JP2013095096A - Method for designing tire-vulcanizing mold - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for designing a tire-vulcanizing mold capable of preventing deformation of a segment while preventing over-spew.SOLUTION: The method for designing a tire-vulcanizing mold including a plurality of segments divided in the tire circumferential direction for forming a tread forming surface annularly continued by joining divided surfaces of the segments, is provided. The method includes: a step for setting a segment model by dividing the segments into the finite number of elements; a step for aligning the divided surfaces of the segment model with each other, giving a boundary condition of allowing free expansion by invalidating contact between the divided surfaces, and making temperature and pressure act so as to perform free expansion simulation of the segment model; a step for obtaining an amount of overlap on a divided surface of a pair of segment models based on the free expansion simulation; a step for determining an initial gap between the segments based on the amount of overlap; and a step for designing the segments based on the initial gap.

Description

本発明は、オーバースピューを防止しつつセグメントの変形を防止しうるタイヤ加硫金型の設計方法に関する。   The present invention relates to a method for designing a tire vulcanization mold that can prevent deformation of a segment while preventing overspewing.

一般に、空気入りタイヤを加硫成形する加硫金型は、例えば、図12に示されるように、タイヤ周方向に分割された複数の扇状のセグメント2を具える。該セグメント2は、各々の分割面2aが合わされることにより、タイヤ周方向に環状で連続するトレッド成形面3を形成する。そして、このトレッド成形面3には、未加硫ゴム等を用いて形成された生カバーtのトレッド部が熱と圧力とを受けて押し当てられ、トレッドパターンが成形される。関連する技術としては、次のものが提案されている。   In general, a vulcanization mold for vulcanizing a pneumatic tire includes, for example, a plurality of fan-shaped segments 2 divided in the tire circumferential direction as shown in FIG. The segment 2 forms a tread molding surface 3 that is annularly continuous in the tire circumferential direction by combining the divided surfaces 2a. The tread molding surface 3 is pressed against the tread portion of the raw cover t formed using unvulcanized rubber by receiving heat and pressure, thereby forming a tread pattern. The following technologies have been proposed as related technologies.

特開2004−216622号公報JP 2004-216622 A 特開2007−62270号公報JP 2007-62270 A 特開2008−194946号公報JP 2008-194946 A

ところで、上述のセグメント2には、パターンの反転形状を刻設するために比較的柔らかいアルミニウム合金等が使用されている。一方、セグメント2は、加硫成形中、環状に連続させるための型締めにより大きな圧力を受けるとともに、熱による膨張によって、前記分割面2aに大きな力が作用する。このため、セグメント2は、数ヶ月程度で分割面2a等に摩耗や変形が生じやすく、耐久性の面で問題があった。   Meanwhile, a relatively soft aluminum alloy or the like is used for the segment 2 described above in order to engrave a pattern reversal shape. On the other hand, during the vulcanization molding, the segment 2 is subjected to a large pressure due to the mold clamping for continuing the ring, and a large force acts on the divided surface 2a due to the expansion due to heat. For this reason, the segment 2 is likely to be worn or deformed on the divided surface 2a or the like in several months, and there is a problem in terms of durability.

このような問題点を解決するために、セグメント2の熱膨張を見込んで、セグメントを型締めするまでの初期状態において、前記分割面2a、2a間に予め初期ギャップを設けておくことが提案されている。   In order to solve such problems, it has been proposed to provide an initial gap between the divided surfaces 2a and 2a in an initial state in view of thermal expansion of the segment 2 until the segment is clamped. ing.

しかしながら、このような初期ギャップの量も、実験や経験値に依存した部分が大きい他、タイヤの外径毎に適正値が異なるため、未だ有効な改善策が提案されてはいない。   However, the amount of such an initial gap is largely dependent on experiments and experience values, and appropriate values differ depending on the outer diameter of the tire, so that no effective improvement measures have been proposed yet.

本発明は、以上のような問題点に鑑み案出なされたもので、セグメントを有限個の要素に分割してセグメントモデルを設定し、このセグメントモデルの分割面を互いに揃えて位置合わせするとともに該分割面での接触を無効化して自由膨張を可能とする境界条件の下で自由膨張シミュレーションを行ない、この自由膨張シミュレーションからセグメントモデルの前記分割面での重複量を求め、この重複量に基づいてセグメントの初期ギャップを決定することを基本として、耐久性に優れたタイヤ加硫金型の設計方法を提供することを主たる目的としている。   The present invention has been devised in view of the above problems. A segment model is set by dividing a segment into a finite number of elements, and the division planes of the segment model are aligned and aligned with each other. Free expansion simulation is performed under the boundary condition that enables free expansion by disabling contact on the divided surface, and the amount of overlap of the segment model on the divided surface is obtained from this free expansion simulation, and based on this amount of overlap The main purpose is to provide a tire vulcanization mold design method with excellent durability on the basis of determining the initial gap of the segment.

本発明のうち請求項1記載の発明は、タイヤ周方向に分割された複数のセグメントを具え、該セグメントの分割面を合わせることにより環状に連続するトレッド成形面が形成されるタイヤ加硫金型の設計方法であって、前記セグメントを有限個の要素に分割してセグメントモデルを設定するステップと、前記セグメントモデルの分割面を互いに揃えて位置合わせするとともに該分割面での接触を無効化して自由膨張を可能とする境界条件を与え、しかも、温度及び圧力を作用させて前記セグメントモデルの自由膨張シミュレーションを行うステップと、前記自由膨張シミュレーションから一対のセグメントモデルの前記分割面での重複量を求めるステップと、前記重複量に基づいてセグメントの初期ギャップを決定するステップと、前記初期ギャップに基づいてセグメントを設計するステップとを含むことを特徴とする。   The invention according to claim 1 of the present invention includes a plurality of segments divided in the tire circumferential direction, and a tire vulcanization mold in which an annularly continuous tread molding surface is formed by combining the divided surfaces of the segments. A step of dividing the segment into a finite number of elements and setting a segment model; aligning and aligning the division surfaces of the segment model with each other and disabling contact on the division surface; A boundary condition that allows free expansion is provided, and a step of performing free expansion simulation of the segment model by applying temperature and pressure, and an overlapping amount of the pair of segment models on the split surface from the free expansion simulation Determining an initial gap of the segment based on the overlap amount; and Characterized in that it comprises the step of designing a segment based on the cap.

また請求項2記載の発明は、前記重複量は、前記セグメントモデルのタイヤ半径方向内側の重複量L1と、タイヤ半径方向外側の重複量L2とを含む請求項1記載のタイヤ加硫金型の設計方法である。   According to a second aspect of the present invention, in the tire vulcanization mold according to the first aspect, the overlap amount includes an overlap amount L1 inside the tire radial direction of the segment model and an overlap amount L2 outside the tire radial direction. It is a design method.

また請求項3記載の発明は、前記初期ギャップは、下式を用いて決定される請求項2記載のタイヤ加硫金型の設計方法である。
セグメントのタイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α・L1
セグメントのタイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α・L2
(α:0.92〜0.98の値をとる安全率である。)
The invention according to claim 3 is the tire vulcanization mold design method according to claim 2, wherein the initial gap is determined using the following equation.
Initial gap G1 in the tire radial direction of the segment G1 = α · L1
Initial gap G2 on the outer side in the radial direction of the segment G2 = α · L2
(Α is a safety factor taking a value of 0.92 to 0.98.)

また請求項4記載の発明は、前記初期ギャップは、下式を用いて決定される請求項2記載のタイヤ加硫金型の設計方法である。
セグメントのタイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α・L1+β(Ts−Tp)
セグメントのタイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α・L2+β(Ts−Tp)
(α:0.92〜0.98の値をとる安全率、βは解析対象のセグメントの熱膨張係数、Taは自由膨張シミュレーションの初期温度、Tpはセグメントの製造時の温度である。)
The invention according to claim 4 is the tire vulcanization mold design method according to claim 2, wherein the initial gap is determined using the following equation.
Initial gap G1 in the tire radial direction inside the segment = α · L1 + β (Ts−Tp)
Initial gap G2 on the outer side in the tire radial direction of the segment = α · L2 + β (Ts−Tp)
(Α is a safety factor taking a value of 0.92 to 0.98, β is the thermal expansion coefficient of the segment to be analyzed, Ta is the initial temperature of the free expansion simulation, and Tp is the temperature at the time of manufacturing the segment.)

本発明は、タイヤ周方向に分割された複数のセグメントを具え、該セグメントの分割面を合わせることにより環状に連続するトレッド成形面が形成されるタイヤ加硫金型の設計方法であって、前記セグメントを有限個の要素に分割してセグメントモデルを設定するステップと、前記セグメントモデルの分割面を互いに揃えて位置合わせするとともに該分割面での接触を無効化して自由膨張を可能とする境界条件を与え、しかも、温度及び圧力を作用させて前記セグメントモデルの自由膨張シミュレーションを行うステップと、前記自由膨張シミュレーションからセグメントモデルの前記分割面での重複量を求めるステップと、前記重複量に基づいてセグメントの初期ギャップを決定するステップと、前記初期ギャップに基づいてセグメントを設計するステップとを含むことを特徴とするタイヤ加硫金型の設計方法である。   The present invention is a tire vulcanization mold design method comprising a plurality of segments divided in the tire circumferential direction, and forming a tread molding surface that is annularly continuous by combining the division surfaces of the segments, A step of setting a segment model by dividing a segment into a finite number of elements, and a boundary condition that enables free expansion by aligning and aligning the division surfaces of the segment model and disabling contact at the division surface And performing a free expansion simulation of the segment model by applying temperature and pressure, obtaining an overlap amount on the division plane of the segment model from the free expansion simulation, and based on the overlap amount Determining an initial gap for the segment; and determining a segment based on the initial gap. It is a tire vulcanization mold design method which comprises the steps of: total.

加硫金型の部分的な分解斜視図である。It is a partial exploded perspective view of a vulcanization metal mold. 加硫金型の断面図である。It is sectional drawing of a vulcanization mold. 本実施形態の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of this embodiment. (a)はセグメントモデルを視覚化して示す斜視図、(b)はその側面図である。(A) is the perspective view which visualizes and shows a segment model, (b) is the side view. セグメントモデルを環状に配置したセグメントモデル組立体の側面図である。It is a side view of a segment model assembly in which segment models are arranged in an annular shape. 自由膨張シミュレーションを説明するセグメントモデル組立体の部分側面図である。It is a partial side view of the segment model assembly explaining a free expansion simulation. セグメントモデルなどを視覚化して示す斜視図である。It is a perspective view which visualizes and shows a segment model etc. 自由膨張シミュレーションを説明するセグメントモデルの模式的な側面図である。It is a typical side view of a segment model explaining free expansion simulation. 周期境界条件を適用した単位モデルの模式的な側面図である。It is a typical side view of a unit model to which a periodic boundary condition is applied. セグメントモデルの分割面の応力分布図であり、(a)は従来例、(b)は実施例のものを示す。It is the stress distribution figure of the division surface of a segment model, (a) shows a prior art example, (b) shows the thing of an Example. セグメントモデルの分割面での接触力の平均値を示すグラフである。It is a graph which shows the average value of the contact force in the division surface of a segment model. セグメントを説明する側面図である。It is a side view explaining a segment.

以下、本発明の実施の一形態が図面に基づき説明される。
本発明の設計方法の対象となるタイヤ加硫金型は、図12に示したように、タイヤ周方向に分割された複数のセグメント2を具え、該セグメント2の分割面2aを合わせることにより環状に連続するトレッド成形面3が形成される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 12, the tire vulcanization mold subject to the design method of the present invention includes a plurality of segments 2 divided in the tire circumferential direction, and an annular shape obtained by matching the dividing surfaces 2a of the segments 2. A tread molding surface 3 is formed continuously.

また、図1及び図2に示されるように、タイヤ加硫金型Mは、例えば、生カバーt(タイヤ)の回転軸を垂直として用いられ、セグメント2に連なるとともに下側のサイドウォール面を成形する下サイドリング4aと、セグメント2の上部側に連なるとともに上側のサイドウォール面を成形する上サイドリング4bとを有する。上、下のサイドリング4b、4aのタイヤ半径方向内方には、ビード部を成形しうる上、下のビードリング5b、5aがそれぞれ接続されている。   Also, as shown in FIGS. 1 and 2, the tire vulcanization mold M is used, for example, with the rotation axis of the raw cover t (tire) vertical, and is connected to the segment 2 and has a lower sidewall surface. It has a lower side ring 4a to be molded and an upper side ring 4b which is continuous with the upper side of the segment 2 and which forms the upper side wall surface. On the inner side in the tire radial direction of the upper and lower side rings 4b and 4a, upper and lower bead rings 5b and 5a are respectively connected.

さらに、タイヤ加硫金型Mは、セグメント2のタイヤ半径方向外側に嵌合されかつ斜面6aを有するセクターシュー6と、該セクターシュー6の斜面6aに対向する斜面7aを有するとともに、下降によってセクターシュー6及びセグメント2をタイヤ半径方向内方に押圧して型締めするアクチュエータリング7とを含んでいる。さらに、タイヤ加硫金型Mは、サイドリングの下、及び上に、それぞれ下プレート8a及び上プレート8bが配されている。   Further, the tire vulcanization mold M has a sector shoe 6 fitted to the outer side in the tire radial direction of the segment 2 and having a slope 6a, and a slope 7a facing the slope 6a of the sector shoe 6, and the sector shoe by descending. And an actuator ring 7 that presses the shoe 6 and the segment 2 inward in the tire radial direction to clamp the mold. Further, in the tire vulcanizing mold M, a lower plate 8a and an upper plate 8b are disposed below and above the side ring, respectively.

このようなタイヤ加硫金型Mでは、周知のように、アクチュエータリング7を上方に位置させることにより、各セグメント2の分割面2aを離間させて拡径させ、しかも上サイドリング4b及び上ビードリング5bを上部に位置させて生カバーtが投入される。しかる後、上サイドリング4b及び上ビードリング5bをアクチュエータリング7とともに下降させることにより、セグメント2の各分割面2aを接近させて型締めし生タイヤtを加硫成形する。   In such a tire vulcanizing mold M, as is well known, by positioning the actuator ring 7 upward, the dividing surface 2a of each segment 2 is separated and expanded in diameter, and the upper side ring 4b and the upper bead The raw cover t is inserted with the ring 5b positioned at the top. Thereafter, the upper side ring 4b and the upper bead ring 5b are moved down together with the actuator ring 7 so that the divided surfaces 2a of the segments 2 are brought close to each other and the raw tire t is vulcanized.

図3には、本実施形態のタイヤ加硫金型の設計方法の処理手順の一例が示されており、以下順に説明する。本実施形態の設計方法では、先ず、セグメントモデルが設定される(ステップS1)。   FIG. 3 shows an example of the processing procedure of the design method of the tire vulcanization mold according to the present embodiment, which will be described below in order. In the design method of the present embodiment, first, a segment model is set (step S1).

図4(a)には、セグメントモデル10を視覚化して示す斜視図、(b)にはその側面図がそれぞれ示される。該セグメントモデル10は、解析対象となる前記セグメント2の三次元形状が有限個の要素10a、10b、10c…に分割して離散化されることにより、コンピュータにて取り扱い可能な数値データとして設定される。具体的には、各要素10a、10b、10c…の節点座標値、要素形状、材料特性が定義され、コンピュータに記憶される。   4A is a perspective view showing the segment model 10 visualized, and FIG. 4B is a side view thereof. The segment model 10 is set as numerical data that can be handled by a computer by dividing the three-dimensional shape of the segment 2 to be analyzed into discrete elements 10a, 10b, 10c,. The Specifically, the node coordinate values, element shapes, and material characteristics of each element 10a, 10b, 10c... Are defined and stored in the computer.

前記材料特性としては、解析対象のセグメント2を構成する金属材料の密度、ヤング率及び減衰係数などが含まれる。また、各要素10a、10b、10c…には、例えば、3次元の4乃至6面体のソリッド要素が用いられるのが好ましい。   The material properties include the density, Young's modulus, damping coefficient, and the like of the metal material constituting the segment 2 to be analyzed. For each of the elements 10a, 10b, 10c,..., For example, a three-dimensional tetrahedron solid element is preferably used.

本実施形態のセグメントモデル10は、図5に示されるように、中心角が40゜の扇状をなし、その周方向の両端面が分割面Eをなす。また、本実施形態では、9個のセグメントモデル10の分割面Eを互いに揃えて周方向に連ねることにより、セグメントモデル10は、隙間なく360゜連続した環状体からなるセグメントモデル11を構成するようにモデル化されている。つまり、本実施形態では、環状のリングを9等分することで、初期ギャップが零のセグメントモデル10が形成されている。   As shown in FIG. 5, the segment model 10 of the present embodiment has a fan shape with a central angle of 40 °, and both end faces in the circumferential direction form a dividing surface E. Further, in the present embodiment, the segment models 10 are configured to form a segment model 11 composed of an annular body that is continuous 360 ° without a gap by aligning the division planes E of the nine segment models 10 in the circumferential direction. Has been modeled. In other words, in the present embodiment, the segment model 10 having a zero initial gap is formed by dividing the annular ring into nine equal parts.

次に、図6に示されるように、前記セグメントモデル10の分割面Eを互いに揃えて位置合わせするとともに該分割面Eでの互いの接触を無効化して自由膨張を可能とする境界条件を与え、しかも、温度及び圧力を作用させて前記セグメントモデル10の自由膨張シミュレーションが行われる(ステップS2)。   Next, as shown in FIG. 6, the dividing surfaces E of the segment model 10 are aligned and aligned with each other, and a boundary condition that allows free expansion by disabling each other's contact with the dividing surfaces E is given. Moreover, free expansion simulation of the segment model 10 is performed by applying temperature and pressure (step S2).

図6の態様は、コンピュータ上で、9つのセグメントモデル10をそれぞれ分割面Eで当接するように位置合わせすることにより、360゜の連続した前記セグメントモデル組立体11を設定し、このセグメントモデル組立体11に、加硫成形時に生じる温度及び圧力を作用させる条件を与え、セグメントモデル10の自由膨張シミュレーションが行われる。   In the embodiment shown in FIG. 6, the nine segment models 10 are aligned so as to contact each other at the dividing plane E, thereby setting the 360 ° continuous segment model assembly 11. Conditions for applying the temperature and pressure generated during vulcanization molding are given to the solid 11 and a free expansion simulation of the segment model 10 is performed.

また、上記自由膨張シミュレーションでは、各セグメントモデル10は、分割面Eでの互いの接触が無効化されることで自由膨張が可能な境界条件が与えられる。通常の自由膨張シミュレーションでは、熱を受けることで各セグメントモデル10は膨張する。セグメントモデル10のタイヤ周方向の伸長は、分割面Eを介して接触する他のセグメントモデル10によって拘束され、分割面Eの圧力を増大させるものとして働く。しかし、本実施形態の自由膨張シミュレーションでは、このようなタイヤ周方向で隣り合うセグメントモデル10、10間の接触を無効化し、両者の接触がないものとして各セグメントモデル10の自由な膨張変形が可能とされる。ただし、各セグメントモデル10の位置を固定するために、セグメントモデル10のタイヤ周方向の中心位置CLは変位不能に位置決めされる。   In the free expansion simulation, each segment model 10 is given a boundary condition that allows free expansion by disabling contact with each other on the dividing plane E. In a normal free expansion simulation, each segment model 10 expands by receiving heat. The elongation of the segment model 10 in the tire circumferential direction is constrained by another segment model 10 that is in contact via the dividing surface E, and serves to increase the pressure of the dividing surface E. However, in the free expansion simulation of the present embodiment, the contact between the segment models 10 and 10 adjacent in the tire circumferential direction is invalidated, and each segment model 10 can be freely expanded and deformed assuming that there is no contact between the two. It is said. However, in order to fix the position of each segment model 10, the center position CL of the segment model 10 in the tire circumferential direction is positioned so that it cannot be displaced.

また、自由膨張シミュレーションにおいて、各セグメントモデル10に、実際の加硫成形時と同様に熱及び圧力が作用するように、図7に示されるように、前記タイヤ加硫金型Mを構成する各部品についても有限個の要素を用いてモデル化を行い、これらを用いて熱及び圧力を作用させるのが望ましい。本実施形態では、下、上のサイドリング5a、5bがモデル化された下、上のサイドリングモデル12a、12bと、セクターシュー6をモデル化したセクターシューモデル13と、アクチュエータリング7をモデル化したアクチュエータリングモデル14と、下、上プレート8a、8bをモデル化した下、上プレートモデル15a、15bとを含んでいる。   Further, in the free expansion simulation, as shown in FIG. 7, each of the tire vulcanization molds M is configured so that heat and pressure act on each segment model 10 in the same manner as in actual vulcanization molding. It is desirable to model a part using a finite number of elements, and to apply heat and pressure using these parts. In this embodiment, the lower and upper side rings 5a and 5b are modeled, the lower side ring models 12a and 12b, the sector shoe model 13 that models the sector shoe 6, and the actuator ring 7 are modeled. The actuator ring model 14 and the lower and upper plates 8a and 8b are modeled and the upper plate models 15a and 15b are included.

そして、図7に示したように、各モデルを組み合わせ、実際のタイヤ加硫金型Mと同様に、アクチュエータリングモデル14を用いてセクターシューモデル13を半径方向に移動させ、これによって、各セグメントモデル10に型締めの力を作用させている。また、各モデル12乃至15には、それぞれタイヤ加硫中の温度が定義される。このように、各セグメントモデル10に、実際の加硫金型Mと同様に熱及び圧力を作用させる場合には、より正確なシミュレーション結果を得るのに役立つ。   Then, as shown in FIG. 7, the models are combined and the sector shoe model 13 is moved in the radial direction using the actuator ring model 14 in the same manner as the actual tire vulcanization mold M. A clamping force is applied to the model 10. Each model 12 to 15 has a temperature defined during tire vulcanization. As described above, when heat and pressure are applied to each segment model 10 in the same manner as the actual vulcanization mold M, it is useful to obtain a more accurate simulation result.

図8には、本実施形態の自由膨張シミュレーションを行ったセグメントモデル組立体11の部分側面図を示す。本実施形態のように、分割面Eでの接触を無効化した自由膨張シミュレーションを行った場合、隣り合う一対のセグメントモデル10A、10Bにおいて、各々の分割面Ea、Ebは、それぞれ膨張前の分割面Eを超えて他方のセグメントモデル側に位置することになる。これにより、隣り合うセグメントモデル10A、10Bは、互いに重なる重複部が形成される。   In FIG. 8, the partial side view of the segment model assembly 11 which performed the free expansion simulation of this embodiment is shown. When a free expansion simulation is performed in which contact on the dividing surface E is invalidated as in the present embodiment, in each of a pair of adjacent segment models 10A and 10B, each of the dividing surfaces Ea and Eb is divided before expansion. It will be located on the other segment model side beyond the plane E. Thereby, the adjacent segment models 10A and 10B form overlapping portions that overlap each other.

次に、本実施形態において、コンピュータは、上記自由膨張シミュレーションの結果から、一対のセグメントモデル10A、10Bの分割面Eでの重複量を求める(ステップS3)。これは、各モデルの節点座標等から容易に計算される。また、図8に示されるように、重複量Lは、タイヤ半径方向の位置で異なるため、好ましくは、セグメントモデル10のタイヤ半径方向の最も内側の重複量L1と、タイヤ半径方向の最も外側の重複量L2とを含めるのが望ましい。   Next, in this embodiment, a computer calculates | requires the duplication amount in the division surface E of a pair of segment model 10A, 10B from the result of the said free expansion simulation (step S3). This is easily calculated from the node coordinates of each model. Further, as shown in FIG. 8, since the overlap amount L varies depending on the position in the tire radial direction, preferably, the segment model 10 has an innermost overlap amount L1 in the tire radial direction and an outermost radial direction in the tire radial direction. It is desirable to include the overlap amount L2.

実際の加硫金型Mにおいて、重複量L1、L2は生じないが、この値に基づいてセグメント2の分割面2aの圧力が増大し、セグメント2の変形等をもたらす。他方、セグメント2の分割面2aの接触力が小さすぎると、セグメント2の分割面2aから生カバーのゴムが吸い上げられ、過剰なバリやスピューを生成させる(以下、これらの不具合を「オーバースピュー」と呼ぶことがある。)。従って、セグメント2は、上記自由膨張シミュレーションを行ったときの重複量が最適となるように、設計される必要がある。   In the actual vulcanization mold M, the overlapping amounts L1 and L2 do not occur, but the pressure of the dividing surface 2a of the segment 2 increases based on this value, resulting in deformation of the segment 2 and the like. On the other hand, if the contact force of the dividing surface 2a of the segment 2 is too small, the rubber of the raw cover is sucked up from the dividing surface 2a of the segment 2 to generate excessive burrs and spews (hereinafter referred to as “over spew”). Sometimes called). Therefore, the segment 2 needs to be designed so that the amount of overlap when the free expansion simulation is performed is optimal.

そこで、本実施形態では、前記重複量に基づいてセグメントの初期ギャップが決定される(ステップS4)。初期ギャップは、上で述べたように、熱及び外力を作用させることなく、図5の側面視のように、各セグメント(セグメントモデル10)のタイヤ周方向の中心線CLをタイヤ回転軸Oを通るように位置合わせして環状に並べたときに、隣り合うセグメント(セグメントモデル10)の向き合う分割面E、E間に形成される型締め前の初期の隙間である。なお、図5に示したセグメントモデル組立体11は、初期ギャップが零のものが示されている。   Therefore, in the present embodiment, the initial gap of the segment is determined based on the overlap amount (step S4). As described above, the initial gap does not act on the tire rotation axis O with respect to the center line CL in the tire circumferential direction of each segment (segment model 10) as shown in a side view of FIG. This is an initial gap before mold clamping formed between the divided surfaces E and E of adjacent segments (segment model 10) when aligned so as to pass and arranged in an annular shape. Note that the segment model assembly 11 shown in FIG. 5 has a zero initial gap.

本実施形態において、コンピュータは、初期ギャップを下式を用いて決定する。
セグメントのタイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α・L1
セグメントのタイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α・L2
ここで、L1、L2は、上記自由膨張シミュレーションで得られたタイヤ半径方向の内側及び外側の重複量、αは0.92〜0.98の値をとる安全率である。
In this embodiment, the computer determines the initial gap using the following equation.
Initial gap G1 in the tire radial direction of the segment G1 = α · L1
Initial gap G2 on the outer side in the radial direction of the segment G2 = α · L2
Here, L1 and L2 are overlapping amounts inside and outside in the tire radial direction obtained by the above-described free inflation simulation, and α is a safety factor that takes a value of 0.92 to 0.98.

発明者らは、重複量と初期ギャップとの関係が、耐久性やオーバースピューについてどのような影響を及ぼすかについて種々の実験を行った。その結果、概ね、初期ギャップを、自由膨張シミュレーションで得られたセグメントモデル10の重複量L1、L2の92〜98%とすることによって、セグメントの耐久性を維持しつつオーバースピューを抑制しうることを見出し前記安全率αを設定した。ただし、本発明は、このような安全率の値に限定されるものではないのは言うまでもない。   The inventors have conducted various experiments on how the relationship between the amount of overlap and the initial gap affects durability and overspew. As a result, by setting the initial gap to 92 to 98% of the overlapping amounts L1 and L2 of the segment model 10 obtained by the free expansion simulation, it is possible to suppress overspew while maintaining segment durability. And the safety factor α was set. However, it goes without saying that the present invention is not limited to such safety factor values.

さらに、好ましい態様としては、前記初期ギャップを、下式を用いて決定することができる。
セグメントのタイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α・L1+β(Ts−Tp)
セグメントのタイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α・L2+β(Ts−Tp)
ここで、L1、L2及びαは、上記と同様であるが、βは解析対象のセグメントの熱膨張係数、Taは自由膨張シミュレーションの初期温度、Tpは、セグメントの製造時の温度である。
Furthermore, as a preferred embodiment, the initial gap can be determined using the following equation.
Initial gap G1 in the tire radial direction inside the segment = α · L1 + β (Ts−Tp)
Initial gap G2 on the outer side in the tire radial direction of the segment = α · L2 + β (Ts−Tp)
Here, L1, L2, and α are the same as above, but β is the thermal expansion coefficient of the segment to be analyzed, Ta is the initial temperature of the free expansion simulation, and Tp is the temperature at the time of manufacturing the segment.

このような決定方法は、自由膨張シミュレーションを行う際の初期温度Taと、セグメントの製造時の温度Tpとが異なる場合、予め温度差に見合ったセグメントの膨張量を考慮して、初期ギャップを決定することができる。従って、より確実に耐久性を高めつつオーバースピューを抑制しうるセグメントの設計に特に有効である。   In such a determination method, when the initial temperature Ta during the free expansion simulation is different from the temperature Tp at the time of manufacturing the segment, the initial gap is determined in consideration of the expansion amount of the segment corresponding to the temperature difference in advance. can do. Therefore, it is particularly effective for the design of a segment that can suppress the overspew while increasing the durability more reliably.

なお、上記自由膨張シミュレーションでは、セグメントモデル10を環状に連ねたセグメントモデル組立体11を用いているが、これらは一対のセグメントモデルの配置の周期的な繰り返し構造である。従って、このような構造は、例えば、図9に示されるように、周期境界条件を用いて計算対象の要素数を減らすことができる。図9の場合、分割面Eを介して接触する一対のセグメントモデル10A、10Bの各半分の単位モデル12が周期的に連続するものとされる。従って、要素の変形計算等も単位モデル12のみについて行うことができ、計算時間を短縮できる。   In the above-described free expansion simulation, the segment model assembly 11 in which the segment models 10 are connected in a ring shape is used, but these are periodically repeated structures of a pair of segment models. Therefore, such a structure can reduce the number of elements to be calculated using a periodic boundary condition, for example, as shown in FIG. In the case of FIG. 9, the unit models 12 that are half of each of the pair of segment models 10 </ b> A and 10 </ b> B that are in contact with each other via the dividing surface E are periodically continuous. Accordingly, element deformation calculation and the like can be performed only for the unit model 12, and the calculation time can be shortened.

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の態様に変形して実施することができる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention can be deform | transformed and implemented in a various aspect, without being limited to the said embodiment.

タイヤサイズ155R65/14の空気入りタイヤを成形するタイヤ加硫金型を例に挙げ、本発明の効果を確認した。主な仕様は、次の通りである。
・タイヤの外径:553mm
・セグメント
外径:690mm
分割数:9等分割
ヤング率:70.5GPa
ポアソン比:0.33
密度:2.68g/cm3
・セグメントモデル(図4(a)、(b)の形状を基調とした)
要素数:2684、節点数:3672
The effect of the present invention was confirmed by taking a tire vulcanization mold for forming a pneumatic tire having a tire size of 155R65 / 14 as an example. The main specifications are as follows.
・ Tire outer diameter: 553mm
・ Segment outer diameter: 690mm
Number of divisions: 9 equal divisions Young's modulus: 70.5 GPa
Poisson's ratio: 0.33
Density: 2.68 g / cm 3
・ Segment model (based on the shape of Fig. 4 (a) and (b))
Number of elements: 2684, number of nodes: 3672

このセグメントモデルを使用して自由膨張シミュレーションを行った。重複量は、次の通りであった。
タイヤ半径方向内側の重複量L1:0.27mm
タイヤ半径方向外側の重複量L2:0.32mm
The segment model was used to simulate free expansion. The amount of overlap was as follows.
Overlapping amount L1: 0.27mm inside the tire radial direction
Overlapping distance L2 in the tire radial direction: 0.32 mm

次に、安全率αとして0.95を採用し、セグメント間の初期ギャップが次のように決定された。
<実施例>
タイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α×L1=0.26mm
タイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α×L2=0.30mm
Next, 0.95 was adopted as the safety factor α, and the initial gap between segments was determined as follows.
<Example>
Initial gap G1 in the tire radial direction G1 = α × L1 = 0.26 mm
Initial gap G2 outside the tire radial direction G2 = α × L2 = 0.30 mm

次に、この初期ギャップを有するセグメントモデルを定義し、分割面での接触を考慮した通常の膨張シミュレーションを行った。同様に、経験則的に定められた下記の初期ギャップを有する従来のセグメントを参考としたセグメントモデルについても同様の膨張シミュレーションが行われた。
<従来例>
タイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=0.24mm
タイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=0.30mm
テストの結果は、図10及び図11に示される。
Next, a segment model having this initial gap was defined, and a normal expansion simulation was performed in consideration of contact on the divided surface. Similarly, a similar expansion simulation was performed for a segment model with reference to a conventional segment having the following initial gap determined empirically.
<Conventional example>
Initial gap G1 in the tire radial direction G1 = 0.24mm
Initial gap G2 on the outer side in the tire radial direction = 0.30mm
The test results are shown in FIGS.

図10には、セグメントモデルの分割面の応力分布図であり、(a)が従来例、(b)が実施例である。白く表示されている部分が、応力が大きいことを示している。シミュレーションの結果、実施例のセグメントモデルの分割面は、従来例のセグメントモデルのそれに比べると、大きな応力が作用している領域が少ないことが分かる。   FIG. 10 is a stress distribution diagram of the segmented surface of the segment model, where (a) is a conventional example and (b) is an example. The portion displayed in white indicates that the stress is large. As a result of the simulation, it can be seen that the divided surface of the segment model of the embodiment has a smaller area where a large stress is applied than that of the segment model of the conventional example.

図11は、各セグメントモデルの分割面に作用する接触力の平均値を示したグラフである。図11から明らかなように、実施例のセグメントモデルは、従来例の半分以下の接触力であることが確認された。なお、実施例のセグメントモデルに基づいて実際のセグメントを試作したところ、オーバースピューは見られなかった。   FIG. 11 is a graph showing the average value of the contact force acting on the dividing surface of each segment model. As is clear from FIG. 11, it was confirmed that the segment model of the example had a contact force less than half that of the conventional example. Note that when an actual segment was prototyped based on the segment model of the example, no overspew was found.

2 セグメント
3 トレッド成形面
10 セグメントモデル
E セグメントモデルの分割面
M 加硫金型
2 Segment 3 Tread molding surface 10 Segment model E Segment model split surface M Vulcanization mold

Claims (4)

タイヤ周方向に分割された複数のセグメントを具え、該セグメントの分割面を合わせることにより環状に連続するトレッド成形面が形成されるタイヤ加硫金型の設計方法であって、
前記セグメントを有限個の要素に分割してセグメントモデルを設定するステップと、
前記セグメントモデルの分割面を互いに揃えて位置合わせするとともに該分割面での接触を無効化して自由膨張を可能とする境界条件を与え、しかも、温度及び圧力を作用させて前記セグメントモデルの自由膨張シミュレーションを行うステップと、
前記自由膨張シミュレーションから一対のセグメントモデルの前記分割面での重複量を求めるステップと、
前記重複量に基づいてセグメントの初期ギャップを決定するステップと、
前記初期ギャップに基づいてセグメントを設計するステップとを含むことを特徴とするタイヤ加硫金型の設計方法。
A tire vulcanization mold design method comprising a plurality of segments divided in the tire circumferential direction, and forming a tread molding surface that is annularly continuous by combining the division surfaces of the segments,
Dividing the segment into a finite number of elements and setting a segment model;
Aligning and aligning the division surfaces of the segment model with each other, disabling contact at the division surface to provide boundary conditions that enable free expansion, and applying the temperature and pressure to free expansion of the segment model Performing a simulation,
Obtaining an overlap amount on the split surface of a pair of segment models from the free expansion simulation;
Determining an initial gap of the segment based on the amount of overlap;
And a step of designing a segment based on the initial gap.
前記重複量は、前記セグメントモデルのタイヤ半径方向内側の重複量L1と、タイヤ半径方向外側の重複量L2とを含む請求項1記載のタイヤ加硫金型の設計方法。   2. The tire vulcanization mold design method according to claim 1, wherein the overlap amount includes an overlap amount L <b> 1 inside the tire radial direction of the segment model and an overlap amount L <b> 2 outside the tire radial direction. 前記初期ギャップは、下式を用いて決定される請求項2記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
セグメントのタイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α・L1
セグメントのタイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α・L2
(α:0.92〜0.98の値をとる安全率である。)
The method for designing a tire vulcanization mold according to claim 2, wherein the initial gap is determined using the following equation.
Initial gap G1 in the tire radial direction of the segment G1 = α · L1
Initial gap G2 on the outer side in the radial direction of the segment G2 = α · L2
(Α is a safety factor taking a value of 0.92 to 0.98.)
前記初期ギャップは、下式を用いて決定される請求項2記載のタイヤ加硫金型の設計方法。
セグメントのタイヤ半径方向内側の初期ギャップG1=α・L1+β(Ts−Tp)
セグメントのタイヤ半径方向外側の初期ギャップG2=α・L2+β(Ts−Tp)
(α:0.92〜0.98の値をとる安全率、βは解析対象のセグメントの熱膨張係数、Taは自由膨張シミュレーションの初期温度、Tpはセグメントの製造時の温度である。)
The method for designing a tire vulcanization mold according to claim 2, wherein the initial gap is determined using the following equation.
Initial gap G1 in the tire radial direction inside the segment = α · L1 + β (Ts−Tp)
Initial gap G2 on the outer side in the tire radial direction of the segment = α · L2 + β (Ts−Tp)
(Α is a safety factor taking a value of 0.92 to 0.98, β is the thermal expansion coefficient of the segment to be analyzed, Ta is the initial temperature of the free expansion simulation, and Tp is the temperature at the time of manufacturing the segment.)
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