CN101288901A - 子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种子午线轮胎活络模具花纹块的制造方法，具体地说是一种钢铝复合花纹块的铸造方法。本发明的目的在于克服现有的复合花纹块制造方法工艺复杂，加工困难的缺陷，提出了一种子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块的铸造成型方法。该方法采用将熔融状态的铝合金直接浇铸在钢质骨架层上从而形成铝质花纹层，花纹块在制造过程中花纹成型精度高，制造周期短，制造成本低，同时浇铸后的花纹层薄，钢制骨架层与铝质花纹层之间无缝隙，结合牢固，整体刚度好，延长了花纹块的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种子午线轮胎活络模具花纹块的制造方法，具体地说是一种钢铝复合花纹块的铸造方法。
背景技术
子午线轮胎的外轮廓是由活络模具中的花纹圈与组合在花纹圈上下两侧的胎侧板模压成型的。花纹圈由若干个花纹块沿圆周分布形成，花纹块的内表面带有花纹，能够模压出轮胎的胎冠花纹。胎侧板用于模压轮胎胎侧的形状、图案和文字。通常用钢来制造全钢子午线轮胎活络模具的花纹块，用铝合金来制造半钢子午线轮胎活络模具的花纹块，这种用单一金属或合金材料制造花纹块的方法存在的问题是：如果花纹块选择质地较硬的材料如钢，其硬度大，刚度好，不易损坏，但制造时花纹成型时间长、精度低；如果花纹块选择质地较软的材料如铝合金，制造时便于成型花纹，花纹精度高，但其硬度和整体刚度不足，容易变形或损坏，不易修复。因此，如果选择单一金属或合金材料作为花纹块，不能同时满足既便于成型高精度花纹，又使花纹块硬度高、刚度好、耐使用的要求。
专利号为ZL 200620127648.6的实用新型专利公开了一种子午线轮胎活络模具双金属复合花纹块，能够同时满足既便于成型高精度花纹，又使花纹块硬度高、刚度好、耐使用的要求。该实用新型给出了三种将两种金属或合金材料结合在一起的方法：1、花纹块的花纹层外侧带凸起的外表面和骨架层的内表面用相互镶嵌的方法连结在一起；2、花纹块的花纹层外表面和骨架层的内表面用相互粘接的方法连结在一起；3、花纹块的花纹层外表面和骨架层的内表面用螺钉紧固的方法连结在一起。上述三种方法的前提是需要分别预先制造出花纹层和骨架层，然后再利用机械方法把两者结合在一起。为了能够单独制造花纹层，花纹层要有足够的厚度，才能使其单独制造时有较好的工艺性和足够的刚度。另外，制造好的花纹层与骨架层相结合的结合面还要进行复杂的加工。综上所述，上述连接方法存在以下问题：(1)花纹层厚度大使得整个花纹块尺寸加大，进而使整个模具尺寸加大，各种相关费用增加；(2)花纹层与骨架层连接在一起的整体性不好；(3)花纹层与骨架层之间有难以消除的缝隙，花纹块的导热性差；(4)花纹层与骨架层相结合的结合面加工困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有的复合花纹块制造方法存在的上述缺陷，提出了一种子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块的铸造成型方法，该方法使花纹块在制造过程中花纹成型精度高，制造周期短，制造成本低，同时浇铸后的花纹层薄，钢质骨架层与铝质花纹层之间无缝隙，结合牢固，整体刚度好，延长了花纹块的使用寿命。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，该方法采用将熔融状态的铝合金直接浇铸在钢质骨架层上从而形成铝质花纹层。该方法既可以采用整体浇铸，也可以采用分体浇铸。
当采用整体浇铸时，首先一次性浇铸整个花纹圈，然后沿其圆周方向等分切割成花纹块，该方法包括以下步骤：
(1)对组成花纹块骨架层的钢圈进行整体车加工；
(2)在与花纹层相接合的骨架层的内表面上加工凹槽或凸起；
(3)将钢圈沿其圆周方向等分切割为2～10段；
(4)将切割好的各段钢圈组合在石膏型芯的周围，并与其它部件一起形成一个整体浇铸模具；
(5)将整个浇铸模具送入烘箱，逐渐升温至250～350℃，保温5～20小时；
(6)将浇铸模具从烤箱中取出，并向其模腔内浇铸熔融的铝合金材料，浇铸温度为750～800℃，浇铸压力为0.8～2.0MPa；
(7)液态铝合金充满整个模腔并流进骨架层钢圈的凹槽内，或者与骨架层钢圈上的凸起结合，冷却成型后形成铝质花纹层并与钢质骨架层牢固接合，从而形成一个整体的钢铝复合花纹圈；
(8)对浇铸模具进行拆分，取出花纹圈，并清洗、去除毛边；
(9)将花纹圈沿其圆周方向等分切割为8～10块，形成钢铝复合花纹块。
当采用分体浇铸时，是将各段花纹块分别浇铸，该方法包括以下步骤：
(1)对组成花纹块骨架层的钢圈进行整体车加工；
(2)在与花纹层相结合的骨架层的内表面上加工凹槽或凸起；
(3)将钢圈沿其圆周方向等分切割为2～10段；
(4)将各段钢圈分别与石膏型芯等部件组合形成分体浇铸模具；
(5)将各分体浇铸模具送入烘箱，逐渐升温至250～350℃，保温5～20小时；
(6)将分体模具从烤箱中取出后，向各分体浇铸模具的模腔内浇铸熔融状态的铝合金，浇铸温度为750℃～800℃，浇铸压力为0.8～2.0MPa；
(7)液态铝合金充满整个模腔并流进骨架层钢圈的凹槽内，或者与骨架层钢圈上的凸起结合，冷却成型后形成铝质花纹层并与钢质骨架层牢固接合，从而形成钢铝复合花纹块；
(8)对浇铸模具进行拆分，取出花纹块，并清洗、去除毛边。
为了保证钢质骨架层和铝质花纹层之间连接的牢固性，在与花纹层相接合的骨架层的内表面上设置凹槽或凸起，其截面形状可以为燕尾形或者“T”形，或者用辊花刀辊压成凹凸不平的形状，或者其他能够起到相同作用的形状。液态铝合金在压力作用下充满模腔的过程中，流进钢质骨架层内表面的凹陷处，或者与骨架层内表面的凸起紧密接合，冷却凝固时与钢质骨架层牢固接合在一起。
本发明中，钢质骨架层车加工后如果表面有油污，可用清洗剂对其进行清洗。浇铸后为了提高铝质花纹层的硬度可以对花纹块进行后续热处理，即将花纹块重新加热到100～200℃，并保持5～20小时：当采用分体浇铸时，将各花纹块从模具中取出后即可进行热处理；如果采用整体浇铸的方法，既可以将花纹圈取出后直接进行热处理，也可以将花纹圈分块后进行热处理。安装时，将组成花纹圈的各个相邻花纹块进行研配形成一个完整的花纹圈。
本发明的有益效果是：首先，该方法与现有的花纹块成型方法相比，工艺简单，花纹成型精度高，制造周期短，生产成本较低，采用分体浇铸时的废品率较低；其次，采用该方法制造的钢铝复合花纹块的铝质花纹层的厚度较小，骨架层与花纹层之间没有缝隙，整体导热性较好，花纹块的尺寸也相应减小，减小了轮胎模具的体积；再者，花纹层与骨架层之间连接牢固，整体性好，且骨架层相对较厚，花纹块的整体刚度高，与胎侧板反复接触的“子口”部分不象铝合金花纹块那样易于损伤，延长了花纹块的使用寿命。
附图说明
附图1为整体浇铸装置的剖视图；
附图2为分体浇铸装置的剖视图；
附图3为骨架层内表面设置燕尾形凹槽的花纹块的剖视图；
附图4为骨架层内表面设置“T”形凹槽的花纹块的剖视图；
附图5为骨架层内表面为凹凸不平形状的花纹块的剖视图。
具体实施方式
实施例1
如图3所示，该钢铝复合花纹块包括骨架层11和花纹层12，其中花纹层12位于花纹块的内侧，其作用是形成花纹，选用硬度和强度较低的铝合金制成，骨架层11位于花纹块的外侧，其作用是构成花纹块的整体骨架，其选用硬度和强度较花纹层高的钢质材料制成，13为钢片。
本实施例中的花纹块采用整体浇铸的方法成型，即首先一次性浇铸出整个花纹圈，然后沿其圆周方向等分成若干个花纹块。如图1所示，熔炉7里的坩锅8内盛有熔融状态的铝合金9，熔炉7和坩锅8的上部固定炉盖6，炉盖6的上部固定浇铸模具。浇铸模具由钢质骨架层11、石膏芯型2、砂芯3、模盖4和模座5组成，固定在模座5和炉盖6上的导管10是把熔融的铝合金9输送到模腔的通道。
整体浇铸成型方法包括以下步骤：
(1)对组成花纹块骨架层11的钢圈进行整体车加工；
(2)为了提高骨架层与花纹层之间接合的牢固性，与花纹层相接合的骨架层11的内表面上加工横截面形状为燕尾形的凹槽；
(3)将钢圈沿其圆周方向等分切割为2～10段；
(4)若加工后的钢圈表面有油污，可以通过柴油或者电火花加工液等清洗剂对其进行清洗；
(5)石膏型芯2的制作：石膏型芯2表面刻有轮胎胎冠花纹，是形成轮胎模具花纹的部件，其由基模、硅胶和石膏翻制而成，按设计要求翻制好的若干块石膏围拢在一起形成一个完整的轮胎胎冠形状，然后放到烘箱里逐渐升温至180℃左右进行除湿；
(6)将除湿烘干后的石膏型芯从烘箱中取出，然后将切割好的各段钢圈组合在石膏型芯2的周围，并与其他部件组合形成一个整体浇铸模具；
(7)将整个浇铸模具送入烘箱，逐渐升温至250～350℃，并保温5～20小时；
(8)将浇铸模具从烘箱内取出后，快速固定在炉盖6上，向熔炉7里的坩锅8内通入压力为0.8～2MPa的氮气，坩锅8内已呈熔融状态的铝合金9在氮气压力的作用下，通过导管10进入并充满模腔，坩锅8内铝合金材料的温度控制在750～800℃之间，浇铸压力控制在0.8～2.0MPa之间；
(9)液态铝合金充满整个模腔并流入钢质骨架层11的燕尾形凹槽内，冷却成型后形成铝质花纹层并与钢质骨架层牢固接合，形成一个整体的钢铝复合花纹圈；
(10)将整个浇铸模具从炉盖6上取下，冷却至100℃以下后对浇铸模具进行拆解，清除石膏型芯，取出花纹圈，并清洗，去除毛边、毛刺；
(11)将钢铝复合花纹圈按设计要求沿其圆周方向等分切割为8～10块，其切口与钢圈的切口重合，从而形成钢铝复合花纹块。
根据上述方法即可得到钢质骨架层与铝质花纹层牢固接合的钢铝复合花纹块。最后对相邻的花纹块进行拼接装配，从而形成一个完整的花纹圈。
为了提高钢铝复合花纹块的综合机械性能，可以对花纹块进行后续热处理，即将花纹块重新加热至100～200℃，并保持10小时左右。时热处理可以在钢铝复合花纹圈成型后进行，也可以在花纹圈等分切割后进行。
实施例2
图4是在与花纹层相接合的骨架层的内表面上设置“T”形凹槽，浇铸时熔融的铝合金在压力的作用下流进“T”形凹槽内，冷却形成铝质花纹层的过程中与钢质骨架层牢牢地接合在一起。
其他同实施例1。
实施例3
图5是在与花纹层相接合的骨架层的内表面上用“辊花刀”辊压形成凹凸不平的有规律的花纹，浇铸时熔融的铝合金在压力的作用下流进钢质骨架层凹陷的花纹内，在冷却形成铝质花纹层的过程中与钢质骨架层牢牢地接合在一起。
其他同实施例1。
实施例4
与花纹层相接合的骨架层的内表面上设置燕尾形凸起或者“T”形凸起，或者其他形状的凸起，只要能达到使钢质骨架层与铝质花纹层牢固接合的作用即可。
其他同实施例1。
实施例5
本实施例中的钢铝复合花纹块采用分体浇铸的方法制成，即将各段花纹块分别浇铸。如图2所示，熔炉7里的坩锅8内是熔融状态的铝合金9，熔炉7和坩锅8的上部固定一炉盖6，炉盖6上面固定着浇铸模具，浇铸模具是由钢质骨架层11、石膏芯型2、模架14组成的，固定在炉盖6上的导管10是把熔融的铝合金9输送到模腔的通道。
分体浇铸的方法包括以下步骤：
(1)对组成花纹块骨架层的钢圈进行整体车加工；
(2)为了提高骨架层与花纹层之间接合的牢固性，在与花纹层相接合的骨架层的内表面上设置横截面形状为燕尾形的凹槽；
(3)将钢圈沿其圆周方向等分切割为2～10段；
(4)若加工后的钢圈表面有油污，可以通过柴油或者电火花加工液等清洗剂对其进行清洗；
(5)石膏型芯2的制作：石膏型芯2表面刻有轮胎胎冠花纹，是形成轮胎模具花纹的部件，其由基模、硅胶和石膏翻制而成，按设计要求翻制好的若干块石膏围拢在一起形成一个完整的轮胎胎冠形状，然后放到烘箱里逐渐升温至180℃左右进行除湿；
(6)将除湿烘干后的石膏型芯从烘箱中取出，将切割后的各段钢圈分别与对应的石膏型芯2、浇铸模架14组合形成分体浇铸模具；
(7)将各分体浇铸模具送入烘箱，逐渐升温至250～350℃，并保温5～20小时；
(8)将分体浇铸模具从烘箱中取出后，快速固定在炉盖6上，向熔炉7里的坩锅8内通入压力为0.8～2MPa的氮气，坩锅8内已呈熔融状态的铝合金9在氮气压力的作用下，通过导管10进入并充满模腔，坩锅8内铝合金材料的温度控制在750～800℃之间，浇铸压力控制在0.8～2.0MPa之间；
(9)液态铝合金在氮气压力作用下充满整个模腔，并流进骨架层钢圈的燕尾形凹槽内，冷却成型后形成铝质花纹层并与钢质骨架层牢固接合，从而形成钢铝复合花纹块；
(10)将分体浇铸模具从炉盖6上取下，冷却至100℃以下后对各分体浇铸模具进行拆解，清除石膏型芯2，取出花纹块，并清洗，去除毛边、毛刺。
为了提高钢铝复合花纹块的综合机械性能，可以对花纹块进行后续热处理，即将花纹块重新加热至100～200℃，并保持10小时左右。
其他同实施例1。
实施例6
与花纹层相接合的骨架层的内表面上设置“T”形凹槽，浇铸时熔融的铝合金在压力的作用下流进“T”形凹槽内，冷却形成铝质花纹层的过程中与钢质骨架层牢牢地接合在一起。
其他同实施例5。
实施例7
与花纹层相接合的骨架层的内表面上用“辊花刀”辊压形成凹凸不平的有规律的花纹，浇铸时熔融的铝合金在压力的作用下流进钢质骨架层凹陷的花纹内，在冷却形成铝质花纹层的过程中与钢质骨架层牢牢地接合在一起。
其他同实施例5。
实施例8
与花纹层相接合的骨架层的内表面可以设有若干个凸起，凸起的截面形状可以为燕尾形或“T”形，或者其他能够使钢质骨架层与铝合金花纹层牢固接合的形状。
其他同实施例5。
Claims (6)
1、一种子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，其特征在于：该方法通过将熔融状态的铝合金直接浇铸在钢质骨架层上从而形成铝质花纹层。
2、根据权利要求1所述的子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)对组成花纹块骨架层的钢圈进行整体车加工；
(2)在与花纹圈相接合的骨架层的内表面上加工凹槽或凸起；
(3)将钢圈沿其圆周方向等分切割为2～10段；
(4)将切割好的各段钢圈组合在石膏型芯的周围，并与其它部件组合形成一个整体浇铸模具；
(5)将整体浇铸模具送入烘箱，逐渐升温至250～350℃，并保温5～20小时；
(6)将浇铸模具从烘箱中取出，并向其模腔内浇铸熔融的铝合金材料，浇铸温度为750～800℃，浇铸压力为0.8～2.0MPa；
(7)液态铝合金充满整个模腔并流进骨架层钢圈的凹槽内，或者与钢质骨架层上的凸起结合，冷却成型后形成铝质花纹层并与钢质骨架层牢固接合，从而形成一个整体的钢铝复合花纹圈；
(8)对浇铸模具进行拆分，取出花纹圈，并清洗、去除毛边；
(9)将花纹圈沿其圆周方向等分切割为8～10块，形成钢铝复合花纹块。
3、根据权利要求1所述的子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)对组成花纹块骨架层的钢圈进行整体车加工；
(2)在与花纹层相接合的骨架层的内表面上加工凹槽或凸起；
(3)将钢圈沿其圆周方向等分切割为2～10段；
(4)将各段钢圈分别与石膏型芯等部件组合形成分体浇铸模具；
(5)将各分体浇铸模具送入烘箱，逐渐升温至250～350℃，并保温5～20小时；
(6)将分体模具从烘箱中取出后，向各分体浇铸模具的模腔内浇铸熔融状态的铝合金，浇铸温度为750～800℃，浇铸压力为0.8～2.0MPa；
(7)液态铝合金充满整个模腔并流进骨架层钢圈的凹槽内，或者与骨架层钢圈上的凸起结合，冷却成型后形成铝质花纹层并与钢质骨架层牢固接合，从而形成钢铝复合花纹块；
(8)对浇铸模具进行拆分，取出花纹块，并清洗、去除毛边。
4、根据权利要求2或3所述的子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，其特征在于：所述的骨架层内表面上设置的凹槽或凸起的截面形状呈燕尾形。
5、根据权利要求2或3所述的子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，其特征在于：所述的骨架层内表面上设置的凹槽或凸起的截面形状呈“T”型。
6、根据权利要求2或3所述的子午线轮胎活络模具钢铝复合花纹块铸造成型方法，其特征在于：所述的骨架层内表面上设置的凹槽或凸起的截面形状用辊花刀辊压形成。
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