用于轮胎模具的模子元件和相关制造方法与流程

本发明涉及一种通过粉末状添加剂制造而获得的模子(liming/matrix)元件，并且包括用于注射流体或固体的装置。模子元件旨在用于车辆轮胎的固化或硫化模具中，特别是在分段型模具中使用。本发明还涉及一种获得该模子元件的方法。

背景技术：

分段模具主要包括两个侧向壳体以及多个分段，每个侧向壳体模制轮胎的横向侧壁之一，多个分段模制所述轮胎的滚压部分并且在模具打开位置和模具关闭位置之间可径向移动。壳体和分段限定了旨在与未硫化的生胎接触的内部空间。

为了模制轮胎的胎面，模具的分段包括模子元件。“模子元件”是指模具的一部分，其包括模制表面，模制表面允许该胎面的至少一部分胎面表面被模制。

可以通过粉末状添加剂制造方法通过使用能量束烧结或熔融所述粉末的颗粒来形成模子元件。“能量束”是指电磁辐射(例如激光束)或粒子束(例如电子束)。

使用粉末叠加层的选择性熔融、更通常称为烧结的制造的益处，主要在于这些模子元件的形状可以被计算机建模，然后模子元件可基于该建模通过使计算机引导能量束被制造。当使用激光束进行选择性熔融时，称为激光烧结。激光烧结技术包括逐层地制造组成部分，通过激光束在层叠方向上层叠逐层地固化和熔融的粉末层。

专利申请wo-a1-2012/156439描述了部分使用该激光烧结技术获得的特定的模子元件。模子元件由用于模制轮胎的胎面的烧结模制部件和固定到模制部件并与相关的模具形成界面的非烧结支撑基部构成。烧结模制部件包括用于形成轮胎胎面花纹的条和轮胎沟槽片。

以本身已知的方式，轮胎的胎面花纹主要当轮胎在湿地和/或雪地上行驶时在该轮胎的抓地力中起关键作用。

为了在一段时间内保持具有良好抓地力和排水性能的轮胎，已知的做法是为轮胎的胎面提供随轮胎磨损而渐变的胎面花纹。为了做到这一点，当轮胎是新的时候，在胎面的胎面表面之下形成空腔，并且旨在在部分磨损之后形成新的胎面花纹，新的胎面花纹的特征是调整以适合减小的胎面的厚度。针对这种渐变的胎面花纹的更多细节，例如可以参考专利申请fr-a1-2763892。

在该前面的文献中，为了成功地在胎面的胎面表面下模制空腔，相关的固化模具包括附接到每个侧向壳体并相对于所述壳体的模制表面突出的多个指状物。

为了能够对轮胎进行脱模，需要在两个部件中制造每个侧向壳体，并且在这些连接装置之间设置，连接装置允许支撑指状物的部件相对于另一部件旋转。这明显地增加了模具的制造成本。此外，将指状物固定到侧向壳体不允许空腔被模制到轮胎胎面的所有所需区域中。

用于成功地模制根据轮胎磨损程度渐变的胎面花纹的替代方案是固定到相关的固化模具轮胎沟槽片的分段，轮胎沟槽片成形为使得在轮胎胎面中获得泪滴形状的切口。文献fr-a1-2961741的图6公开了通过激光烧结获得的该轮胎沟槽片。具体地说，这种技术非常适合制造诸如这些轮胎沟槽片的复杂形状的小尺寸元件，这些轮胎沟槽片难于通过其它方法制造。

然而，为了获得泪滴型切口，这种轮胎沟槽片包括相对较小横截面的主体。轮胎沟槽片可能在制造过程中遭受变形和/或损坏，变形和/或损坏可能导致应力集中和出现微裂纹。

因此，应当理解，需要提供一种简单且可靠的解决方案，其可以在轮胎的胎面中模制渐变的胎面花纹。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于轮胎模具的模子元件，模子元件包括限定模制表面的本体，模制表面旨在至少部分地模制轮胎的滚压表面。模子元件还包括至少一个注射喷嘴，至少一个注射喷嘴布置在本体上并且设有至少一个出口孔口。模子元件还包括至少一个供应管道，至少一个供应管道在本体和注射喷嘴内部延伸，同时与所述出口孔口连通。模子元件还包括至少一个截流构件，至少一个截流构件相对于注射喷嘴在出口孔口关闭位置和出口孔口打开位置之间可移动。通过层叠的粉末层的沉积和选择性熔融来制造本体、注射喷嘴和截流构件。

“模具”是指分开元件的集合，分开元件当彼此靠近在一起时，能够限定内部模制空间。

轮胎的“滚压表面”是指轮胎在道路上被驱动时旨在与道路接触的胎面的表面。

“模子元件”是指模具的一部分，其旨在允许轮胎的全部或一些滚压表面被模制。

“粉末”是指粉末或粉末的混合物。粉末可以是例如金属、塑料或例如陶瓷粉末的无机粉末。

模子元件使得能够以简单而坚固的方式获得轮胎胎面中的渐变的胎面花纹的模制品。具体地说，注射喷嘴允许在相关的模具内的轮胎模制步骤期间注射材料(流体或固体)，从而可以生成在轮胎的滚压表面下方形成的空腔。截流构件使得可以防止来自生胎的橡胶在注射之前进入注射喷嘴。这从而防止橡胶进入供应管道中。在层叠粉末层的沉积和选择性熔融的操作期间，同时制造模子元件的本体、注射喷嘴以及截流构件。

在一个优选实施例中，注射喷嘴与本体制成一体，并相对于所述本体的模制表面伸出。与本体“形成为一体”的注射嘴是指与本体一体制成的注射喷嘴。

替代地，注射喷嘴可以可移动地安装在本体上，位于所述本体内部的收缩位置和相对于所述本体的模制表面突出的展开位置之间。

优选地，截流构件在被引入供应管道的流体或固体的压力的作用下从关闭位置可移动到打开位置。这然后给出一个截流构件，其构造成仅在注射的材料(流体或固体)的压力的作用下允许从关闭位置转变到打开位置。因此，不需要提供使截流构件移动的专用装置。此外，只要不注射材料，引入模具的生胎的压力允许截流构件保持在关闭位置中。截流构件被安装成具有能够相对于注射喷嘴自由移动的能力。

出口孔口可有利地通到大致平行于本体的模制表面的注射喷嘴的前表面上。

有利地，供应管道包括连接到在模子元件外部的供应源的装置。

在一个实施例中，截流构件相对于注射喷嘴可平移地移动。截流构件可包括设有安装在供应管道内部的杆的活塞，并且设有能够在关闭位置对所述出口孔口截流的截流头。

替代地，截流构件可相对于注射喷嘴旋转地移动。截流构件可以包括在关闭位置承靠注射喷嘴的前表面的挡板。挡板可被安装成借助于布置在喷嘴上的铰链具有旋转的能力。

优选地，本体包括从模制表面延伸并且旨在当轮胎被模制时允许空气被排出的排气装置。通风装置与供应管道连通。因此，在轮胎硫化步骤期间，用于防止空气陷入在模制表面和生胎之间的排气装置也用于通过注射喷嘴注射该空气。因此，这些排气装置具有双重功能。

优选地，模子元件还包括从本体的模制表面延伸出的并且用于在轮胎的胎面中模制切口的多个突起。

在胎面上的“切口”是指由从滚压表面延伸的材料壁限定的空间，彼此面对并且彼此远离非零距离。通过注射形成的空腔或多个空腔可相对于切口朝向轮胎的内部偏移。

突起可例如是分别用于在轮胎的胎面中形成凹槽和/或轮胎沟槽的条和/或轮胎沟槽片。

在一个实施例中，注射喷嘴从本体的模制表面延伸出来。替代地，喷嘴可以从突起中的一个的自由前表面延伸出来，例如条中的一个。

优选地，注射喷嘴的出口孔口相对于突起在与本体相反的一侧上偏移。

本发明还涉及一种用于包括胎面和两个横向侧壁的类型的轮胎的模具。模具包括用于模制轮胎的横向侧壁的第一和第二壳体以及沿圆周方向分布并且用于模制所述轮胎胎面的多个分段。每个分段包括如上所定义的至少一个模子元件。

本发明还涉及一种制造至少一个模子元件的方法，模子元件包括限定模制表面的本体，模制表面旨在至少部分地模制轮胎的滚压表面，方法包括以下步骤：

a)通过层叠的粉末层的沉积和选择性熔融来制造模子元件的本体、制造布置在所述本体上的并设有至少一个出口孔口的至少一个注射喷嘴、并且制造用于对所述出口孔口截流的截流构件，在粉末层的选择性熔融的步骤期间，注射喷嘴被使得与本体一体，并且截流构件与至少所述喷嘴一体，

b)至少部分地形成至少一个供应管道，至少一个供应管道在本体和注射喷嘴内部延伸，并且在粉末层的沉积和选择性熔融步骤期间与所述喷嘴的出口孔口连通，以及

c)在粉末层的沉积和选择性熔融步骤之后，部分分离截流构件以及注射喷嘴，以便在注射喷嘴的出口孔口的关闭和打开位置之间提供截流构件的可移动性。

在一个实施例中，根据粉末层的仿型熔融，在截流构件的部分和注射喷嘴的面对部分之间设置间隙，该间隙为0.05至0.5mm之间，优选等于0.1mm，使得在所述面对部分之间存在的局部地使截流构件和注射喷嘴为一体的沉积粉末通过热扩散而完全或部分地熔融。

根据一个实施例，其中截流构件包括活塞，活塞设有安装在供应管道内部的杆和设有截流头，模子元件的本体制造成相对于构建平台以倾斜方式延伸，第一层粉末在构建平台上沉积和熔融。

本发明还涉及一种使用模具模制轮胎的方法，模具包括用于模制轮胎的横向侧壁的第一和第二壳体，以及沿圆周方向分布并且旨在模制所述轮胎的胎面的多个分段，在该方法中，待模制的未硫化的生胎与模具的壳体和分段接触，生胎被加热，然后在与模具接触并且旨在形成轮胎的滚压表面的生胎的外表面下注射流体或固体，以便在所述生胎的厚度中和所述滚压表面的下方生成至少一个空腔。

附图说明

从阅读通过完全非限制性实例并由附图示出的一些实施例的详细描述，将更好地理解本发明，其中：

图1是根据第一实施例的模子元件的示意性透视图，

图2是图1的模子元件的横截面的局部视图，

图3是横截面的示意图，部分地示出根据第一实施例的通过激光烧结制造图1的模子元件的方法，

图4和5是图3的细节的视图，

图6a至6e是横截面的局部视图，示出了使用图1的模子元件模制轮胎的方法

图7至9是根据第二、第三和第四实施例的模子元件的横截面的局部视图。

具体实施方式

图1示出了用于车辆轮胎的固化或硫化模具中使用的整体标记为10的模子元件。如稍后将更详细地描述的那样，通过沉积和选择性熔融层叠的粉末层来制造模子元件10。

模子元件10包括由第一表面14限定和与第一表面相反的第二表面16的本体12。第一表面14形成模制表面，模制表面旨在模制轮胎的全部或部分滚压表面。第二表面16旨在与固化模具的另一部分接触，模子元件10附接至固化模具。第二表面16形成用于将模子元件10锚固到固化模具的所述另一部分上的表面。在分段型的模具的情况下，将模子元件10固定到模具的分段中的一个。第一表面14和第二表面16限定本体12的厚度。本体12还包括限定第二表面16的两个相对的侧向表面18、20。

模子元件10还包括从模制表面14延伸出来的多个突起22、24。突起22构成旨在模制轮胎胎面中的凹槽的条。条是指其宽度大于或等于2mm的突起。突起24构成旨在在轮胎的胎面中模制轮胎沟槽的轮胎沟槽片。轮胎沟槽片是指其宽度小于2mm的突起。在所示的实施例中，形成轮胎沟槽片的突起24垂直于形成条的突起22延伸。突起22、24与本体12形成为一体。

模子元件10还包括相对于本体的模制表面14伸出的两个注射喷嘴26、28以及两个截流构件30、32，每个截流构件与喷嘴之一相关。喷嘴26、28侧向地布置在突起22、24的每一侧上。这里所示的实施例中所示的喷嘴22、24的布局和数量不以任何方式限制。因为喷嘴26、28和截流构件30、32在这里分别相同，因此仅描述其中之一。

注射喷嘴26从本体的模制表面14延伸。注射喷嘴26在这里横向于模制表面14延伸。注射喷嘴26与本体12形成为一体。在所示的实施例中，注射喷嘴26具有管状的整体形状。在所示的实施例中，喷嘴26延伸超过突起22、24。

如图2更明显地所示，注射喷嘴26包括出口孔口26a。所述孔口通到位于与本体的模制表面14相反侧的喷嘴的前端表面26b上。所述前端表面26b平行于模制表面14。

模子元件10还包括在本体12和注射喷嘴26内部延伸的供应管道34。管道34通到喷嘴的出口孔口26a中。管道34延伸到本体12的厚度中并且在注射喷嘴26内部纵向延伸。在所示的实施例中，管道34从本体的侧向表面18延伸。管道34在这里包括从侧向表面18延伸到本体12的厚度中的大直径筒形部分34a，并且大直径筒形部分由沿注射喷嘴26延伸的小直径筒形部分34b延伸。管道34允许连接到用于注射流体或固体的外部供应源(未示出)。在这方面，通到本体侧向表面18上的管道34的部分包括用于进行该连接的螺纹。在所示的实施例中，供应管道34是针对每个喷嘴26的。替代地，可以提供对所有喷嘴的共同的供应管道。

此处的截流构件30采取设有截流头36并设有头部支撑杆38的活塞的形式。头部36旨在到达喷嘴的出口孔口26a并对喷嘴的出口孔口截流。头部36位于所述喷嘴的外部。杆38延伸到供应管道34的内部。如稍后将更详细地描述的那样，截流构件30相对于注射喷嘴26和本体12可平移地移动。截流构件30在如图2所示的喷嘴出口孔口26a关闭的位置和所述孔口打开的位置之间可移动。在关闭位置中，截流构件的头部36覆盖出口孔口26a。在打开位置中，头部36位于离开孔口26a一定距离。

图3示出了制造模子元件10的方法中的步骤。该方法包括沉积粉末层的并通过选择性熔融使粉末凝结的多个逐次步骤。粉末可以是例如金属、塑料或例如陶瓷的无机物。

该方法开始于将第一层粉末沉积到构建平台40的工作表面40a上的步骤。构建平台40沿竖直轴线40b可平移地移动。在沉积后，第一层在工作表面40a上大致水平地延伸。接下来，例如激光型的能量源42发射能量束，能量束的定向由检流计镜(未示出)控制。光学透镜(未示出)允许聚焦能量束，使得能量束以对应于期望的横截面的花纹加热粉末层，从而选择性熔融粉末。

在熔融沉积的第一层的步骤之后，构建平台40降低该层的厚度，并且沉积第二层以覆盖部分熔融的第一层粉末。通过指示，粉末层的厚度可以从例如10μm的几微米到例如500μm的数百微米变化。接下来，如前所述进行第二层的选择性熔融。再次重复这些步骤，以通过层叠熔融层形成模子元件10。

在所示的实施例中，模子元件10被制造成相对于构建平台的工作表面40a倾斜。在沉积和选择性熔融粉末层的步骤期间，在工作表面40a上为此形成支撑件44。该支撑件44仅用于制造模子元件10。模子元件10的表面16从支撑件44的倾斜上表面44a延伸。因此，在该方法期间，由支撑件44形成中间元件并且在构建平台40上制造模子元件10。

注射喷嘴26被使得与本体12一体，并且在粉末层的选择性熔融的步骤期间截流构件30呈现为与所述本体和与注射喷嘴26一体。在制造过程中，本体12、注射喷嘴26和截流构件30被制成单件。在粉末层的沉积和选择性熔融的这些步骤期间形成供应管道34。

为了使在过程中局部地形成的截流构件30的层和注射喷嘴26的层彼此一体，通过在所述截流构件30的头部36和属于所述喷嘴的相反的前表面26b之间仿型来提供理论间隙，该间隙被包括在0.05和0.5mm之间，优选地等于0.1mm。采用这样的理论间隙，在头部36和前表面26b之间局部存在的沉积粉末被热扩散完全或部分地熔融。通过热扩散完全或部分熔融的该粉末在图4中示意性地示出并且标记为46。

类似地，在截流构件支撑杆38的基部和供应管道的大直径筒形部分34a之间设置包含在相同值范围内的仿型理论间隙，使得在该基部和该部分之间局部存在的沉积粉末被热扩散完全或部分地熔融。这允许截流构件30和本体12局部地为一体。该粉末在图5中示意性地示出并且标记为48。其中一些粉末在能量束的作用下通过热扩散而不是通过直接烧结而完全或部分熔融的这两个区域允许截流构件30在模子元件10的制造期间被支撑。

在制造之后，由支撑件44和模子元件10形成的中间元件例如通过线切割放电加工从构建平台40分离。然后，同样可通过线切割放电加工将模子元件10从支撑件44上分离。此后，截流构件30通过例如可以用手进行的拉动部分地从注射喷嘴26和本体12分离，从而在所述喷嘴的出口孔口26a关闭和打开的位置之间可移动。

图6a至6e局部地示出了使用模子元件10来模制轮胎p的步骤，模子元件固定在相关的模具内部(未示出)。

未硫化的生胎p与图6a和6b所示的模子元件的模制表面14接触。未硫化的生胎在朝向模制表面14的运动通过标记为50的箭头示出。在使未硫化物与模制表面14接触的该步骤期间，截流构件30保持在喷嘴的出口孔口26a被生胎施加的压力关闭的位置中。这使得可以防止来自生胎的橡胶蔓延进入供应管道34中。与模子元件的模制表面14接触的生胎的表面s形成所述轮胎的滚压表面的一部分。注射喷嘴26延伸到未硫化的生胎p的滚压部分的厚度中。当考虑到生胎的轴线时，喷嘴26沿大致径向的方向穿透。沿滚压部分的厚度形成与注射喷嘴26对应的形状的空隙52。该空隙52从滚压表面s延伸。

接下来，在生胎在模具内温度已经升高之后并且在刚刚开始硫化之前，将流体注射到模子元件的供应管道34中。流体的这种注射由图6c中的标记的箭头54示意性地示出。在注射的流体的压力的作用下，截流构件30从其关闭注射喷嘴的出口孔口26a的位置转换到其打开注射喷嘴的出口孔口的位置。在所述孔口打开时，紧邻出口孔口26a开始在生胎p的厚度内形成空腔56。空腔56将凹部52朝向生胎的内部延伸。

然后如图6d所示继续注射流体，直到针对空腔56获得所需的尺寸，然后停止。一旦流体注射停止，截流构件30保持在打开位置。生胎p保持在模具内，直到其完全硫化。接下来，在最后的步骤中，如图6e中通过标记为58的箭头示意性地所示，轮胎p从模具中抽出。

在所述的轮胎模制方法的实施例中，通过将流体注射到轮胎的滚压部分中来获得空腔56的生成。流体可以例如是诸如空气的气体材料，或甚至是诸如水的液体材料。作为替代方案，可以提供诸如与轮胎的塑料或橡胶不同的塑料或橡胶的固体材料的注射物。在该注射物的情况下，通过注射固体材料生成的空腔同时被所述材料填充。

其中相同的元件具有相同标记的图7所示的模子元件10的实施例与描述的第一实施例的不同之处在于，排气通道60从模制表面14延伸到本体12的厚度中。通道60在本体12的厚度内与供应管道的筒形部分34b相交并且连通。在粉末层的沉积和选择性熔融的操作期间形成通道60。在所示的实施例中，通道60的数量是两个。排气通道60使得可以防止在轮胎硫化步骤期间空气陷入模子元件10的模制表面14和生胎之间，并且允许该空气经由注射喷嘴重新注射滚压部分的厚度中。

在所示的实施例中，供应管道34不具有大直径筒形部分34a，大直径筒形部分允许连接到用于注射空气的外部源。只有再次引入最初存在于模子元件的模制表面14和生胎之间的空气用于在轮胎的滚压表面下方形成空腔。作为替代方案，然而可以从第一实施例保持供应管道34的概念，并且提供从模子元件的模制表面14延伸并且通到所述管道的筒形部分34b中的排气通道。

其中相同的元件具有相同标记的图8所示的实施例与描述的第一实施例的不同之处仅在于，模子元件10包括用于支撑截流构件的头部36的两个凸耳62。凸耳62从喷嘴的前表面26b延伸，同时与头部36一体形成。凸耳62与注射喷嘴26以及与截流构件的头部36形成为一体。凸耳62在粉末层的沉积和选择性熔融的操作期间形成。

这种模子元件10的制造能够以与前述的制造方法完全相同的方式实现，即经由使用中间支撑件相对于相关的构建平台的工作表面倾斜的方式来实现。在制造之后，截流构件30通过例如可用手进行的拉动从注射喷嘴26以及本体12部分地分离，以便在所述喷嘴的出口孔口26a关闭的位置与打开的位置之间可移动。凸耳62仅在制造用于支撑截流构件30的模子元件10期间使用。

其中相同的元件具有相同标号的图9所示的实施例与描述的第一实施例的不同之处仅在于，模子元件10包括相对于注射喷嘴26和相对于本体12可旋转移动的截流构件64。截流构件采取铰接的挡板66的形式，以经由形成在注射喷嘴26上的铰链68旋转。挡板66和铰链68在粉末层的沉积和选择性熔融的操作期间形成。挡板66和铰链68与注射喷嘴26形成为一体。制造后，挡板66从喷嘴26部分地分离，以便能够在关闭位置和打开位置之间移动。

在所示的实施例中，每个注射喷嘴从模子元件的本体的模制表面延伸出来。作为替代方案，可替代地或组合地可以提供至少一个喷嘴，至少一个喷嘴从突起之一的自由前表面延伸，突起旨在用于在轮胎的滚压部分中模制切口。

在所示的示例性实施例中，每个注射喷嘴与模子元件的本体制成为单件。作为替代方案，可以提供一种在层叠的粉末层的沉积和选择性熔融的操作期间仍然与本体和截流构件同时制造的注射喷嘴，并且使得注射喷嘴在制造之后在本体内的收缩位置和展开位置中之间可移动，在展开位置中注射喷嘴相对于所述本体的模制表面伸出。