CN1043864C - 轮胎模子及轮胎的模压制造方法 - Google Patents

Abstract

一种具有扇形件(11)的模子设计是在模压过程中，所有模件(10、10a、10b、10c)是等距离分布的，由装置(13)保证模件之间的弹性排斥。在压合的最后阶段，某些模件相对于它们的扇形件(11)沿圆周滑动，从而避免了扇形件间夹胶和出现模压毛刺。

Description

轮胎模子及轮胎的模压制造方法    

本发明涉及轮胎的模压，特别是轮胎滚动区的模压。

为了保证模压制造的高质量，必须遵守许多条件。其中的一个条件专门涉及刻纹脱模的操作，它应使轮胎受到尽可能小的应力，否则，尤其在轮胎的加强结构中会引起扰乱。为此，采用俗称“扇模”的模子(例如由专利US3779677所描述的，它要比“双瓣”式模子(如专利US2874405中所述的)好。

此外，尤其希望在轮胎滚动区上没有由于橡胶在两个模件(如两个扇形件)间溢出形成的毛刺。正因为这一原因，通常在给未处理的轮胎附加成型之前，关合模子(所有邻接扇形件)。附加成型是通过在硫化膜中占优势的压力增长获得的，这使轮胎滚动区的橡胶进入模压刻纹的模件中。

不过，在某些最新的轮胎结构中，在胎峰上有零度加强件，很难甚至不可能考虑在硫化压力下的附加成型。那么，未经硫化处理的轮胎的尺寸近似或明显等于模压和硫化处理后的轮胎的尺寸。从那时起，模件进入橡胶可在关合位置之前发生。这就导致橡胶的在圆周方向溢出，并在扇形件间的接合面上形成许多明显的毛刺。

为了解决这一问题，至今一直致力于轮胎刻纹设计的改进：当接近扇形件边缘时，推迟其间界面的磨损或减少刻纹切割率，以此来增加这些地方刻去橡胶的体积，吸收四周少量的橡胶溢出。但这只是权宜之计，无助于提高轮胎或滚动区制造的质量。

这些模压困难源于：在扇形模子中，因为每个扇形件覆盖的角度较大，模压只是在每个扇形件的中间平面是纯径向的，在对扇形体向前运动的观察中发现，模压只是在每个扇形件的中间平面呈径向，并且模压是在相对于径向成一定角度的方向上进行的。在圆周方向上，为了连接扇形件的边缘，愈是远离中间位置时，该角度愈增大，通常，其最大值相当于扇形件开角的一半。

基于对该种模子的观察，我们设想沿周边有多个连续构型的模子(如象对于旅游车轮胎的情况)，并注意到，在所谓的“扇模”模子中，扇形件数要比连续构型数少得多，从而导致每个扇形件圆周的尺寸比较大(对旅游车轮胎面言，典型的为周长的八分之一)。

与在打开或关闭时没有径向运动的“双瓣”式模子相比，虽然这种模子有很大的进步，但不能真正考虑用扇形模子来实现轮胎滚动区的径向模压。设想模子的一个扇形件，假定相对于模子的轴线径向移动它，这意味着，在该扇形体模压面的任一点上测得的真正位移与一条半径平行。在模压面的基准上只能对其一个圆周位置实现纯径向运动，而对于模压面的其它任何点，真实运动偏开理论上的径向。

换句话说，只有与径向位移的参照半径相交的模压面上的点是纯径向运动，而其它点是程度不同离开上述半径并相对它平等运动。

因此，该运动分解为径向分量和圆周分量，后者亦称为“诱导”分量，是不希望有的。观察发现，在一个扇面上，在明显对应模压刻纹深度的径向行程中，无论沿着圆周方向(不是纯径向)的诱导分量的位移的宽度如何，在由8个扇区组成的传统模子的情况下，上述圆周分量值可达到轮胎模压周长的0.2％。

当模压时，该诱导圆周运动引起橡胶向扇面的圆周边缘，即向邻接扇面间的界面溢。该寄生运动导致了硫化处理后的轮胎滚动区上出现模压毛刺，本发明的目的在于消除轮胎模压过程中的毛刺缺陷。

EP0242840专利申请描述一种全刚性模子，其组成部分包括：模压轮胎滚动区的扇形件的圆环；模压轮胎侧面(轮胎外面)的两个侧金属铸型件，以及模压轮胎内面的刚性型芯。因为不再有附加成型，应用这种模子可使设计人员从模压阶段的特定困难中解脱出来。该模子的全刚性设计为提高轮胎的模压制造质量带来许多好处，因为可得到高质量的几何形状(任何横向位置具有良好的圆度)。然而，以规定体积进行的模压迫使轮胎毛坯体积保持甚小的公差。

本发明的另一个目的在于，可保存刚性模子上述观点中良好控制用这种模子制造轮胎的几何构型质量的优点。同时使制造操作对在同一模子中连续模压和硫化处理的轮胎毛坯间的体积分散度不过分敏感。

本发明的模子不仅可以达到这些目的，同时还能对轮胎模压和脱模总的工作范围带来改善，用或不用刚性型芯去模压轮胎的内腔均可。

本发明建议一种铸造轮胎滚动区的模子，在模压位置上确定出一个连续环，它包括由圆周方向上连续排列的构型组成的凸起，这些构型保证轮胎滚动区外径面刻纹的模压，该模子由至少在模压的最后行程沿接近或离开模子轴的方向单独可移动的模件组成，所述轮胎滚动区的模压是由每个模件的内径面保证的。所述模件至少在沿上述最后行程中彼此间是可移动的，每个所述模件是一个相应于所述构型中一个的圆周展开段。

如果所考虑的模子包括例如30个各自可移动的模件，并按照本专利建议的方案实施。从如上述所作的模压面运动的分析中发现，上述的诱导圆周分量不超过周长的0.04％，模压面任何点上测得的位移极限圆周分量间的差，被证实比现有技术中目前获得的要低得多。实验结果表明，30个模件的数目在本发明的实际实施中事实上构成一个下限。

同样，按照发明的另一方面，所述模件相对模子轴是单独可动的且至少沿最后行程彼此也是可动的，圆周尺寸是足够小的，以便使每个模件在模压面任何一点上观察到的位移的极限圆周分量之间的差，低于模压周长的0.04％。

根据发明的另一方面，可以考虑所述模件模压面的所有圆周位置的运动均非常明显是径向的。这样，在模压过程中有效限制了橡胶的多余溢出。

根据发明的另一方面，用于轮胎滚动区的模子，在模压位置上确定一个保证轮胎滚动区外径面模压的连续环，所述环由在模压位置上圆周邻接的至少30个模件组成，每个模件内径面保证轮胎胎面的模压，其特征在于：至少在向和离开关闭位置运动的模压的最后行程中沿接近和离开模子轴的方向是分别可动的。模子具有能保证模件之间圆周方向弹性排斥的装置。

这里模件中产生的问题是厚度(圆周方向中的尺寸)问题。例如，工作应力不能使它们有弹性形变，这意味着本专利中它们的弹性不起任何功能作用。它们不是邻接的薄钢板，因此，在任何情况下模件的数目都保持在250个以下。

本发明的一种应用是，如同在预硫化状态下某些轮胎冷补方法中使用的环形轮胎滚动区的制造。这种情况下，轮胎滚动区底面由一层膜片或一刚性模来模压。

本发明还提出了一种轮胎制造方法，其包含下列步骤：

将生橡胶元件组装成生橡胶轮胎；将所述生橡胶轮胎插入一模具中，该模子包括在模压位置上的连续环，它包括由圆周方向上连续排列的构型组成的凸起，这些构型保证轮胎滚动区外径面刻纹的模压，该模具由至少在模压的最后行程沿着接近和离开模具轴线方向单独可移动的模件组成；所述轮胎滚动区的模压是由每个模件的内径面来保证的，所述模件至少在沿上述最后行程中彼此间亦是可移动的，每个所述模件是一个相应于所述构型中的一个圆周展开段，所述模具包括模压轮胎侧壁的装置；在所述模具中模压并硫化轮胎。

轮胎逐渐被聚集在一个用作构件装配支架的刚性型芯上，该型芯然后在硫化过程中用于模压轮胎内腔。

本发明还可用于一个整轮胎的模压铸造。这种情况下，模子包括模压轮胎侧面的装置(如公知的金属铸型件)；轮胎内腔，可用膜片或刚性型芯来模压成形，这两种方法在本专利中是兼容的。

下列图是用本发明铸造轮胎的两种实施方式，其优点对本领域技术人员是一目了然的。

图1是根据本发明的一种模子的子午剖面。

图2是图1中沿Ⅱ-Ⅱ的与转动轴垂直的剖面图。

图3和4是与图2相类似的图，代表模具张开的两个不同阶段。

图5是该实施例的细节部分。

图6是本发明的第二种实施方案。

图7是张开阶段的第二种方案的模子。

从图1上可以看到一个用于模压胎滚动区外径面的连续环1。该环由扇形件11组成，扇形件数一般为5-10个，上面装有用来模压胎面花纹的模件10。

在圆周方向上选择这些件的尺寸，以组成一个可脱模的构型。这样作是为了使脱模能在脱模的单一方向上进行，从而仅会引起橡胶由模压和硫化产生的小弹性形变。

按照轮胎滚动区刻纹设计的传统概念，在许多情况下，可脱模的构型是与刻纹间距相对应的。通常，对于大部分刻纹存在一个脱模方向，在这个方向上，所有刻纹用的模件10都不能有反拔模斜度，这正如图2至4所示。但上面有2个相邻刻纹构型的单个模件，常常亦组成一个可脱模的构型。

每个模件可通过任一适当方式得到。尤其在轮胎工业中广泛应用的铸铝模件制造方法是很适用的。从模子中心轴看，这些模件的精确形状符合轮胎设计者所预想的刻纹构型(横向面不一定非得是平的)。

这样，可象EP0451832专利申请中的那样，有几个横向分开的模件。在这种情况下，上述模件分成轴向相邻的一个或几个组。在一个组中，模件沿相对于径向成同一角的方向是可移动的。同一组模件之间有保证弹性排斥的装置，每组由一系列圆周模件构成。

回到图1可以看到，模子包括一个横向的模件10。每个扇形件11的背面包括两个截锥形支座110，通过每个扇形件11上的两个侧槽14和每个模件10背面对应作出的榫15，使每个模件10插入其扇形件11。还可以看到，用于模压轮胎侧面的2个金属铸型件4；扇形体11背上的瞄准件3，以及轴向可活动的锥环2。

每个扇形件11打开位置的径向后退，是通过释放锥环2用以对模子解锁实现的。而后通过瞄准件3拉每个扇形件11。所有扇形件11的关闭是通过轴向移动锥环2实现的。它作用于每个扇形件11背上的锥形支座110，保证模子牢牢锁住。所有这些运动都是传统的，故不赘述。

每个模件10的横向面之一17(见图2、3和4)在对称面Ⅱ-Ⅱ(见图1)的两边各有一个凹槽12，用于接收保证模件之间排斥力的装置13，该装置详见图5。装置13包括顶在凹槽12底部的凸缘131，头部133和锥面垫圈组132，用螺栓134固定在凹槽底部。槽为凹形，以使得当装置13被安装但未加载时，螺栓134不被露出，并使头133略突出横向面17。这样，上述模件10一个接一个地相互支持的反作用力、也即圆周定向的支撑反作用力始终趋使模件10一个相对另一个彼此分开。

在图2中，模子的所有扇形件11都在关合的位置上。彼此的间距为S。我们看到所有的模件10都以小的间隙相邻接，其作用是保证模具的通风。

在图3中，当扇形件11都后退一给定距离，它最好相应于花纹压刻的深度。可以看到，由于后退扇形件彼此分开的补充距离为△S。与用如现有技术中的扇形模子产生的情况相反，我们在模子的模压表面上再也找不到该距离△S。模件10总是保持等距的，其分开的间距E仅仅是十分之几毫米，这样，完全有可能在扇形件(见图1)的槽14中的滑动大部分模件10并在排斥装置13的作用下，产生足以克服现存磨擦力的力。值得注意的是这些力很小，因为至少在象模压和脱模的所述过程中，橡胶对模具的径向压力是很小的或者是没有的。

而后，模子可以继续其开启运动，同时继续扇形件11的后退，以达到或通过图4所示的位置。此次运动中，所有模件10相对于它们被安装在其中的扇形件11是固定不动的。相邻的扇形件边缘的模件之间的间距E’可任意增大，而对轮胎滚动区的脱模操作无任何影响。

再比较地观察图2和3可以看到每个模件10上有一个肋条16。在与刻纹深度相对应的行程中，由于每个模件10的圆周尺寸很小，可以看到所有模件10的运动方向在模压面的任何点上总是明显径向的。

故此我们明白了，在模压操作中，夹在属于不同扇形件肋条16a和16b之间的橡胶体积，与夹在属于同一扇形件肋条16b和16c之间的体积是一样的(没考虑某些刻纹间距的可变性)。不管怎样，任何一对邻接模件10的肋条16之间可提供的理论体积，与模压时被所述肋条16夹的真实橡胶的体积是对应的。

更普遍地说，模压和脱模方向是接近或离开模子轴的方向，该方向并非必须是径向的，但如果事实证明十分有利的话，可相对于径向成一个非零的角度。实际上，某些刻纹呈非辐射状切口，如象MICHELIN公司已商业化的M+S100型轮胎层那样。

在从径截面的角度看模子包括数个轴向邻接的模件的情况下，通常它可包括几组模件。对其实施方式进行选择，以使得轮胎左和右具有不同间距的刻纹。对此可分开控制每一组中模压/脱模方向。在每一组内，所有作为零件的模件都沿着接近或离开模子轴的同一方向。

上面我们介绍了第一实施方式，其每一个模件横向延伸到上述环的整个宽度，即从轮胎的一侧凸肩到另一侧凸肩。图6和7给出了本发明的另一实施方案，其中把保证模压刻纹的环分成G和D两个部分，每个部分在横向包括模件10G或10D。这种布置不是限定的，在其中一个部分或两个部分G和D上，可加装几组模件；周边方向如同第一种方案，每个部分包括很多模件10G和10D，例如也要配置同样多的刻纹图案。

这样，可考虑实现一种称作“双瓣”的模子，在脱模必须打开时，它分成明显相同的两部分。

这种过去通常用于对角地模压轮胎的模子，已被通过轮胎径向的扇形模子所取代，因为此种情况下脱模时，能更有利于使扇形件径向远离。然而，本发明所建议的“双瓣”形模子，将其最突出的简便性与径向离开模子轴的模件的径向后退作出的打开能力结合在一起。

这里，我们把模件及安装它的机械支柱类比为金属铸型4。如以下将要解释的，其作用在于控制模件10G(或10D)运动的环5安装在每个金属铸型件4上。但显然并不仅限于此种布置，在某些实施中，这些模件可以是相互移动的。

中心定位榫181设在G瓣的模件10G侧面18上。它与另一瓣的模件10D的侧面18上对应的槽相配合。每个模件10G、10D的背上有一接触面19，与圆箍50轴向接触。

圆箍50与活塞51相连，例如至少有三个活塞等距离分布于圆箍50的整个圆周上。为了激励这些活塞51的每个，在槽53中装有弹簧52。弹簧一方面靠在金属铸型件4上，另一方面靠在活塞51上，以便将其轴向内推，直至活塞51底部的凸肩510顶住对应槽53的底部530。

例如燕尾榫形式的滑轨54，一方面固定在每个模件10G、10D的背上，另一方面固定在环5的内径壁上。该滑轨54构成能保证模件10G或10D和环5间滑移自由度的装置。上述滑移是沿相对于模具轴的倾斜轴进行的。相对于模具与模子轴平行的打开和关合的外力，选择不会卡住的倾角。

在上面介绍的模子的优选实施方案中，简单地作用金属铸型件4，就可得到模压和脱模操作所需的所有运动。假定从图6所示的关合位置出发(见图6)，如果将金属铸型件彼此轴向分开，那么，通过弹簧52的作用，模件10G和10D通过它们的侧面18仍保持相互接触。模件径向后退到图7所示的位置，该图说明了模具的开启运动。后退的径向行程“P”最好恰大于刻纹的深度，因为随着金属铸型件4继续径向相对分离，继续地发生模具的打开。

如果使金属铸型件4轴向接近，模件10G和10D唯一可能的运动是向其关合位置的径向前移以对金属铸型件4的轴向接近作出反应。这便解释了模子的关闭。所有模件10G(或10D)的运动最好是同时的和对称的。中心定位榫181可保证一理想的对称。

当这种模具与模压轮胎内面的刚性型芯配套使用时，最好有一个装置(图中没有表示出来)，在模件10G和10D全部到达其关合位置之后，它能通过金属模件4的轴向小行程来结束模具的关合运动。这样可以在金属铸型件和环之间得到活塞效应，其作用描述在EP0242840专利中(见前述)。

正如前面所讲到的，本发明亦涉及一种使用刚才所述模子制造轮胎的方法。为此，模具要有一个用于支撑其组件结合和硫化过程中用作轮胎内腔模压件的刚性型芯。

这种模子与刚性型芯配套使用的优点在于，可以使模子具有一定的弹性，也就是说使模压腔体积略微增加的一定能力，以适应温度升高而导致的橡胶膨涨，并使模件间的间隙呈均匀分布。这可通过让金属铸型件4，或更确切地说，让环5轴向后退到轮胎模压腔中的一定压力之外来得到。此外，在两个连续阶段不必再关闭模压轮胎滚动区的环。这样也简化了模压和限制了其径向外廓尺寸。

当然，第二种实施方式的“双瓣”模具可与结合第一方案描述的排斥装置13配套使用，该装置取代或辅助弹簧52。

对于模压产生的毛刺，通过观察发现，最严厉的模压条件出现在整个轮胎上形成纵向刻纹的期间，当然这是指不存任何附加成型情况。纵向刻纹由圆周上不可能是连续的肋条模压的。这些肋条被分割成与模件10(或10G、10D)同样多的区段。实验表明，同样用刚性型芯模压轮胎内腔，如果在模具的肋条进入生橡胶中的时候，模件间的间隔量低于0.3mm，这样就不会出现模压毛刺。

使用明显对应于刻纹间距的模件10或10G、10D，其数目对于旅行车的轮胎例如需要70个模件才能包围轮胎的圆周，因此，模件间的缝为70个。所有缝合起来0.3×70=21mm。这相当于21/2π=3.3的径向行程，明显相应于刻纹深度的一半。不过，我们知道，从径向剖面看，使轮胎滚动区的橡胶具有与硫化处理后轮胎的剖面相接近的剖面是完全可能的。在与刻纹深度的分数值相对应的最后行程之前，肋条不进入生橡胶也是可能的。

Claims (19)

1、用于轮胎滚动区的模子，在模压位置上确定出一个连续环(1)，它包括由圆周方向上连续排列的构型组成的凸起，这些构型保证轮胎滚动区外径面刻纹的模压，该模具由至少在模压的最后行程沿着接近和离开模子轴方向单独可移动的模件(10、10G、10D)组成；所述轮胎滚动区的模压是由每个模件的内径面来保证的，所述模件至少在沿上述最后行程中彼此间亦是可动的，其特征在于：每个所述模件是一个相应于所述构型中的一个圆周展开段。

2、用于轮胎滚动区的模子，在模压位置确定一个保证轮胎滚动区外径面模压的连续环(1)，上述环由至少30个模压位置圆周邻接的模件(10、10G、10D)组成，每个模件的内径面保证上述轮胎胎面的模压，其特征在于：至少在向着和从关合位置运动的模压的最后行程沿着接近和离开模具轴的方向是单独可动的，模子并具有保证每个模件之间周向弹性排斥的、沿周向作用的弹簧装置。

3、用于轮胎滚动区的模子，在模压位置确定一个保证轮胎滚动区外径面上刻纹模压的连续环，模具由至少在模压的最后行程中沿着接近和离开模子轴的方向是单独可动的模件(10、10G、10D)组成，所述轮胎滚动区的模压是由每个模件的内径面来保证的，所述模件至少在上述的最后行程中也是相互可移动的；其特征在于：模件的圆周尺寸足够小，以使在模件的模压面任何点上所观察到的位移的极限圆周分量之间的差低于模压周长的0.04％。

4、按照权利要求2的模子，其特征在于：所述模件分成轴向相邻的一个或几个组，以使得在一组内，它们沿相对于径向成同一角度的方向是可动的，所述保证弹性排斥的装置布置在同一组模件之间。

5、按照权利要求2或4的模子，其特征在于：所述模件安装在至少5个扇形件(11)上，在模件间具有间隙；运动中相当于上述行程的运动行程中，模件可以相对于所述扇形件沿圆周滑移。

6、按照权利要求2或4的模子，其特征在于：所述环分成轴向可分开的两个部分(G、D)，每部分安装在一个环(5)上，环可以轴向相互接近或离开，每个部分至少一个模件组(10G或10D)。

7、按照权利要求6的模子，其特征在于：每个部分(G或D)包括一个模件组，每个模件的背上有一个使外侧与连续圆箍(50)轴向接触的接触面(19)；环和圆箍(50)之间有产生扩展力的、横向作用的弹簧装置，该力具有与模子轴相平行的分量。

8、按照权利要求6的模子，其特征在于：每个模件通过一个可保证模件(10G或10D)与环(5)之间滑移自由度的装置(54)安装在环(5)上，所述滑移是沿着与模子轴相倾斜的轴发生的，以使得环(5)的轴向运动导致了至少在相应于刻纹深度的上述行程中模件(10G和10D)的径向运动。

9、按照权利要求2的模子，其特征在于：每个模件在其每个非模压的横向面上至少要有一个与邻接模件的非模压横向面相对着的凹槽(12)，其中装有保证所述弹性排斥的装置。

10、按照权利要求1的模子，其特征在于：所述构型是与刻纹间距相对应的重复构型。

11、按照权利要求1的模子，其特征在于：所述模件(10、10G、10D)分为轴向邻接的一个或几个组，以使在一个组内，模件相对于径向成同一角度的方向均是可动的。

12、按照权利要求1的模子，其特征在于：具有保证在每个组内各模件间沿圆周方向弹性排斥的装置。

13、按照权利要求1的模子，其特征在于：所述模件至少被此间带有间隙地安装在5个扇形件(11)上，在相应于所述行程的运动行程中，模件可相对于上述扇形件圆周滑移。

14、按照权利要求1的模子，其特征在于：所述模件分为轴向分开的两个部分(G、D)，每个安装在一个环(5)上，这些环可以轴向相互接近或离开，每个部分至少要包含一个模件组。

15、按照权利要求14的模子，其特征在于：每个部分只包括一个模件组，每个模件的背有一个使外侧与连续圆箍(50)轴向相接触的接触面(19)，环和箍之间有产生扩展力的、横向作用的弹簧装置，该力具有与模子轴相平行的分量。

16、按照权利要求14的模子，其特征在于：每个模件通过保证模件和上述环之间滑移自由度的装置(54)与环相连，上述滑移是沿与模子轴相倾斜的轴发生的，以使一个环的轴向运动至少在相应于刻纹深度的上述行程中引起模件的径向运动。

17、按照权利要求10的模子，其特征在于：所述每个模件至少在其每个非模压横向面上有一个和邻接模件的非模压横向面相对着的凹口(12)，其中装有一个保证所述弹性排斥的、沿周向作用的弹簧装置(13)。

18、轮胎制造方法，其包含下列步骤：

将生橡胶元件组装成生橡胶轮胎；将所述生橡胶轮胎插入一模具中，该模子包括在模压位置上的连续环，它包括由圆周方向上连续排列的构型组成的凸起，这些构型保证轮胎滚动区外径面刻纹的模压，该模具由至少在模压的最后行程沿着接近和离开模具轴线方向单独可移动的模件组成；所述轮胎滚动区的模压是由每个模件的内径面来保证的，所述模件至少在沿上述最后行程中彼此间亦是可移动的，每个所述模件是一个相应于所述构型中的一个圆周展开段，所述模具包括模压轮胎侧壁的装置；

在所述模具中模压并硫化轮胎。

19、按照权利要求18的轮胎制造方法，其特征在于：轮胎逐渐被聚集在一个用作构件装配支架的刚性型芯上，该型芯然后在硫化过程中用于模压轮胎内腔。

Images