CN107443706B - 改进的十字头模具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及改进的十字头模具。本发明是针对一种用于挤压型材的十字头模具，例如，用于轮胎的均匀的帘布层涂层。十字头模具与挤压机一起使用，且其包括本体。入口形成于本体中并与挤压机流体连通。出口和流动通道也形成于本体中。流动通道在入口与出口之间延伸，并以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界。流动通道形成有弯曲部和包括梯形形状的横截面，以使弹性体的流动与流动通道的中心对准。

Description

改进的十字头模具

技术领域

本发明涉及充气轮胎，且更确切地涉及用于挤压型材（例如，用于轮胎的帘布层结构）的设备。具体地，本发明是针对改进的十字头模具，其可用于挤压型材，例如，用于轮胎的均匀帘布层涂层。

背景技术

将理解到，因为本发明适用于任何型材的挤压，所以本文中通过示例的方式参考用于轮胎的帘布层或帘布层涂层的挤压。通常利用两层或两层以上的帘布层来构造现代乘用轮胎。每个帘布层通常包括被包在一层弹性体中的多根平行的加固帘线。由于这种结构，标准的帘布层具有矩形的横截面。

为了制造帘布层，由挤压机加工弹性体，且使已加工的或熔融的弹性体供给或流到十字头模具。也将加固帘线供给至十字头模具中，在所述十字头模具中，加固帘线被包在熔融的弹性体中。型材模具被安装在十字头模具的出口部分上，且包括矩形开口，该矩形开口设定所挤压的帘布层的最终横截面形状和尺寸。

在现有技术中，在十字头模具内部用于熔融的弹性体的流动路径或通道已经包括呈矩形的横截面形状，以便接近型材模具的开口的形状。由于加固帘线必须以平直且对准的方式穿过十字头模具，所以用于熔融的弹性体的流动通道形成有弯曲部，所述弯曲部通常为90度。矩形横截面和90度的弯曲部的组合在十字头模具内部产生熔融的弹性体的流率中的差异，其中在弯曲部内侧上的弹性体比在弯曲部外侧上的弹性体流动得更快。

在弹性体到达型材模具时，此类流率中的差异导致弹性体的不均匀流，从而导致对于帘布层而言未能达到最佳的横截面。更确切地，由于90度的弯曲部，熔融的弹性体的实际流动倾向于以更靠近流动通道的内侧的点为中心，而非与流动通道的中心对准。期望所挤压的帘布层的实际流动与流动通道的中心对准，以产生穿过帘布层的横截面的均匀的熔融，从而优化帘布层的特征。

因此，期望提供一种用于挤压型材（例如，用于轮胎的帘布层涂层）的十字头模具，其包括使弹性体的实际流动与流动通道的中心对准以产生穿过型材的横截面的均匀熔融的结构，由此优化所挤压的型材的特征。

发明内容

根据本发明的示例性实施例的方面，一种用于与挤压机一起使用的十字头模具包括本体。入口形成于本体中并与挤压机流体连通。出口和流动通道也形成于本体中。流动通道在入口与出口之间延伸，并且以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界。流动通道形成有包括梯形形状的横截面。

在本发明的示例性实施例的另一个方面中，一种使用十字头模具来挤压型材的方法包括提供挤压机和提供十字头模具的步骤。十字头模具包括本体和形成于本体中的流动通道。流动通道以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界，其中流动通道形成有包括梯形形状的横截面。十字头模具可操作地连接到挤压机，且在挤压机中加工弹性体。弹性体流入十字头模具的流动通道中并被推动穿过流动通道。型材模具被可移除地安装到十字头模具的本体，且采用该型材模具形成型材形状。

根据本发明，其还存在以下技术方案：

1. 一种用于与挤压机一起使用的十字头模具，所述十字头模具包括：

本体；

形成于所述本体中的入口，所述入口与所述挤压机流体连通；

形成于所述本体中的出口；以及

形成于所述本体中的流动通道，所述流动通道在所述入口与所述出口之间延伸，并以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界，其中，所述流动通道形成有包括梯形形状的横截面。

根据技术方案1所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对于彼此平行，而所述上部壁和所述下部壁相对于彼此倾斜。

根据技术方案1所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的高度小于所述第二侧壁的高度。

根据技术方案3所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的上述高度为所述第二侧壁的所述高度的大约10%到大约90%。

根据技术方案4所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的所述高度为所述第二侧壁的所述高度的大约50%到大约80%。

根据技术方案5所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的所述高度为所述第二侧壁的所述高度的大约63.6%。

根据技术方案1所述的十字头模具，其中，所述流动通道形成有90度的弯曲部，所述第一壁形成有包括大约25毫米的半径的弯曲部，且所述第二壁形成有包括大约114毫米的半径的弯曲部。

根据技术方案1所述的十字头模具，其中，对于所述流动通道的整个长度，所述流动通道的所述横截面是梯形。

根据技术方案1所述的十字头模具，其中，对于所述流动通道的长度的一部分，所述流动通道的所述横截面是梯形。

根据技术方案1所述的十字头模具，其进一步包括型材模具，所述型材模具可移除地安装到所述本体位于所述本体的所述出口处。

根据技术方案1所述的十字头模具，其进一步包括盒，所述盒被接纳于所述本体中以用于供给加固帘线穿过所述十字头模具。

一种使用十字头模具挤压型材的方法，所述方法包括以下步骤：

提供挤压机；

提供十字头模具，所述十字头模具包括：

本体；以及

形成于所述本体中的流动通道，所述流动通道以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界，其中，所述流动通道形成有包括梯形形状的横截面；

将所述十字头模具可操作地连接到所述挤压机；

在所述挤压机中加工弹性体；

使所述弹性体流入所述十字头模具的所述流动通道中；

推动所述弹性体穿过所述十字头模具的所述流动通道；以及

使用型材模具形成型材形状，所述型材模具安装到所述十字头模具的所述本体。

根据技术方案12所述的挤压型材的方法，其中，所述第一侧壁的高度为所述第二侧壁的高度的大约10%到大约90%。

根据技术方案13所述的挤压型材的方法，其中，所述第一侧壁的所述高度为所述第二侧壁的所述高度的大约63.6%。

根据技术方案12所述的挤压型材的方法，其进一步包括以下步骤：供给加固帘线穿过所述十字头模具的所述本体，其中，所述流动通道形成有90度的弯曲部。

根据技术方案12所述的挤压型材的方法，其进一步包括以下步骤：

将齿轮泵安置在所述挤压机与所述十字头模具之间；

将所述齿轮泵连接到所述挤压机和所述十字头模具；以及

使用所述齿轮泵加工所述弹性体。

附图说明

现将通过举例的方式并且参照附图来描述本发明，在附图中：

图1是本发明的十字头模具的示例性实施例的透视图，其还示出有以虚线示出的齿轮泵组件；

图2是图1的十字头模具的透视的、局部分解的视图，其示出了形成于所述模具中的流动通道的下部部分；

图3是图1的十字头模具的透视的、局部分解的视图，其示出了形成于所述模具中的流动通道的上部部分；

图4是图1的十字头模具的横截面平面图，其示出了形成于所述模具中的流动路径；

图5是所挤压的帘布层的端部（由图1中标记为“5”的圆圈所表示）的放大透视图；

图6是十字头模具的现有技术的流动通道的示例性横截面形状的示意图；

图7是图4中所示的十字头模具的流动通道沿线A-A所截取的横截面形状的示意图；

图8是所测试用于十字头模具的流动通道的可替代的横截面形状的示意图；以及

图9是列出具有图6至图8中所示的流动通道的十字头模具的流动测试结果的表。

贯穿所有附图，类似的标记表示类似的零件。

具体实施方式

本发明的十字头模具的示例性实施例大体以100表示并示于图1中。十字头模具100通常连接到如本领域中所已知的挤压机（未示出）。齿轮泵102（以虚线示出）可连接到十字头模具100并位于挤压机与所述模具之间。挤压机和齿轮泵102加工并熔化弹性体104（图5），使该弹性体被供给或流到十字头模具100。多个平行加固帘线106也被供给至十字头模具100中并且被熔融的弹性体包住以形成帘布层108。

十字头模具100包括本体101，所述本体优选地转而包括上部支撑块110、下部支撑块112和内部区段114。弹性体入口区段116位于十字头模具100的一侧上。弹性体入口区段116、上部支撑块110、下部支撑块112和内部区段114全部通过本领域中已知的手段可移除地互连，例如，机械紧固件118。如图2中所示，十字头模具100的入口区段116优选地包括筛网式过滤器120。容易从十字头模具100的其余部分移除入口区段116，以使得能够轻松接近筛网式过滤器120来进行修复或更换。

十字头模具100还包括可移除的盒138（图4）以用于使加固帘线106的供给对准到模具的帘线入口侧122中。盒将帘线106以平行、间隔开对准的方式供给至十字头模具100中。十字头模具100也如本领域中所已知地进行装备，以用于基于特定的加工和设计要求根据需要进行加热和/或冷却。

现参照图2和图3，上部支撑块110包括可上部插入板126，该上部插入板126是可以从上部支撑块的其余部分移除的，且内部区段114包括下部插入板128，该下部插入板128是可以从内部区段114的其余部分可移除的。入口通道124A、124B形成于上部插入板126和下部插入板128中，其中入口通道124A的上部部分形成于上部插入板中，且入口通道124B的下部部分形成于下部插入板中。入口通道124A、124B从挤压机或齿轮泵102接收弹性体。

入口通道124A、124B将弹性体传递到形成于十字头模具100中的流动路径。更确切地，流动通道130A的上部部分形成于上部插入板126中，且流动通道130B的下部部分形成于下部插入板128中。如下文将更详细描述地，随着流动通道130A、130B延伸穿过十字头模具100的本体101，其形成有90度的流动路径。

在十字头模具100的出口132处，型材模具134可移除地安装到十字头模具。型材模具134形成有矩形形状的开口136，所述矩形形状的开口设定所挤压的帘布层108（图1）的横截面形状和尺寸。型材模具134的矩形开口136通常为大约80毫米（mm）宽和大约1.24 mm高。

流动通道130A、130B以上部壁140和下部壁142为边界。另外参照图4，流动通道130A、130B在每一侧上以第一侧壁144和第二侧壁146为边界。如上文所提及，加固帘线106（图1）以平直、对准的方式从盒138穿过十字头模具100至型材模具134。由于帘线106的平直对准，所以流动通道130A、130B形成有90度的弯曲部148。

在现有技术的十字头模具构型中，流动通道的横截面（在图6中表示为150）为矩形。更确切地，现有技术的流动通道150的横截面包括高度相同的第一侧152和第二侧154以及长度相同的顶部156和底部158。例如，第一侧152和第二侧154中的每一者的高度为大约11 mm，且顶部和底部中的每一者的长度为大约80 mm。第一侧152的高度与第二侧154的高度的比值因此为1:1，或在表示为百分数时为100%。

这种尺寸和形状接近型材模具134的开口136（图1）的形状。然而，现有技术的矩形横截面150与90度的弯曲部的组合在现有技术的十字头模具中产生弹性体的流率中的差异。在流动通道弯曲部的内侧上的弹性体比在弯曲部的外侧上的弹性体流动得更快，这导致所产生的帘布层的横截面小于最佳的横截面。

在本发明的十字头模具100中，由于90度的弯曲部148，第一侧壁144沿流动通道130A、130B的长度长于第二侧壁146沿所述流动通道的长度。基于此长度中的差异，存在沿第二侧壁146的更长的流体流动路径，这在现有技术中与沿第一侧壁144的路径相比较产生了较高的流阻及因此对于弹性体104产生较低的速度。为了提供具有均匀涂层厚度和均匀熔融的所挤压的帘布层108以优化帘布层的特征，本发明的十字头模具100每单位区段宽度产生均匀的体积流率。

更确切地，参照图4，本发明的十字头模具100的流动通道130A、130B形成有包括梯形形状的横截面160。图7中示出了如沿图4的线A-A所截取的横截面160。流动通道130A、130B的第一侧壁144和第二侧壁146相对于彼此平行，而流动通道的通道上部壁140和通道下部壁142相对于彼此倾斜，即，彼此不平行。举例说明，上部壁140的长度可为大约80.0mm，且第二侧壁146的高度可为大约11 mm，而第一侧壁144的高度可为大约7 mm，且下部壁的长度可为大约80.1 mm。第一侧壁144的高度与第二侧壁146的高度的比值因此为7:11，或在表示为百分数时为大约63.6%。因此，第一侧壁144（其在弯曲部148的内侧上）的高度为第二侧壁146（其在弯曲部的外侧上）的高度的大约63.6%。

第一侧壁144的更短的高度在朝向第二侧壁146的方向上推动弹性体的流，这使弹性体的流与流动通道130A、130B的中心C对准，以产生穿过帘布层108（图5）的横截面的均匀的融化。将理解到，第一侧壁144与第二侧壁146的高度之间的特定差异取决于弯曲部148的角度和弯曲部在每个相应壁中的半径（其在图4中分别表示为R1和R2）的尺寸。

在这个示例中，弯曲部148的角度为90度，且弯曲部在第一壁144上的半径R1的尺寸为大约25 mm，而弯曲部在第二壁146上的半径R2的尺寸为大约114 mm。由于特征（例如，弯曲部148的角度、相应地每个壁144、146的半径R1、R2的尺寸和通道130A、130B的宽度）可根据特定的设计考虑而变化，第一侧壁144的高度可为第二侧壁146的高度的大约10%到大约90%。优选地，第一侧壁144的高度为第二侧壁的高度的大约50%到大约80%。

以这种方式，由于第二壁146的高度高于或大于第一壁144的高度，所以补偿了更慢的材料速度。通过使用此类结构，十字头模具100的流动通道130A、130B使弹性体的流取向在期望的方向上，并设计在其端部区段处的流速分布，使得每单位宽度的质量流率在横跨横截面160的宽度上是相同的。

当弹性体流动穿过通道130A、130B时，则其流动穿过型材模具134的开口136，从而设定所挤压的帘布层108的最终厚度和宽度。通过以最佳、均匀速度供给型材模具134，流动通道130A、130B在横跨型材模具的开口136的宽度上产生具有均匀涂层厚度和出口速度的型材，由此改进所挤压的帘布层108的均匀性。

本发明的十字头模具100的有限元流动模型示出了通过模具的改进的横截面160所实现的有利的流动特征。现参照图9，表172将具有现有技术的矩形横截面150（图6）的十字头模具的流动模型结果表示为“基线”，将本发明的具有横截面160（图7）的十字头模具100表示为“DM1”，且将具有横截面162的额外的十字头模具表示为“DM2”。图8中所示的横截面162包括80 mm长的上部壁164、大约83.8 mm长的下部壁166、大约5 mm高的第一侧壁168和大约11 mm高的第二侧壁172。所有三个横截面150、160、162的流动通道均包括90度的弯曲部、分别形成于第一侧壁152、144、168中的大约25 mm的半径和分别形成于第二侧壁154、146、170中的大约144 mm的半径。

表172示出了在每个横截面150、160、162（其分别邻近第一侧壁152、144、168）的内径向半部（inner radial half）处的弹性体流和在每个横截面（其分别邻近第二侧壁154、146、170）的外径向半部（outer radial half）处的弹性体流。流被表示为模具流的分量（fractional die flow），期望该模具流的分量对于模具的每个半部而言是均匀的。由于总的模具流是100%，因此期望对于模具的每个相应半部而言，模具流的分量为50%或0.5。

与邻近第二侧壁154的为0.495的更慢的模具流的分量相比较，具有现有技术的矩形横截面150的十字头模具具有0.505的模具流的分量。相比之下，本发明的具有横截面160的十字头模具100具有邻近第一侧壁144的为0.500的模具流的分量，和邻近第二侧壁146的为0.5的相等的模具流的分量。针对对于流动通道和所测试的型材而言具有更侵略性的横截面162的十字头模具，存在邻近第一侧壁168的为0.496的模具流的分量和邻近第二侧壁170的为0.504的更快的模具流的分量。

结果因此证实，十字头模具100鼓励材料从内侧、第一侧壁144朝流动通道130A、130B的中心C流动，由此提供弹性体的比现有技术中更均匀的、对称的流动。本发明的十字头模具100因此平衡流动通道130A、130B中的内径向和外径向体积流率，以在帘布层108的挤压涂层厚度和速度方面实现好得多的均匀性。

在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，本发明的十字头模具100的原理可容易地扩展到不同形状和尺寸的流动通道。例如，可减小第一侧壁144的高度，可增加第二侧壁146的高度，或其组合。尽管使整个流动路径130A、130B形成有梯形横截面160是优选的，但是在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，仅其一部分可以此方式形成。

本发明的十字头模具100使得熔融的弹性体的实际的流动能够以大体与流动通道的中心C对准的点为中心，而非和现有技术中的情况一样更靠近流动通道的90度的弯曲部的内侧。由于所挤压的帘布层108的实际流动与流动通道的中心C对准，所以存在穿过帘布层的横截面的均匀的融化，从而优化帘布层的特征。

本发明还包括一种使用改进的十字头模具来挤压型材的方法。所述方法包括根据上文所呈现的描述且在图1至图9中所示出的步骤。

将理解到，在不影响本发明的整体概念或操作的情况下，可更改或重新布置上述改进的十字头模具100的结构，或者省略或添加为本领域技术人员所已知的部件。将进一步理解到，因为本发明的改进的十字头模具100适用于任何型材的挤压，所以本文中通过举例的方式参考用于轮胎的帘布层或帘布层涂层的挤压。

已参考优选实施例描述了本发明。在阅读并理解了此描述之后，其它人将想到可能的修改和改变。将理解到，所有此类修改和改变被包括在如所附权利要求或其等效物中所阐述的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种用于与挤压机一起使用的十字头模具，所述十字头模具包括：

本体；

形成于所述本体中的入口，所述入口与所述挤压机流体连通；

形成于所述本体中的出口；以及

形成于所述本体中的流动通道，所述流动通道：

包括从所述入口延伸到所述出口的一段长度；

以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界；并且

形成有弯曲部，其中所述第一侧壁设置在流动通道弯曲部的内侧并且所述第二侧壁设置在流动通道弯曲部的外侧；并且

其中，所述第一侧壁的高度小于所述第二侧壁的高度，使得所述流动通道形成有包括在所述流动通道的从所述本体中形成的入口延伸到所述本体中形成的出口的一段长度上延伸的梯形形状的横截面。

2.根据权利要求1所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁和所述第二侧壁相对于彼此平行，而所述上部壁和所述下部壁相对于彼此倾斜。

3.根据权利要求1所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的高度为所述第二侧壁的高度的10%到90%。

4.根据权利要求3所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的高度为所述第二侧壁的高度的50%到80%。

5.根据权利要求4所述的十字头模具，其中，所述第一侧壁的高度为所述第二侧壁的高度的63.6%。

6.根据权利要求1所述的十字头模具，其中，所述弯曲部是90度的弯曲部，所述第一侧壁形成有包括25毫米的半径的弯曲部，且所述第二侧壁形成有包括114毫米的半径的弯曲部。

7.根据权利要求1所述的十字头模具，其进一步包括型材模具，所述型材模具可移除地安装到所述本体位于所述本体的所述出口处。

8.根据权利要求1所述的十字头模具，其进一步包括盒，所述盒被接纳于所述本体中以用于供给加固帘线穿过所述十字头模具。

9.一种使用十字头模具挤压型材的方法，所述方法包括以下步骤：

提供挤压机；

提供十字头模具，所述十字头模具包括：

本体；以及

形成于所述本体中的流动通道，所述流动通道：

包括从入口延伸到出口的一段长度，

以上部壁、下部壁、第一侧壁和第二侧壁为边界，并且

形成有弯曲部，其中所述第一侧壁设置在流动通道弯曲部的内侧并且所述第二侧壁设置在流动通道弯曲部的外侧，并且

其中，所述第一侧壁的高度小于所述第二侧壁的高度，使得所述流动通道形成有包括在所述流动通道的从所述本体中形成的入口延伸到所述本体中形成的出口的一段长度上延伸的梯形形状的横截面；

将所述十字头模具可操作地连接到所述挤压机；

在所述挤压机中加工弹性体；

使所述弹性体流入所述十字头模具的所述流动通道中；

推动所述弹性体穿过所述十字头模具的所述流动通道；以及

使用型材模具形成型材形状，所述型材模具安装到所述十字头模具的所述本体。

10.根据权利要求9所述的挤压型材的方法，其中，所述第一侧壁的高度为所述第二侧壁的高度的10%到90%。

11.根据权利要求10所述的挤压型材的方法，其中，所述第一侧壁的高度为所述第二侧壁的高度的63.6%。

12.根据权利要求9所述的挤压型材的方法，其进一步包括以下步骤：供给加固帘线穿过所述十字头模具的所述本体，其中，所述弯曲部是90度的弯曲部。

13.根据权利要求9所述的挤压型材的方法，其进一步包括以下步骤：

将齿轮泵安置在所述挤压机与所述十字头模具之间；

将所述齿轮泵连接到所述挤压机和所述十字头模具；以及

使用所述齿轮泵加工所述弹性体。

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