形成環形的彈性輪胎部件的方法和設備的製作方法
2023-09-23 17:44:20
專利名稱：形成環形的彈性輪胎部件的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種形成成形的環形彈性輪胎部件的方法和設備。
背景技術：
在輪胎部件的製造中，通過將部件擠壓成形為長的連續帶來製備彈性橡膠帶，該帶按一定長度剪切並包圍或對接在圓柱形的成形鼓上。
輪胎成形鼓接著在中心徑向彭脹並且端部軸向收縮以便將輪胎成形為環形形狀。繩加強層帶和胎面橡膠帶施加在生胎體胎冠上以便形成「生的」或未硫化的輪胎組件。
製成的輪胎組件接著放置在輪胎模具中並在稱為硫化的工藝中形成輪胎。
由於輪胎組件在圓柱形輪胎成形鼓上平躺組裝並接著彭脹成環形形狀，每個部件必須在模製之前處於拉伸或壓縮下。不同部件的拉伸造成硫化期間部件加熱時不同橡膠部件之間的滑動。
已經嘗試不同的努力以減小不同部件之間的滑動。
一個特別關心的區域是三角膠芯。三角膠芯是直接位於通常稱為胎圈芯的環形拉伸構件之上的橡膠構件。三角膠芯的形狀通常上細長的三角形。輪胎胎體帘布層位於三角膠芯的徑向內表面附近，並且通常圍繞胎圈芯纏繞，而且沿三角膠芯的徑向外表面延伸，通常稱為帘布層翻邊。
當輪胎平躺地製成，三角膠芯必須轉動90°以到達直立位置。由於高應力和三角膠芯的局部變薄，迫使三角膠芯的最外邊的尖端在周向很大程度地拉伸。
在授予Vannan的美國專利6,298,893中，三角膠芯製成使得胎體帘布層的帘布層路徑更容易控制。如Vannan指出，帘布的張力及其相對於輪胎的自然的帘布層路徑可通過三角膠芯控制。Vannan的解決方法是預組裝和預硫化胎圈芯和三角膠芯。在此方法大大改善三角膠芯的穩定性的同時，它具有的缺點是當組裝生的或未硫化的部件時發現其缺乏粘接性能。
已經進行許多嘗試以便製成三角膠芯的未硫化帶，但是當擠壓成形物收縮、張力減小並冷卻時，在這些三角膠芯的細長尖端在形成環時趨於捲曲、起褶。這種捲曲或起褶使得該部件沒有用處。因此，只有非常短小的三角膠芯使其適合此類型的預製工藝。
本發明的目的在於提供一種形成例如三角膠芯部件的環形彈性帶的方法和設備，而不使其尖端拉伸或捲曲。
本發明的另一目的在於提供一種製造細長三角膠芯或採用非常靠近最終模製輪胎形狀定向的構形的其他輪胎材料帶。
本發明的再一目的在於提供一種製造由不同材料製成的多層部件或由類似材料製成的多層部件。
本發明的又一目的在於提供一種環形部件起始端和該部件的終端形成平滑搭接使其不出現縫隙的方法。
發明內容
形成環形彈性輪胎部件的方法具有如下步驟在支承表面或以前形成的帶或部件上環形地擠壓成形至少一彈性材料帶，通過在成形模具和支承表面之間形成或塗抹至少一材料帶從而將至少一彈性材料帶成形為預定構形，由此將該至少一帶修整和成形為所需構形。
預定構形具有不平行的相對表面或非線性的平行表面。最好是每個成形帶具有與成形帶的轉動軸線對中的徑向內端。
該方法可包括當帶施加在支承表面上時圍繞轉動軸線轉動彈性材料帶，由此環形地形成該帶。作為選擇，在施加該帶以便根據支承表面的輪廓環形地形成該帶時，該支承表面可圍繞轉動軸線轉動，成形模具間隔開以便實現適合的部件尺寸。
當該帶施加在支承表面上時形成第一端，並且旋轉大約360°，通過終止擠壓成形物流形成終端。由於材料和成形模具的相對運動，該終端可以是並且最好是疊置在第一端上，由此形成似乎是沒有接縫的疊置接合部。通過成形模具和支承表面元件擠壓成形/注射率保持帶截面構形的均勻性。
該方法還包括如下步驟，通過環形地疊置該至少一第一帶的至少一部分或另一以前施加的帶來施加另外的彈性材料帶。以此方式，未硫化輪胎部件的子組件可層壓在一起。
通過在成形模具和疊置的以前形成的帶以及支承表面之間壓縮另外的材料帶，這些另外的彈性材料帶可接著成形為預定截面構形。在一個實施例中，幾乎所有的整個生輪胎使用此方法組裝。
在一個優選實施例中，此方法用來製造未硫化彈性材料的細長三角膠芯。環形的胎圈芯放置在支承表面上並受到保持，使得該轉動軸線與支承表面或擠壓成形機的圓形路徑的轉動軸線一致。胎圈接著用作停止在徑向內端的材料流。當擠壓成形帶環形地放置在胎圈芯附近的支承表面上時，成形模具同時將材料帶壓縮成預定構形以便將該帶與胎圈芯連接在一起，從而形成胎圈芯和未硫化三角膠芯組件。
所述方法通過具有形成彈性帶的擠壓成形裝置、具有進行內支承邊緣的支承表面和用於圍繞該支承邊緣的軸線轉動擠壓成形裝置的裝置或圍繞該支承邊緣的軸線轉動該支承表面的裝置的設備實施。用於轉動的裝置在擠壓成形裝置和支承表面之間產生相對運動，由此使得該帶環形地形成。在擠壓成形裝置的出口端或排出端的附近是成形模具。該成形模具與該支承表面相結合形成彈性帶在其中進行壓縮的空腔，從而形成最終部件的所需構形或形狀。最好是，該模具設計成相對於該支承表面定向在大約30°或更小的小角度上。成形模具的導入部分將材料帶輸送到成形模具的形成部件構形的端部上。對於多個部件，該模具在僅轉動360°一圈的情況下形成完整的構形。在製造三角膠芯子組件時，該徑向內邊緣適於配合在胎圈芯直徑內，由此為胎圈芯提供支承。為改變胎圈直徑，同心環間隔件或可調整的環機構可快速和有效地連接在該支承表面上。
該支承表面可是平的並垂直於轉動軸線，或者是平和錐形的，同時成形模具可以是任何所需構形或輪廓。作為選擇，如果需要，該支承表面和成形模具兩者可進行構造。如這裡使用，許多成形部件認為是大致垂直於該轉動軸線定向。許多成形部件只需要一些大致垂直成形的部分。理解到錐形或成形的表面不完全垂直於該軸線；但是，如果沿著在某個部分穿過成形部分的直線等分該成形部件，並且該部分當放置在輪胎中以便組裝時位於輪胎側壁區域內的輪胎胎冠之下，相對於轉動軸線的角度最好定向在大於45°，通常相對於轉動軸線接近90°。
與平行於轉動軸線成形並接著轉動到輪胎成形鼓常用或傳統的更為垂直的定向的部件相比，此特徵大大地降低部件的張緊。
實際上，希望將成形部件直接輸送到輪胎成形工位上，而不分開儲存和處理。在這種情況下，成形三角膠芯子組件可從支承表面上拆卸並直接輸送到輪胎成形機上。更優選的是，該方法可構造成，使得支承表面是環形形狀的成形鼓或芯。在此方法中，成形帶直接施加在環形形狀胎體結構上。使用該方法可以成形襯底、側壁、胎圈包布、小橡膠帶、帘布、三角膠芯和其他彈性帶。
定義輪胎的「高寬比」是其截面高度(SH)與其截面寬度(SW)的比例；「軸向的」和「軸向上」是平行於輪胎轉動軸線的方向或線；「胎圈」是包括環形張力構件的輪胎部分，其具有或不具有其他的加強構件以便與設計的邊緣相配，例如筋板、切片、三角膠芯、加因襪頭和胎圈包布；「帶加強結構」是至少兩層位於胎面之下並未固定在胎圈上的織造或非織造的帘布層，其相對於輪胎的赤道平面具有17°～27°範圍內的左右簾線角度。
「胎體」是除了帶結構、胎面、胎面下部和帘布層之上的側壁橡膠之外的輪胎結構，但包括胎圈；「周向」是沿垂直於軸向的環形胎面表面的周邊延伸的線或方向；「胎圈包布」指的是圍繞胎圈外部放置的窄材料帶，以便保護帘布層，並將其與輪輞分開、在輪輞之上分布撓曲以及密封輪胎；「切片」是位於輪胎的胎圈部分內的加強結構；「簾線」是輪胎內帘布層所包括的加強束中的一束；「設計輪輞」是具有特定構形和寬度的輪輞。出於簡明的目的，設計輪輞和設計輪輞寬度通過在製造輪胎場合中有效的工業標準確定。例如，在美國，設計輪輞通過Tire and Rim Association確定。在歐洲，輪輞通過European Tyre and Rim Technical Organizaion-StandardsManual確定，並且術語設計輪輞意味著與標準測量輪輞相同。在日本，標準組織是Japan Automobile Tire Manufacture’s Association。
「赤道平面」(EP)是垂直於輪胎的轉動軸線並通過其胎面中心的平面；「接觸區域」是在零速度以及正常負載和壓力下輪胎胎面與平表面接觸的區域或地區。
「內襯」是形成無內胎輪胎的內表面並在輪胎內包括彭脹流體的彈性體或其他材料的一個或多個層；「淨比例」是在接觸區域內與路面接觸的輪胎胎面橡膠面積除以接觸區域內包括例如凹槽的非接觸部分的面積的比例；「公稱輪輞直徑」是輪輞凸緣在輪圈的胎圈位置處的平均直徑；「公稱彭脹壓力」指的是用於輪胎的使用條件下並由適合標準組織指定的特定彭脹壓力和負載；「公稱負載」指的是用於輪胎的使用條件下並由適合標準組織指定的特定彭脹壓力和負載；「帘布層」是橡膠覆蓋的平行簾線的連續層；「徑向」和「徑向上」是徑向朝向或離開輪胎轉動軸線的方向；「子午線帘布層輪胎」是束帶的或周向受到限制的充氣輪胎，其中從胎圈延伸到胎圈的帘布層簾線相對於輪胎的赤道平面位於65°～90°範圍內的簾線角度上；「截面高度」(SH)是在赤道平面公稱輪輞直逕到輪胎外直徑的徑向距離；以及「截面寬度」(SW)是平行於輪胎軸線並當未負載時輪胎在公稱壓力下充氣24小時期間和之後的輪胎側壁外部之間的最大線性距離，但由於標籤、裝飾或防護墊帶，不包括側壁的厚度。
本發明將通過實例並參考附圖進行說明，附圖中圖1是本發明三角膠芯組件的截面圖；圖2是本發明多層輪胎部件的截面圖；圖3是本發明設備的透視圖；圖4是在本發明的支承表面上施加彈性帶的成形模具和成形擠壓機頭的放大視圖；圖4A是與圖4類似並表示螺旋分層的成形帶的視圖；圖5是圖4設備的截面圖；圖6～13表示本發明的實施例，其中成形帶直接施加在環形形狀的成形芯或膠囊上以便形成完整的輪胎部件；圖6表示輪胎成形鼓和機器人控制的擠壓成形機頭以及連接在機器人裝置上的成形模具；圖7是擠壓成形機頭和模具組件的放大視圖；圖8是成形模具組件的截面圖；圖9是成形模具組件的放大透視圖；
圖10表示機器人控制的擠壓成形機頭和鄰靠的成形模具施加完整的內襯的情況；圖11表示機器人控制的擠壓成形機頭和成形模具施加帘布覆蓋層的情況；圖12表示機器人控制的擠壓成形機頭和成形模具施加一對三角膠芯的情況；圖13表示具有所施加的帶層的胎體；圖14表示機器人控制的擠壓成形機頭和成形模具施加側壁和胎冠緩衝層的情況；圖15表示機器人控制的擠壓成形機頭和成形模具將胎面施加到胎體帶組件上的情況；圖16表示用於模製輪胎的輪胎硫化模具。
具體實施例方式
參考圖1和2，表示示例性的輪胎部件。所示的輪胎部件上由彈性材料製成的三角膠芯10，並且三角膠芯徑向內側的是環形拉伸構件，它通常稱為胎圈芯6。在圖2中，三角膠芯10表示為由至少兩個不同橡膠膠料8A、8B和8C形成的多層彈性部件。這種多層三角膠芯部件10例如用來製造商業卡車輪胎。
這些部件實際上將胎體帘布層簾線與帘布層翻邊隔開並趨於在結構上使得輪胎結構剛硬。使用三角膠芯10實際上可降低輪胎使用時的應力和張力大小。理想的是該三角膠芯形成有細長三角形截面形狀。
在傳統輪胎成形時，例如三角膠芯和橡膠側壁的這種部件形成為具有平截面形狀的擠壓成形帶。該部件在輪胎成形鼓上切開，並且其轉動軸線平行於輪胎成形鼓的軸線。組裝的部件接著在通常公知為帘布層翻邊步驟的輪胎成形工藝中摺疊。該工藝將這些部件滾動180°，其中軸向外端軸向向內折彎。此後，輪胎成形膠囊彭脹成環形或圓環形狀，而胎體的胎圈部分保持在夾緊位置。胎圈可以軸向上向內運動，由此使得通過彭脹的膠囊環形地成形胎體。例如三角膠芯和側壁的部件接著被迫到達幾乎垂直或徑向向外延伸的方向，其中部件的轉動軸線從平行於成形鼓軸線的位置轉換到幾乎垂直的位置。這些生的或未硫化的橡膠部件的實際形狀產生殘留應力，該應力在硫化工藝期間造成不同的部件在硫化期間軟化時滑動。該滑動緩解應力和張力，但意味著最終產品內的帘布層和帶簾線的位置和張力不可預測，從而造成輪胎不均勻。
理想的是，為了製成均勻輪胎，該部件應該製成沒有內應力。因此降低這種應力是所需設計的目標。
未硫化橡膠帶的這些薄的細長部件通常相對於輪胎成形工位離線製造。該離線擠壓成形意味著該部件必須足夠耐用以便經受材料處理。
在三角膠芯的情況下，這意味著必須中斷薄的徑向外尖端部分。該薄的端部太容易受到損壞、過早拉伸和起褶。當出現起褶時，部件不能在沒有褶皺的情況下縫合。
為了嘗試解決這些問題，許多設計師試圖預先硫化三角膠芯組件。以此方式，該模製的三角膠芯變得更加耐用；但是，預先硫化的部件更硬，從而不能粘接在其他未硫化的部件上。因此，硫化期間在硫化和未硫化部件之間的滑動問題加劇，從而產生另一形式的不均勻因素。
本發明提供一種新穎方式以便快速和有效地形成彈性輪胎部件。該方法使得該部件在未硫化的狀態下環形地製成，並且該環形部件的軸線可不平行於該部件的周向長度。實際上，該部件可在相對於該軸線成任何所需角度上製成。在最終產品相對於該輪胎軸線定向在45°或更大角度上，該部件可成形為所需最終產品的角度。該方法使得大致垂直於輪胎軸線的角度便於實現，這意味著該部件可非常接近模製形狀和定向。
這種部件的製造便於結合在輪胎成形設備中，因此避免儲藏問題。使得可以使用帶有非常薄的膜狀尖端的部件而不會害怕材料處理的問題。
作為選擇，考慮到橡膠部件的處理和老化的相關問題，該部件可製造和儲藏以便以後使用。
如圖所示，示例性設備100具有形成彈性帶10的擠壓成形裝置80、支承表面60和轉動擠壓成形裝置或者圍繞支承輪輞62的轉動軸線轉動支承表面的裝置70。
如圖所示，支承表面60具有徑向內支承輪輞62。支承輪輞62用作一個凸緣以便為成形部件10提供一個端部。將在下面描述的輪輞62還可將胎圈芯6保持就位，使得可以形成三角膠芯10並將其直接連接在胎圈芯6上。
為了使用相同支承表面60來製造不同胎圈直徑的輪胎，可以簡單在支承輪輞62上添加同心支承環，由此增加直徑。
支承表面60可以是平的、錐形或具有彎曲表面的構形。必須理解到支承表面60形成成形帶的一個徑向延伸的表面。根據所需形成該帶的構形，表面60可以是軸向內表面或軸向外表面或兩者。由於在非常靠近環形形狀生的或未硫化輪胎的方向上形成和施加材料，特別是在成形部件的徑向外端處實際上不存在殘留應力。從而大大地改善成形部件的總體質量和均勻性。
擠壓成形裝置80可以只是擠壓成形機或與齒輪泵或注射器相結合的擠壓成形裝置。如圖所示，擠壓成形裝置將通常是橡膠的彈性材料直接施加在支承表面60上。根據支承表面60的定向，擠壓成形裝置80可安裝成垂直輸出或水平輸出，如圖7所示。擠壓成形機的尖端或輸出端81具有大致最初構形的成形模具82，該模具將部件成形為大致接近最終產品的形狀。由此，擠壓成形的最初構形模具82可以是薄的矩形帶成形形狀。
實際上，擠壓成形機在最初起始點輸出，並且通過圍繞轉動軸線轉動擠壓成形裝置80或支承表面60環形地施加帶。
最終成形模具84直接位於擠壓成形機尖端之後，並且當橡膠材料施加在支承表面60上時，最終成形模具84將材料壓縮成所需形狀的截面構形。
實際上，擠壓成形機80的輸出端81和最終成形模具84相對於支承表面定向在小於90°的角度上。擠壓成形機的輸出端81可位於任何不垂直的角度上，使得在該角度上更均勻地施加材料。最終成形模具84可在更小的攻角下傾斜，該攻角具有小於45°的前或最初接觸角度，並且在出現最終成形的後或終端處最好具有0°～20°的拋光或抹平角度。
本發明的更優選的實施例表示在圖6～16中。在此實施例中，帶有多軸線運動臂92的機器人90連接在擠壓成形裝置80上，並且彈性擠出材料通過柔性軟管94到達擠壓成形組件80A，該組件包括輸出端81、最初構形模具82和最終成形模具84。
如圖3～5所述的設備100，擠壓材料以帶2的形式輸送到支承表面60上。所示的支承表面60是環形彭脹的成形鼓66。成形鼓66可使用不可壓縮的流體介質或高壓空氣並如圖徑向彭脹，另外，環形形狀可由剛性或實體芯形成。將帶2施加在環形形狀表面上的主要優點是最終部件以適當定向準確地定位在生的未硫化狀態下，從而進行模製而不需要改變帶最初形成狀態時的定向。
如圖所示，設備200是輪胎成形工位200。示例性機器人採用單個通用成形組件80A，該組件通過柔性軟管組件94供應多種化合物，該組件帶有分開的供應通道以便供應適當化合物到輸出尖端81上。當帶材料2供應到最初構形成形模具82時，支承表面60轉動，使得帶2環形地形成。機器人臂92按照需要準確地運動，從而確保最終成形模具84將彈性材料分布成準確的形狀和所需的厚度。對於窄小的部件，這可以通過支承表面的一次轉動來實現，對於厚的或非常寬的部件需要轉動幾次。每個成形部件的構形可在形式上變化，使得三角膠芯的尖端處截面厚度非常薄，而靠近胎圈芯的截面厚度變厚。同樣，對於襯裡部件，整個構形可以很薄。機器人臂可在多個方向上以及以多個自由度運動，使得成形模具在材料分布時形成平的凹入或凸出的彎曲形狀。
如圖7所示，成形組件80A通過支架93在實體上連接在機器人上。雷射傳感器120檢測離開支承表面60的距離。該測量到的距離反饋到程控計算機上，以便當準確量的帶材料放置在支承表面上或直接放置在以前成形部件上時控制機器人臂沿流動路徑軸向和徑向運動。如圖所示，壓力傳感器130嵌置在成形模具82內，壓力傳感器130讀取成形模具的施加壓力以便確保擠出材料適當塗抹。容易理解的是，帶的塗抹所需壓力不將材料過度地擠壓在施加有該部件的表面上。
在圖10～16中，所示設備200形成輪胎組件。在所示的許多部件採用設備200施加多個例如帶的簾線加強部件的同時，胎體層和切片可使用以前的壓延材料施加。類似地，胎面可以更傳統的方式設置在帶或環形環內。重要的是要注意到可以使用本發明的技術形成某些或所有的這些輪胎部件。輪胎製造商可簡單地選擇哪些部件可通過此技術最有效地製造。
在圖10中，內襯50施加在支承表面60上。內側50通常由滷代丁基橡膠製成並為無內胎輪胎提供氣密保護。
在圖11中，所示的帘布層膠料塗層40塗抹在襯裡上。假設使用簾線加強件，它們將以片材或其他方式施加在帘布層膠料上。
在圖12中，所示的三角膠芯10直接施加在胎圈芯6上並貼靠帘布層膠料。
在圖13中，所示的帶加強結構25以傳統方式施加。帶結構具有相對定向的兩個層27、28。
圖14表示側壁20和通過本發明施加的胎冠緩衝層。每個側壁設置在三角膠芯和帘布層塗層40之上。
圖15表示使用本發明施加的胎面22。胎面通常上具有多層的複雜結構。在這種情況下，胎面22可使用所述的成形技術多次施加。
在圖16中，所示的未硫化生輪胎5在輪胎成形工位中心處由模具圍繞。模具4具有多個徑向外部段4A和一對側板4B和4C。輪胎可接著在加熱和壓力下硫化。
如圖10～16所示，整個輪胎成形工藝可有效地完成拾取部件帶並將其施加在支承表面60上，從而將該部件成形為所需構形。
在這裡提供的說明書的啟發下，本發明可以進行許多變型。在表示某些代表性實施例和細節以便說明本發明的同時，對於本領域普通技術人員將明白可以在其中進行變型和改型而不偏離本發明的範圍。因此，將理解到在所述特定實施例中進行的變型將在以下所附權利要求限定的本發明範圍內。
權利要求
1.一種成形環形彈性輪胎部件的方法，其特徵在於，其包括以下步驟將第一彈性材料帶擠壓在一個表面上；通過在成形模具和該表面之間壓縮第一材料帶來成形第一彈性材料帶，該構形具有在徑向內端和垂直於環形帶的轉動軸線的徑向外端之間延伸的徑向延伸表面。
2.如權利要求1所述的成形環形彈性輪胎部件的方法，其特徵在於，其還包括以下步驟通過將第一端和終端通過成形模具和終端之間，將第一帶的第一端與第一帶的終端疊置。
3.如權利要求1所述的成形環形彈性輪胎部件的方法，其特徵在於，其還包括以下步驟擠壓第二彈性材料帶，將其疊置在第一帶和該表面的至少一部分上；通過在成形模具、疊置的第一帶以及該表面之間壓縮第二材料帶來將第二彈性材料帶成形為預定截面構形。
全文摘要
一種形成環形彈性輪胎部件的方法和設備(100)，該方法具有如下步驟在支承表面(60)上環形擠壓至少一彈性材料，並通過在成形模具(84)和支承表面(60)之間形成至少一材料帶(2)來將至少一彈性材料帶(2)成形為預定構形，由此將該帶修整和分布成所需構形。該方法包括施加另一帶(2)以便形成多層部件。支承表面(60)可與輪胎成形裝置(200)分開，或與輪胎成形裝置(200)形成整體。成形帶包括一個或多個輪胎部件，例如側壁(20)、胎圈包布(30)、三角膠芯(10)、帘布層膠料塗層(40)、內側(50)或胎面(22)。
文檔編號B29D30/62GK1498748SQ20031011482
公開日2004年5月26日 申請日期2003年11月7日 優先權日2002年11月8日
發明者R·D·瓦戈, R D 瓦戈, G·R·博格, 博格, B·R·科赫, 科赫, M·A·西弗丁, 西弗丁 申請人:固特異輪胎和橡膠公司