专利名称：具有流通凹槽的轮胎胎面的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮胎、特别是轮胎胎面及其制造方法。
背景技术：
轮胎的制造通常是利用查尔斯固特异(Charles Goodyear)发明的所谓硫化方法。
这种轮胎的硫化是在装配前或装配后固化生胶部件。
最普通的方法是将胎体和胎面橡胶置于一模具中，施加热和压力，这样在固化轮胎组件的同时形成胎面花纹。
第二种方法是由压模或注射模塑预先模制胎面，然后，在通常被称作翻新轮胎的方法中将该胎面置于制备好的预硫化胎体上，或者将该胎面置于新的硫化或未硫化外胎上以制造一个新轮胎。
轮胎胎面的一个共同特点是利用在环向上连续的或横向延伸的凹槽。用于制造这种有凹槽的胎面花纹的模具一般具有从构成模具一部分的胎面外表面突出的金属凸棱。这种金属凸棱形成凹槽。
当胎面有很深的凹槽时，这种金属凸棱向外突出一段显著的距离，特别是用于载重卡车和一些用于客车的防滑轮胎时尤为如此。这些模具中的形成凹槽的凸棱可起到橡胶流动限流器的作用。例如一个环向连续凹槽具有一个延伸360度的金属凸棱，由此在硫化过程中限制胎面橡胶的横向流动。
带有块部件胎面花纹的轮胎具有一组由金属凸棱构成的横向凹槽，该凸棱可以产生对橡胶流动的环向节流。
在非专业人员眼中，无论从哪一点来看，具有深胎面的轮胎呈现均匀性。由于在模制中形成了一些高的部分，该车轮的制造可能偶尔会磨损一部分胎面，这些高的部分只是在模制过程中发生的很严重问题的一个征兆。当生胎被置入固化模具中时，实际上它不可能完好地在模具内对中，其结果是导致所不希望发生的胎面橡胶质量不平衡，从而导致固化轮胎中的不均匀性。该胎面橡胶必须流经或流过该凸棱以便使胎面上的橡胶质量平衡。形成凹槽的模具凸棱变成一个隔墙，阻止胎面橡胶在模制过程中均匀地流过胎面花纹。这在加压模制工艺中是一个特别严重的问题，因为未固化的生胶可能具有厚的部分，它如果被限制在形成金属凹槽的凸棱和下面的胎体垫带件之间，则将在胎面上引起一部分橡胶密度高，而另一部分的橡胶密度低。这些密度上的变化影响胎面的物理性能，使得胎面的性能可能是不均匀的，从而出现不规则磨损问题、滞后性能变化和产生发热的问题以及不好的滚动阻力特性。此外，这个问题导致垫带加强件产生变形或偏移，其结果是胎面花纹的深度被限制在一足够浅的深度，在模具凸棱和垫带件之间的缓冲层被制造成有足够厚度来避免这个节流问题。然而，这导致对由胎面所设想的里程数有所限制。不过，如果这些材料组分可用于较深的防滑胎面，则材料组分可加以改变以便延长里程数，若在模制工艺中胎面的物理特性可以被均匀地保持，则改变材料组分可以获得更好的里程性能。
本发明的一个目的在于给出制造一种具有均匀物理特性的开有凹槽的轮胎胎面的方法。
本发明的另一目的在于公开一种具有均匀物理特性的开有很深凹槽的轮胎胎面。
发明描述发明概述一种模制轮胎胎面的方法，它包括提供一个用于在橡胶轮胎胎面6上形成胎面花纹的模具2。该模具2具有至少一个凸棱20，用于在轮胎胎面6上形成凹槽40。该至少一个凸棱20具有多个纵向延展的流道10，该延展的流道10是切入凸棱20的凹口，且被42间隔开，其中从沿凹槽44纵向的剖面看时，该流道10的面积大于位于相同深度t的相邻两流道10之间的面积，而该深度t是从形成凹槽底部的模具凸棱20的顶端测量到在形成流道的凹口顶端的最小深度(Ht)。该方法还包括向该模具2内置入未固化胎面橡胶，施加热和压力，固化并构成胎面6，并且从模具2中取下固化的成形胎面6。
每个流道10最好具有一个延展的长度PL和一个垂直该长度PL测量的宽度Pw。该宽度Pw跨越模具凸棱、与由模具凸棱20形成的凹槽壁分别相交。
在优选方法中，提供模具2的步骤包括提供至少一个具有多个流道10的形成环形凹槽的模具凸棱20的步骤。该凸棱20具有侧壁，用以形成在径向上倾斜的凹槽壁，并且在相邻流道之间具有一凹槽最大间隔GL，其中该各个流道满足关系6×GL≥PL≥2×GL。
最好的方法包括与未固化橡胶一起向模具2中加入一胎体7，由此构成一轮胎组件8，并在固化和形成该胎面6与胎体7的组件8之后取下该轮胎组件8。
由上述方法得到的胎面6也被要求保护。该胎面6具有深度D和高约3厘米的充满橡胶的流道30，该深度D是从凹槽底部或基部到胎面表面所测量的。
可相信，最好是充满橡胶的流道可分别具有相对径向以约20°的θ角倾斜的端部34、36，该端部34、36在位置42处分隔开约5毫米(0.2英寸)的间隔GL。这防止了在各流道30之间夹杂入碎石。
定义轮胎的“纵横尺寸比”指截面高度(SH)与截面宽度(SW)的比值再乘以100％的百分数表达式。
“不对称胎面”指胎面所具有的胎面花纹相对于轮胎中间平面或赤道面EP不对称。
“胎体”指胎体、垫带部件、胎边、侧壁和其它所有除胎面和缓冲层之外的部件，该胎体可以是新的未硫化橡胶，或是待安装在新胎面上的已硫化橡胶。
“环向”指沿垂直于轴向的环形胎面周边延伸的线或方向。
“赤道面(EP)”指垂直于轮胎旋转轴线并经过胎面中央的平面。
“轮迹”指在零速率和正常载荷及压力下轮胎胎面与一平面接触的接触斑纹或区域。
“凹槽”指在胎面上的延展的空窝区域，它可以以直的、弯曲的、Z形折线的方式绕胎面在环向或横向上延伸。
“横向”指轴向。
“净接触面积”指在所确定边界边缘之间的与地面接触的部件的总面积除以边界边缘之间的绕胎面整个周边测量的总面积。
“净总比率”指绕胎面整个周边在横向边缘之间的与地面接触的胎面部件的总面积除以横向边缘之间整个胎面的总面积。
“无方向胎面”指一种胎面，它没有向前行驶的最佳方向，且不需要安装在用以保证胎面花纹对准行驶最佳方向的车辆上的一个或多个特定车轮位置处。相反，方向胎面花纹具有需要特定车轮位置的最佳行驶方向。“轴向的”或“轴向地”指平行于轮胎旋转轴线的线或方向。
“充气轮胎”指总体为环形(通常是一开口圆环)的层状机械装置，它具有用橡胶、化学材料、织物和钢铁或其它材料制造的胎面和胎边。当安装在机动车的轮子上时，该轮胎装有支撑车辆载荷的流体，并通过胎面提供牵引力。
“预硫化部件”指一部件，其在与其它未硫化部件装配之前至少部分地被硫化。
“径向的”或“径向地”指径向地朝向或离开轮胎旋转轴线的方向。
“替换胎面”在此用于指“模具内固化”(“mold cure”)或经预模制和预固化的胎面。
“翻新”指通过去除一已磨损轮胎的旧胎面并替换上一个预固化胎面或“模具内固化”胎面来修整胎面的过程。
“胎面“指模制橡胶部件，在将其粘接到轮胎胎体上时，它包括在轮胎正常充气和处于正常负载下与道路接触的那部分胎面。
“凸棱”指在轮胎上环形延伸的橡胶条，它是由至少一个环形凹槽和一个第二凹槽或一横向边缘确定的，该橡胶条没有被整个深度的凹槽在横向上分隔开。
“刀槽花纹”指模制在轮胎胎面部件上的小槽，它们细细划分胎面表面并改善牵引。
“胎面部件”或“牵引部件”指一凸棱或一个块部件。
附图简述
图1是一改进的轮胎模具的平面视图，表示了根据本发明用于形成环形凹槽的凸棱。
图2是沿图1中2-2线的凸棱剖面视图。
图3是改进的第一实施例胎面的局部视图，它是使用图1的模具采用本发明方法制成的。
图4是沿图3中4-4线沿一凹槽长度截取的胎面剖面视图。
图5是沿图4中5-5线沿一凹槽宽度截取的胎面剖面视图。
图6是改进的轮胎模具的局部平面视图，示出根据本发明用于形成横向和环向凹槽的凸棱。
图7是沿图6中7-7线截取的一凸棱的剖面视图。
图8是改进的第二实施例胎面的局部视图，它是使用图5的模具根据本发明方法制造的。
图9是沿图8中9-9线的沿凹槽长度截取的胎面剖面视图。
图10是沿图8中10-10线的沿凹槽宽度截取的胎面剖面视图。
发明详述参见图1，表示了模具2的一部分，所给出的部分描述了用于形成轮胎胎面的图案，该胎面是一凸棱型的胎面。
翼片5设置在模具2内用于形成刀槽花纹。凸棱20用来形成凹槽40，在凸棱20之间的凹口22用来形成诸如凸棱50、块或胎纹52等胎面部件。
特别注意凸棱20，示出多个此后称为“流道”10的开口，这些流道10贯穿模具凸棱20，在模具2中形成胎面凸棱50或胎面块52的相邻凹口22之间产生了敞开的流动通道，这些流道10沿形成槽路的凸棱20的方向在长度方向PL上延展。
在图2中，具有流道10的该凸棱20以剖面图示出。
该凸棱20从形成胎面部件的凹口22向外凸起，本发明的优点在目前使用于轮胎的各种深度的凹槽均可等同地得到体现，并且，实际上能够加深这些凹槽以使胎面可深至32毫米(英制为40/32英寸)。该形成凹槽的凸棱20在模制时产生对橡胶的节流。通常在载重卡车的轮胎中，该轮胎在加强垫带结构的最外面和该凹槽40的基部或底部44之间具有一个最小量的缓冲层54。为了使胎面橡胶在模具中流动和起到保护垫带芯的作用，该缓冲层具有通常保持在约6毫米(8/32英寸)的厚度Ut。
当将生胎4置于固化模具中时，实际上轮胎4不可能在模具2中有效地对齐。其结果是产生不希望有的胎面橡胶质量的不平衡，这将导致固化胎面6的不均匀性。为了使流过胎面的橡胶的质量平衡，该胎面橡胶必须流过或流经该凸棱20。当缓冲层54变薄时，橡胶流的节流显著增大，本申请人发现，局部增加缓冲层54可通过使用多个完全穿过凸棱20的敞开流道10来实现。
该流道10理论上是凹口，如图2所示从模具凸棱20的顶端11以一个3毫米(4/32英寸)的距离t切入该模具凸棱20。这得到一个使生胶从模具凸棱20的一边流到另一边的通道，且如图3所示，导致在凹槽40的基部44处产生由模具凸棱20形成的由橡胶填充的流道30。这个3毫米(4/32英寸)的深度应用在卡车转向轮轮胎胎面中是非常理想的，因为它是在许多权限内的所需更换胎面深度。这些由橡胶充满的流道起到转向轮胎面磨损指示物的作用。
在其他应用中，该轮胎磨损指示物设置为1.5毫米(2/32英寸)，在这种情况下，充满橡胶的流道30可能高于实际使用胎面1.5毫米(2/32英寸)。然而，由于流道30被设计为起防止石头刺破的保护体功能，因此这是对于凹槽40底部的这种通常构件的普遍高度。
不普通的是充满橡胶的流道的尺寸和间隔，如图4所示的模制轮胎，该凹槽40的剖面具有流道30，该通道30具有从其所处凹槽的基部且沿凹槽长度测量的纵向长度PL。
该流道30具有一大于相邻流道30之间距离42的长度PL。所得到的充满橡胶的流道具有最好设置为比凹槽40之基部44高3毫米或4/32英寸的最小高度(Ht)。最好是各流道30沿凹槽40以在位置42处测量的50％PL或更小的间隔GL靠近地设置。如图所示，流道端部34、36相对于轴向倾斜一个θ角，该θ角约为20°。这种大的倾斜端部进一步避免了石头卡入。
使用这些流道30非常有益于环向连续的凹槽40，该凹槽40具有一宽度Gw，流道30具有一宽度Pw。如图5-10所示，当横向凹槽40被用来与环向凹槽40结合构成块部件52时，该流道10、30可代替用以连接相邻块部件52的横拉杆，其中在横向凹槽中横向流道之间的间隔GL保持可测量的整个深度的凹槽，该凹槽给操纵人员提供了又一个保持使用胎面的指示。在任一种情况下，在模制胎面6时，通过采用充满橡胶的流道30来获得对胎面花纹的胎面橡胶量进行平衡的有益效果。形成凹槽的模具凸棱20的流动区域截面面积的增大可通过流道10(N)的数量乘以流道的截面面积Ap来算出。没有这些流道，凸棱20下的橡胶流的面积被限制为该位置处的缓冲层54的面积。虽然该流道30因为间隙或位置42而没能使流动面积增长得最充分，但它基本上省去了通常卡车轮胎4上的高、低块部件和凸棱50，基本上有助于胎面6的密度均匀。另外，也可在胎面中采用防止碎石穿透的保护体62。
相信无论未来改进何种物质化学组分或成分以改善或延长卡车轮胎的胎面寿命，本发明都可进一步延长胎面的使用寿命。
制造深的防滑胎面6的本发明方法的另一个重要特点是，在所给出的凸棱50或块部件52中的压力和密度是均匀的。这是为了区别本发明胎面6的整体良好的均匀性。在模具2的凸棱20的正下方，在模具2闭合时，胎面橡胶必须移到两侧。这种被移动的胎面橡胶增加了凸棱20下方和两侧的橡胶部件50、52的密度，导致与由模具凸棱20形成的凹槽40相邻的胎面边缘55的修尖或高密度。这种现象是通过模制轮胎4的起伏或波动垫带加强件60表现的。据信当轮胎被充涨且胎面被磨损时，该垫带趋向被拉直，产生明显的高、低点，这可进一步加快不规则的磨损。至少这些波形垫带是不均匀的，这可通过使用本发明的在模具凸棱20中的流道10来加以消除或最大程度地加以减小。这意味着当轮胎4被正常充气和承载时，胎面部件52或凸棱50表现出沿胎面边缘55的较高的接触压力。相反地，胎面部件50、52的中间部分56表现为较低的压力。相信块部件52或凸棱50的均匀承载更有益于均匀磨损。相信这些凸棱50或块52的不均匀性可能是导致诸如棱缘和齿顶磨损、水道磨损和槽形磨损等不规则磨损的根源。一旦这种状况出现，它们立即发展。
这并不是说胎面花纹的物理设计对于轮胎磨损不起重要作用，但应相信不管所选择的胎面花纹如何，轮胎工程师必须试着在轮胎接触斑纹或轮迹上获得均匀压力分布。为实现这一目的，必须选择胎体和垫带结构及模具形状。工程师时常模制平滑的轮胎胎面，然后快速适当地在胎面上刻出胎面花纹，以实现胎面构想。这种刻出的轮胎自然具有非常均匀的胎面密度，所得到的刻出的轮胎毫无疑问是较好的。订制一试验模具，模制的胎面可能表现出不好的磨损特性。所刻出轮胎的唯一区别是具有均匀材料性能的均质胎面，并且经模制的胎面具有由于模制工艺所导致的材料非均匀性。
本专业技术人员可以认识到，在此所公开的本发明的胎面模制方法可获得所刻出的试验轮胎胎面的均匀性能，同时能够采用适于大量生产的模制胎面花纹。如果没认识到其它优点，对轮胎工程师而言，最终制造的轮胎将最接近地重现所刻出的试验轮胎的性能这一事实有重大价值。
上面的论述涉及在模具2中使用流道10得到的均匀性和好的磨损性能。此外，在模具2中使用流道10时还有许多其它优点。一常规卡车轮胎4具有从环向凹槽40的基部44测量的约8/32的缓冲层。在凹槽40的缓冲层44上面，将胎面磨损指示物设置为1.5毫米(2/32英寸)。当从凹槽40的基部测量时有4/32胎面留下时，转向轮被调换。这意味着12/32胎面橡胶被去掉，影响了有效使用或寿命。降低缓冲层54的尺寸导致加重对胎面橡胶的节流，增加了如前所述的不均匀性。然而通过使用如图所示模具2中的间隔开的流道10，在使用4毫米高的流道10时，该缓冲层54可被减小至少1.5毫米(2/32英寸)。为了更好地理解胎面缓冲层尺寸减小的这个构想，可在如图4所示凹槽40的给定长度L上研究该胎面。流道30的总面积等于∑Ap，∑Ap除以L等于缓冲层的减小量ΔUt，可以了解，每个流道的面积Ap不需要相等。假设条件为对于缓冲层总体的减小量，在所有整个深度的凹槽40中采用了流道。可以降低缓冲层到3/32英寸，这个最小值是法定允许的。有效的流动将象在现有技术中具有8/32英寸缓冲层的轮胎那样。这样，不增加胎面橡胶，而可被磨损的可用的胎面量将至少增加2/32英寸。这是因为胎面磨损指示物仍在凹槽40的底部54上方1.5毫米(2/32英寸)，它是在轮胎的流道30之间的间隔位置42处测量的。因为如前所述胎面橡胶的整体厚度没有改变，因此胎面的重量不会增加，实际上由于缓冲层的减小会稍微减小。
此外，为了改善滚动阻力和提供好的燃料效率，降低缓冲层可导致相应降低胎面橡胶的厚度，而不损失可利用的胎面尺寸。如果缓冲层被减小1.5毫米(2/32英寸)到5/32英寸，则整个胎面的厚度可以1比1的比例降低。结果是胎面显著减轻，实现了与常规相同或更好的磨损率。假设保持了26/32英寸的防滑轮胎深度，现有技术的轮胎将采用34/32的防滑和缓冲层深度，而同样的26/32英寸胎面可被制造成具有29/32防滑和缓冲层尺寸的流道30。结果是节省了5/32英寸胎面尺寸的材料，其换算为每个轮胎约4-6磅橡胶。改善了轮胎的均匀性和使用性，且节省很多材料。
此外，如图中所见，利用许多的流道30与现有技术相比可提供良好的防止石头刺破的保护功能，因为与扣式保护体相比，能为凹槽的基部提供更多的保护。
制造石膏模型的成本通过去掉昂贵的排气系统也降低了，其中该排气系统是使橡胶能够流到用于形成保护体的凹槽中所需的。
该流道30使得能够简单地测量胎面尺寸，这是因为消除了影响胎面尺寸测量的溢出飞边。
该流道30有助于增加凸棱和块部件的稳定性，它们增加了车辆稳定性和操纵性。
权利要求
1.一种模制轮胎胎面的方法，它包括以下步骤提供一个用于在橡胶轮胎胎面上形成胎面花纹的模具，该模具具有至少一个用以在轮胎胎面上形成凹槽的凸棱，该至少一个凸棱具有多个在长度方向上延展的流道，该延展的流道是切入该凸棱并间隔开的凹口，其中沿流道长度方向的剖面图示出，该流道的面积大于位于相同深度处的相邻流道之间的面积，而该深度是从形成凹槽基部的凸棱顶端测量至在形成流道的凹口顶端处的最小高度(Ht)；将未固化的胎面橡胶置入该模具中；施加热和压力来固化并形成胎面；及从模具中取下已固化和已成型的胎面。
2.模制轮胎胎面的方法，其特征在于，在模具凸棱中的流道由一个延展的长度PL限定，它具有从由模具凸棱形成的凹槽基部测量的最小凹口深度t，和一个贯穿模具凸棱、与由模具凸棱形成的凹槽壁分别相交的宽度Pw，各流道之间的距离小于长度PL的50％。
3.如权利要求1的模制轮胎胎面的方法，其特征在于，提供一模具的步骤包括在模具凸棱上形成一个至少3毫米(4/32英寸)的流道深度t这一步骤。
4.如权利要求3的模制轮胎胎面的方法，其特征在于，提供一模具的步骤包括提供至少一个形成环形凹槽的模具凸棱这一步骤，该模具凸棱具有多个流道，其中该流道具有呈20°倾斜的端部和位于相邻流道之间的间隔GL，其中该多个流道满足关系6×GL≥PL≥2×GL。
5.如权利要求1的模制轮胎胎面的方法，还包括以下步骤将轮胎胎体与未固化胎面橡胶一起置入一模具中，由此构成轮胎组件；以及在固化和形成胎面和胎体组件之后取下该轮胎组件。
6.一种轮胎胎面，它具有多个凹槽，至少一个凹槽具有一个基部和多个充满橡胶的在长度方向上延展的流道，该长度方向限定为沿凹槽通道的方向，该流道从一凹槽壁横向延伸到相对的凹槽壁并沿凹槽长度方向间隔开，其中沿该流道长度方向的剖面示出，该流道的面积大于位于相同深度处的相邻流道之间的空窝面积，而该深度是从凹槽的基部测量至流道顶端处的最小高度(Ht)。
7.如权利要求6的轮胎胎面，其特征在于，充满橡胶的流道具有一个延展的长度PL和一个垂直该长度PL测量的宽度Pw，该宽度Pw贯穿凹槽、与凹槽壁分别相交，各流道之间的距离GL小于长度PL的50％。
8.如权利要求7的轮胎胎面，其特征在于，具有流道的所述凹槽具有从凹槽基部或底部向内测量的在2毫米至6毫米范围内的缓冲层厚度。
9.如权利要求6的轮胎胎面，其特征在于，流道具有为3毫米(4/32英寸)或更大的最小高度(Ht)。
10.如权利要求7的轮胎胎面，其特征在于，至少一个具有流道的凹槽在各相邻流道之间具有一最大凹槽间隔GL，且各流道满足关系6×GL≥PL≥2×GL。
11.如权利要求10的轮胎胎面，其特征在于，GL约为5毫米。
全文摘要
本发明公开了一种轮胎胎面模制方法和该胎面(6)。模具(2)具有至少一个模具凸棱(20),该模具凸棱具有多个凹口,该凹口贯穿凸棱切入形成凸棱的流道(30),以使得胎面橡胶能均匀流入在模具(2)内形成胎面部件的相邻凹口(22)中。所得到的胎面(6)具有至少一个凹槽(40),该凹槽具有充满橡胶的流道(30)。
文档编号B29D30/06GK1224387SQ96180389
公开日1999年7月28日 申请日期1996年7月22日 优先权日1996年7月22日
发明者D·E·舒斯特 申请人:固特异轮胎和橡胶公司