CN102427956A - 在其上构件上具有波动部的前进式轮胎模具元件及由该模具元件形成的轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明的特定实施例包括在其上构件上具有波动部的前进式刀槽花纹模具构件和形成在轮胎胎面内的相应刀槽花纹。在特定的实施例中，本发明包括在模具中使用的前进式刀槽花纹模具构件，所述模具构件包括：从顶端向下延伸至底端并且在其间具有波动部的上模具构件；以及，第一下凸出构件和第二下凸出构件，每个下构件从所述上模具构件向下延伸。所述刀槽花纹模具构件还可以具有扫掠轴线，所述刀槽花纹模具构件沿着所述扫掠轴线在期望路径中波动。而且，下凸出部可具有沿其面向外的表面和面向内的表面的扇形凹陷部或凹口。所述模具构件在轮胎的胎面中产生刀槽花纹，所述刀槽花纹具有所述模具构件的形状的负像。

Description

在其上构件上具有波动部的前进式轮胎模具元件及由该模具元件形成的轮胎
技术领域
本发明总体上涉及轮胎胎面和模具，并且尤其涉及在其上段上具有至少一个波动部(undulation)的用于轮胎的前进式(progressive)胎面刀槽花纹，以及形成所述刀槽花纹的方法和设备。
背景技术
对于轮胎胎面而言，包含各种胎面元件和特征以增强轮胎性能是众所周知的。同样众所周知的是，这些元件和特征可以在固化过程期间在模具之内形成。胎面可以独立地形成和固化(例如用于胎面翻新)，或者可以与附连的轮胎胎体一起同时形成和固化。因此，在本申请中(包括权利要求)，术语“模制”或“模具”应理解为包括胎面翻新技术和设备以及标准的模制技术和设备。
花纹沟(groove)和刀槽花纹是形成在胎面内的两种常见胎面特征。花纹沟是形成在胎面内以形成胎面元件的槽，所述胎面元件例如为花纹条(rib)和花纹块(block)。刀槽花纹是大致在胎面元件内延伸的非常薄的延伸部分。花纹沟在胎面内提供空隙，用于消耗轮胎遇到的水和其它物质。花纹沟还提供表面边缘，以改进轮胎牵引力。刀槽花纹也提供牵引边缘，同时进一步减小胎面元件刚度。然而，刀槽花纹一般而言是在没有在材料方面增大胎面空隙的情况下实现其目的的。这是因为刀槽花纹是非常薄的延伸部分，对于常规平直刀槽花纹而言，其典型地为0.2-0.6毫米(大约0.008-0.024英寸)厚；然而，刀槽花纹的尺寸可以为1.0-1.2mm厚(大约0.040-0.048英寸)以上。然而，期望提供尽可能薄的刀槽花纹，以使得空隙的形成和存在降到最低程度。
前进式刀槽花纹一般而言提供从胎面的外表面延伸至胎面内特定深度的上刀槽花纹部分，然后，一对下刀槽花纹凸出部(或腿部)从第一部分向下延伸进入胎面。至少其中一个下凸出部还相对于另一个下凸出部向外延伸，同时延伸进入胎面深度。一般而言，前进式刀槽花纹在横截面中呈现颠倒的“Y”，如同美国专利No.4,994,126中所一般性地显示的那样。当对轮胎胎面进行模制的时候，模具模型或构件用于在这样的胎面中产生前进式刀槽花纹，其中这样的模具构件提供了待产生的刀槽花纹的横截面形状。因为前进式刀槽花纹具有向外延伸的凸出部，所以前进式刀槽花纹模具构件包含类似的凸出部。相应地，一般而言，由于存在下凸出部，对应的模具构件在模制和脱模操作期间经受增大的负载。在这样的操作期间，刀槽花纹模具构件在模具关闭期间被迫入胎面并且在模具打开期间从胎面出来。相应地，前进式刀槽花纹模具构件必须足够耐用，以承受在模制和脱模操作期间所经历的负载，以及能够在多个固化循环中重复使用。
提供更加耐用的前进式刀槽花纹模具构件的一种方法是，增大对应于刀槽花纹模型构件的各个部分和凸出部的模型的每个部分的厚度。然而，这会导致更厚的刀槽花纹，这对于轮胎性能而言可能不是最优的。因此，需要一种更加耐用的前进式刀槽花纹模具构件，其在轮胎胎面中提供足够薄的刀槽花纹。
另一方面，在胎面元件进入或离开接触面(之所以称为“接触面”是因为这是轮胎接触道路的位置)时期望刀槽花纹增加胎面元件的挠性的同时，也期望刀槽花纹能够在胎面元件处于接触面中时锁止，从而使得胎面元件的刚度变得尽可能大。这改进了轮胎的操控以及滚动阻力。相应地，还需要一种前进式刀槽花纹模具构件，其提供了用于在轮胎中产生刀槽花纹的装置，一旦处于接触面中，所产生的刀槽花纹就会增强胎面元件的刚度。然而不幸的是，典型地，在刀槽花纹的改进模制和脱模以及增强花纹块或花纹条的刚度之间存在一种设计折衷，因为改进花纹块或花纹条的刚度的设计特征包含某种底切和/或增大的表面面积，其必然产生更大的摩擦，从而使得刀槽花纹的模制和脱模更加困难。因此，需要找到一种方案，其能够克服这种设计折衷并且允许通过前进式刀槽花纹提供具有更大硬度的花纹条或花纹块，同时所述前进式刀槽花纹仍然能够以令人满意的方式进行模制和脱模。
发明内容
本发明的特定实施例包括具有胎面的轮胎，所述胎面包含一个或更多前进式刀槽花纹，所述刀槽花纹具有用于当其处于接触面中时增强胎面元件刚度的装置，本发明的特定实施例还包括用于在胎面中形成这种构造的方法和设备。本发明的特定实施例包括在模具中使用的刀槽花纹模具构件。这样的模具构件的特定实施例包括从顶端向下延伸至底端并且在所述顶端与所述底端之间具有波动部的上模具构件。特定的实施例还可以包括第一下凸出构件和第二下凸出构件，每个下构件从所述上模具构件向下延伸并且具有面向外的表面和面向内的表面。
此外，特定的实施例限定了所述第一下凸出构件具有上面带有凹口的面向外的表面和面向内的表面。在其它实施例中，第一下凸出部的面向外的表面和面向内的表面上的凹口具有交替的样式，从而一个表面上的至少一个凹口存在于位于另一个表面上的两个凹口之间。此外，所述凹口可以具有存在于其内部的至少一个倾斜表面，以辅助刀槽花纹模具构件脱模。所述模具构件可以具有扫掠轴线(sweep axis)，所述刀槽花纹模具构件沿着所述扫掠轴线在期望路径中波动。
本发明的特定实施例包括具有模制的轮胎胎面的轮胎，所述胎面包括由一个或更多花纹沟分开的多个胎面元件，并且在一个胎面元件内具有一个或更多前进式刀槽花纹。在特定的实施例中，每个这样的刀槽花纹都包括从上刀槽花纹部分延伸的第一下刀槽花纹凸出部和第二下刀槽花纹凸出部，所述上刀槽花纹部分具有至少一个波动部，每个凸出部在所述胎面内彼此隔开并且延伸至胎面内的一定深度，所述第一下刀槽花纹凸出部和所述第二下刀槽花纹凸出部具有相对的侧壁。
在某些实施例中，第一下刀槽花纹凸出部在其相对侧壁上具有脊部。在其它实施例中，所述第一下凸出部的相对的侧壁上的脊部具有交替的样式，从而一个侧壁上的至少一个脊部存在于位于另一个侧壁上的两个脊部之间。此外，所述轮胎的前进式刀槽花纹可以具有扫掠轴线，所述刀槽花纹沿着所述扫掠轴线在期望路径中波动。在某些实施例中，所述第二下刀槽花纹凸出部在其相对侧壁上具有脊部。
根据下面如附图所示的对本发明特定实施例的更加具体的描述，本发明的前述和其它目的、特征和优点将会变得明朗，在附图中同样的附图标记代表本发明的同样部件。
附图说明
图1A是根据本发明的实施例的在其上构件上具有波动部的前进式刀槽花纹模具构件的俯视立体图；
图1B是根据本发明的实施例的前进式刀槽花纹模具构件的俯视立体图，所述模具构件在其上构件上具有波动部并且具有沿着其扫掠轴线的波动部；
图1C是根据本发明的实施例的前进式刀槽花纹模具构件的俯视立体图，所述模具构件具有扇形凹陷部(scallop)、沿着其扫掠轴线的波动部以及沿着其上构件的波动部；
图1D是图1C的模具构件的仰视立体图，显示了在模具构件的面向内的表面上的扇形凹陷部；
图2A是图1A的模具构件的端视图，显示了在固化循环之前在模具关闭期间作用在这样的构件上的力；
图2B是图1A的模具构件的端视图，显示了在固化循环之后在模具打开期间作用在这样的构件上的力；
图3A是沿着图1C的线3A-3A取得的图1C的模具构件的前视横截面图，其更加清楚地显示了扇形凹陷部的几何形状；
图3B是沿着图1C的线3B-3B取得的图1C的模具构件的俯视横截面图，其更加清楚地显示了扇形凹陷部的交替样式；
图4是图1B的模具构件的俯视图；
图5是根据本发明的备选实施例的沿其扫掠轴线的非对称波动刀槽花纹模具构件的俯视图；
图6是根据本发明的备选实施例的沿其扫掠轴线以阶梯路径延伸的波动刀槽花纹模具构件的俯视图；
图7是根据本发明的备选实施例的沿着弓形扫掠轴线延伸的波动刀槽花纹模具构件的俯视图；
图8A是根据在图1A中显示的本发明的实施例的具有多个刀槽花纹的胎面的立体图；
图8B是图8A的胎面的刀槽花纹的放大视图；
图8C是根据在图1C中显示的本发明的实施例的具有多个波动刀槽花纹的胎面的立体图；
图8D是图8C的胎面的刀槽花纹的放大视图；
图8E是沿着图8D的线8E-8E取得的图8D中显示的刀槽花纹的下凸出部的俯视横截面图，示出了刀槽花纹之内的脊部的布置形式；
图9A是根据本发明的实施例的包含在胎面之内的刀槽花纹的剖面图，显示为在刀槽花纹的上构件上具有波动部；
图9B是根据本发明的备选实施例的备选波动刀槽花纹的横截面图，显示为在刀槽花纹的上构件上没有波动部；
图9C是根据本发明的备选实施例的备选波动刀槽花纹的横截面图，显示为在刀槽花纹的上构件上具有波动部；
图9D是根据备选实施例的备选波动刀槽花纹的横截面图，显示为在刀槽花纹的上构件上没有波动部；
图10是显示了对于正弦路径P的不同振幅UA，由波动模具构件10提供的最大屈服应力(即，Von Mises应力)σy，u/σy，o的相对改进(减小)的曲线图。更具体而言，该曲线图通过将非波动模具构件的应力σy，o与波动模具构件10的应力σy，u进行比较而显示了最大相对应力减小，其中每个模具构件的横截面形状和尺寸基本上相同；根据本发明的实施例，如总体上示出的那样，随着波形的振幅UA增大，应力的减小也增加；
图11是根据本发明的备选实施例的模具构件的立体图，所述模具构件包括具有扇形凹陷部的前进式刀槽花纹模具构件以及第二刀槽花纹模具构件；
图12是显示了力-位移曲线的曲线图，所述曲线是在对具有如图13A-13C所示的不同构造的前进式刀槽花纹模具构件进行脱模时通过实验测量的；
图13A是在图12的曲线图中显示的在测试试验中使用的具有第一构造的一排刀槽花纹模具构件的立体图，其具有仅仅沿着扫掠轴线的波动部；
图13B是在图12的曲线图中显示的在测试试验中使用的具有第二构造的一排刀槽花纹模具构件的立体图，其具有沿着扫掠轴线和上构件的波动部；以及
图13C是在图12的曲线图中显示的在测试试验中使用的具有第三构造的一排刀槽花纹模具构件的立体图，其具有沿着扫掠轴线的波动部、沿着上构件的波动部以及下凸出构件上的扇形凹陷部。
具体实施方式
本发明的特定实施例提供了包含波动前进式胎面特征或刀槽花纹的胎面，以及形成所述胎面的方法和装置。
前进式刀槽花纹是这样一种刀槽花纹：其一般而言包括从沿着胎面接触表面定位的上刀槽花纹部分向下延伸的一对凸出部，至少其中一个凸出部从所述上刀槽花纹部分向外延伸。一般而言，胎面接触表面是在胎面的侧边缘之间并且围绕轮胎的外圆周延伸的胎面部分。一对凸出部中的至少一个凸出部在每个凸出部随着胎面深度增加向下延伸时也向外延伸或延伸远离另一个凸出部。在特定实施例中，下凸出部从具有一定长度的上刀槽花纹部分延伸，所述上刀槽花纹部分从胎面的接触表面向下延伸至胎面内的特定深度。下凸出部可以从上刀槽花纹部分的底端延伸，或者从沿着上刀槽花纹部分的长度的任何其它位置延伸。为了在胎面内形成前进式刀槽花纹，相应的模具构件定位在模具内以形成浮凸部(relief)。前进式刀槽花纹模具构件包括用于每个刀槽花纹延伸部或凸出部的相应构件。一般而言，刀槽花纹模具构件形成具有基本上相同横截面形状的刀槽花纹，除了对应于上刀槽花纹部分的模具构件可能会进一步延伸以形成用于将模具构件附连到模具中的装置。因此，模具构件具有待制造刀槽花纹的负像(negative image)。
在图1A中的第一实施例中显示的前进式刀槽花纹模具构件10包括初始或上构件12以及从上构件12延伸的一对第一和第二下凸出构件14和16。每个下凸出构件14、16具有面向外的表面11和面向内的表面13，之所以称为面向外的表面11和面向内的表面13是因为这些表面或者面向外并且背离另一下凸出构件，或者面向内并且朝向另一下凸出构件。在本实施例中，模具构件10以直线方式沿着其扫掠轴线A延伸，并且沿着扫掠轴线没有波动部。相反，存在位于其上构件12上的波动部21。以类似的方式，在图1B中示出了第二实施例，其中，模具构件10沿其扫掠轴线A波动，并且在其上构件12上具有波动部21。最后，在图1C和图1D中示出了第三实施例，其中，模具构件10构造成与第二实施例类似，不同的是，在其下凸出构件14、16的面向外的表面和面向内的表面11、13上存在扇形凹陷部17(尽管在图1C中仅仅清楚显示了一个面向外的表面，但应该理解的是，在两个面向外的表面上都存在类似配置的扇形凹陷部)。同样，如图1D中所示，在面向内的表面13上也存在扇形凹陷部17。
在这里，简略地但是不对本发明进行限制地对这些不同实施例的典型目的和区别进行说明。在轮胎径向方向的胎面元件刚度令人满意并且前进式刀槽花纹的深度不大以及任一下凸出构件的扫掠轴线A14、A16与上构件12形成的角度α落入到135-180°的范围内的一些情况下，在图1A中显示的第一实施例可能是不错的设计选择。在轮胎径向方向的胎面元件刚度令人满意并且前进式刀槽花纹的深度足够大以至于可能难以进行刀槽花纹的脱模的其它情况下，在图1B中显示的第二实施例可能是不错的选择。最后，在轮胎的横向和径向都需要胎面元件刚度的情况下，由图1C显示的第三实施例可能是不错的选择。随着具体描述的进行，这些实施例中每一个最适合于这些不同应用的原因将变得更加容易理解。
与前进式刀槽花纹相比，常规刀槽花纹并不包括一对下凸出部。因此，用于形成常规刀槽花纹的模具构件并不具有下延伸构件14、16，而是一般包括延长的上构件12。因此，在模制和脱模操作期间，在常规刀槽花纹模具构件上施加的阻力要小得多，因为阻力仅仅施加在裂缝状构件的非常薄的底端表面上，以及施加在当常规刀槽花纹模具构件以波状(即，非线性)路径向下延伸时可能存在的任何侧表面上。
由此得出结论，在模制和脱模操作期间，前进式刀槽花纹模具构件10承受的力比常规刀槽花纹所承受的力大得多。因为下构件14、16向外延伸，前进式刀槽花纹模具构件10比常规刀槽花纹模具构件提供大得多的横向表面面积，胎面将会把力和力矩施加在该面积上，从而分别在模具关闭和打开操作期间抵抗模具构件进入这样的胎面或者从这样的胎面拔出。因此，与常规刀槽花纹模具构件相比，施加在前进式模具构件10上的力要大得多。
例如，参考图2A和图2C，以横截面形式显示了在模具关闭操作期间前进式刀槽花纹模具构件10的示例性实施例。当模具40关闭时，例如在胎面模制和/或固化之前，关闭力FC迫使刀槽花纹模具构件10进入位于模具内的胎面材料中。因此，胎面材料抵抗刀槽花纹模具构件10的进入，其在模具构件10的下延伸部14和16上施加阻力FRC。此外，每个下延伸构件14、16都承受力矩MRC，该力矩是由于每个这样的下构件14、16相对于上构件12形成悬臂而产生的。类似地，如图2B中示例性地显示，在模具打开操作期间，由于胎面试图防止构件10拔出，所以胎面在下构件14、16上施加阻力FRO和力矩MRO。
参见图3A和图3B，能够看见扇形凹陷部17的横截面。如同下文将更具体讨论的那样，扇形凹陷部17出乎意料地有助于模具构件10的脱模，因为模具构件10的表面面积的增大通常导致脱模更加困难。为什么扇形凹陷部17有助于模具构件10脱模的一种可能解释是：当模具构件10从胎面橡胶20退出时，由于存在于模具构件10的面向外的表面11上的扇形凹陷部17而在刀槽花纹24中形成的脊部23提供了斜坡运动并且起到的作用就像小撬棒一样，一旦脊部已经离开扇形凹陷部并且停留在模具构件10的面向外的表面11上，所述小撬棒就会提升由模具构件的面向外的表面11形成的刀槽花纹24的表面的主要部分使其与模具构件10脱离接触，从而消除了倾向于使得模具构件10脱模更加困难的大部分摩擦和真空。对于脱模循环的剩余部分，脊部23起到的作用就像滑动垫木，其在模具构件10的面向外的表面11上滑动并且减小摩擦，直到完成脱模。在波动部21存在于模具构件10的上构件12中的情况下，相信脊部23还可以帮助存在于由这些波动部形成的底切中的胎面橡胶20经由上文描述的斜坡运动而退出，而不是仅仅通过在脱模方向上施加的强力而退出，这种强力可能会导致胎面橡胶20和/或模具构件10损坏。应该注意到，扇形凹陷部可以配置有不具有底切但具有倾斜表面25的标准拔模角度，从而使得脊部能够相对容易地滑出扇形凹陷部(参见图3A)。虽然这是对于扇形凹陷部17和脊部23为什么发挥作用的看似合理的解释，但确切机理是不清楚的并且本发明并不限于任何特定理论，而是限于展现这些出乎意料和令人惊奇的结果的结构。
此外，由于存在于模具构件10的下凸出构件14、16的面向内和面向外的表面13、11上的扇形凹陷部17而产生的刀槽花纹的相对侧壁上的脊部23增强了胎面元件在平行于模具构件10的扫掠轴线A的方向上的刚度。特别地，模具构件的扇形凹陷部17从每个下凸出构件14、16的面向内的表面13到面向外的表面11交替出现，保证在存在扇形凹陷部的区域中下凸出构件的厚度相对地保持恒定于0.2mm(大约0.008英寸)，而下凸出构件14、16的剩余部分和上构件12具有0.4mm的厚度(大约0.016英寸)。
从图3B中可看出，下凸出构件的一个表面11上的至少一个扇形凹陷部17存在于所述下凸出构件的另一表面13上的两个扇形凹陷部17之间。因此，刀槽花纹24的下凸出部28、30的相对侧壁上形成的脊部23将会具有相同的特性并且在胎面变形时将互锁，类似于齿轮的齿的啮合，从而限制了胎面元件在平行于刀槽花纹24的扫掠轴线A的任何方向上的相对运动。一旦胎面元件处于接触面中，这就增大了胎面元件的总体刚度。当然，刀槽花纹24和模具构件10的厚度在具有和不具有扇形凹陷部17的区域中都可以以任何合适的方式进行改变，以实现期望的胎面元件刚度并且保持对刀槽花纹几何体进行模制和脱模的能力。同样，每个扇形凹陷部的宽度WS、每个扇形凹陷部的高度HS和每个扇形凹陷部之间的节距PS可以根据需要进行改变。如图3B中所示，WS是0.55mm(大约0.102英寸)，HS是下凸出构件的高度的大约90％，PS是1.31mm(大约0.052英寸)。
如图2A和图2B中总体所示，每个下构件14、16都具有相应的长度l14、l16并且向外延伸至宽度W。在所示的实施例中，上刀槽花纹模具构件12具有长度l12。参考图2A，上刀槽花纹模具构件12的长度l12等于距离lM和lT之和，其中距离lM表示上刀槽花纹模具构件12插入模具40的距离，距离lT表示上刀槽花纹模具构件12插入胎面20的距离。距离lM和lT可以是任何期望的值。例如，上刀槽花纹模具构件12可以不延伸进入胎面，因此距离lT将会等于零。换言之，上刀槽花纹模具构件12简单地包括位于下构件14、16之间的接头15，从而上刀槽花纹模具构件12基本上不向上延伸超过这样的接头15。在所示实施例中，每个下构件14、16在上构件12的底端的共同位置，即接头15处，从上构件12延伸。然而，在其它实施例中，可以设想每个下延伸构件14、16可以从沿着上构件12的长度l12的相同或不同位置独立地从上构件12延伸。
在如图2A所示的某些情况下，一个或更多波动部21可以正好存在于接头15的上方，停止于模具附连处下方大约2mm(大约0.079英寸)处。波动部的长度大致等于延伸进入胎面的上构件12的长度lt减去接头15上方和模具40附连处下方的合适距离，例如总共几毫米。此外，对于开始于接头15的波动部21，振幅VA和半节距HP可以为1.0mm(大约0.039英寸)。当然，这些波动部21的尺寸和位置可以根据期望进行改变。例如，半节距HP可以处于0.77至1.0mm(大约0.030至0.039英寸)的范围内，并且振幅VA典型地处于0.5至1.0mm(大约0.0195至0.039英寸)的范围内。另外，波动部的形状可以与所示不同，并且可以具有与下文描述的沿着模具构件10的扫掠轴线A延伸的波动部相似的构造。当然，由这样的模具构件形成的刀槽花纹的上部分的相对侧壁将具有互补的形状和波动部。
如在图2A中所示，在波动部21存在于上模具构件12并且不提供沿扫掠轴线的波动部和扇形凹陷部的实施例中，重要的是，采用某些设计规则以确保模具构件10能够被脱模。例如，如果下凸出构件的扫掠轴线A14、A16与上模具构件12形成的角度α在135-180°的范围内，则这是有帮助的。还有，在LT与L14或L16的和等于胎面的总深度TTD的情况下，如果L14或L16大于或等于2mm并且小于或等于TTD减2mm，则是有利的。下构件14、16的路径可采用任何形状，只要遵从设计规则。此外，采用例如以商标TEFLON出售的不粘涂层，或采用脱模喷剂来改善脱模可以是有帮助的。
可替代地，如图1B、图1C和图4中示例性所示，在不能严格地遵从这些设计规则时，为了克服前进式刀槽花纹模具构件10经受的附加力和应力，通过使构件10沿着其长度L相对于在构件10的大致长度方向上延伸的扫掠轴线A进行波动部而能够使得这样的构件10得以增强。换言之，对于相应构件10或刀槽花纹24的长度L，刀槽花纹模具构件10以及由构件10形成的任何相应刀槽花纹24(例如，如图8-9D中所示)在扫掠轴线A的相对侧面之间以任何期望的方式交替出现。相应地，构件10沿着路径P延伸，该路径P以波动部或非线性方式沿着扫掠轴线A延伸。参考图4，每个波动部段S沿着扫掠轴线A延伸的距离等于长度UL的一半(1/2)。
如图1B、图1C和图4所示，在特定实施例中，波动路径P可以关于轴线A对称。然而如图5中所示，可以设想构件10可以沿着相对于扫掠轴线A并不对称(即，不对称)的波动路径P延伸。可以设想，波动路径P可以延伸为光滑波形或波状路径(contouredpath)，例如在图1B、图1C、图4和图5中示例性显示的那样。例如，波形可以包括正弦波，其具有的周期性长度等于长度UL，振幅等于距离UA。在其它实施例中，波动路径P可以以阶梯状(即，锯齿状)路径延伸，其可以由线性或非线性阶梯波动段S形成。线性阶梯状路径P示例性地在图6中显示。可以设想，波动路径P可以仅仅沿着刀槽花纹模具构件10的一部分存在或延伸，并且/或者可以与刀槽花纹模具构件10的不同波动部分进行组合。例如，刀槽花纹模具构件10可以包括波状和阶梯状波动部的间隔。此外，路径P的延伸部可以以一致或均匀的方式沿着长度L延伸，如图1B、图1C和图4中所示，或者以间歇、可变、非重复或任意方式沿着长度L延伸，这意味着路径P可以沿着路径P不一致地或间歇地波动。
扫掠轴线A大致沿着刀槽花纹模具构件10或相应刀槽花纹24的长度L延伸。如图1-6中大致所示，扫掠轴线A可以是线性的。然而在其它实施例中，扫掠轴线A可以在非线性方向上延伸，例如图7中的一个实施例所示。
通过提供波动下构件14、16，每一个构件都更加能够(即，更有效率地能够)承受在模制过程期间当迫使模具构件10进入和离开胎面时施加在其上的力。相应地，可以设想，下构件14、16可以波动而上构件12不波动。还可以设想，构件12、14、16可以以不同方式独立地波动，或者以任何组合方式一起波动。在图1B、图1C、图4和图5中，构件12、14、16显示为在特定实施例中一起波动。
在一个实施例中，正弦路径P具有10mm的周期长度UL以及0.3mm(大约0.012英寸)、0.4mm(大约0.016英寸)或0.6mm(大约0.024英寸)的振幅UA。在其它实施例中，振幅UA为0.3-0.6mm(大约0.012-0.024英寸)或0.4-0.6mm(大约0.016-0.024英寸)。在另外的其它实施例中，振幅UA为至少0.3mm(大约0.012英寸)、至少0.4mm(大约0.016英寸)或周期长度UL的至少3％。根据研究，当模具构件10的正弦路径P具有10mm(大约0.39英寸)的周期长度UL以及0.6mm(大约0.024英寸)的振幅UA的时候，已经估算出，与具有基本上相同横截面形状和尺寸的非波动部模具构件的最大屈服应力相比，最大屈服应力(即，Von Mises应力)减小了4/5(reducedby a factor of 2.5)。然而，当将振幅UA从0.6mm减小至0.4mm(大约0.024至0.016英寸)时，最大屈服应力减小了1/2(reduced by afactor 2)。
在图10中，一幅曲线图更加一般地显示了对于正弦路径P的不同振幅UA，由波动模具构件10提供的最大屈服应力(即，Von Mises应力)的相对改进(减小)。更具体而言，该曲线图通过将非波动模具构件的应力与波动模具构件10的应力进行比较而显示了最大相对应力的减小，其中每个模具构件的横截面形状和尺寸基本上相同。在该曲线图中，最大屈服应力的比较由相对最大屈服应力σy，u/σy，o来表示，其等于波动刀槽花纹模具构件10的最大屈服应力σy，u除以非波动刀槽花纹模具构件的最大屈服应力σy，o。如图10中一般所示，随着波形的振幅UA增大，应力的减小也增加。
由于通过波动部减小了应力从而实现了增大的强度和耐用性，各个波动构件12、14、16的厚度t12、t14和t16可以减小以改进轮胎胎面中产生的刀槽花纹的性能以及相应轮胎胎面的性能。参考图2A的实施例，显示了厚度t12、t14和t16。这样的厚度可以沿着构件10的长度L进行改变，并且可以在彼此之间进行改变。在特定的实施例中，任何厚度t12、t14和t16可以是0.4mm(大约0.016英寸)或更小，在其它实施例中，可以是0.3mm(大约0.012英寸)或更小，0.2mm(大约0.008英寸)或更小，以及0.1mm(大约0.004英寸)或更小。在特定的实施例中，任何厚度t12、t14和t16可以是0.05-0.4mm(大约0.002-0.016英寸)，在其它实施例中，可以是0.05-0.3mm(大约0.002-0.012英寸)，或者0.05-0.2mm(大约0.002-0.008英寸)。此外，对于宽度W，其可以延伸任何距离。在特定的实施例中，宽度W大约等于3-8mm(大约0.12-0.32英寸)，在更特定的实施例中大约等于5-6mm(大约0.2-0.24英寸)。
为了便于将前进式模具构件10附连到模具中，构件10可以包括一个或更多附连装置。在特定的实施例中，如同图2A和图2B中示例性地显示，上构件12的上部分是附连装置，因此可以被插入模具40中以例如通过焊接的方式进行紧固。此外如图1C所示，附连装置还可以包括一个或更多孔19，所述孔19沿着上构件12定位以便于铝或其它金属围绕上构件12的一部分进行紧固，以将构件10焊接在铝模具之内。除了上构件12和/或孔19之外(或者代替上构件12和/或孔19)，可以使用本领域中已知的任何其它附连装置。此外，可以在任何底部构件14、16内包括通风孔18，以便于空气通风或橡胶穿过相应构件14、16。
利用波动刀槽花纹模具构件10在轮胎胎面中形成相应的前进式刀槽花纹24。参考图8A至图8D，显示了代表性胎面20，其具有由类似方式成形的模具构件10形成的前进式刀槽花纹24。在显示的实施例中，前进式刀槽花纹24形成在胎面元件22内，该胎面元件22可以包括花纹条22a或花纹块22b。刀槽花纹24可以以任何期望方式在胎面20之内使用和定向，以实现期望的胎面花纹。相应地，每个刀槽花纹24可以沿着其扫掠轴线A在沿着胎面元件22的任何方向上延伸，这里这样的扫掠轴线A是线性或非线性的。在图8A至图8D中，例如，刀槽花纹24在特定实施例中沿着胎面设置，其中刀槽花纹24a沿着花纹块22b延伸，刀槽花纹24b沿着花纹条22a延伸。更具体而言，刀槽花纹24a显示为在大致垂直于胎面20的纵向中心线CL的方向上沿着胎面20横向延伸，而刀槽花纹24b相对于胎面纵向中心线CL偏斜一定角度地横向延伸。刀槽花纹24也可以围绕轮胎周向延伸，其中刀槽花纹24(或相应模具构件10)的长度L等于胎面的长度或周长。或者，也可以说，这样的刀槽花纹24或模具构件10是连续的。在其它实施例中，波状刀槽花纹24可以延伸跨过相应胎面元件22的整个宽度(或长度)，例如在图8A至图8D中示例性地显示，或者在其它实施例中，刀槽花纹24可以沿着小于任何胎面元件22的整个宽度或长度的任何部分延伸。
集中看图8A，显示了一种由类似于图1A中描述的模具构件形成的前进式刀槽花纹，该前进式刀槽花纹在其上段具有波动部，但沿着其扫掠轴线不具有波动部。参见图8C，示出了一种由如图1C所示的模具构件形成的前进式刀槽花纹，该前进式刀槽花纹在其上段具有波动部、具有沿着其扫掠轴线的波动部并且具有沿下凸出部的相对侧壁的脊部。最后参见图8E，清楚地示出了这些脊部的啮合。
参考图9A-9D，刀槽花纹24一般延伸至进入轮胎胎面深度的任何深度DF。在特定的实施例中，例如在这些附图中显示的那些实施例，刀槽花纹24可以包括上或初始部分26，其对应于模具构件10的初始或上构件12并且可以具有波动部25。刀槽花纹24还包括第一和第二下凸出部(即，腿部)28、30，所述第一和第二下凸出部的每一个分别对应于第一和第二模具构件14、16。在特定的实施例中，上部分26从外部胎面表面向下延伸至期望的胎面深度D26。深度D26对应于相关模具构件10的长度l12。尽管深度D26可以包括任何距离，但是还可以设想，深度D26可以基本上为零，从而使得接头15沿着胎面表面延伸。对于下凸出部28、30，每个这样的凸出部分别延伸深度D28和D30进入胎面。这样的凸出部28、30可以如图中所示延伸至相同的胎面深度，或者在其它实施例中这样的凸出部可以各自延伸至胎面内的不同深度。
对于前进式刀槽花纹24的横截面形状，可以设想任何形状。一般地参考图9A-9D的实施例，前进式刀槽花纹24的横截面形状可以一般地描述为颠倒的“Y”或“h”。而且，可以设想，可以使用任何其它形状或变型，相应地，这些形状或变型也落入本发明的范围之内。例如，参考图9A中显示的实施例，显示的刀槽花纹24的横截面也可以被称为形成叉骨形状。此外，下凸出部28、30大致形成颠倒的“U”或“V”形状。由此可以得出结论，当上部分不存在时，或者当上部分具有较小或可忽略长度时，刀槽花纹24可以形成“U”或“V”形状。参考图9B和图9C中显示的实施例，显示的刀槽花纹24的横截面也可以被分别称为形成小写和大写的颠倒“Y”形状。参考图9D，显示的横截面也可以被称为形成小写的“h”形状。刀槽花纹24的横截面形状可以是对称的，如图9A和图9B中示例性地显示，或者可以是不对称的，如图9C和图9D中示例性地显示。因为刀槽花纹24由相应的模具构件10形成，因此，刀槽花纹24或者构件10的形状或设计(包括波动的方式或路径)的任何变化都彼此对应。因此，对于模具构件10以及相关构件12、14、16的讨论包含在对于刀槽花纹24及其凸出部26、28、30的讨论之内，反之亦然。相应地，正如刀槽花纹模具构件10具有扫掠轴线A那样，由这样的模具构件10形成的相应刀槽花纹24也沿着相同的扫掠轴线A延伸(具有相应的扫掠轴线A)。
在操作中，上凸出部26提供沿着胎面表面的初始刀槽花纹切口，其可以在图8A至图8D中看出。在轮胎胎面已经磨损至特定深度之后，上刀槽花纹切口被磨损掉深度D24，从而留下与第一和第二凸出部28、30相关的暴露的一对隔开的刀槽花纹切口。然而，可以设想，刀槽花纹模具构件10可以布置为使得仅仅只有第一和第二下模具构件14、16包含在胎面20内，这意味着仅仅只有第一和第二凸出部28、30会包含在未磨损的胎面内。换言之，如图2A中所示，距离lT将会等于零。
应该注意到，为了清楚，在图9A至图9C中显示了存在于下凸出部30的外壁上的由模具构件10的扇形凹陷部17形成的仅仅一个脊部23以及存在于下凸出部28的内壁上的仅仅一个脊部23，实际上，脊部23将会从下凸出部28、30的内壁到外壁交替出现，从而使得脊部23如前面所述而互锁，如图8E最佳显示那样。从而，脊部/刀槽花纹的几何形状是图3B中所示的负像。这种构造增强了胎面元件的硬度。
参考图11，显示了本发明的另一实施例。可以设想，例如，波动刀槽花纹24可以与任何其它胎面特征(例如另一花纹沟或刀槽花纹)相交。在图11中，显示了多特征模具构件50。多特征构件50一般包括与第二胎面特征模具构件52相交的波动刀槽花纹模具构件10。波动模具构件10可以包括上文设想的任何实施例，并且可以以任何入射角与第二模具构件52相交。第二模具构件52可以形成花纹沟或刀槽花纹，其可以沿着胎面在任何方向上延伸。例如，第二模具构件52沿着胎面在包括横向或周向方向的任何方向上延伸。在图10中显示的特定实施例中，第二模具构件52一般包括上模具部分54和下模具部分56，下部分56在位置58处从上部分54延伸同时也从上模具部分54在宽度方向上扩张(即，下部分56比上模具部分54宽)。在显示的实施例中，下部分56形成单个长圆形或泪珠形的形式，其可以具有类似于由构件10的一对下凸出构件14、16形成的形状的外部形状，或者在其它实施例中，下部分56可以是任何其它期望的形状。在其它实施例中，第二模具构件52可以包括第二波动模具构件10(或常规刀槽花纹)，其一般包括延长的上部分54，该上部分可以向下延伸任何距离，其中这样的向下延伸可以是线性或非线性的。
如图11的实施例中所示，上模具部分54在这样的模具部分54的顶部和底部之间延伸距离l54，而底部模具部分56在这样的模具部分56的顶部和底部之间延伸距离l56。在特定的实施例中，上模具部分距离l54等于至少2mm(大约0.079英寸)，在距离l54磨损掉之后，在胎面中由下模具部分56形成的下耐磨层变得暴露出来。在其它实施例中，对于距离l54和距离l56可以使用任何其它期望距离。此外，虽然如图11中所示，前进式刀槽花纹模具构件10的下凸出部14、16和第二模具构件52的下模具部分56沿着相应的构件10和52从相似的位置延伸(或起始)(即，位置15和58沿着构件50的高度的定位相似)，但是在其它实施例中，下凸出部和下模具部分56可以沿着构件50的高度在不同位置处开始延伸(起始)。最后，凸出长度l14、l16和下部分长度l56可以相同，如图11中所示，或者在其它实施例中也可以不同。另外，扇形凹陷部17可以存在于模具构件10、52的下部分中的任一者或二者上，或者不存在于模具构件10、52的下部分上；波动部可以存在于模具构件10、52的上部分中的任一者或二者上，或者不存在于模具构件10、52的上部分上。
本文中讨论的模具构件的任何实施例都可以使用激光烧结(选择性的激光熔化过程)或者能够产生包括具有扇形凹陷部的下凸出构件的复杂几何形状的其它快速原型技术(例如微铸造)来进行制造。当使用这样的技术时，可能的情况是，模具构件能够具有任何期望的形状。尤其是，在美国专利No.5,252,264中公开的技术可以用于制造模具构件。该专利的全部内容通过引用并入本文。
请注意图12，该曲线图显示了由本文描述的扇形凹陷部实现的前进式刀槽花纹模具构件的改进脱模。首先，在一排前进式刀槽花纹模具构件10上进行了两个测试试验(指定为EPR-1-1和EPR-1-2)，该模具构件沿着其扫掠轴线波动部，如图13A所示。两个试验都显示在脱模操作期间在0.1-0.2mm位移处大约340daN的最大力(在0.004-0.008英寸位移处大约764lbf(磅力))。然后，模制力减小至0.4mm位移处大约250daN(0.004-0.008英寸位移处大约562lbf)，并且保持相对恒定直到到达1-1.4mm位移(大约0.039-0.055英寸位移)，然后减小至2-2.2mm位移处大约130daN(0.079-0.087英寸位移处大约292lbf)，并且保持相对恒定直到脱模循环结束。然后，在另一排前进式刀槽花纹模具构件10上进行了另外两个试验(指定为EPR-2-5和EPR-2-6)，除了这些模具构件还具有沿着其上构件的波动部21之外，所述模具构件10具有与第一构造相同的构造，如图13B所示。不出所料，由于这些模具构件的表面积大于第一构造，所以脱模力更大。对于这两个测试试验，峰值力为0.1-0.2mm位移处350daN或更大(0.004-0.008英寸位移处大约786lbf)，然后减小至0.4mm位移处300-250daN(0.016英寸位移处大约674-562lbf)。然后，力增大至1.2mm位移处300-330daN(0.047英寸位移处大约674-742lbf)，并且减小至3mm位移处150daN(0.117英寸位移处大约337lbf)，并且在脱模循环的剩余时间上保持恒定。然而，由于沿模具构件的扫掠轴线存在的波动部产生的增加的强度，这些模具构件仍然被成功地脱模。最后，在一排模具构件10上进行了另外两个试验(指定为EPR-3-3和EPR-3-4)，除了扇形凹陷部17添加至下凸出构件之外，所述模具构件10具有与第二构造相同的构造，如图13C所示。
本领域普通技术人员可能会预想，对这些模具构件进行脱模所需的功将会是所有三种构造中最大的，因为其表面面积增大了；然而，情况并非如此。相反，力-位移曲线下方的区域(其代表了对这些模具构件进行脱模所需的功)是所有三种构造中最小的。特别地，0.2-0.3mm位移处(大约0.008-0.012英寸位移处)的峰值力大于第一构造并且与第二构造相同，但是从大约0.6-0.8mm位移处(大约0.024-0.031英寸位移处)开始，对第三构造进行脱模所需的力小于对第二构造进行脱模所需的力，并且小于或等于对第一构造进行脱模所需的力。对于这种现象的一种解释是，由扇形凹陷部形成的脊部有助于使刀槽花纹散布开，从而有助于模具构件的脱模。尽管对于这种现象出现的原因存在不同的解释，但本发明并不限于任何一种特定解释的机理，并且仅仅涉及产生这些令人惊奇的益处的结构。
这些测试结果表明，在所有前进式刀槽花纹模具构件(不论是具有波动部还是不具有波动部)上使用扇形凹陷部将会减小对刀槽花纹进行脱模所需的力，因此对于实现前进式刀槽花纹的模制和脱模是有效的。有利地，这些扇形凹陷部还提供了一种在不减弱刀槽花纹模制能力的情况下增大胎面元件的横向刚度的方式。最后，在轮胎的径向方向增大胎面元件的刚度的特征能够结合扇形凹陷部或在本文中所述的设计规则一起使用，这不会导致刀槽花纹不能模制和脱模。
尽管已经参考本发明的特定实施例对本发明进行了描述，但应该理解的是，这样的描述是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围和内容将仅仅由所附权利要求的术语所限定。

Claims (21)

1.一种在模具中使用的刀槽花纹模具构件，包括：
上模具构件，所述上模具构件从顶端向下延伸至底端并且在所述顶端与所述底端之间具有波动部；以及
第一下凸出构件和第二下凸出构件，每个下构件从所述上模具构件向下延伸并且具有面向外的表面和面向内的表面。
2.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述第一下凸出构件在所述第一下凸出构件的面向外的表面和面向内的表面上具有凹口。
3.根据权利要求2所述的模具构件，其中第一下凸出部的面向外的表面和面向内的表面上的凹口具有交替的样式，从而一个表面上的至少一个凹口存在于位于另一个表面上的两个凹口之间。
4.根据权利要求2所述的模具构件，其中所述凹口具有存在于所述凹口内部的至少一个倾斜表面以辅助所述刀槽花纹模具构件脱模。
5.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述刀槽花纹模具构件具有扫掠轴线，所述刀槽花纹模具构件沿着所述扫掠轴线在期望路径中波动。
6.根据权利要求5所述的模具构件，其中波动路径是波状路径。
7.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述第一下凸出构件和所述第二下凸出构件形成对称横截面形状。
8.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述第一下凸出构件和所述第二下凸出构件形成“U”形或“V”形横截面形状。
9.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述刀槽花纹模具构件大致形成颠倒的“Y”形或“h”形横截面形状。
10.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述刀槽花纹模具构件与花纹沟模具构件或第二刀槽花纹模具构件相交。
11.根据权利要求1所述的模具构件，其中所述第二下凸出构件在所述第二下凸出构件的面向外的表面和面向内的表面上具有凹口。
12.根据权利要求1所述的模具构件，其中任一下凸出构件与上构件形成的角度处于135度至180度的范围内。
13.根据权利要求1所述的模具构件，其中任一下凸出构件的长度为至少2毫米。
14.一种具有模制的轮胎胎面的轮胎，包括：
由一个或更多花纹沟分开的多个胎面元件；
位于一个胎面元件内的一个或更多前进式刀槽花纹，每个刀槽花纹还包括：
从上刀槽花纹部分延伸的第一下刀槽花纹凸出部和第二下刀槽花纹凸出部，所述上刀槽花纹部分具有至少一个波动部，每个凸出部在所述胎面内彼此隔开并且延伸至所述胎面内的一定深度，所述第一下刀槽花纹凸出部和所述第二下刀槽花纹凸出部具有相对的侧壁。
15.根据权利要求14所述的轮胎，其中所述第一下刀槽花纹凸出部在所述第一下刀槽花纹凸出部的相对的侧壁上具有脊部。
16.根据权利要求15所述的轮胎，其中所述第一下凸出部的相对的侧壁上的脊部具有交替的样式，从而一个侧壁上的至少一个脊部存在于位于另一个侧壁上的两个脊部之间。
17.根据权利要求14所述的轮胎，其中每个刀槽花纹具有扫掠轴线，所述刀槽花纹沿着所述扫掠轴线在期望路径中波动。
18.根据权利要求14所述的轮胎，其中所述上刀槽花纹部分从外部胎面接触表面延伸至胎面内的最终深度，第一延伸部和第二延伸部从所述上刀槽花纹部分延伸。
19.根据权利要求17所述的轮胎，其中波动路径是交替路径。
20.根据权利要求14所述的轮胎，其中第一凸出部和第二凸出部中的每一个延伸至所述胎面内的不同深度。
21.根据权利要求14所述的轮胎，其中所述第二下刀槽花纹凸出部在所述第二下刀槽花纹凸出部的相对的侧壁上具有脊部。
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