CN1498748A - 形成环形的弹性轮胎部件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种形成环形弹性轮胎部件的方法和设备(100)，该方法具有如下步骤：在支承表面(60)上环形挤压至少一弹性材料，并通过在成形模具(84)和支承表面(60)之间形成至少一材料带(2)来将至少一弹性材料带(2)成形为预定构形，由此将该带修整和分布成所需构形。该方法包括施加另一带(2)以便形成多层部件。支承表面(60)可与轮胎成形装置(200)分开，或与轮胎成形装置(200)形成整体。成形带包括一个或多个轮胎部件，例如侧壁(20)、胎圈包布(30)、三角胶芯(10)、帘布层胶料涂层(40)、内侧(50)或胎面(22)。

Description

形成环形的弹性轮胎部件的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种形成成形的环形弹性轮胎部件的方法和设备。

背景技术

在轮胎部件的制造中，通过将部件挤压成形为长的连续带来制备弹性橡胶带，该带按一定长度剪切并包围或对接在圆柱形的成形鼓上。

轮胎成形鼓接着在中心径向彭胀并且端部轴向收缩以便将轮胎成形为环形形状。绳加强层带和胎面橡胶带施加在生胎体胎冠上以便形成“生的”或未硫化的轮胎组件。

制成的轮胎组件接着放置在轮胎模具中并在称为硫化的工艺中形成轮胎。

由于轮胎组件在圆柱形轮胎成形鼓上平躺组装并接着彭胀成环形形状，每个部件必须在模制之前处于拉伸或压缩下。不同部件的拉伸造成硫化期间部件加热时不同橡胶部件之间的滑动。

已经尝试不同的努力以减小不同部件之间的滑动。

一个特别关心的区域是三角胶芯。三角胶芯是直接位于通常称为胎圈芯的环形拉伸构件之上的橡胶构件。三角胶芯的形状通常上细长的三角形。轮胎胎体帘布层位于三角胶芯的径向内表面附近，并且通常围绕胎圈芯缠绕，而且沿三角胶芯的径向外表面延伸，通常称为帘布层翻边。

当轮胎平躺地制成，三角胶芯必须转动90°以到达直立位置。由于高应力和三角胶芯的局部变薄，迫使三角胶芯的最外边的尖端在周向很大程度地拉伸。

在授予Vannan的美国专利6,298,893中，三角胶芯制成使得胎体帘布层的帘布层路径更容易控制。如Vannan指出，帘布的张力及其相对于轮胎的自然的帘布层路径可通过三角胶芯控制。Vannan的解决方法是预组装和预硫化胎圈芯和三角胶芯。在此方法大大改善三角胶芯的稳定性的同时，它具有的缺点是当组装生的或未硫化的部件时发现其缺乏粘接性能。

已经进行许多尝试以便制成三角胶芯的未硫化带，但是当挤压成形物收缩、张力减小并冷却时，在这些三角胶芯的细长尖端在形成环时趋于卷曲、起褶。这种卷曲或起褶使得该部件没有用处。因此，只有非常短小的三角胶芯使其适合此类型的预制工艺。

本发明的目的在于提供一种形成例如三角胶芯部件的环形弹性带的方法和设备，而不使其尖端拉伸或卷曲。

本发明的另一目的在于提供一种制造细长三角胶芯或采用非常靠近最终模制轮胎形状定向的构形的其他轮胎材料带。

本发明的再一目的在于提供一种制造由不同材料制成的多层部件或由类似材料制成的多层部件。

本发明的又一目的在于提供一种环形部件起始端和该部件的终端形成平滑搭接使其不出现缝隙的方法。

发明内容

形成环形弹性轮胎部件的方法具有如下步骤：在支承表面或以前形成的带或部件上环形地挤压成形至少一弹性材料带，通过在成形模具和支承表面之间形成或涂抹至少一材料带从而将至少一弹性材料带成形为预定构形，由此将该至少一带修整和成形为所需构形。

预定构形具有不平行的相对表面或非线性的平行表面。最好是每个成形带具有与成形带的转动轴线对中的径向内端。

该方法可包括当带施加在支承表面上时围绕转动轴线转动弹性材料带，由此环形地形成该带。作为选择，在施加该带以便根据支承表面的轮廓环形地形成该带时，该支承表面可围绕转动轴线转动，成形模具间隔开以便实现适合的部件尺寸。

当该带施加在支承表面上时形成第一端，并且旋转大约360°，通过终止挤压成形物流形成终端。由于材料和成形模具的相对运动，该终端可以是并且最好是叠置在第一端上，由此形成似乎是没有接缝的叠置接合部。通过成形模具和支承表面元件挤压成形/注射率保持带截面构形的均匀性。

该方法还包括如下步骤，通过环形地叠置该至少一第一带的至少一部分或另一以前施加的带来施加另外的弹性材料带。以此方式，未硫化轮胎部件的子组件可层压在一起。

通过在成形模具和叠置的以前形成的带以及支承表面之间压缩另外的材料带，这些另外的弹性材料带可接着成形为预定截面构形。在一个实施例中，几乎所有的整个生轮胎使用此方法组装。

在一个优选实施例中，此方法用来制造未硫化弹性材料的细长三角胶芯。环形的胎圈芯放置在支承表面上并受到保持，使得该转动轴线与支承表面或挤压成形机的圆形路径的转动轴线一致。胎圈接着用作停止在径向内端的材料流。当挤压成形带环形地放置在胎圈芯附近的支承表面上时，成形模具同时将材料带压缩成预定构形以便将该带与胎圈芯连接在一起，从而形成胎圈芯和未硫化三角胶芯组件。

所述方法通过具有形成弹性带的挤压成形装置、具有进行内支承边缘的支承表面和用于围绕该支承边缘的轴线转动挤压成形装置的装置或围绕该支承边缘的轴线转动该支承表面的装置的设备实施。用于转动的装置在挤压成形装置和支承表面之间产生相对运动，由此使得该带环形地形成。在挤压成形装置的出口端或排出端的附近是成形模具。该成形模具与该支承表面相结合形成弹性带在其中进行压缩的空腔，从而形成最终部件的所需构形或形状。最好是，该模具设计成相对于该支承表面定向在大约30°或更小的小角度上。成形模具的导入部分将材料带输送到成形模具的形成部件构形的端部上。对于多个部件，该模具在仅转动360°一圈的情况下形成完整的构形。在制造三角胶芯子组件时，该径向内边缘适于配合在胎圈芯直径内，由此为胎圈芯提供支承。为改变胎圈直径，同心环间隔件或可调整的环机构可快速和有效地连接在该支承表面上。

该支承表面可是平的并垂直于转动轴线，或者是平和锥形的，同时成形模具可以是任何所需构形或轮廓。作为选择，如果需要，该支承表面和成形模具两者可进行构造。如这里使用，许多成形部件认为是大致垂直于该转动轴线定向。许多成形部件只需要一些大致垂直成形的部分。理解到锥形或成形的表面不完全垂直于该轴线；但是，如果沿着在某个部分穿过成形部分的直线等分该成形部件，并且该部分当放置在轮胎中以便组装时位于轮胎侧壁区域内的轮胎胎冠之下，相对于转动轴线的角度最好定向在大于45°，通常相对于转动轴线接近90°。

与平行于转动轴线成形并接着转动到轮胎成形鼓常用或传统的更为垂直的定向的部件相比，此特征大大地降低部件的张紧。

实际上，希望将成形部件直接输送到轮胎成形工位上，而不分开储存和处理。在这种情况下，成形三角胶芯子组件可从支承表面上拆卸并直接输送到轮胎成形机上。更优选的是，该方法可构造成，使得支承表面是环形形状的成形鼓或芯。在此方法中，成形带直接施加在环形形状胎体结构上。使用该方法可以成形衬底、侧壁、胎圈包布、小橡胶带、帘布、三角胶芯和其他弹性带。

定义

轮胎的“高宽比”是其截面高度(SH)与其截面宽度(SW)的比例；

“轴向的”和“轴向上”是平行于轮胎转动轴线的方向或线；

“胎圈”是包括环形张力构件的轮胎部分，其具有或不具有其他的加强构件以便与设计的边缘相配，例如筋板、切片、三角胶芯、加因袜头和胎圈包布；

“带加强结构”是至少两层位于胎面之下并未固定在胎圈上的织造或非织造的帘布层，其相对于轮胎的赤道平面具有17°～27°范围内的左右帘线角度。

“胎体”是除了带结构、胎面、胎面下部和帘布层之上的侧壁橡胶之外的轮胎结构，但包括胎圈；

“周向”是沿垂直于轴向的环形胎面表面的周边延伸的线或方向；

“胎圈包布”指的是围绕胎圈外部放置的窄材料带，以便保护帘布层，并将其与轮辋分开、在轮辋之上分布挠曲以及密封轮胎；

“切片”是位于轮胎的胎圈部分内的加强结构；

“帘线”是轮胎内帘布层所包括的加强束中的一束；

“设计轮辋”是具有特定构形和宽度的轮辋。出于简明的目的，设计轮辋和设计轮辋宽度通过在制造轮胎场合中有效的工业标准确定。例如，在美国，设计轮辋通过Tire and Rim Association确定。在欧洲，轮辋通过European Tyre and Rim Technical Organizaion-StandardsManual确定，并且术语设计轮辋意味着与标准测量轮辋相同。在日本，标准组织是Japan Automobile Tire Manufacture’s Association。

“赤道平面”(EP)是垂直于轮胎的转动轴线并通过其胎面中心的平面；

“接触区域”是在零速度以及正常负载和压力下轮胎胎面与平表面接触的区域或地区。

“内衬”是形成无内胎轮胎的内表面并在轮胎内包括彭胀流体的弹性体或其他材料的一个或多个层；

“净比例”是在接触区域内与路面接触的轮胎胎面橡胶面积除以接触区域内包括例如凹槽的非接触部分的面积的比例；

“公称轮辋直径”是轮辋凸缘在轮圈的胎圈位置处的平均直径；

“公称彭胀压力”指的是用于轮胎的使用条件下并由适合标准组织指定的特定彭胀压力和负载；

“公称负载”指的是用于轮胎的使用条件下并由适合标准组织指定的特定彭胀压力和负载；

“帘布层”是橡胶覆盖的平行帘线的连续层；

“径向”和“径向上”是径向朝向或离开轮胎转动轴线的方向；

“子午线帘布层轮胎”是束带的或周向受到限制的充气轮胎，其中从胎圈延伸到胎圈的帘布层帘线相对于轮胎的赤道平面位于65°～90°范围内的帘线角度上；

“截面高度”(SH)是在赤道平面公称轮辋直径到轮胎外直径的径向距离；以及

“截面宽度”(SW)是平行于轮胎轴线并当未负载时轮胎在公称压力下充气24小时期间和之后的轮胎侧壁外部之间的最大线性距离，但由于标签、装饰或防护垫带，不包括侧壁的厚度。

附图说明

本发明将通过实例并参考附图进行说明，附图中：

图1是本发明三角胶芯组件的截面图；

图2是本发明多层轮胎部件的截面图；

图3是本发明设备的透视图；

图4是在本发明的支承表面上施加弹性带的成形模具和成形挤压机头的放大视图；

图4A是与图4类似并表示螺旋分层的成形带的视图；

图5是图4设备的截面图；

图6～13表示本发明的实施例，其中成形带直接施加在环形形状的成形芯或胶囊上以便形成完整的轮胎部件；

图6表示轮胎成形鼓和机器人控制的挤压成形机头以及连接在机器人装置上的成形模具；

图7是挤压成形机头和模具组件的放大视图；

图8是成形模具组件的截面图；

图9是成形模具组件的放大透视图；

图10表示机器人控制的挤压成形机头和邻靠的成形模具施加完整的内衬的情况；

图11表示机器人控制的挤压成形机头和成形模具施加帘布覆盖层的情况；

图12表示机器人控制的挤压成形机头和成形模具施加一对三角胶芯的情况；

图13表示具有所施加的带层的胎体；

图14表示机器人控制的挤压成形机头和成形模具施加侧壁和胎冠缓冲层的情况；

图15表示机器人控制的挤压成形机头和成形模具将胎面施加到胎体带组件上的情况；

图16表示用于模制轮胎的轮胎硫化模具。

具体实施方式

参考图1和2，表示示例性的轮胎部件。所示的轮胎部件上由弹性材料制成的三角胶芯10，并且三角胶芯径向内侧的是环形拉伸构件，它通常称为胎圈芯6。在图2中，三角胶芯10表示为由至少两个不同橡胶胶料8A、8B和8C形成的多层弹性部件。这种多层三角胶芯部件10例如用来制造商业卡车轮胎。

这些部件实际上将胎体帘布层帘线与帘布层翻边隔开并趋于在结构上使得轮胎结构刚硬。使用三角胶芯10实际上可降低轮胎使用时的应力和张力大小。理想的是该三角胶芯形成有细长三角形截面形状。

在传统轮胎成形时，例如三角胶芯和橡胶侧壁的这种部件形成为具有平截面形状的挤压成形带。该部件在轮胎成形鼓上切开，并且其转动轴线平行于轮胎成形鼓的轴线。组装的部件接着在通常公知为帘布层翻边步骤的轮胎成形工艺中折叠。该工艺将这些部件滚动180°，其中轴向外端轴向向内折弯。此后，轮胎成形胶囊彭胀成环形或圆环形状，而胎体的胎圈部分保持在夹紧位置。胎圈可以轴向上向内运动，由此使得通过彭胀的胶囊环形地成形胎体。例如三角胶芯和侧壁的部件接着被迫到达几乎垂直或径向向外延伸的方向，其中部件的转动轴线从平行于成形鼓轴线的位置转换到几乎垂直的位置。这些生的或未硫化的橡胶部件的实际形状产生残留应力，该应力在硫化工艺期间造成不同的部件在硫化期间软化时滑动。该滑动缓解应力和张力，但意味着最终产品内的帘布层和带帘线的位置和张力不可预测，从而造成轮胎不均匀。

理想的是，为了制成均匀轮胎，该部件应该制成没有内应力。因此降低这种应力是所需设计的目标。

未硫化橡胶带的这些薄的细长部件通常相对于轮胎成形工位离线制造。该离线挤压成形意味着该部件必须足够耐用以便经受材料处理。

在三角胶芯的情况下，这意味着必须中断薄的径向外尖端部分。该薄的端部太容易受到损坏、过早拉伸和起褶。当出现起褶时，部件不能在没有褶皱的情况下缝合。

为了尝试解决这些问题，许多设计师试图预先硫化三角胶芯组件。以此方式，该模制的三角胶芯变得更加耐用；但是，预先硫化的部件更硬，从而不能粘接在其他未硫化的部件上。因此，硫化期间在硫化和未硫化部件之间的滑动问题加剧，从而产生另一形式的不均匀因素。

本发明提供一种新颖方式以便快速和有效地形成弹性轮胎部件。该方法使得该部件在未硫化的状态下环形地制成，并且该环形部件的轴线可不平行于该部件的周向长度。实际上，该部件可在相对于该轴线成任何所需角度上制成。在最终产品相对于该轮胎轴线定向在45°或更大角度上，该部件可成形为所需最终产品的角度。该方法使得大致垂直于轮胎轴线的角度便于实现，这意味着该部件可非常接近模制形状和定向。

这种部件的制造便于结合在轮胎成形设备中，因此避免储藏问题。使得可以使用带有非常薄的膜状尖端的部件而不会害怕材料处理的问题。

作为选择，考虑到橡胶部件的处理和老化的相关问题，该部件可制造和储藏以便以后使用。

如图所示，示例性设备100具有形成弹性带10的挤压成形装置80、支承表面60和转动挤压成形装置或者围绕支承轮辋62的转动轴线转动支承表面的装置70。

如图所示，支承表面60具有径向内支承轮辋62。支承轮辋62用作一个凸缘以便为成形部件10提供一个端部。将在下面描述的轮辋62还可将胎圈芯6保持就位，使得可以形成三角胶芯10并将其直接连接在胎圈芯6上。

为了使用相同支承表面60来制造不同胎圈直径的轮胎，可以简单在支承轮辋62上添加同心支承环，由此增加直径。

支承表面60可以是平的、锥形或具有弯曲表面的构形。必须理解到支承表面60形成成形带的一个径向延伸的表面。根据所需形成该带的构形，表面60可以是轴向内表面或轴向外表面或两者。由于在非常靠近环形形状生的或未硫化轮胎的方向上形成和施加材料，特别是在成形部件的径向外端处实际上不存在残留应力。从而大大地改善成形部件的总体质量和均匀性。

挤压成形装置80可以只是挤压成形机或与齿轮泵或注射器相结合的挤压成形装置。如图所示，挤压成形装置将通常是橡胶的弹性材料直接施加在支承表面60上。根据支承表面60的定向，挤压成形装置80可安装成垂直输出或水平输出，如图7所示。挤压成形机的尖端或输出端81具有大致最初构形的成形模具82，该模具将部件成形为大致接近最终产品的形状。由此，挤压成形的最初构形模具82可以是薄的矩形带成形形状。

实际上，挤压成形机在最初起始点输出，并且通过围绕转动轴线转动挤压成形装置80或支承表面60环形地施加带。

最终成形模具84直接位于挤压成形机尖端之后，并且当橡胶材料施加在支承表面60上时，最终成形模具84将材料压缩成所需形状的截面构形。

实际上，挤压成形机80的输出端81和最终成形模具84相对于支承表面定向在小于90°的角度上。挤压成形机的输出端81可位于任何不垂直的角度上，使得在该角度上更均匀地施加材料。最终成形模具84可在更小的攻角下倾斜，该攻角具有小于45°的前或最初接触角度，并且在出现最终成形的后或终端处最好具有0°～20°的抛光或抹平角度。

本发明的更优选的实施例表示在图6～16中。在此实施例中，带有多轴线运动臂92的机器人90连接在挤压成形装置80上，并且弹性挤出材料通过柔性软管94到达挤压成形组件80A，该组件包括输出端81、最初构形模具82和最终成形模具84。

如图3～5所述的设备100，挤压材料以带2的形式输送到支承表面60上。所示的支承表面60是环形彭胀的成形鼓66。成形鼓66可使用不可压缩的流体介质或高压空气并如图径向彭胀，另外，环形形状可由刚性或实体芯形成。将带2施加在环形形状表面上的主要优点是最终部件以适当定向准确地定位在生的未硫化状态下，从而进行模制而不需要改变带最初形成状态时的定向。

如图所示，设备200是轮胎成形工位200。示例性机器人采用单个通用成形组件80A，该组件通过柔性软管组件94供应多种化合物，该组件带有分开的供应通道以便供应适当化合物到输出尖端81上。当带材料2供应到最初构形成形模具82时，支承表面60转动，使得带2环形地形成。机器人臂92按照需要准确地运动，从而确保最终成形模具84将弹性材料分布成准确的形状和所需的厚度。对于窄小的部件，这可以通过支承表面的一次转动来实现，对于厚的或非常宽的部件需要转动几次。每个成形部件的构形可在形式上变化，使得三角胶芯的尖端处截面厚度非常薄，而靠近胎圈芯的截面厚度变厚。同样，对于衬里部件，整个构形可以很薄。机器人臂可在多个方向上以及以多个自由度运动，使得成形模具在材料分布时形成平的凹入或凸出的弯曲形状。

如图7所示，成形组件80A通过支架93在实体上连接在机器人上。激光传感器120检测离开支承表面60的距离。该测量到的距离反馈到程控计算机上，以便当准确量的带材料放置在支承表面上或直接放置在以前成形部件上时控制机器人臂沿流动路径轴向和径向运动。如图所示，压力传感器130嵌置在成形模具82内，压力传感器130读取成形模具的施加压力以便确保挤出材料适当涂抹。容易理解的是，带的涂抹所需压力不将材料过度地挤压在施加有该部件的表面上。

在图10～16中，所示设备200形成轮胎组件。在所示的许多部件采用设备200施加多个例如带的帘线加强部件的同时，胎体层和切片可使用以前的压延材料施加。类似地，胎面可以更传统的方式设置在带或环形环内。重要的是要注意到可以使用本发明的技术形成某些或所有的这些轮胎部件。轮胎制造商可简单地选择哪些部件可通过此技术最有效地制造。

在图10中，内衬50施加在支承表面60上。内侧50通常由卤代丁基橡胶制成并为无内胎轮胎提供气密保护。

在图11中，所示的帘布层胶料涂层40涂抹在衬里上。假设使用帘线加强件，它们将以片材或其他方式施加在帘布层胶料上。

在图12中，所示的三角胶芯10直接施加在胎圈芯6上并贴靠帘布层胶料。

在图13中，所示的带加强结构25以传统方式施加。带结构具有相对定向的两个层27、28。

图14表示侧壁20和通过本发明施加的胎冠缓冲层。每个侧壁设置在三角胶芯和帘布层涂层40之上。

图15表示使用本发明施加的胎面22。胎面通常上具有多层的复杂结构。在这种情况下，胎面22可使用所述的成形技术多次施加。

在图16中，所示的未硫化生轮胎5在轮胎成形工位中心处由模具围绕。模具4具有多个径向外部段4A和一对侧板4B和4C。轮胎可接着在加热和压力下硫化。

如图10～16所示，整个轮胎成形工艺可有效地完成拾取部件带并将其施加在支承表面60上，从而将该部件成形为所需构形。

在这里提供的说明书的启发下，本发明可以进行许多变型。在表示某些代表性实施例和细节以便说明本发明的同时，对于本领域普通技术人员将明白可以在其中进行变型和改型而不偏离本发明的范围。因此，将理解到在所述特定实施例中进行的变型将在以下所附权利要求限定的本发明范围内。

Claims (3)

1.一种成形环形弹性轮胎部件的方法，其特征在于，其包括以下步骤：

将第一弹性材料带挤压在一个表面上；

通过在成形模具和该表面之间压缩第一材料带来成形第一弹性材料带，该构形具有在径向内端和垂直于环形带的转动轴线的径向外端之间延伸的径向延伸表面。

2.如权利要求1所述的成形环形弹性轮胎部件的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

通过将第一端和终端通过成形模具和终端之间，将第一带的第一端与第一带的终端叠置。

3.如权利要求1所述的成形环形弹性轮胎部件的方法，其特征在于，其还包括以下步骤：

挤压第二弹性材料带，将其叠置在第一带和该表面的至少一部分上；

通过在成形模具、叠置的第一带以及该表面之间压缩第二材料带来将第二弹性材料带成形为预定截面构形。

Images