CN103534050B - 通过烧结由完全平面状未烧结部分制造模制元件的方法和相应的模制元件 - Google Patents

通过烧结由完全平面状未烧结部分制造模制元件的方法和相应的模制元件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造轮胎模具的模制元件（1）的方法。所述模制元件（1）包括烧结部分（11）和固定到该烧结部分上的非烧结部分（13）。所述烧结部分（11）包括外壳（15）和位于外壳（15）内并与所述外壳（15）形成为整体件的芯体。芯体包括网状结构，该网状结构包括多个空腔（21）。所述制造方法包括由沉积在安装板（13）的平坦表面上并且逐层熔合的金属粉末制造所述模制元件（1）的烧结部分（11）的步骤，其中所述烧结部分（11）通过熔合的金属粉末固定到所述安装板（13）上。所述方法还包括机加工所述安装板（13）以形成模制元件（1）的非烧结部分（13）的步骤。

Description

通过烧结由完全平面状未烧结部分制造模制元件的方法和相应的模制元件
技术领域
本发明涉及通过烧结制造模制元件，并且尤其是涉及制造预定用于设置在轮胎模具、特别是分段型模具中的模制元件。
背景技术
分段模具包括若干个分离的零件，通过将这些分离的零件聚拢到一起限定出具有总体环面形状的模制空间。特别是，分段模具包括用于模制轮胎侧壁的两个侧向外壳和位于用于模制轮胎胎面的外壳之间的若干个周边区段。通过适宜的运动学原理，使用确定机构将所有这些零件相互聚拢到一起。
为了模制胎面，模具区段包括模制元件。模制元件指包括能够模制部分轮胎胎面的模制表面的模具的任何元件。因此，模制元件可为组装在模具区段上的区块或附接于模具的径向内表面上的突起，例如刀片（叶片）或条板）。
可以通过更通常地被称为烧结的选择性熔化（熔合）方法形成模制元件。该方法使用能量束熔化金属粉末。“能量束”指电磁辐射（例如，激光束）或者粒子束（例如，电子束）。
从文件EP1641580中已知一种应用激光的烧结方法，以下称为激光烧结方法。在所述文件中，在板上散布第一层金属粉末。然后通过激光束按照待获得的物体的形状聚结该第一层粉末的所有或一些颗粒。一旦已经实施该步骤，则在第一层粉末上散布第二层粉末并且进而通过激光选择性地熔化它。通过重复散布层并且利用激光熔化所述层的这些操作，逐层地构建出烧结物体。
激光熔化在烧结物体内产生热膨胀，并且这导致在物体返回到环境温度之后出现应力。当将烧结物体与支承板分离时，例如在使用金属丝的快速切割期间，应力致使烧结物体变形。如果烧结物体为实心物体，则所述变形更加显著。
为了限制所述变形，文件WO2010/076503公开了一种通过激光烧结生产的模制元件，其具有特定的内部配置。因此，所述模制元件包括限定内部体积的精细（薄）外壳和位于外壳内部的芯体。外壳是实心的并且内部芯体具有包括多个空腔的网状结构（有孔或蜂窝状结构）。为了提高模制元件的热传导率，芯体的空腔中填充有未熔化的金属粉末。
虽然文件WO2010/076503的模制元件在与支承板分离时呈现出较小的变形，但是在外壳的区域中仍然存在应力集中。因此，将模制元件与支承板分离的操作引起外壳的一定程度的变形，并且在变形的某些极端情况中，可能在外壳中出现裂纹。因此，未熔化的粉末可能从这些裂纹中逃逸，于是产生污染工具并且从而污染模制的轮胎的风险，并且产生该粉末被装卸模制元件的操作者吸入的风险。
文件DE102004028462公开了一种模制元件，其包括烧结部分和附接到该烧结部分上的非烧结部分。非烧结部分具有接合面，在该接合面处，其接合完全平坦的非烧结部分，从而避免了使用如文件EP1641580中所公开的烧结方法。
因此，存在提供一种通过激光烧结制造模制元件的方法的需求，所述方法简单且经济，并确保在模制元件已经被制造之后的有限变形和关于模制元件中存在的任何未熔化粉末的高安全水平。
发明内容
本发明涉及一种制造轮胎模具的模制元件的方法。所述模制元件包括烧结部分和附接到烧结部分上的非烧结部分。烧结部分包括外壳和位于外壳内并且与所述外壳形成为整体件的芯体。芯体包括网状结构，所述网状结构包括多个空腔。该制造方法包括由沉积在支承板的平坦表面上并逐层熔化的金属粉末制造模制元件的烧结部分的步骤，该烧结部分通过熔化的金属粉末附接到支承板上。该方法还包括机加工支承板以形成模制元件的非烧结部分的步骤。
因此，本发明提出以两个不同的步骤制造模制元件。
第一步骤用于形成模制元件的模制表面，即，预定用于模制部分轮胎胎面的表面。利用激光烧结执行该第一步骤，从而使得可获得复杂的部件。
第二步骤用于形成将模制元件定位在模具中的基座。该基座不具有特别难以获得的形状。因此，基座可利用例如铣削、车削或磨削的常规方法由支承板机加工而成。
制造模制元件的方法不包含将包括模制表面的烧结部分与形成基座的非烧结部分分离的步骤。因此，模制元件的烧结部分保持附接于该元件的非烧结部分上，并且利用熔化的金属粉末实现所述两个部分之间的接合。模制元件的非烧结部分于是增强了烧结部分。因此，模制元件在制造后具有低变形风险，从而确保了外壳不会泄漏。
优选地，通过激光装置熔化所述粉末。
优选地，支承板被机加工，以使得由机加工形成的非烧结部分构成基座，模制元件的烧结部分完全靠置在该基座上。
因此，内部芯体可以直接靠置在基座上而无需在该内部芯体与该基座之间设置外壳部分。因此，改善了制造烧结部分的用时。此外，基座在其底部界定内部芯体并且防止任何未熔化的粉末从该芯体逸出。
在实施例的替代形式中，制造非烧结部分的步骤在烧结部分与支承板之间形成接合部。由该支承板机加工的非烧结部分和模制元件的烧结部分在该接合部处精确地结合到一起。
因此，烧结部分的外表面与非烧结部分的外表面之间在所述两个部分之间的接合区域处具有表面连续性。因此，部件具有均匀一致的总体外观。
优选地，在制造烧结部分的步骤期间，形成熔化金属粉末壁，其贯穿烧结部分的整个厚度延伸。该壁能够限定与芯体的空腔隔离的通道。在制造烧结部分的步骤之后，与烧结部分中的通道相对地在非烧结部分中穿设孔。该孔于是延伸所述通道，以在模制元件中形成通气口。
因而，以简单且实用的方式并且在不穿透外壳的情况下在模制元件中制造出通气口。具体地说，在形成烧结部分的同时在烧结部分中逐层形成通道。因而，该通道通过壁限定，该壁使得其与属于芯体的空腔隔离。因此，空腔中存在的未熔化金属粉末不能通过该通道逸出。此外，可以使用该通道作为用于引导例如钻头的穿刺装置的装置，以在非烧结部分中穿设孔。这于是确保形成的孔确实延续所述通道，以使通气口通气的能力最佳。
优选地，该方法包括将该模制元件与另一模制元件组装的步骤。
出于成本原因，制造模制元件的支承板具有标准尺寸。为了制造大尺寸轮胎，相应地必须设定模制元件的尺寸。现在，所述模制元件的尺寸可以远大于所使用的支承板的尺寸。通过本发明，可以制造出尺寸适合于所使用的支承板的各种模制子元件。然后，将这些模制子元件组装到一起，以形成适合于模制大尺寸轮胎的完整模制元件。
优选地，该方法包括在支承板的平坦表面上机加工多个条纹的步骤，所述条纹相互平行并且均匀地分布在所述平坦表面上。
条纹形成其中贮存粉末的区域，从而改善了粉末在支承板上的分布。因而更容易获得具有恒定厚度的粉末层。
本发明的另一主题涉及一种由上文所述的制造方法制造的模制元件。因此，该模制元件包括由逐层熔化的金属粉末制成的烧结部分。所述烧结部分包括外壳和位于外壳内并与外壳形成为整体件的芯体。芯体还包括网状结构，该网状结构包括多个空腔。在本发明中，模制元件包括通过熔化的金属粉末附接到模制元件的烧结部分上的非烧结部分。模制元件的烧结部分与非烧结部分之间的接合部是完全平坦的。
优选地，非烧结部分为基座，模制元件的烧结部分完全靠置在该基座上。
优选地，非烧结部分与烧结部分在其接合部处精确地结合在一起。
优选地，模制元件包括至少一个通气口。通气口包括通过烧结由模制元件的烧结部分形成的通道，该通道通过熔化金属粉末壁与芯体的空腔隔离。通气口还包括属于模制元件的非烧结部分的孔，该孔延伸该通道。
优选地，模制元件通过组装预先根据上文所述的制造方法制造的模制元件的至少两个部分形成。
本发明的另一主题是一种模制和硫化轮胎的模具。该模具包括至少一个上文所述的模制元件。
附图说明
本发明的其他特征和优点从以下通过参照附图以非限制性实例的方式给出的说明中将变得显而易见，其中：
-图1是根据本发明的模制元件的透视图；
-图2是图1的模制元件的示意性剖面图；
-图3是根据图2的模制元件的I-I剖面的示意性剖面图；
-图4A、4B、4C、4D、4E描绘了制造图1的模制元件的方法的各个步骤；
-图5示出了其上已经烧结出多个模制元件的支承板；
-图6描绘了通过组装预先根据图4A至4E的制造方法制造的两个模制半元件所形成的模制元件。
具体实施方式
在以下说明中，通过相同的附图标记指示基本上相同或类似的元件。
在本说明书中，将本发明描述成其中模制元件为模具区段的区块的情况。然而，应当从一开始便注意到，本发明不限于该特定实施例并且特别是可以应用于其中模制元件为突起、例如为添加到模具的径向内表面上的刀片（叶片）或条板的情况。
同样，此处，将本发明描述成其中用于烧结粉末的能量束为激光束的情况。当然，可以使用任何其他能量束，例如电子束。
图1描绘了预定用于硫化轮胎的分段模具的区块，其由总附图标记1表示。
区块1包括能够模制部分轮胎胎面的模制表面3。
更具体地说，模制表面3包括多个突起7、9，此处，为了使图1更容易理解，已经限制了突起的数量。因此，该图1显示了两个条板7和多个刀片9。条板7预定用于在胎面中模制花纹沟，即，其宽度大于或等于2mm的切口。刀片9预定用于在胎面中模制刀槽花纹，其指宽度小于2mm的切口。
区块1由包括模制表面3的上部11和形成用于将模制元件定位在模具中的基座的下部13组成。区块的上部11和下部13沿接合平面会合。当从侧面观察时，接合平面形成完全直线型接合线14。
特别是，上部11通过激光烧结由金属粉末生产，其中利用激光装置逐层熔化该金属粉末。下部13为增强上部11的实心部件。为了确保模制元件的上、下部11、13之间的良好接合，下部13由与用于制造上部11的金属粉末相容或匹配的材料制成。该材料例如为钢。
图2描绘了图1的区块1的剖面图。在该横截面中，可以看到上部11的内部配置。因此，上部11包括精细（薄）外壳15和外壳内的芯体。在该情况中，外壳15是实心的并且具有在0.25和2mm之间的厚度。因此，外壳15是足够刚性的，以用于轮胎硫化模具中。
“实心外壳”指外壳15仅由完全熔化的金属粉末形成。
外壳15内的芯体具有非实心结构。更具体地说，芯体包括网状结构，该网状结构包括限定空腔21的多个分隔件19。分隔件19由已经通过激光熔化聚结成块的粉末形成。空腔21容纳有未熔化的粉末。
通过图解，图3显示了其中空腔21的横截面为（正）方形形状并且空腔的侧面长度在0.1和2mm之间的网状结构。可以设想其他形状，例如，空腔的横截面可以为三角形、矩形或蜂窝状。
应当注意，网状结构使得能够节省模制元件的制造时间，因为不必熔化芯体的所有金属粉末。因此，芯体的分隔件的尺寸被设定为使得芯体足以能够经受得起与模制轮胎有关的机械应力。举例来说，分隔件的厚度在0.1和0.2mm之间。
如已经说明过的那样，在空腔21中存在未熔化的粉末。该未熔化的粉末的存在提高了模制元件的导热性，并且这改善了在硫化操作期间生胎的加热程度。
图2的区块1还包括至少一个通气口，其包括通道25和孔27。
通道25在模制元件的上部11中延伸并且通向外壳15。壁26将通道25与芯体的空腔21分隔。该壁26贯穿上部11的厚度延伸。
孔27在模制元件的下部13中延伸通道25。该孔27通向下部13的外表面。
因而，通气口允许将空气排出到模具外。
图4A、4B、4C、4D、4E描绘了制造区块1的方法的各个步骤。
在图4A中可见的第一步骤中，在支承板29上散布金属粉末的第一层31。此处，支承板29具有平行六面体的总体形状，包括其上散布有粉末的平坦表面。支承板29靠靠在附图标记为33的制造机器的机架上。
在该第一步骤中，通过激光装置35按照给定区块1的上部11的形状使第一层的所有或一些颗粒聚结成块。所述激光装置35包括能够产生激光束以熔化粉末的激光器和控制激光器的计算机（图4A中未示出）。计算机例如包含区块1的上部11的模型。
通过重复散布层并利用激光使其熔化的操作，获得粉末组件，在图4B中可见，其包括形成区块1的上部11的熔化粉末和部分或完全覆盖该上部11的未熔化粉末41。
在图4C中可见的步骤中，移除未熔化的粉末41，以保持区块1的上部11清洁。
在图4D中可见的步骤中，机加工支承板29，以形成区块1的下部13。如此机加工支承板29，以使得下部13完全延伸上部11。区块1因而具有统一或整体形状。
在图4E中可见的步骤中，使用穿刺装置43刺穿区块的下部13，以在区块中形成至少一个通气口。
应当注意，图4A至4E描述了在单个支承板上制造单个区块。当然，如图5中描绘的那样，可以在同一个支承板29上形成若干个区块1A、1B、1C的若干个烧结部分。
本发明不限于所描述和描绘的实例，并且在不脱离其范围的情况下可以进行各种变化。
特别是，对于模制元件的芯体，可以采用更复杂的网状结构。例如，可以在芯体的分隔件之间添加网状横梁，以增强该芯体的结构。
在图2的实例中，芯体直接附接到下部13上。作为替代方案，外壳15在芯体与下部13之间连续。因此，外壳15完全包围芯体。
在实施例的替代形式中，制造区块1的方法在制造烧结部分的步骤之前包括在支承板的平坦表面上机加工多个条纹的步骤。所述条纹相互平行并且均匀地分布在该平坦表面上。举例来说，条纹深度在2和4微米之间，并且条纹之间的间隔在1和50微米之间。所述条纹例如利用研磨轮机加工而成。应当注意，相对于其上沉积粉末的板的表面尺寸，条纹具有非常浅的深度，以使得尽管存在这些条纹，支承板的表面可以被认为是平坦的。
在图6中可见的实施例的替代形式中，区块1由若干个区块部分45A、45B的组件构成。每个区块部分包括烧结部分（图6中的剖面线部分）和非烧结部分（图6中的阴影部分）。在该情况中，这些区块部分通过螺纹连接利用组装装置（此处未示出）组装而成。作为替代方案，这些区块部分通过粘合、焊接或者任何其他方式组装而成。

Claims (15)

1.制造轮胎模具的模制元件的方法，所述模制元件包括烧结部分(11)和附接到所述烧结部分上的非烧结部分(13)，所述烧结部分包括外壳(15)和位于所述外壳内并且与所述外壳形成为整体件的芯体，所述芯体包括网状结构，所述网状结构包括多个空腔(21)，所述方法包括以下步骤：
-由沉积在非烧结支承板(29)的完全平坦表面上的金属粉末(31)制造所述模制元件的烧结部分的步骤，所述粉末被逐层熔化，所述烧结部分通过熔化的金属粉末附接到所述支承板上；
-机加工所述支承板以形成所述模制元件的非烧结部分(13)的步骤。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，通过激光装置(35)熔化所述粉末。
3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述支承板被机加工，以使得通过该机加工所形成的非烧结部分构成基座，所述模制元件的烧结部分完全靠置在该基座上。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述支承板被机加工，以使得通过该机加工所形成的非烧结部分构成基座，所述模制元件的烧结部分完全靠置在该基座上。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，制造所述非烧结部分的步骤在所述烧结部分与所述支承板之间形成接合部，由该支承板机加工的所述非烧结部分和所述模制元件的烧结部分在该接合部处精确地结合在一起。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，制造所述非烧结部分的步骤在所述烧结部分与所述支承板之间形成接合部，由该支承板机加工的所述非烧结部分和所述模制元件的烧结部分在该接合部处精确地结合在一起。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其特征在于，在制造所述烧结部分(11)的步骤期间，形成由熔化金属粉末构成的壁(26)，其贯穿所述烧结部分的整个厚度延伸，所述壁(26)能够限定与所述芯体的空腔(21)隔离的通道(25)，并且在制造所述烧结部分的步骤之后，与所述烧结部分中存在的通道相对地在所述非烧结部分(13)中穿设孔(27)，所述孔延伸所述通道(25)，以在所述模制元件中形成通气口。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其特征在于，所述方法包括将所述模制元件与另一模制元件组装的步骤。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的制造方法，其特征在于，在制造所述烧结部分的步骤之前，所述方法包括在所述支承板(29)的平坦表面上机加工多个条纹的步骤，所述条纹相互平行并且均匀地分布在所述平坦表面上。
10.轮胎模具的模制元件，其包括由已经逐层熔化的金属粉末制成的烧结部分(11)，所述烧结部分包括外壳(15)和位于所述外壳内并与所述外壳形成为整体件的芯体，所述芯体包括网状结构，所述网状结构包括多个空腔(21)，其特征在于，所述模制元件包括通过熔化的金属粉末附接到所述模制元件的烧结部分(11)上的非烧结部分(13)，并且所述模制元件的烧结部分(11)与非烧结部分(13)之间的接合部是完全平坦的。
11.根据权利要求10所述的模制元件，其特征在于，所述非烧结部分构成基座，所述模制元件的烧结部分完全靠置在该基座上。
12.根据权利要求11所述的模制元件，其特征在于，所述非烧结部分和所述烧结部分在其接合部处精确地结合在一起。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的模制元件，其特征在于，所述模制元件包括至少一个通气口，所述通气口包括通过烧结由所述模制元件的烧结部分(11)形成的通道(25)和属于所述模制元件的非烧结部分(13)并且延伸所述通道的孔(27)，所述通气口的通道(25)通过由熔化金属粉末构成的壁(26)与所述芯体的空腔(21)隔离。
14.根据权利要求10至12中任一项所述的模制元件，其特征在于，所述模制元件通过组装预先根据权利要求1至9中任一项所述的方法制造的模制元件的至少两个部分形成。
15.硫化和模制轮胎的模具，所述模具包括至少一个根据权利要求10至14中任一项所述的模制元件。
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