具有最佳闭合的轮胎硫化模具的制作方法

本发明涉及轮胎制造的领域，更具体地涉及旨在用于硫化的模具的领域。

背景技术：

正如轮胎生产工业中已知的，固化模具的移动部件形成刚性腔体，所述刚性腔体旨在对轮胎外部部件进行模制并向轮胎传递硫化反应所需的热能。

该腔体通常包括两个板，所述两个板沿轴向移动并支撑旨在对轮胎胎侧进行模制的壳体。在径向方向上移动的抵抗性弧形部段各自带有旨在模制胎面的模制元件。模具的各个部件进行组装并且相对于固化压机以合适的动力学移动。

为了使部段沿径向闭合至胎坯，通常使用沿轴向移动的外环，所述外环作用于部段的截头圆锥形支承表面。当模具处于闭合位置时，所述环紧贴部段的径向外背面并保持将模制元件挤压在一起。壳体沿轴向相互靠近地移动并且在轴向对立面的每一者上带有模制元件从而形成连续的内部模制表面。当模具打开时，部段在环的作用下沿径向后退，板沿轴向更远离地移动从而允许从硫化腔体中取出轮胎。

固化压机不仅控制部段的径向移动而且控制模具的打开移动和闭合移动，因此必须具有坚固结构并提供巨大的力从而特别在轮胎固化(在高压下进行)的同时保持模具闭合。在固化过程中，模具内的压力倾向于推开部段，这对模制品质产生负面影响(例如在模制过程中在部段之间产生溢料)。为了确保模具特别在高压下维持闭合，需要调节通过压机施加的力从而适应轮胎内的压力，这需要使用体积庞大且昂贵的压机或者针对每个模具使用压机，这被证明是不太经济的。

该问题的一个解决方案描述于文献US 3 922 122，其中使模制部段闭合的环通过可调节高度的刚性垫圈而紧贴压机的下板。选择垫圈的高度使得当模具闭合且部段与环接触时，位于环和部段之间的界面处的力导致施加至部段的弹性变形。产生部段的弹性变形的这些力抵抗由于模具内的压力造成的向外径向移动并且保证部段维持于闭合位置。然而，每次更换模具时需要调节垫圈的高度，这影响了生产率。

另一个解决方案描述于文献EP 1 647 383，其中使部段闭合的环通过围绕圆周分布的弹簧垫圈盒而安装在硫化压机的上板上。在操作中，当模具闭合时盒中的垫圈压缩，因此允许通过闭合环的弹性变形而调节锁模力。在每个固化周期中，环弹性地变形并在来自弹性盒的力的方向上变长。

在通过这些文献已知的解决方案中，在每个周期中使垫圈张紧所使用的力是需要由固化压机提供的额外的力。此外，在每个固化周期中在模具闭合构件上出现应力，所述周期性应力引发构件中的疲劳磨损并对模具寿命产生负面影响。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种能够克服这些缺点同时能够用硫化压机提供的较小的力来操作的模具。

使用包括如下特征的轮胎硫化模具而实现本发明的目的：

多个部段，所述多个部段用于模制轮胎胎面的外部并且能够在模具打开的位置和模具闭合的位置之间沿径向移动，这些部段具有沿径向设置在外部的截头圆锥形支承表面，以及

沿轴向移动的外环，所述外环作用于沿径向设置在所述部段外部的截头圆锥形支承表面，从而使部段闭合并且在模具中从其闭合位置向后移动。

模具的特征在于，当模具处于打开位置时，所述外环受到沿径向朝向内部的预负荷。

因此，在本发明的模具中，在制造时向外环施加永久预负荷。例如，可以以两个紧密配合的构件的组件的形式制造所述环。施加至外环的预负荷沿径向指向模具的内部从而抵抗由于其固化腔体中的内部压力而在与部段的界面处产生的力。因此，对于相同的内部压力，相比于现有技术中已知的解决方案中所需的力，压机需要提供更低的闭合力。

有利地，外环为收缩配合组件，因为收缩配合组件容易生产并且具有坚固品质。

优选地，收缩配合压力高于内部固化压力。举例而言，收缩配合压力在4N/mm²和6N/mm²之间。能够为固化模具的环提供足够的预负荷力同时防止条带爆裂。

在本发明的第一个实施方案中，模具包括围绕所述环收缩配合的刚性圆筒状管。该解决方案容易实施，例如通过在将管安装在环上之前加热管。

在本发明的变体形式中，模具包括围绕所述环缠绕的绷紧的缆线。这允许缆线在给定的高度上以预定模式进行缠绕。该解决方案的优点在于能够使用较小重量的缆线提供较大的力。

优选地，外环的所述截头圆锥形支承表面的倾斜角度在6°和20°之间。在实验室测试的过程中发现，对于小于6°的角度，组件变为楔形，而对于大于20°的角度，力的竖直分力由于内部压力而变得极高。

在本发明的第二个实施方案中，通过形成圆锥-对-圆锥组件而向外环施加应力。这带来的优点可以不需要加热任何构件。

优选地，考虑到组件的两个圆锥形构件之间的界面处的摩擦系数，圆锥的倾斜角度在3°和25°之间从而经由圆锥向模具的外环重新施加最大力。

有利地，模具包括用于调节预负荷量的装置。这允许根据模具的内部压力调节预负荷量。

优选地，模具包括两个板，所述两个板沿轴向移动并且支撑旨在对轮胎胎侧进行模制的壳体。应当承认，能够在用于翻新轮胎的模具中应用本发明的解决方案，所述模具于是不具有旨在模制轮胎胎侧的侧面壳体。在本发明的优选的替代形式中，模具为从装入硫化模具内的胎坯生产轮胎的模具。

还通过使用本发明的模具而模制胎坯的方法来实现本发明的目的，其中在模具闭合之前向外环施加预负荷。

附图说明

通过说明书的剩余部分(所述剩余部分得到如下附图的支持)，将更好地理解本发明：

-图1为根据本发明第一个实施方案的模具的横截面的视图，所述横截面在穿过模具对称轴线的竖直平面中取得；

-图2为根据本发明第二个实施方案的模具的横截面的视图，所述横截面在穿过模具对称轴线的竖直平面中取得。

具体实施方式

模具1包括部段2，所述部段2包括模制元件3，所述模制元件3用于模制胎面的径向外表面并与上方壳体4和下方壳体5限定内部腔体6。上方壳体4和下方壳体5各自通过旨在分别模制胎坯的底部区域的部件7和8而得到补充。模制元件3通过卡环9而固定至部段2。壳体4和5各自固定至压机的上板和下板(板未显示)，所述上板和下板相对于彼此在轴向方向上移动。因此形成的模具围绕轴线X–X’呈现旋转对称。

当模具处于如图1所示的闭合位置时，模制元件3沿周向设置成与每个壳体紧密接触从而形成连续的模制表面。固化膜设置在内部腔体6中并且通过传热流体提供温度T1和固化压力p1的条件从而固化胎坯，所述胎坯设置在模具1内并且通过固化膜紧贴模制部件而牢固地挤压所述胎坯。举例而言，温度T1在120℃和160℃之间而压力p1在16bar和24bar(1.6N/mm²和2.4N/mm²)之间。

相对于部段2沿径向位于外部的外环10安装成能够沿轴向(被理解为表示沿着轴线X–X’或平行于轴线X–X’)移动，该外环10具有截头圆锥形内表面12，所述截头圆锥形内表面12与部段2的截头圆锥形外支承表面11接合。通过与沿径向位于部段外部的截头圆锥形支承表面接合，相对于部段2沿径向位于外部并能够沿轴向移动的外环10使得部段2闭合。例如，通过具有可调节作用力F的致动汽缸(未显示)使外环10移动。

根据本发明，向外环10施加沿径向朝向模具内部指向的预负荷S1。该预负荷为永久性的且在环制造的时候获得。在图1的实施方案中，圆筒状管19围绕外环10在热状态下收缩配合。圆筒状管19被加热并在热状态下配合至外环10的本体16的圆周表面或收缩配合表面14直至其与本体16的肩部15邻接。

在图中显示的实施例中，环为加热环类型并包含加压蒸汽。图1的外环10因此通过组装具有圆筒状外表面14的本体16和焊接至本体16的截头圆锥形套筒17而形成，在所述本体16和截头圆锥形套筒17之间形成用于循环传热流体的腔体18。相似地，图2中显示的外环10通过将本体20和截头圆锥形套筒17焊接在一起而形成，在所述本体20和截头圆锥形套筒17之间限定用于循环传热流体的腔体18。

在所示实施例中，圆筒状管19具有15mm的厚度而外环在室温下具有收缩配合表面14的957mm的外径。当收缩配合管由钢制成并且选择150N/mm²的拉伸应力时，获得956.3mm的预加热条带直径，当加热至约180℃的温度时所述预加热条带直径容易配合所述环。

在一个替代形式中，使用液氮或干冰冷却外环10从而使其收缩并且配合在圆筒状管20内。

在本发明的另一个替代形式中，通过围绕环的收缩配合表面14缠绕绷紧的金属缆线从而使外环10收缩配合。缆线在所述收缩配合表面14的全部或一部分高度上以预定节距螺旋缠绕。还可以形成单独的环形箍状物使得其在收缩配合区域14的高度上均匀分布。收缩配合压力需要在4N/mm²和6N/mm²之间。

在另一个替代形式中，可以使用树脂包覆的丝线代替金属缆线。

图2显示了根据本发明的第二个实施方案的模具1，在图2中与图1相似的元件具有相同的附图标记。如图2中可见，通过形成圆锥-对-圆锥组件而使应力施加至外环10，其中圆锥利用调节螺栓而移动。为此，外环10包括本体20，所述本体20的截头圆锥形外表面具有倾斜角度α。截头圆锥形环状物22的内表面以与本体20相同角度α倾斜，截头圆锥形环状物22配合在本体20的外表面上。本体22具有突出部分21，所述突出部分21配合在属于本体20的相应形状的部分上，本体20和环状物22利用螺栓23而固定在一起。使用螺栓23调节环状物2相对于本体20的轴向位置，由此调节施加至环10的预负荷的量。

举例而言，外环10的本体16、22由钢(例如25CrMo4)制成，所述钢可以焊接并且在室温下具有如下特征：460N/mm²的最小拉伸强度，250N/mm²的最小弹性极限和超过14％的断裂伸长。套筒17的材料也是如此，所述套筒17的与部段2合作的截头圆锥形表面还具有渗氮处理。圆筒状管19和截头圆锥形环状物22由机械性质与外环10的本体相同的钢制成。

模具的工作方式如下：将胎坯放置在内部腔体6中，由于来自压机的闭合力F通过外环10的逐步前进移动而使模具闭合。环的截头圆锥形内表面11逐渐与部段2的截头圆锥形支承表面12接合，通过压机的上板的轴向移动使得部段和模具的内部腔体闭合。当模具打开时，外环10沿轴向前进，而部段2沿径向后退然后与上板同时沿轴向驱动从而远离下板移动。

图1显示了在硫化操作的过程中处于闭合位置的模具。图1中用P1显示了在环和部段之间的界面处由于内部压力p1(固化膜施加至胎坯的压力)造成的合力。合力P1具有水平分力P2和竖直分力P3。压机的锁模力F需要高于竖直分力P3从而使模具在固化过程中维持闭合。由环10的预负荷提供的力S1的方向与由于模具的内部压力产生的力P2的方向相反。这防止了部段在硫化过程中打开，由此防止在轮胎上出现模制缺陷。此外，通过压机提供的锁模力F较低，因为其只需要克服力P3。

上述实施方案当然是非限制性的，本领域技术人员能够设想允许向模具的外环施加应力的其它等同装置。因此，代替收缩配合的圆筒状管，能够使用可拆的圆筒状管结合围绕环的外表面的周向夹持装置。

还能够设想使用多个相同或不同的连续条带的组件。

正像应用于制造轮胎的模具那样，本发明的解决方案也应用于环形胎面从而翻新轮胎。