緣的模件之間的間距E』可任意增大，而對輪胎滾動區的脫模操作無任何影響。
再比較地觀察2和3可以看到每個模件10上有一個肋條16。在與刻紋深度相對應的行程中，由於每個模件10的圓周尺寸很小，可以看到所有模件10的運動方向在模壓面的任何點上總是明顯徑向的。
故此我們明白了，在模壓操作中，夾在屬於不同扇形件肋條16a和16b之間的橡膠體積，與夾在屬於同一扇形件肋條16b和16c之間的體積是一樣的(沒考慮某些刻紋間距的可變性)。不管怎樣，任何一對鄰接模件10的肋條16之間可提供的理論體積，與模壓時被所述肋條16夾的真實橡膠的體積是對應的。
更普遍地說，模壓和脫模方向是接近或離開模子軸的方向，該方向並非必須是徑向的，但如果事實證明十分有利的話，可相對於徑向成一個非零的角度。實際上，某些刻紋呈非輻射狀切口，如象MI CHELIN公司已商業化的M+S100型輪胎層那樣。
在從徑截面的角度看模子包括數個軸向鄰接的模件的情況下，通常它可包括幾組模件。對其實施方式進行選擇，以使得輪胎左和右具有不同間距的刻紋。對此可分開控制每一組中模壓/脫模方向。在每一組內，所有作為零件的模件都沿著接近或離開模子軸的同一方向。
上面我們介紹了第一實施方式，其每一個模件橫向延伸到上述環的整個寬度，即從輪胎的一側凸肩到另一側凸肩。圖6和7給出了本發明的另一實施方案，其中把保證模壓刻紋的環分成G和D兩個部分，每個部分在橫向包括模件10G或10D。這種布置不是限定的，在其中一個部分或兩個部分G和D上，可加裝幾組模件；周邊方向如同第一種方案，每個部分包括很多模件10G和10D，例如也要配置同樣多的刻紋圖案。
這樣，可考慮實現一種稱作「雙瓣」的模子，在脫模必須打開時，它分成明顯相同的兩部分。
這種過去通常用於對角地模壓輪胎的模子，已被通過輪胎徑向的扇形模子所取代，因為此種情況下脫模時，能更有利於使扇形件徑向遠離。然而，本發明所建議的「雙瓣」形模子，將其最突出的簡便性與徑向離開模子軸的模件的徑向後退作出的打開能力結合在一起。
這裡，我們把模件及安裝它的機械支柱類比為金屬鑄型4。如以下將要解釋的，其作用在於控制模件10G(或10D)運動的環5安裝在每個金屬鑄型件4上。但顯然並不僅限於此種布置，在某些實施中，這些模件可以是相互移動的。
中心定位榫181設在G瓣的模件10G側面18上。它與另一瓣的模件10D的側面18上對應的槽相配合。每個模件10G、10D的背上有一接觸面19，與圓箍50軸向接觸。
圓箍50與活塞51相連，例如至少有三個活塞等距離分布於圓箍50的整個圓周上。為了激勵這些活塞51的每個，在槽53中裝有彈簧52。彈簧一方面靠在金屬鑄型件4上，另一方面靠在活塞51上，以便將其軸向內推，直至活塞51底部的凸肩510頂住對應槽53的底部530。
例如燕尾榫形式的滑軌54，一方面固定在每個模件10G、10D的背上，另一方面固定在環5的內徑壁上。該滑軌54構成能保證模件10G或10D的環5間滑移自由度的裝置。上述滑移是沿相對於模具軸的傾斜進行的。相對於模具與模子軸平行的打開和關合的外力，選擇不會卡住的傾角。
在上面介紹的模子的優選實施方案中，簡單地作用金屬鑄型件4，就可得到模壓和脫模操作所需的所有運動。假定從圖6所示的關合位置出發(見圖6)，如果將金屬鑄型件彼此軸向分開，那麼，通過彈簧52的作用，模件10G和10D通過它們的側面18仍保持相互接觸。模件徑向後退到圖7所示的位置，該圖說明了模具的開啟運動。後退的徑向行程「P」最好恰大於刻紋的深度，因為隨著金屬鑄型件43繼續徑向相對分離，繼續地發生模具的打開。
如果使金屬鑄型件4軸向接近，模件10G和10D唯一可能的運動是向其關合位置的徑向前移以對金屬鑄型件4的軸向接近作出反應。這便解釋了模子的關閉。所有模件10G(或10D)的運動最好是同時的和對稱的。中心定位榫181可保證一理想的對稱。
當這種模具與模壓輪胎內面的剛性型芯配套使用時，最好有一個裝置(圖中沒有表示出來)，在模件10G和10D全部到達其關合位置之後，它能通過金屬模件4的軸向小行程來結束模具的關合運動。這樣可以在金屬鑄件和環之間得到活塞效應，其作用描述在EP0242840專利中(見前述)。
正如前面所講到的，本發明亦涉及一種使用剛才所述模子製造輪胎的方法。為此，模具要有一個用於支撐其組件結合和硫化過程中用作輪胎內腔模壓件的剛性型芯。
這種模子與剛性型芯配套使用的優點在於，可以使模子具有一定的彈性，也就是說使模壓腔體積略微增加的一定能力，以適應溫度升高而導致的橡膠膨漲，並使模件間的間隙呈均勻分布。這可通過讓金屬鑄型件4，或更確切地說，讓環5軸向後退到輪胎模壓腔中的一定壓力之外來得到。此外，在兩個連續階段不必再關閉模壓輪胎滾動區的環。這樣也簡化了模壓和限制了其徑向外廓尺寸。
當然，第二種實施方式「雙瓣」模具可與結合第一方案描述的排斥裝置13配套使用，該裝置取代或輔助彈簧52。
對於模壓產生的毛刺，通過觀察發現，最嚴厲的模壓條件出現在整個輪胎上形成縱向刻紋的期間，當然這是指不存在任何附加成型情況。縱向刻紋由圓周上不可能是連續的肋條模壓的。這些肋條被分割成與模件10(或10G、10D)同樣多的區段。實驗表明，同樣用剛性型芯模壓輪胎內腔，如果在模具的肋條進入生橡膠中的時候，模件間的間隔量低於0.3mm，這樣就不會出現模壓毛刺。
使用明顯對應於刻紋間距的模件10或10G、10D，其數目對於旅行車的輪胎例如需要70個模件才能包圍輪胎的圓周，因此，模件間的縫為70個。所有縫合起來0.3×70=21mm。這相當於21/2π=3.3的徑向行程，明顯相應於刻紋深度的一半。不過，我們知道，從徑向剖面看，使輪胎滾動區的橡膠具有與硫化處理後輪胎的剖面相接近的剖面是完全可能的。在與刻紋深度的分數值相對應的最後行程之前，肋條不進入生橡膠也是可能的。
權利要求
1.用於輪胎滾動區的模子在模壓位置上確定出一個連續環(1)，它包括由圓周方向上連續排列的構型組成的凸起，這些構型保證輪胎滾動區外徑面刻紋的模壓，該模具由至少在模壓的最後行程沿著接近和離開模子軸方向單獨可移動的模件(10、10G、10D)組成；所述輪胎滾動區的模壓是由每個模件的內徑面來保證的，所述模件至少在沿上述最後行程中彼此間亦是可動的，其特徵在於每個所述模件是一個相應於所述構型中的一個圓周展開段。
2.用於輪胎滾動區的模子在模壓位置確定一個保證輪胎滾動區外徑面模壓的連續環(1)，上述環由至少30個模壓位置圓周鄰接的模件組成(10、10G、10D)，每個模件的內徑面保證上述輪胎胎面的模壓，其特徵在於至少在向著和從關合位置運動的模壓的最後行程沿著接近和離開模具軸的方向是單獨可動的，模子並具有保證每個模件之間周向彈性排斥的裝置。
3.用於輪胎滾動面的模子在模壓位置確定一個保證輪胎滾動區外徑面上刻紋模壓的連續環，模具由至少在模壓的最後行程中沿著接近和離開模子軸的方向是單獨可動的模件(10、10G、10D)，所述輪胎滾動區的模壓是由每個模件的內徑面來保證的，所述模件至少在上述的最後行程中也是相互可移動的；其特徵在於模件的圓周尺寸足夠小，以使在模件的模壓面任何點上所觀察到的位移的極限圓周分量之間的差低於模壓周長的0.04%。
4.按照權利要求2的模子，其特徵在於所述模件分成軸向相鄰的一個或幾個組，以使得在一組內，它們沿相對於徑向成同一角度的方向是可動的，所述保證彈性排斥的裝置布置在同一組模件之間。
5.按照權利要求2或4的模子，其特徵在於所述模件安裝在至少5個扇形件(11)上，在模件間具有間隙；運動中相當於上述行程的運動行程中，模件可以相對於所述扇形件沿圓周滑移。
6.按照權利要求2或4的模子，其特徵在於所述環分成軸向可分開的兩個部分(G、D)，每部分安裝在一個環(5)上，環可以軸向相互接近或離開，每個部分至少一個模件組(10G或10D)。
7.按照權利要求6的模子，其特徵在於每個部分(C或D)包括一個模件組，每個模件的背上有一個使外側與連續圓箍(50)軸向接觸的接觸面(19)；環和圓箍(50)之間有產生擴展力的裝置，該力具有與模子軸相平行的分量。
8.按照權利要求6或7的模子，其特徵在於每個模件通過一個可保證模件(10G或10D)與環(5)之間滑移自由度的裝置(54)安裝在環(5)上，所述滑移是沿著與模子軸相傾斜的軸發生的，以使得環(5)的軸向運動導致了至少在相應於刻紋深度的上述行程中模件(10G和10D)的徑向運動。
9.按照權利要求2或4-8中一項的模子，其特徵在於每個模件在其每個非模壓的橫向面上至少要有一個與鄰接模件的非模壓橫向面相對著的凹口(12)，其中裝有保證所述彈性排斥的裝置。
10.按照權利要求1的模子，其特徵在於所述構型是與刻紋間距相對應的重複構型。
11.按照權利要求1至10中一項的模子，其特徵在於所述模件(10、10G、10D)分為軸向鄰接的一個或幾個組，以使在一個組內，模件相對於徑向成同一角度的方向均是可動的。
12.按照權利要求1、3、10或11中一項的模子，其特徵在於具有保證各模件間圓周方向中彈性排斥的裝置，如有必要，在每個組內可這樣做。
13.按照權利要求1至12中一項的模子，其特徵在於所述模件至少被此間帶有間隙地安裝在5個扇形件(11)上，在相應於所述行程的運動行程中，模件可相對於上述扇形件圓周滑移。
14.按照權利要求1至12中一項的模子，其特徵在於所述模件分為軸向分開的兩個部分(G、D)，每個安裝在一個環(5)上，這些環可以軸向相互接近或離開，如有必要，每個部分至少要包含一個模件組。
15.按照權利要求14的模子，其特徵在於每個部分只包括一個模件組，每個模件的背有一個使外側與連續圓箍(50)軸向相接觸面(19)，環和箍之間有產生擴展力的裝置，該力具有與模子軸相平行的分量。
16.按照權利要求13、14或15中一項的模子，其特徵在於每個模件通過保證模件和上述環之間滑移自由度的裝置(54)與環相連，上述滑移是沿與模子軸相傾斜的軸發生的，以使一個環的軸向運動至少在相應於刻紋深度的上述行程中引起模件的徑向運動。
17.按照權利要求10-16中一項的模子，其特徵在於所述每個模件至少在其每個非模壓橫向面上有一個和鄰接模件的非模壓橫向面相對著的凹口(12)，其中裝有一個保證所述彈性排斥的裝置(13)。
18.輪胎製造方法，其特徵在於使用了根據權利要求1至17中一個權利要求的模子。
19.按照權利要求18的輪胎製造方法，其特徵在於輪胎逐漸被聚集在一個用作構件裝配支架的剛性型芯上，該型芯然後在硫化過程中用於模壓輪胎內腔。
全文摘要
一種具有扇形件(11)的模子設計是在模壓過程中，所有模件(10、10a、10b、10c)是等距離分布的，由裝置(13)保證模件之間的彈性排斥。在壓合的最後階段，某些模件相對於它們的扇形件(11)沿圓周滑動，從而避免了扇形件間夾膠和出現模壓毛刺。
文檔編號B29C35/00GK1106746SQ9411870
公開日1995年8月16日 申請日期1994年11月10日 優先權日1993年11月12日
發明者蒙西埃爾·阿蘭·蘇拉裡奧克斯 申請人:塞德普魯公司