CN103958169B - 利用杠杆作用模制和硫化轮胎的自锁模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于模制和硫化在互连点(E)处具有宽度(L)和直径(J)的给定直径(D_S)的轮胎的分段模具，其包括协接合以承受内压并保持闭合位置而无需另外的构件的协助的壳体(1、1’)和部段(2)，其中每个部段(2)在其侧边缘处包括径向向内延伸的突出部(26)，所述突出部配备有边缘，所述边缘轴向延伸到所述模具中，并具有相对于模具的轴线(XX’)成给定角度(α)的倾斜截头圆锥形表面(20)，使得每个截头圆锥形表面在子午平面上的轮廓线的延伸部在所考虑的部段的径向内侧上相交，并且其中每个壳体(1、1’)包括径向向外延伸并设置有边缘的突出部(16)，所述边缘具有相对于模具的轴线XX’倾斜单一角度α的截头圆锥形表面(10)。在直线(tt’)与直线(ss’)之间的距离(a)等于k*0.42*D(l/j)²l，系数k为0.8至1.4之间，所述直线(tt’)平行于模具的轴线，并经过所述壳体与所述部段之间的接触的力的合力(F)的施加点(T)，所述直线(ss’)平行于模具的轴线，并从所述抗性部段的内表面延伸开去。

Description

利用杠杆作用模制和硫化轮胎的自锁模具

技术领域

本发明涉及轮胎制造领域，更特别地涉及使用称为自锁模具的模具硫化非常宽的轮胎。

背景技术

常规模具由数个分开的构件组成，当将所述数个分开的构件相对靠近到一起时，它们定界了大致环形的模制空间。它们基本上包括两个壳体和数个周边部段，所述两个壳体用于模制轮胎的侧壁，所述数个周边部段轴向位于所述壳体之间，并用于模制胎面。所有这些构件通过模具外部的机构靠近到一起。

将用于硫化的胎坯引入模具中，固化膜将轮胎稳固按压抵靠在模具上，以印刻胎面的花纹并获得具有精确尺寸的硫化轮胎。如下机构响应由轮胎施加至模具构件的压力：所述机构将力传递至硫化机的底盘，以在整个固化时间内保持模具闭合。

更具体地，本发明涉及称为自锁模具的模具，其具有包括壳体和部段的特定特征，所述壳体和部段协作承受压力，使得模具的构件保持在闭合位置而无需另外的外部楔入或保持构件的协助。

公开EP 0 436 495或者公开EP 1 918 087描述了一种此类模具，其中每个部段在其侧边缘处包括突出部，所述突出部朝向模具的内部径向延伸，并配备朝向模具的内部轴向延伸的唇缘。每个壳体的径向外端在补充体积(volume complémentaire)中终止，所述补充体积包括配备唇缘的突出部。当所述模具经受内压时，所述唇缘协作保持模具闭合，所述内压具有将壳体沿轴向彼此分离的趋势，并导致扇部径向后退。

所述模具在所述部段和所述壳体的唇缘上包括截头圆锥形支承面。所述截头圆锥形表面相对于模具轴线倾斜角度α，使得在经过模具轴线的子午平面上的这些截头圆锥形表面的线的延伸部在所考虑的部段的径向内侧上相交。

为了使模具总是保持闭合，计算角度α，使得内压在壳体上的作用(其具有使部段向模具中心靠近移动的趋势)比内压在部段上的作用(其具有使部段径向分离，且通过经由截头圆锥形表面传递径向力而使壳体轴向靠近地移动到一起的趋势)更占优势。

在此方面，内压越高，则保持模具闭合的力越大。因此，此类模具更通常地称为自锁模具。

角度α差不多由经受内压的壳体的表面积与经受所述压力的部段的表面积的比例决定。应注意，该比例对应于互连点处的模具的直径J与在上互连点和下互连点之间的模具的宽度L的比例。

涉及的力相对较高，且构件定尺寸以允许最小的可能间隙，因此这可产生如下模具，所述模具的构件巨大，并因此更昂贵。

因此，胎面相对于侧壁越宽，则需要角度α越小，其结果是旨在经由截头圆锥形表面协作的突出部的尺寸显著增加。同时，该宽度越大，则部段背部在内压的作用下向外径向膨胀的趋势越大。增加部段的径向厚度以对抗这些力的需要越大，从而避免赤道区中的部段之间的周向间隙的出现。

发明内容

本发明的一个目的是提出用于如上所述的自锁类型的模具的设计的设计规则，所述设计规则能够大大降低使所述模具在压力作用下保持闭合位置所需的材料的量，并同时有效防止部段之间的间隙。

为了做到这一点，本发明利用了在两个截头圆锥形表面之间的接触点处存在的力。

在经过模具轴线的子午平面中，如果考虑平行于模具轴线并经过壳体与部段之间的接触的力的合力的施加点(在上述模具的情况中，其好比两个截头圆锥形表面之间的接触点)的直线，以及也平行于模具轴线并位于部段的内部部分的延伸部的直线，且当a为两条直线之间的(径向)距离时，发现用等于a的杠杆臂施加的在该接触点处的力的合力在部段处产生力偶C_F，所述力偶C_F具有与由施加至所述部段的壁的压力在部段上产生的力偶C_P相对的方向。发现这些力偶具有相反的符号。当合力偶C_F+C_P＝C具有使部段在周向间隙的原位处径向向外膨胀的作用时，则认为所述合力偶为正。

也已发现，这些力和这些力偶的值仅取决于压力值和模具的几何形状特性(因而取决于旨在引入所述模具中的轮胎的几何形状特性)。

已显示，通过仔细调节杠杆臂的值，也就是a值，可使等于C_F+C_P的合力偶C大约等于零，所述a值随着对应于轮胎直径的直径D_s和上述L和J的值而变化。当满足如下条件时就实现了该目的：

$a=0.42*D_s{\left(\frac{L}{J}\right)}^2$

因此，本发明在于，通过将由上文给出的结果确定的平衡时的值乘以系数k而调节杠杆臂的长度，所述系数k取决于所寻求的显性效果而优选为0.8至1.4之间。

具体地，通过改变所述杠杆臂的值，甚至有可能使合力偶为略微负的，使得在压力作用下的部段的径向变形朝向模具的内部径向导向。

对于优选为1至1.4之间的k值，获得后一效果，且后一效果被证实为特别有利之处在于，其允许部段之间的周向支撑，并有可能在胎面中心处获得部段之间的完美接触而无需不成比例地增加抗性部段的径向厚度。

相反，为了降低形成部段的构件的质量，有可能通过调节杠杆臂以具有刚好低于容许公差的部段之间的周向间隙，从而设法使用比平衡时的杠杆臂更短的杠杆臂。

有利地，所述突出部的截头圆锥形表面的角度(α)为10°至40°之间，优选为15°至35°之间。

为了降低在截头圆锥形表面处由闭合力所产生的楔入作用，模具可有利地包括力限制装置，所述力限制装置由止动器和外壳组成，所述止动器和外壳各自设置于每个突出部的径向延伸部，且各自具有支承面，当模具中的内压超过给定阈值时，所述支承面旨在彼此接触。

根据第一选择，所述止动器和外壳设置于壳体和部段的突出部的径向外侧，使得止动器的轴向外部支承面与外壳的轴向外部支承面协作。

根据第二选择，所述止动器和外壳设置于壳体和部段的突出部的径向内侧，使得止动器的轴向内部支承面与外壳的轴向内部支承面协作。

有利地，当每个突出部的面彼此接触时，所述止动器的支承面与所述外壳的支承面之间的轴向间隙为0.05mm至1mm之间。

当每个突出部的面彼此接触时，也能够计算所述止动器的支承面和所述外壳的支承面之间的轴向间隙，从而当模具中的压力为标称压力的50％至80％时，所述止动器的支承面和所述外壳的支承面接触。

附图说明

如下描述由图1至图4支持，其中：

-图1为根据本发明的模具的子午平面上的截面半视图，

-图2示出了压力在模具上的作用，

-图3示出了能够限制在截头圆锥形表面之间的接触点处的力的模具的一个可选择的实施方案，

-图4示出了图3所示的选择的可选择形式的实施方案。

具体实施方式

图1显示了根据本发明的模具的子午平面上的截面半视图。模具包括上壳体1和下壳体1’，两者均具有圆形。抗性部段2围绕壳体1和1’周向分布。

所述壳体和部段与开关装置(未显示)连接，所述开关装置能够在轴向方向上移动壳体以及在径向方向上移动部段。因此，图1的模具显示为在闭合位置，所述闭合位置对应于内压力作用于壳体和部段上的位置。

如图1所示，壳体可由抗性部件1组成，所述抗性部件支撑非抗性构件1a和1b，所述非抗性构件1a和1b的径向内部部分旨在与轮胎接触，以模制侧壁区(1a)或底部部分(1b)。本文的术语非抗性意指在压力的作用下对模具的机械强度贡献极少(如果有的话)的构件。不言而喻，模制部件1a和1b可与壳体1作为一体制得(如图2所示)，或者与壳体1分别制得(如图1所示)，以允许模具的一定程度的尺寸适应性。

同样地，部段包括抗性部件2和胎面花纹元件2a，所述胎面花纹元件2a旨在模制轮胎的胎面。构件2a也可与抗性部件2作为一体形成(如图2所示)，并与抗性部件2一起形成单件抗性构件。

每个部段2在其上侧边缘和下侧边缘处包括突出部16，所述突出部16朝向内部径向延伸，并配备唇缘，所述唇缘同样朝向模具内部轴向延伸，并具有截头圆锥形表面20。截头圆锥形表面20与模具的轴向方向形成角度α。在子午平面中每个截头圆锥形表面的线的延伸部在模具的径向内侧上相交。在闭合位置中，如图1所示，截头圆锥形表面的延伸部形成圆锥，所述圆锥的顶点落在轴线XX’上。

每个壳体包括径向向外延伸并配备唇缘的突出部16，所述唇缘具有相对于模具的轴线XX’倾斜相同角度α的截头圆锥形表面。

在闭合位置中，截头圆锥形表面20和10彼此面对设置，并在圆形线处彼此接触，所述圆形线在点T处与子午平面相交。点T基本上位于彼此接触的截头圆锥形表面的部分的高度的中间。

首先，如已经简短解释的那样，确定角度α，使得由壳体施加在圆锥形表面上的力具有如下趋势：通过对抗由部段施加的力而关闭模具。大致上，Tgα保持小于比例

一般而言，角度α的值为10°至40°之间，优选为15°至35°之间。

在本文应注意，过小的角度不能使部段与壳体之间的间隙得到补偿，并在由突出部形成的铰链中产生更大的应力，因此在实践中，将限定略低于上文限定的极限的角度α。

互连点E定义为壳体与部段之间在模制部件处的接触点，并标记了其中施加作用于壳体上的压力的区域与其中施加作用于部段上的压力的区域之间的边界。

上互连点与下互连点之间的轴向距离表示为L。在互连点处的半径R_E对应于直径J的一半。半径R_S对应于在赤道处的模具的直径D_S的一半。

承担设计模具任务的本领域技术人员接下来将其所负担的注意力转向对旨在通过压力而引入的负载作出响应的构件的尺寸，以及转向计算抗性部段的径向厚度s。

参照图2，可以看出压力施加了径向地朝向模具外部定向的推力。在所述推力的作用下，部段变形而具有膨胀b。所述变形具有增加模具在赤道平面中的周长的作用，并因此具有导致周向间隙在部段之间出现的作用。在已知为避免橡胶形成飞边所容许的间隙公差的情况下，则易于确定抗性部段的厚度s以将挠曲b限制至可允许的值。

然而，如在本说明书的背景中所述，发现该计算可能导致极高的厚度s，并因此导致高的模具制造成本。本发明寻求减少该问题。

点T定义为在壳体与部段之间施加的力F的合力的施加点。经过点T并平行于轴线XX’的直线tt'在子午平面中绘制为经过轴线XX’。

同样地，也在所述子午平面中绘制直线ss’，所述直线ss’延伸了抗性部段2的径向内部部分与所述子午平面相交的线25。

当模具部件2a与抗性部段2吻合时，则将直线ss’比作如下直线：所述直线平行于轴线XX’，并与模具顶部相切，并差不多对应于经过模具与垂直于轴线XX’的赤道平面的相交点的直线，如图2所示。直线ss’与垂直于轴线XX’并经过点T的直线的相交在点S处发生。距离a对应于直线tt’与ss’之间的距离。

还参照图2，然后在点S处确定使用杠杆臂a通过闭合力的合力F在点T处所施加的力偶C_F，以及对应于压力在抗性部段上所施加的力偶的力偶C_P。

如已经指出，这两个力偶彼此对抗，并直接与压力P成比例，且取决于由DS、J和L的值所表示的模具的几何形状特性。力偶C_P和C_F独立于角度α的值。

为了使两个力偶彼此大致平衡(即使得部段背部的膨胀b基本上等于零)，确定a的值，使得

为了经由突出部16和26传递该力偶而无构件的过度变形，则需要确定符合截头圆锥形表面的对应于最小厚度的厚度k₁和k₂。一般而言，这通常产生接近于k₂值的k₁值。

为了减小厚度，有利的是减小杠杆臂a的值，以在赤道平面获得膨胀b，所述膨胀b的值提供部段的周向间距，所述部段的周向间距等于对应于在部段之间出现飞边的最大公差。在此情况中，将采用对应于0.9倍或甚至0.8倍的平衡时的a值的值。

在另一方面，另一方法是相对于平衡时的值增加a的值，以获得“负”膨胀，所述“负”膨胀实际上相当于增加部段抵靠彼此的周向支撑，以弥补缺乏设置于部段背部的外部支撑箍。在此情况中，选择高于平衡时的a值的值，即1.3或甚至1.4倍的平衡时的a值。实际上，增加了k₁和k₂的值而不过度不利于模具的总质量。

减小k₁和k₂的厚度的另一选择是为模具配备如下装置：所述装置能够限制在压力的作用下在彼此挤靠的截头圆锥形壁上施加的力。

因此，壳体1的突出部16可通过止动器11径向向外延伸(如图3所示)，或者部段2的突出部26可提供止动器23径向向内延伸(如图4所示)。

止动器11与设置于部段2上的外壳21协作，且止动器23与设置于壳体1上的外壳13协作。

每个止动器和每个外壳分别具有支承面12和22(图3)或14和24(图4)，当模具中的压力超过给定值时，所述支承面旨在彼此接触。

当压力增加时，由壳体施加的力具有如下趋势：使壳体的突出部穿透部段的突出部，从而增加(如已经可以看到的那样)锁模力。

如已经看到的那样，这个锁模负载转变为力偶C_F和C_P的值的增加，由于与接触表面的截头圆锥形性质相关的楔入作用，所述力偶C_F和C_P的值的增加引起厚度k₁和k₂的增加。

当止动器的支承面与外壳的支承面接触时，楔入作用受限，力的传递在止动器的支承面与截头圆锥形表面之间扩散。

支承面12和22之间的间隙或者支承面14和24之间的间隙由闭合时截头圆锥形表面接触之时的支承面之间的距离d定义。取决于模具的尺寸，所述间隙可正式地为0.05mm至1mm之间。

也能够计算间隙，从而当模具中的压力达到预定压力值时，止动器的支承面和外壳的支承面接触。在实践中，计算该间隙，从而当压力达到优选为标称压力的50％至80％之间的值时，支承面接触。

施加闭合力的点T则径向位于截头圆锥形表面的接触点T₁与止动器(或者说，分别为11和23)的支承面12、24和外壳(或者说，分别为21和13)的支承面22、14的接触点T₂之间，如图3和4所示。

在平行于模具的轴线XX’并经过点T的直线tt’之间，在经过轴线X’的子午平面中测量距离a。在实践中，所述直线tt’与平行于模具的轴线XX’并分别经过点T₁和T₂的直线的垂直平分线一致，且直线ss’平行于轴线XX’并位于抗性部段2的径向内部部分的延伸部。

平衡时的a值的计算保持相同，且如前所述，杠杆臂的值可在所述平衡时的这个值以上或以下调节，以获得所述的效果。

Claims (9)

1.用于模制和硫化在互连点E处具有宽度L和直径J的给定直径D_S的轮胎的分段模具，其包括协作用以承受内压并保持闭合位置而无需另外的构件的协助的壳体(1、1’)和部段(2)，在所述模具中，每个部段(2)在其侧边缘处包括径向向内延伸的突出部(26)，所述突出部配备有唇缘，所述唇缘朝向所述模具的内部轴向延伸，并具有相对于模具的轴线XX’成给定角度α的倾斜截头圆锥形表面(20)，使得每个截头圆锥形表面在子午平面上的线的延伸部在所考虑的部段的径向内侧上相交，并且在所述模具中，每个壳体(1、1’)包括径向向外延伸并设置有唇缘的突出部(16)，所述唇缘具有相对于模具的轴线XX’倾斜相同角度α的截头圆锥形表面，其特征在于，在经过模具的轴线XX’的子午线平面上的突出部中，在第一直线(tt’)与第二直线(ss’)之间的距离a等于系数k为0.8至1.4之间，所述第一直线(tt’)平行于模具的轴线，并经过所述壳体与所述部段之间的接触的力的合力(F)的施加点(T)，所述第二直线(ss’)平行于模具的轴线，并位于所述部段的内表面的延伸部；

其中，D_S是轮胎的直径，L是互连点处的模具的宽度，J是在互连点处的直径。

2.根据权利要求1所述的模具，其中所述系数k为1至1.4之间，使得所述部段受到周向支撑。

3.根据权利要求1和2中的一项所述的模具，其中所述突出部的截头圆锥形表面与轴线XX’的角度α为10°至40°之间。

4.根据权利要求3所述的模具，其中所述突出部的截头圆锥形表面与轴线XX’的角度α为15°至35°之间。

5.根据权利要求1所述的模具，其中所述模具包括力限制装置，所述力限制装置由止动器(11、23)和外壳(21、13)组成，所述止动器(11、23)和外壳(21、13)各自设置于不同的突出部的径向延伸部，且各自具有支承面(12、22、14、24)，当模具中的内压超过给定阈值时，所述支承面(12、22、14、24)旨在彼此接触。

6.根据权利要求5所述的模具，其中所述止动器(11)和外壳(21)设置于所述壳体和部段的突出部的径向外侧，使得止动器(11)的轴向外部支承面(12)与外壳(21)的轴向外部支承面(22)协作。

7.根据权利要求5所述的模具，其中所述止动器(23)和外壳(13)设置于所述壳体和部段的突出部的径向内侧，使得止动器(23)的轴向内部支承面(24)与外壳(13)的轴向内部支承面(14)协作。

8.根据权利要求5至7中的一项所述的模具，其中当每个突出部的面(10、20)彼此接触时，所述止动器的支承面(12、24)与所述外壳的支承面(22、14)之间的轴向间隙(d)为0.05mm至1mm之间。

9.根据权利要求5至7中的一项所述的模具，其中当每个突出部的面(10、20)彼此接触时，调节所述止动器的支承面(12、24)和所述外壳的支承面(22、14)之间的轴向间隙(d)，从而当模具中的压力为标称压力的50％至80％之间时，所述止动器的支承面和所述外壳的支承面接触。