CN1008158B - 早期顺序接合的挤压设备 - Google Patents

Abstract

由至少两种弹胶材料组成的弹胶带的成型设备。挤压装置在压力下将两种或多种弹胶材料(60)推向一终成型室；带材在终成型模(50)与滚轮(70)之间由终成型室挤出。端部组件(30)和预成型模(62、64)沿流动方向顺序设在终成型模和挤压装置之间，而设在前两者中的流道腔室使后两者相连通。预成型模中流道腔至少要向该模内的一个公共接合点收缩，以形成单一的预成型模出口腔，在该腔内构成进入终成型室的多种弹性橡胶材料复合流道。

Description

本发明介绍一种连续成型弹性橡胶带的装置。如成型类似轮胎外胎板状材的装置。更具体地说，是介绍一种方法和装置。这种方法和装置采用一种由多个挤压机组成的机组，它将各种成分的弹性橡胶材料输送到一预成型模中，该模具把不同成分的材料进行连接而形成一个多种材料的板状材，这种板状材通过滚轮模挤出来构成连续弹性橡胶带。

在现有技术领域中，一般制造轮胎外胎板状材的通用方法中所采用的装置，是在压力下通过狭缝模具将弹性橡胶材料挤出的装置，狭缝模具形状设计得使构成外胎板状材的弹性橡胶获得适宜的轮廓形状以及最佳的横截面形状。

此外，还有一种利用滚轮拉丝模组合的方法，这种方法是在压力下，在节流孔板和滚轮模之间将弹性橡胶挤压成型。后一种类型的装置公开发表在美国专利上，专利号为№3871810，转让给UNIROYAL公司。

近几年来，采用这两种挤压成型方法制造了由两种或两种以上不同类的材料组成的弹性橡胶带或挤压产品。这种装置一般需要有多个内流道，这些流道开始部分是由两台或多台单独的挤压机产生的两个或多个单独流道，最后汇合在一起，将最终形成轮胎外胎的单一板状材的各种材料接合起来，把各种弹性橡胶材料进行组合作成整体外胎的优点在于，轮胎中的各种材料都能用于轮胎中要求具有特殊物理性能的各部位，于是在这个部位上这种材料具备最佳的物理性能，这样就改善轮胎外胎的总性能。具体地说，人们发现在外胎的径向外部中间部位（顶部），即与路面垂直接触的部位，采用一种材料较为理想。这部位的材料要具有高摩擦系数，以改善车辆的操纵特性，同时，它也是一种具有高耐磨损性能的材料，以提高轮胎寿命。

相反，轮胎外胎侧部，也叫做轮胎的支撑侧部，希望由另一种不同的材料制作，如高弹性高抗弯曲性的材料，这种材料能吸收在大幅度改变车轮方向时产生的应力。这种化合物材料也必须与轮胎侧壁具有相容性，在侧壁与外胎之间构成坚固的接合，在使用期间不致分离。外胎的支撑部分也叫作轮胎外胎翼板。

此外，位于耐容表层下的外胎部位，有时叫作顶部基体或外胎涂层的那部分，可以用与翼板材料相同的材料制成，或采用能粘附于轮胎胎体外坯料的第三种材料，并在外胎和顶部胎体表层之间提供一种模件过渡段。如果第三种材料具有低的迟滞性，那么适当控制这种材料的轮廓形状和体积，是可以通过降低轮胎滚动阻力的方法，来降低轮胎功率消耗，从而提高车辆燃料利用率。

尽管这些不同的材料具有明显不同的粘度，但必须将他们贴合在一起，以便形成单一的紧密结合在一起的弹性橡胶带。一般来说，此工序将在有多流道的挤压机端部内完成，这些流道在某一位置上汇合在一起。

在现有技术领域的实践中，就在弹性橡胶带被挤压到运动的输送带或转动滚轮之前，将多种材料或合成物在某一具体的位置进行汇合，因为控制弹性橡胶条带内的各种材料边界是很困难的或不可能的。所以一般假定把不同材料在多层材料挤出产物的最终出口处或接近最终出口处进行汇合。另外，将各种不同的材料在挤出产物的最后出口的较上游处进行汇合，并没有任何显著的优点。

过去的工艺方法还基于一个假设，即流道的方向必须逐渐地改变成最终挤压产物外形所需的形状，因为迅速改变流向将给挤压工序造成困难。具体地说，人们认为在形成结合以前使通道产生任何大的转弯成方向的改变都将使最终的挤压产品不稳定，因而造成边界位置的变化。通常认为必须在相同的速度和压力下将不同材料推进到汇合的地方。

这些假设条件导致设备不必要的复杂化，模具设计的困难以及在挤出产品和轮胎设计方面受到限制。

与保持适当的材料边界位置相关联的问题，是要求在不必采取更换挤压设备内的模具的情况下，能制造出在小范围内可以改变边界位置的轮胎。这种在小范围的控制是对设备进行微调，使其在工作状态下能精确控制边界位置，而不必因为更换模具而被迫停机。

关于制造轮胎挤压设备经常遇到的另一个困难是在设备内如何提供一个方便的通向流道的入口，以便使操作者能有效地清理设备。这个问题比一般所预料的要严重，因为轮胎制造者为了变换各种不 同尺寸的轮胎，或者为了适应换班或生产故障，而不得不经常停止挤压操作。每次停机时，已存在于机器内的弹性橡胶材料都可能在流道内硬化，因此必须在下次机器开动以前将其清除掉。这就需要花费劳力，更坏的是必须停歇昂贵的机器，而这种停机时间比需要的停机时间要长。

为减少这些存在的问题，挤压设备制造者给设备添加许多零件，以便能比较容易地清理流道。尽管作了不少努力，但设备清理时的停机时间仍然是一个挤压设备制造者所关心的主要问题。

最后，轮胎设备制造者经常关心的是如何提供一种挤压方法和设备，利用这种设备能挤压出在不同材料边界部位之间具有高粘结性的、由两种或两种以上材料构成的条带。

本发明的一个主要目的是提供一种新的和改进了的装置，该装置在挤压成型以前通过组合方式的滚轮模具，把多种弹性橡胶材料汇合在一起，并使最终挤压成的弹性橡胶带条内，不同材料之间具有固定的边界位置。

发明的另一目的是提供一种挤压装置和挤压方法，这种设备和方法能改变挤压成型的弹性橡胶带中各材料的边界位置，而不必采取停机或改换模具的办法。

发明还有一个目的，就是提供一种在不同材料的边界部位间具有高粘结力的多层材料的挤压方法和装置。

总之，本发明涉及一种成型多层材料的连续弹性橡胶带的方法和装置，例如成型压气轮胎的外胎板状材的方法和装置。该装置包括：多个在压力下使各个弹性橡胶材料推进通过各单独流动腔的挤压工具;一个把各流动腔集中在一公共汇合点的预成型模（汇合点在预成型模中）。多种材料从公共汇合点流经预成型模出口腔而到一终成型模中。预成型模出口腔的形状能使多种材料在终成型模腔内最后成型以前相互粘结，以确定弹性橡胶带内的材料边界位置。终成型模腔是在滚轮和终成型模之间构成的，终成型模对着转动滚轮并对着滚轮收敛，转动滚轮上就放置着轮胎外胎板状材的弹性橡胶带。在终成型模上游处安排公共汇合点也有助于操作者通过对各单独流道内的各种材料的压力和挤压速度进行控制，来控制挤压带内各种材料的边界位置。

结合附图，可以从下面的叙述中更清楚地了解本发明的上述目的和发明优点。附图中：

图1：本发明设备的侧视图

图2：本发明设备的正视图

图3：发明的正视图，它表示出滚动框架及其相关构件移开后其余部分的正视图，

图4：发明的侧视图，和图1相似，只是去除了图1中用虚线表示的有关部件

图5：表示在关闭位置状态下的侧面夹紧装置平面图及其相关的操纵机构。

图6：图5中所示的在打开位置状态下的侧面夹紧装置平面图

图7：为具有用虚线表示的内流腔的端部组件侧视图

图8：为滚动框架锁紧装置在非锁紧位置时的平面放大图

图9：是图8的滚动框架锁紧装置在锁紧位置时的平面放大图

图10：为沿图2中10-10线的横截面放大图，表示出预成型模、终成型模、模子夹具和通过这些模具而流动到滚轮上的材料。

图11：为端部组件局部横截面和局部断开的正视图

图12：为图11端部组件的正视图，图中有一个向上回转的上端部和一个向下回转的下端部。

图13：为本发明的预成型模和终成型模在组装形式下的轴侧投影图。

图14：为图13中预成型模和终成型模在未装配情况下的轴侧投影图，模具部分呈拆装状态。

图15：为预成型模第一部分的平面图。

图16：为预成型模第一部分的正视图。

图17：为预成型模第二部分的平面图。

图18：为预成型模第二部分的正视图。

图19：为终成型模的平面图。

图20：为终成型模的正视图。

图21：为从本发明的一个实施例中挤压出的弹性橡胶制品的横截面图。

参照附图，特别是参看图1到图7、图11和图12对发明进行详细说明：这些附图都是发明或发明的一部分的视图。图1是侧视图，表示本发明中设备10的几个主要机构。设备10是一台挤压出多种成分弹性橡胶带并使之传送到转动的滚轮70上的机 器，弹性橡胶带从滚轮中出来后就放置到输送带上（未示出）或与其类似的部件上，以便传送出去进行下一步加工或储存起来。在滚动框架73上安装了一些与滚轮70相关的机构，以便使滚轮能定位并转动。在图3中，滚动框架73已从装置10的其余部分中侧向移开了。滚动框架的运动将在下面阐述。

图1、7、11和12中所示的设备10采用了两个供给弹性橡胶材料的挤压机20和28。图11所示的每一台挤压机20、28都包括一个挤压筒体21，在筒体中，以通常的方式安置了一个旋转的带标准螺旋线的挤压螺杆23。当每一个挤压螺杆23转动时，它对弹性橡胶材料26（图10中表示，但在图1或11中未表示）进行挤压和运送，并使之沿箭头A方向朝端部组件30处运动。

挤压机端部组件30是一个带有多个为弹性橡胶材料而设置的内流道或腔室部件的组件，它的作用是从挤压机中收集弹性橡胶材料，并把材料引导到一个或几个成型模中，以便使成型模将弹性橡胶材料作成最后所要求的轮廓外形。从图1到图4、图7、图11和图12的图中所表示的设备上，所需要的最终轮廓形状是气压轮胎外胎的形状。尽管图中表明采用了两台挤压机，但本技术领域内的普通技术人员可明显看出，也可采用三台或更多的挤压机作为实施例，每台挤压机都能挤出不同的材料或任意材料的组合材料。弹性橡胶材料可以是一种天然的或合成的橡胶、一种天然和合成橡胶的混合物、人造弹性树脂、天然橡胶和合成树脂的组合物、或者其他在制造弹性橡胶制品中，例如轮胎板材制品中一般所使用的适宜的组分。

参照图11，挤压机20和28装设了为改变从各台挤压机中进料速度的装置，这种装置对于该领域内普通技术人员来说是众所周知的装置，于是，操作者能够控制设备内的挤压速度，相应地，操作者也能控制挤出设备时的挤压速度。

挤压机本身可以选用许多类型或品种中的任一种，它们可从市场上通过多个渠道买到。图11中所示的设备里，上边的或第一挤压机20可以是直径10时挤压机，下边的或第二挤压机可以是直径为4.5英寸的挤压机。

如图1和图11中所示，上边的或第一挤压机20的直径大于位于第一挤压机下方的第二挤压机28的直径。一般来说，这些挤压机中的每一台都供给不同的弹性橡胶材料。第一挤压机20直径大的原因是因为希望在最终挤出的弹性橡胶带中含有从挤压机20中挤出的弹性橡胶材料的百分比要大于从第二挤压机28中挤出材料的百分比。在制造轮胎外胎板状材的情况下，设备所供材料的正确百分比是很重要的，因为这使最终挤出的外胎中所含的各种材料的百分比是正确的。此外，在挤出的条带内不同材料之间的定位边界位置也很重要。如前所述，本发明的目的就是收集来自各个单独挤压机的各种弹性橡胶材料，并将这些材料进行适当的组合而形成最终挤压成型的弹性材料条带。

参照图11，在设备的尾部，挤压机20的对面设有一滚轮70，当设备开动时滚轮70旋转，挤出的弹性橡胶带就放置在该滚轮上，配有滚轮70的，使滚轮转动并使其定位的装置将在下面进行阐述。

弹性材料在挤压机和滚轮70之间顺序地流动过端部组件30，一预成型模40和终成型模50，模子夹具30使预成型模和终成型模定位，如图所示。弹性橡胶材料通过端部组件30的流道情况在图11中用实线表示。通过模具40和50的流道相当复杂，在图11中没有详细地表示出来，但将在下面进行全面的阐述。

参照图7和图11，端部组件30的下游端安设了上表面37和下表面38，这两个表面和端部组件30的共同配合面表面一起共同起作用，使模子夹具31能相对设备10的其他部分固定其位置。当模子夹具31正确地定位在上表面37和下表面38时，则穿过模具的流道和穿过端部组件30的流道正好对准。

模具40和50的作用是使为各弹性橡胶材料而设的多个流道接合成一个单一流道，并且使弹性材料在挤出到滚轮70上时在终成型模50中最终成型。

如图7和图11所示，挤压机20和28分别夹持定位在上、下端部插板90和91上，它们的形状都设计得适于接受在压力下由挤压机挤出的材料。材料从上、下挤压机插板90、91中分别进入上下过渡腔92和93中。这两个过渡腔侧向展宽，换句话说，当这些腔体向滚轮70的方向（从右向左、如图7、11所示）逼进时，其水平方向的尺寸加大。而每个腔的高度减小，换句话说，在向滚轮70逼进的同一方向上，其垂直方向尺寸减小。尽管希望限制过渡腔92、93的长度，但在材料向模具运动时，材料在腔室92、93内的流动应能向任何需要的方向变动，只要在腔室92、93内的流动的最终方向与各种材料组合时的组合流动方向大致成 90°。申请人也发现，如果在过渡腔内横截面积要改变话，则其横截面积的改变应该是逐渐的、逐渐增加或逐渐减小。这点是重要的。这是因为如果截面积的改变是逐渐的，那么材料的流动速度的变化也是逐渐的。任何材料流动速度的不规律的变化都将产生过大压力，使挤压温度上升，图7和11中所示的过渡腔中，横截面在材料流动的方向上的变化是逐渐减小的，并认为这种形状是很容易加工的形状。

继续参看图7和11，在紧挨着上下端部插板90、91的下游处，在设备内安设了压力传感器94，以便监测和控制材料从挤压机流入并通过端部组件30的流动速度。

在端部组件30上，设置了进水孔道95（图7）。以便在设备10进行工作期间供给端部组件30以冷却水或热水。由于在连续操作时经常产生高压和高温，所以有必要设置进水孔道。

在材料连续流过过渡腔92和93时，这些腔室在端部组件30中相互靠拢，但并不进行交叉，在端部组件30的下游端，材料的两流道还是以分离流道的形式进入预成型模40里（图11）。

参看图3，图上设备10所处的状态为：滚动框架73和滚轮70已移到一旁，模子夹具31和模具40，50都已从端部组件30上取走。从图中可看到，图示设备设计成能挤出单一弹性橡胶带。设备也可设计成能挤压出多个条带，例如挤压出两个条带，那么就要有两个分离的第一流动腔47和两分离的第二流动腔48。而这每一腔室都与一组模具40和50相连通，每一组的模具最后成型各自的弹性橡胶带，这带条最终挤压出到滚轮70上。

端部运动：参照图1、7、11和12，设备10在其端部组件的上下部分分别安装上、下液压缸14和15，其安装位置应使油缸运行时能分别打开或关闭上端部16和下端部17。上下端部16和17的运动是围绕各自枢轴轴销18和19的转动。

图1、7和11中上、下端部处于关闭位置，用实线表示，其开启位置在图7中用虚线表示在图12中用实线表示，打开和关闭上、下端部的目的是为打开端部组件30的内的通道。以便在需要时能清理材料的通道。图中表示的缸体14和15是冲程为8英寸的重型油缸。当然也可采用其他类型和形式的油缸。

设备10中的其他各种运动，都由另外的液压缸和气动缸来控制。这是因为设备10中n个主要构件的尺寸大和重量重，需要用机械来帮助它们运动，而只靠手工操作则不容易使它们定位或进行运动。此外，这些机构采用自动化机械来操作，有助于降低体力劳动强度，因而提高机器的效能。大多数上述机构运动的目的是为了打开设备10的某一部分，以便提供清理的通道，或起到类似维护保养的作用，就像进行清理端部组件内部的工作。下面将介绍这些辅助的运动。

滚动框架的运动：如果设备在正常条件下工作，并且有某一特定尺寸的轮胎外胎的运转结束时，使设备停车，在开始进行加工不同尺寸的轮胎以前，打开设备并进行清理。打开设备的操作顺序，由滚轮70的运动开始。参照图1、2和3，滚轮70和使滚轮转动的装置71必须从它们的正常位置移开以便能通向端部组件30和模具40和50，这几个部分是机器的关键部分，必须进行清理。滚轮70和使其转动的装置71都安装在滚动框架73内或框架附近，而框架安装在滚轮轨道78上。滚轮轨道由导轨79组成。滚动框架73利用装置72可沿导轨滑动（图1）用以移动滚动框架。导轨79可在图1和2中清楚见到。

当某一特定运转操作完成时，滚轮70首先移开到离端部组件约2英寸（0.5cm）处。这次机械运动可以通过转动滚轮调节组件76的轮子75来进行。

图1中表示一部分滚轮调节组件76。这个组件包括一个一般的蜗轮传动装置，它使滚轮70进行水平运动。滚动框架73的侧面安装了带刻度的读数定位计77，它能指示滚轮70的位置。在开始挤压操作以前;机器的操作者利用定位计来确定滚轮是否回到正确位置。

此后，驱动连接四个单独锁紧装置组件102的四个小油缸101，用以松开滚动框架73，使滚动框架处于自由状态，从而使框架能沿滚轮轨道78运动。

图8和图9表示了单个锁紧装置102的平面图。图8和图9表示了从图1中的设备10的下边看时，下锁紧组件102的平面图。图8中的组件102是处于松脱位置，而图9处于锁紧位置。在锁紧位置时，利用小油缸101使锁紧柄105伸出，以防止滚动框架73相对端部框架36产生运动。框架73的运动方向由箭头表示。图8中，锁紧柄105缩回，使滚动框架73可以进行运动。为帮助滚动框架73与设备10的端部框架36脱开，每个锁紧装置组件102上都安置了液压压力销轴103， 它向外伸出，把框架73中的配合元件107“撞击”出锁紧位置以外，使滚动框架开始沿滚动导轨作侧向运动。参照图1-3，驱动重型油缸104，使滚动框架沿滚轮导轨作侧向运动，（图2中从左向右）。这个动作使滚轮70从通常由滚轮占据的空间中移开，从而可以无阻碍地通向设备的关键部件。

在打开设备的操作顺序中的这个阶段，继端部组件打开之后，模子夹具31必须移开。

模子夹具移动：上、下端部16、17打开以前，必须要将模子夹具和模具本身从端部组件30和滚轮70之间的正常位置上移开。参照图11，图中所示有包括可动突缘114的模具夹具卡紧机构110，突缘114向前伸出（向图11的左方），然后在挤压操作期间下压使模子夹具31夹持定位。图11中突缘114用实线表示，是处于可使模子夹具31移开的缩回位置。为了使突缘114伸出，可以驱动气缸116使之向前推动突缘。突缘伸出之后，两夹紧块118（其中一个在图11中示出）向下延伸，推动突缘114压住模子夹具31，于是将模子夹具夹持在固定位置。

如果机器的操作者希望把模具移开，则进行与上述过程相反的操作，突缘114收回到上端部116中，这个动作可使模具从端部组件30中移出，这就为上、下端部16和17的运动打开通道。

端部组件的打开：如前所述，为打开端部组件内的流道腔60，必须分别打开上、下端部16和17，以便清理出聚积的挤压材料。参看图3、4、5和6，在滚动框架31移到如图3所示的侧面，并且模具也已从设备10内移开以后，在上、下端部能够旋转以前，一对侧夹持器120必须复位。

为了解侧夹持器120运动情况，必须首先认识到每个侧夹持器是属于大的可运动的侧夹持器组件122的一部分（在图4、5和6中可清楚看出），组件可以相对于端部交替地向前和向后移动（图4中右方和左方）。侧夹持器组件122也包括一个液压缸安装托架124，与一个大侧油缸128和一个小侧油缸129相配的两个连接轴126。两个连接轴126把液压缸安装托架124连到侧夹持器120上。轴126可滑动地安装在固定到端部框架36上的套筒127上。安装轴126使整个侧夹持器组件通过在套筒127内滑动的方式能随轴前后移动。

每个侧夹持器组件的运动是由大侧油缸128驱动的，该油缸的活塞杆端固定到油缸安装托架124上，油缸端部固定到端部框架36上。由于这样安置，伸出大侧油缸128外边的活塞杆将推动整个侧夹持器组件向后运动或远离滚轮70（到图4的左方）。缩回大侧油缸的活塞杆，将使侧夹持器组件122连同侧夹持器120一道返回到向前的位置，即朝向滚轮70。如图4中箭头所示。

图1中侧夹持器120处于未伸出或远离滚轮的收回位置。在挤压操作期间，侧夹持器的这个位置可以上、下端部16和17夹持在适当位置上。在滚轮70移到上述的侧面以后，侧夹持器组件向前延伸到图4、5和6中所示的位置，从而松脱上、下端部。

参看图3、4和6，侧夹持器120设有“双锥度”的交界面150，换句话说，在水平面内有一定角度，这种情况从图3中可看出;在垂直平面内也有一定角度，此情况在图4中可看出，也可以认为交接面150是与在上、下端部16和17中形成的配合面152相配合的。“双锥度”表面使端部组件各部分保持在应有位置上。从图3和图4中也可以看到，在使侧夹持器旋转到侧面以前，有必要首先使侧夹持器120移向前方。

参照图4、5和6，在侧夹持器组件122伸向前方以后，小侧油缸129缩回，使侧夹持器围绕转动连轴节123旋转，连轴节使侧夹持器转动离开端部组件30，以便使端部能自由运动，并打开组件30内的液压腔60，达到清理的目的。在侧夹持器120转到侧面之后，上、下端部16和17分别向上、向下旋转，如前所述。

当操作者完成清理设备20的操作以后，并希望重新恢复挤压操作，那么就进行与上述顺序相反的操作过程，以便使设备10返回到工作位置。

滚动框架返回：清理端部组件后，模具复位，侧夹持器把端部组件锁定在应有的位置上，则滚动框架73必须返回到它的正常工作位置，参照图1、2和3，滚动框架73沿着滚轮软道78返回到它的正常位置的运动还是通过驱动重型油缸104从而使滚轮70作横向运动来实现的。然后通过驱动四个油缸101使滚动框架73相对于端部组件30锁紧住，缸101把滚动框架73夹紧在相对于端部组件来说是正确的位置上。借助于手轮75和调节组件76、滚轮70径向移动到其邻近端部组件处的最终位置上。

从图1、2和3中可得知，为将滚动框架73锁定到挤压机端部组件30上，四个锁紧装置组件102相互连在一起形成一种“四点”或大致为矩形的承载结构。对于吸收设备10在工作过程中产生的力来说，以 及对于使滚轮70相对模具保持一个适当的位置来说，“四点”承载结构是非常重要的。在挤压过程中，为使最终挤出物获得正确的尺寸和形状，滚轮70的合适位置是个关键问题。通过构成“四点”负载支承结构的方法，可以方便地确定四个锁紧装置组件102的位置，以便吸收挤压中模具和滚轮70之间产生的扭曲力或扭矩。“四点”结构本质上可吸收垂直扭矩负荷，水平扭矩负荷或二者的联合负荷。

因此，现在可以认为，滚动框架结构73具有特殊的设计，它能作侧向移动，让出通道，以便容易地清理模具和设备10上的端部组件，此外，它能在挤压时牢靠地锁紧定位，使得滚轮70保持在应有的位置上，不受挤压过程中产生的力的影响。

在滚轮70作侧向移动回到机器工作时它通常占据的位置74以后（图3），以及滚轮70通过滚轮调节组件76复位以后，设备就可以重新进行正常的挤压操作了。

模子夹具和模具：参照图10，图中表示模子夹具30连同预成型模40和终成型模50在设备进行挤压操作时所占据的位置与滚轮70的相对关系，上述后两个模具利用模子夹具31夹持在应有的位置上。模子夹具31设有突缘39，该突缘能钩锁住端部组件30上表面37，以便在机器工作时将模子夹具31固定在应有的位置上。

从图10中容易看出，在模具40和50与滚轮70之间存在着非常精密和严格的位置关系。为了从模具中将弹性橡胶带正确地挤压到滚轮70上，模具相对滚轮的位置必须保持在一特定的公差范围内。为保持这种位置关系，在模具表面上安放了石墨填充酰胺纤维垫68，如图13所示。石墨垫端面半径与滚轮70的半径几乎相等。设备10工作时，石墨垫68的端面与转动滚轮70实际上进行摩擦，就在这时弹性橡胶带被挤压出来送到滚轮上。

对照图10，图10为预成型模40和终成型模50连同第一和第二流道腔47、48的横截面视图，通过该图可很容易地外模具有所了解。此外，图中模具相对滚轮70一部分滚轮在图10中示出。是以该设备进行挤压操作时两者应有的位置关系来定位的，如前所述，弹性橡胶材料是在一定压力和温度条件下，通过端部组件30而被挤压到预成型模40中的。

在图10所示的模具结构中，大约在每平方英寸300-900磅的压力下（2070-6200kg/M²）。把第一种弹性橡胶材料挤压到第一流道腔47中。挤压到这个流道腔47内的材料是主要的外胎顶部材料，它占据了挤压到滚轮70上的最终挤压成型外胎板状材横截面的大部分截面。

第一流道腔下是第二流道腔48，腔内同样在一定的压力下通过与上述不同的弹性橡胶材料，例如用于外胎基础部分和/或翼缘部分的材料。在图中的设备里，材料在大约每平方英寸300-900磅的压力下（2070-6200kg/M²）进入流道腔48中。

尽管图10中的结构只表示两个独立的流道腔47、48，每个腔通过不同的弹性橡胶材料，但发明者认为，该发明可以使用两种以上的材料，例如，可以采用三种或四种不同材料来制造外胎板状材，这三种或四种不同的材料在外胎中都占据其特定的位置。

发明者也考虑到，可以采用更宽的压力和温度范围。上述的压力值仅仅是一个实施例。

包含第一和第二流道腔的47、48的预成型模40的部分是预成型模的第一部分62，这一部分是由单块材料制作的。在第一部分62的下游端部（图10的左侧），预成型模40内设有材料流道的公共汇合点42。这就是说，流动的外胎顶部和基体的材料在这里汇合在一起，流动的翼缘和顶部材料汇合在一起。每股流动的材料沿虚线流动，如沿分界线45流动。先前对流道腔60的指南性说明也同样适用于第一流道腔47和第二流道腔48。

业已发现，这些用于流道腔结构和挤压材料流动方向的说明性指南适合于将两种材料结合成一种满意的轮胎构件。由多种合成橡胶材料制造轮胎构件所需要的这些和其他一些的工艺要求和工程技术方面的考虑，可以摘要叙述如下：

首先，有必要确定需要多少种弹性材料进行结合来形成一个用于轮胎胎体的条带。当弹性材料的数目和每种材料的大致位置为已知时，就可设计挤压机、预成型模和终成型模的结构形状。最终目的是把所有的材料制成一条带，各材料在条带中占据其适宜的位置，具有其正确的体积，所以终成型模要形成一个由多材料构成的单一条带，这种条带的外胎表面具有光滑轮廓或有规则的凹凸纹，用以防止折叠和破裂，在底部具有光滑表面，用以防止轮胎胎体内截留空气，并减少胎体爆裂。

其次，流道腔的长度应该作的尽量小，长度大时会导致增加材料的压力，因而也就导致挤压温度 的提高。高温、高压将给设计带来困难，如有可能，应尽量避免。

第三，流道腔的横截面积应逐渐增加或减小，这是为了以逐渐或渐变的方式改变材料的流动速度。材料速度不稳定地变化，会引起过高的压力，而过高的压力又进一步提高材料温度，并能毁坏挤压产品。业已发现，最好在进入预成型模处，提供小的通道口，其高度最少为1/2英寸（1.27cm），其宽度为挤压产品宽度加上约3/8英寸（0.95cm）。如果有必要，流道腔开口的高度可以大于1/2英寸，以适应厚大的挤压产品。一般来说，希望在这个地区设置一个流道，其厚度大于最终挤压产品厚度1/4英寸（0.64cm）。这样的结构可使材料的流动过程不致于产生不合理的摩擦损失。

在每个腔室内材料的流动是个值得注意的问题。在腔室中间，材料流动速度比邻近腔壁的流动速度快。在腔壁处的流动速度由于摩擦力缘故而减慢，对于一般材料来说，摩擦力通常产生的压力约达每平方英寸500-1200磅（3500-8300kg/M²）。因此，由于在接合处42发生与在流道腔边缘流动速度较慢的材料接合问题，所以，每个腔室内材料的平均速度很重要。如果不存在这个压力，接合点应移近挤压机。

第四，腔室47和48内的材料，当朝向接合点运动时，其流动应能向任意方向变动，只要在材料汇合以后，最终的流动方向是与流动方向成90°以内即可。

第五，材料之间的接合最好是一次形成。如果两种不同材料一起带到公共通道中，在它们汇合后连接处或边界就不能改变了。各种不同的材料将作为一个单一的弹性橡胶材料整体通过它们公共的流道。

第六，弹性橡胶化合物是不可压缩的，基本上具有钢一样的承载强度，因此，它们将在端部组件、预成型模和终成型模尺寸形状等机械的限制下流动，在体积恒定方面显示了均匀一致的挤压特性。发明的这一特征就意味着，采用改变挤压机输出容积和改变终成型模开口程度的方法，就可挤压出几种具有不同轮廓尺寸的板状材。对于最终挤压出来的外胎板状材或弹性橡胶条带来说，最后挤压成型产品内的每种材料的横截面积是由输送到每个挤压机内材料的体积比来确定。因此，设备的操作者可通过简单地改变每台挤压机的进料速度，就能改变最后挤压产品中的各材料的横截面积。在一定参数范围内这也能对各种材料之间的边界位置45（图21中所示）进行控制。对于外胎板状材的生产者来说，控制边界位置45的技能是很有意义的，对轮胎制造者来说，为了达到保持轮胎外胎部分材料中材料边界的整体性也是非常重要的。边界位置45的径向变化，通常要求改变预成型模。

预成型模第一部分62的其他视图表示在图14，15和16中。具体地说，图16表示从前面观察第一部分62的视图，换言之，是从设备10的前面观察时的视图。第二流道腔室48如图16所示，它接受那种构成外轮胎板状材的外胎基体和翼缘所用的弹性橡胶材料。如前所述，这部分材料一般是比较软的，或具有高的粘度，以便达到改善轮胎操纵性能，以及改善滚动阻力的目的。通过第一流道腔47的材料是构成最终外胎板状材的主外胎或顶部的材料。这部分材料一般具有低粘度，以便达到改善外胎寿命或耐久性的目的。各个腔室47和48穿过第一部分62长度的内流道轮廓在图15和16中用虚线表示。

图15是第一部分62的平面图，当结合图10和16一起来观察时，就很容易了解材料穿过第一部分流道腔室的结构。

参照图10在预成型模第一部分62的下游端处，两个流道腔室47和48仍然是分离的。预成型模的第二部分64接受了流过第一部分62内的两个腔室的两种不同材料，并在公共接合点42处，将两种不同材料组合起来。值得注意的是为了与流过第一流道腔47内的材料接合，从第二流道腔48出来的材料流道的方向进行了两次改变，每次方向改变的角度都小于90°。

当在上述的两个通道连成单一的最终通道的接合处把两种不同材料接合在一起时，出口通道应该稍大于两个起始通道引向接合处的面积总合。从接合处向前看，可以任何方式再使通道的横截面积逐渐增大或减小。

值得注意的是，在挤压过程中，当材料到达终成型模50时，流道内材料的压力有减小的趋势，当材料流出终成型模时，内压力迅速减小。同时发现，除非材料的接合是发生在距终成型模50至少有1英寸（2.54cm）的上游通道处，否则，一般讲来材料的接合是不能令人满意的。采取在终成型模上游1英寸以上之外进行材料汇合的方法，才能成功地挤压出多种材料，而且无需对模具本身内的流道形状作复

杂加工也能获得满意的挤压效果。

在接合点42和终成型模50之间的地区是预成型模出口腔44。可以看出，在出口腔44公共通道内的材料间之边界相对于轮廓形状和实际尺寸来说能保持不变。预成型模出口腔44的作用有两个。第一、出口腔从结构上将公共接合处42和终成型模腔54加以分隔。分隔的目的是防止材料汇合后压力过快的下降，并且使各不同材料能互相粘结，然后进入终成型腔54内经受压力和流动方向的改变。第二、预成型模出口腔44能确定最后挤压成型的弹性橡胶带内各种材料的体积大小。当通过预成型模出口腔时，可使各种材料相互粘结而形成材料边界层，该材料边界层有足够的强度，当通过终成型模时，它能保持其位置不变。

如果预成型模出口腔的长度足够能使边界本身稳定地建立起来，于是在最后挤压成型的弹性橡胶带内的各种材料之相对体积也就稳定了，这种情况被称为“体积的确定”。利用体积的确定方法，机器的操作者可以通过改变进入公共接合处的某一种材料流动速率的方法来改变材料边界的位置。当然，这对轮胎的制造者来说是很重要的，轮胎外胎要求材料边界保持在一定的公差范围内，并在需要时是可以改变的。

如前所述，通过改变不同材料在挤压机中相对进料比例的方法，能较大地改变或移动材料之间的边界。这种改变材料边界的功能是非常必要的，因为它可使机器的使用者在所要求的位置上保持边界位置，而不必停机更换模具。同时，它也可使机器的使用者利用较少数量的模具而能成功地操作机器，同时还能使材料边界层的位置在较大范围内变动。

参考图18，该正视图表示了材料由公共接合处42（由虚线表示）通过预成型模出口腔44到达预成型模40第二部分64的下游端49的流道腔。在下游端49处，材料横截面形状一般设计为长方形，该形状容易使材料穿过终成型模挤压到转动的滚轮上。两种不同的材料在这公共流道内正确地定位，同时，比较简单的外形使得有可能通过一辊轮压丝模具来进行挤压，而不必要把问题复杂化。

图17描绘了预成型模第二部分64的顶视图或平面图，表示了流道两侧的石墨填充酰胺纤维垫68，这些石墨垫68形成了挤压过程中材料流道的边界。并提供了在挤压操作过程中与转动滚轮使摩擦的表面，这就使得在挤压过程中能自动地将模具保持在其正确的位置上。

参照图10，挤压工序的最后两步是在终成型腔室54内进行的，腔室54是在终成型模50和滚轮70之间形成的。当材料通过第二部分64的下游端49时，它就进入终成型腔54并改变其方向，方向在30°-90°角度范围内进行改变，同时，材料通过节流孔56挤压到滚轮70上。节流孔56的大小和形状确定了挤压工完成之后的最终挤压成型产品的厚度。经发明者连续操作设备10后发现，可使弹性橡胶材料的多种材料流动通过这样的终成型腔室54而挤压到滚轮上，同时可保持材料边界的完整性。但终成型模只能改变挤压产品的总体形状，由矩形改变成近似矩形，例如改变成外胎的轮廓外形。

图21表示了一种呈轮胎外胎板状材140形的典型的挤压产品的横截面，该图仅仅是作为一个实例来说明。外胎基体142和翼缘144是由第一种材料制成的，外胎板状材的主体或顶部146是由第二种材料制成的。图中显示了两种不同材料的典型边界位置45。如前所述，通过改变材料流动速度的方法，可改变边界的位置。

材料流动出终成型模腔54以后，其厚度将发生改变。如图10所示，材料流出终成型腔后流动的材料“膨胀”或厚度约增加10%，我们希望称之谓“模具膨胀”的厚度变化要减小，因为模具膨胀太大会使挤压成品的尺寸变化加大。

本发明的设备力图减小模具膨胀的原因之一就是，在终成型腔室54内配合辊轮拉丝模使材料早期逐步地接合，这就使得挤压工序是在比前述的外胎挤压机的压力更低的条件下进行的。在低压下进行操作是可能的。因滚轮70具有将挤压物拉出终成型模50的趋势，因而，也就不必用高压强迫材料从终成型模出来。

参阅图19、20，它们分别为终成型模50的顶视图和正视图。从图10可看出节流孔56的一侧是由带有石墨填充酰胺纤维制成的元件53的终成型模50构成的，另一边由滚轮70形成。

轮胎组装带中的多种材料的制备是很合理的，并且在发展径向层片组装部件方面是很理想的。如果单独分别地进行挤压，那么一个完整的外胎通常在13个不同的条带中有8种不同的原料。尽管设备没有更改，但是对于径向层片外胎的要求来说，合乎逻 辑的目标就是利用：

（1）一套三台挤压机组来制作黑色侧壁，利用三种不同材料来构成胎环突缘，黑侧壁和护胎带衬垫。

（2）一套五台挤压机组来制作白色侧壁，采用五种不同材料来构成胎环突缘，白侧壁，罩带，黑侧壁以及护胎带衬垫。

（3）一套四台挤压机组来制作外胎，利用四种不同材料来构成外胎，翼缘，外胎基体和涂层。

这些挤压机中的每一台在使用时都要遵照本发明所述的指导说明，以便将几种材料汇合，通过辊轮拉丝模具组进行挤压操作。

对于本领域里的普通技术人员来说，除了这里所介绍的结构外，还可提出许多其他的结构，本文所介绍的内容：是为了说明本发明的最佳实施例，不要误认为发明仅限于此。

Claims (13)

1、用于成型弹性橡胶带的设备包括：一滚轮：一面对上述滚轮并与该滚轮有间隔的终成型模，该终成型模朝着滚轮呈收编状，它和滚轮共同确定了一个以节流孔为终端的终成型腔室；用于在压力下将两种或多种弹性橡胶材料推向所述终成型腔室的挤压装置；在挤压装置和终成型模之间设置有一个端部组件和一个预成型模，它们按流动方向顺序排列；为连通所述挤压装置和所述终成型腔室，在所述端部组件和所述预成型模内部形成多个流道腔室；端部组件流道腔室开始于所述挤压机装置和所述端部组件的交界面，并连接到所述预成型模中，预成型模流道腔室至少要向预成型模内的一个公共接合点收缩，以便形成一个单一预成型模出口腔室，在这个腔室内构成多种弹性橡胶材料流道，预成型模出口腔室连通终成型模腔室，在这个腔室内流动的多种材料最后成型，并把弹性橡胶带放置到滚轮上。

2、用于成型弹性橡胶带的设备包括：一滚轮;一面对上述滚轮并与该滚轮有间隔的终成型模具，该终成型模朝着滚轮呈收缩状，它和滚轮共同确定了一个以节流孔为终端的终成型腔室;用于在压力下将两种或多种弹性橡胶材料推进向所述终成型腔室的挤压装置;在挤压装置和终成型模之间设置有一个端部组件和一个预成型模，它们按流动方向顺序排列;为连通所述挤压装置和所述终成型腔室，在所述端部组件和所述预成型模内部形成多个流道腔室;端部组件流道腔室开始于所述挤压机装置和所述端部组件的交界面，并连接所述预成型模中，预成型模流道腔室至少要向预成型模内的一个公共接合点收缩，以便形成一个单一预成型模出口腔室，在这个腔室内，所述弹性橡胶材料相互粘结，以便在弹性橡胶带内确定材料边界位置，所述预成型模出口腔室连通终成型模腔室，在这个腔室里，弹性橡胶带最后成型，并放置到滚轮上。

3、按照权利要求2所述的设备，其特征为当材料经过预成型模出口腔室时，它们互相粘结;当弹性橡胶带经过终成型模腔室时，弹性橡胶带内的材料边界位置保持不变。

4、按照权利要求1、2或3所述的设备，其特征为预成型模出口腔室具有基本上为直线的流道。

5、按照权利要求1、2或3所述的设备，其特征为预成型模出口腔室的长度至少为1英寸（2.45cm）。

6、按照权利要求1、2或3所述的设备，其特征为滚轮安装在滚动框架之内，滚动框架装设了使滚动框架沿着滚轮转动的轴线方向移动足移的距离的装置，以便为所述模具提供通道。在设备进行挤压操作期间，该通道空间通常为滚轮所占据。

7、按照权利要求6所述的设备，其特征为滚动框架和端部组件装设四个锁紧装置部件，以便在挤压操作期间，将流动框架锁紧到端部组件上。

8、按照权利要求7所述的设备，其特征为四个锁紧装置部件围绕安装在滚动框架内的滚轮安装，以便吸收在设备操作期间所产生的扭矩载荷。

9、按照权利要求1、2或3所述的设备，其特征为端部组件内的每个流道腔室都有来自挤压装置的一个不同的弹性橡胶材料，每种材料都在一定的体积流动速度下挤出，材料流动速度比直接与最后挤出的弹性橡胶带内的材料比相当。

10、按照权利要求1、2或3所述的设备，其特征为在预成型模的上游端，设有第一和第二流道腔，第一流道腔接受第一种弹性橡胶材料，第二流道腔接受第二种弹性橡胶材料，第一第二流道腔在公共接合点外收敛。所述弹性橡胶带是轮胎外胎板状材，第一种弹性橡胶材料构成轮胎外胎板状材的主要外胎部分，而第二种弹性橡胶材料构成所述轮胎外胎板状材的顶部基体和翼缘部分。

11、成型弹性橡胶带的方法包括以下几个步骤：

a.将两种或多种以上的弹性橡胶材料在压力下挤压到端部组件内的各不同的流道腔室内。

b.把弹性橡胶材料逐渐汇合到预成型模内的公共接合点处，以便在预成型模出口腔室内形成一个单一的流动的多种材料物。

c.将预成型模出口腔室内的流动的多种材料物引向在终成型模和转动滚轮之间构成的终成型腔室。

d.最后把弹性橡胶带挤压通过节流孔而到滚轮上。

12、按照权利要求11所述的方法，包括在预成型模出口腔室内，将所述弹性橡胶材料相互进行粘结的步骤，以便在所述弹性橡胶带内确定材料的边界位置。

13、按照权利要求11或12所述的方法，包括通过相应改变端部组件流道腔室内的材料体积流动速度的方法，来改变弹性橡胶带内不同材料的相对百分比的步骤。

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