專利名稱：加熱元件的位置優(yōu)化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明包含一種對加熱元件在用于橡膠制品的模具內(nèi)的位置進行優(yōu)化的方法。更 加特別而言，本發(fā)明還涉及對一個或多個加熱元件在輪胎的胎面當(dāng)中的位置進行優(yōu)化的方 法，以提高固化工藝的效率，所述加熱元件例如為固化銷或者細溝槽。
背景技術(shù)：
輪胎和其它基于橡膠的制品通過將制品加熱而進行硫化或固化。例如，輪胎模具 利用可擴展的膠囊和蒸汽來將熱量以及壓力施加至未固化的輪胎，以對輪胎進行硫化，并 將多種要素加入到輪胎當(dāng)中，例如各種胎面設(shè)計。時間、壓力和溫度都被仔細的控制，以試 圖獲得所需的固化量，這可以發(fā)生在模制工藝期間以及模制工藝之后。對于具有非一致性形狀或組分的橡膠制品而言，固化程度的控制特別具有挑戰(zhàn) 性。例如，大型輪胎(例如，卡車、飛機、農(nóng)場、工程輪胎)經(jīng)常具有多種很大的變化形狀的 胎面要素，并且整個輪胎可以具有不同橡膠組分的多個層。這種組分、結(jié)構(gòu)和幾何形狀的變 化常常將以下任務(wù)復(fù)雜化確定時間量和溫度以獲得輪胎的恰當(dāng)固化，而沒有對輪胎的某 些部分進行不必要的過度固化，或者沒有使用了比所需時間更多的生產(chǎn)時間?；谙鹉z制品的固化限制部分，通過將加熱元件(也稱作“固化元件”)添加到模 具當(dāng)中而實現(xiàn)了固化工藝的改進?！肮袒拗啤北硎竞茈y固化的橡膠制品的部分或者由于制 品的熱傳遞特性、組分和/或幾何形狀而導(dǎo)致的花費最長時間來固化的部分。例如，基于橡 膠制品的固化限制部分的識別，W02007/037778描述了將加熱元件添加到模具當(dāng)中以增強 熱量到這些固化限制區(qū)域的傳遞，并提供了更加優(yōu)化的固化。將加熱元件添加到模具當(dāng)中提供了某些挑戰(zhàn)。一個這種挑戰(zhàn)是加熱元件的最佳定 位，并且更加特別而言，多個加熱元件的最佳布局。更加具體而言，希望對加熱元件在模具 當(dāng)中的數(shù)量和布局進行優(yōu)化，從而將熱傳遞效率最大化，并減少固化的整個持續(xù)時間。固化 時間的減少可以導(dǎo)致較高的生產(chǎn)率和/或較少的能量消耗。由于目標(biāo)是減少整個輪胎模制 的時間并且提高輪胎的諸如胎面的固化限制部分的硫化程度，在胎面中對加熱元件的位置 進行優(yōu)化的方法則會十分有用。當(dāng)待被固化的制品是如前所述的非一致性的時候，能夠證明優(yōu)化會特別困難。例 如，在輪胎固化工藝的瞬時條件期間，特別是大型輪胎，在某些胎面花紋中發(fā)現(xiàn)的非一致性 在確定熱傳遞行為方面呈現(xiàn)了獨特的問題。盡管通過有限元分析能夠發(fā)展熱傳遞模型的解 決方案，但是為非一致性橡膠制品所提供解決方案所需的計算時間可能并不實用有效一特 別是多個加熱元件的布局被優(yōu)化的時候尤是如此。此外，熱傳遞特性將很有可能隨著胎面 花紋的差異而進行改變，例如胎面中的凸緣或花紋塊的形狀和厚度一需要在每種情形下進 行不同的分析。因此，對一個或多個加熱元件在輪胎或其它基于橡膠的制造制品中的位置 優(yōu)化的有利方法將會特別有用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)和優(yōu)點將會一部分在下述的簡要描述中進行陳述，或者可以從說明 書中顯而易見，或者可以通過實踐本發(fā)明而知曉。在一個示例性的形式中，本發(fā)明提供了一種對η個加熱元件在用于橡膠制品的模 具當(dāng)中的位置進行優(yōu)化的方法。其步驟包括確定單一的加熱元件的最終3-D溫度概圖；選 擇加熱元件的數(shù)量η;在所述橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建以二維定義的多個加熱元件位置 i ；利用所述單一的加熱元件的最終3-D溫度概圖，通過η個加熱元件的給定布局的存在來 計算在所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)獲得的最小溫度；對所述i個加熱元件位置之間可用的η個加熱元 件的每個不同布局來重復(fù)所述計算最小溫度的步驟；以及在具有最高的最小溫度的多個位 置i之間識別η個加熱元件的具體布局?？梢蕴砑佣喾N變型或額外步驟，以創(chuàng)建本發(fā)明的其它多種形式。例如，確定所述單 一的加熱元件的最終3-D溫度概圖的步驟可以包括在沒有加熱元件的情況下對所述制品 在模具中進行加熱，來確定在所述橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建的基線3-D溫度概圖；以及， 通過利用位于所述橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的單一的加熱元件來將所述橡膠制品在模具中 進行加熱，而獲得所創(chuàng)建的加熱元件的3-D溫度概圖。計算給定布局的最小溫度的步驟可 以包括通過將所述單一的加熱元件的最終3-D溫度概圖加入到所述η個加熱元件的每個 加熱元件位置i，而在所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)找到全部的3-D溫度增大的概圖；將所述全部的3-D 溫度增大的概圖加入到基線3-D溫度概圖當(dāng)中，以確定所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)的合成的3-D溫度 概圖；以及在所述合成的3-D溫度概圖內(nèi)定位最小溫度。所述確定最終3-D溫度概圖的步 驟可以包括從所述加熱元件3-D溫度概圖中減去所述基線3-D溫度概圖。所述方法還可以包括選定所述橡膠制品的新的預(yù)定區(qū)域，并為該新的預(yù)定區(qū)域重 復(fù)之前確定的步驟。例如，當(dāng)被識別的最高的最小溫度導(dǎo)致了加熱元件位置i靠近所述預(yù) 定區(qū)域的邊界的時候，可以選定新的預(yù)定區(qū)域。所述方法還可以包括利用新的加熱元件數(shù) 量n+1和/或n-1來重復(fù)所述方法中的所有步驟的步驟。所述方法還可以包括利用新的加 熱元件位置的數(shù)量i+Ι和/或i_l來重復(fù)所述方法中的所有步驟的步驟?？梢允褂糜邢拊治龊?或溫度測量裝置來確定所述加熱元件3-D溫度概圖。對 于計算最小溫度的步驟而言，η個加熱元件的第一布局可以局部基于將具有最大距離的 預(yù)定區(qū)域內(nèi)的位置確定至加熱元件或者η個加熱元件的給定布局的預(yù)定區(qū)域(例如模具表 面)的邊界。加熱元件可以包括多種形式，例如銷或者細溝槽。本發(fā)明能夠用于制造包括輪胎的多種橡膠制品。例如，所述預(yù)定區(qū)域可以是胎面 部件，例如胎面花紋塊。本發(fā)明包括根據(jù)本文所述以及權(quán)利要求主張的獨創(chuàng)的方法而制造 的模具或輪胎。


說明書中陳述了對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的本發(fā)明主題的全面的以及可實施的公開， 其包括最佳實施方式，所述公開參考了附圖，其中圖1顯示了可以用于對輪胎進行固化的模具的一部分。圖2顯示了可以使用圖1中的模具而創(chuàng)建的輪胎胎面的一部分。
圖3顯示了圖2中的輪胎胎面的一部分，其具有從銷形加熱元件中形成在胎面花 紋塊中的銷孔。圖4是具有疊置柵格的胎面花紋塊的平面的示意性圖示，其顯示了通過下方標(biāo)注 的二維方法來對三個加熱元件進行定位的位置。圖5顯示了具有疊置柵格的胎面花紋塊，其表示了加熱元件在預(yù)定區(qū)域內(nèi)的 二十三個可能的放置位置。所示的柵格僅僅是示例的方式，本發(fā)明可以很容易地使用其它 柵格或者坐標(biāo)系。例如，具有非正交軸或者具有與胎面花紋塊的形狀相一致的軸的柵格。圖6顯示了具有三個銷加熱元件的胎面花紋塊，該三個銷加熱元件使用了根據(jù)本 發(fā)明的示例性方法而被定位。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種對加熱元件在用于橡膠制品的模具當(dāng)中的位置進行優(yōu)化的方法， 并涉及有利的模具以及由于使用該模具而制造的制品。更加特別而言，本發(fā)明還涉及對一 個或多個例如固化銷的加熱元件在輪胎的胎面模具當(dāng)中的位置進行優(yōu)化的方法，以提高固 化工藝的效率。將會詳細參考本發(fā)明示例性的工藝和實施例，附圖中顯示了所述工藝和實 施例的一個或多個例子。每個例子是通過對本發(fā)明進行解釋而提供的，而并不意味著對本 發(fā)明進行限制。例如，一個示例性工藝或?qū)嵤├?dāng)中所顯示或描述的部件可以與另一個工 藝或?qū)嵤├Y(jié)合使用來產(chǎn)生本發(fā)明的第三種形式。本發(fā)明打算包括這些以及其它的修改和 變型。此外，將會使用用于輪胎模制當(dāng)中的示例性方法來解釋本發(fā)明。然而，使用本文中所 公開的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，以下的本發(fā)明和權(quán)利要求并非限制于僅僅與輪胎 一起使用，而是也可以用于其它基于橡膠的制品的制造當(dāng)中。如本文所使用的那樣，下述術(shù)語具有以下定義“3-D”表示三維，例如可以參考諸如x、y、ζ坐標(biāo)系而確定?！?-D”或“二維”表示兩個維度，其可以參考x、y或者r、θ坐標(biāo)系來確定?！凹訜嵩被颉肮袒北硎究梢蕴砑又聊＞叩娜魏挝锢聿考?，以突出到橡 膠制品的部件當(dāng)中，其目的是為了提高熱傳遞效率。例子包括翅片、細溝槽、銷和文獻WO 2007/037778中可以描述的其它例子。以下的討論使用了銷，其目的是對根據(jù)本發(fā)明的實施 例和方法進行示例。使用本文的教導(dǎo)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會明白本發(fā)明和權(quán)利要求并非限 定于銷，其他部件也可以用作加熱元件。此外，應(yīng)當(dāng)理解，“加熱元件”或“固化元件”包括無 源元件(例如，用來從另一個源來傳熱的元件)和有源元件(例如，產(chǎn)生熱量的元件)。“η”表示加熱元件的數(shù)量，其可以是大于或等于1的整數(shù)?！癷”表示加熱元件位置的數(shù)量，該位置由兩個維度進行限定并位于待被加熱的制 品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)。"η個加熱元件的布局”表示η個加熱元件在待被加熱的制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的通過 二維限定的具體定位。所述預(yù)定區(qū)域可以由邊界限定。所述邊界可以在與模具接觸的點上 任意定位，且該邊界可以是橡膠制品的較小部分，甚至該邊界可以用來限定多個子區(qū)域。圖1顯示了可用來對輪胎進行固化的模具100的一部分。模具100產(chǎn)生胎面的刻 痕或花紋，所述刻痕或花紋包括大凹槽10，該大凹槽10提供了胎面花紋塊20。將熱量應(yīng)用 至模具100，以提供固化所需的能量，并且如本領(lǐng)域所熟知的那樣，可以使用膠囊來迫使輪胎及其胎面緊靠模具100。圖2示出了胎面200的一部分，其可以通過使用模具100而形成 和固化。胎面200包括凹槽10和花紋塊20。對于這個特定的胎面例子，凹槽深度40大約 22mm，胎面的厚度30大約為25mm。取決于整個輪胎結(jié)構(gòu)，在模制工藝期間，胎面200——特 別是花紋塊20——可以是如前所述的輪胎的固化限制部件。因此，希望將加熱部件添加到 模具當(dāng)中以增強花紋塊20的熱傳遞。圖3顯示了在花紋塊20中具有三個銷孔50的胎面200。在模具100當(dāng)中，通過將 小銷形式的加熱元件添加到花紋塊20的表面而形成了孔50。所述銷向固化限制花紋塊20提 供了額外的熱傳遞。所述銷能夠被添加至例如在文獻WO 2007/037778中描述的用于新輪胎 制造和胎面翻新操作的新模具和現(xiàn)有模具當(dāng)中。為了圖3的目的，孔50在花紋塊20中的定 位完全是任意的，并且僅僅是為了示例而進行創(chuàng)建。更加希望的是對產(chǎn)生了孔50的銷的數(shù)量 和位置進行確定的方法，從而對模具100的熱傳遞特性進行優(yōu)化，從而提高固化工序的效率。圖4顯示了模具的花紋塊20，其中三個銷60基于二維的方法已經(jīng)被定位，以用來 確定花紋塊20當(dāng)中的“冷”點或者最好的固化限制點。更加特別而言，圖4顯示了花紋塊 20，任意布置的柵格網(wǎng)格70已經(jīng)被設(shè)置在花紋塊20之上。邊界80表示花紋塊20內(nèi)的2-D 預(yù)定區(qū)域的任意選定，在該預(yù)定區(qū)域當(dāng)中可以定位加熱元件或銷60。對于銷的每個可能的
2-D布局，邊界80當(dāng)中的每個網(wǎng)格70沿著花紋塊20具有到銷60的熱傳導(dǎo)金屬或者模具 的金屬的最小距離Adist。在邊界80內(nèi)的每個網(wǎng)格之中，具有至少一個表示一定位置網(wǎng)格， 該位置與熱源——亦即銷或模具——具有最大距離Adist_max?；谠撐恢檬墙o定布局的“最 冷”位置的假設(shè)，以及基于具有最小的Adist^iax的布局也將具有最短的固化時間的假設(shè)，能 夠?qū)Χ鄠€2-D布局進行比較來確定對固化時間進行優(yōu)化的布局。盡管這種方法對于確定銷 位置60是有用的，但是這種方法卻假設(shè)了例如花紋塊20中的熱傳遞和底層的輪胎是二維 的。然而，在模具100中發(fā)生的真實的熱傳遞將不會被限制為由柵格網(wǎng)格70表示的二維。 此外，每個銷60將會突出到花紋塊20當(dāng)中，并且并不限制于圖4中所示的柵格的平面表 示。然而，如前所述，對整個輪胎或其胎面進行三維(或者3-D)熱傳遞行為的建模并不實 際，因為需要極大的計算量。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了創(chuàng)新的方法，將3-D熱傳遞效應(yīng)結(jié)合到銷或 者其它加熱元件的位置優(yōu)化當(dāng)中，同時減少了所需的計算工作量，例如，整個輪胎或其它橡 膠制品的有限元分析。起初，通過確定在沒有任何加熱元件的情況下在模具當(dāng)中對橡膠制品進行加熱而 得到的溫度概圖，來創(chuàng)建橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的基線3-D溫度概圖。因為固化是一個瞬 時過程，因此選定固化期間的具體時間以用來獲得3-D溫度概圖。返回到圖2的示例性胎 面200，基于花紋塊20是輪胎的固化限制部件，預(yù)定區(qū)域被識別為花紋塊20的全部或者一 部分。例如，被邊界80勾勒的預(yù)定區(qū)域可以包括圖2所示的整個花紋塊或者如圖3所示的 花紋塊的一小部分。在胎面200的固化期間確定了花紋塊20中產(chǎn)生的3-D瞬時溫度概圖。 換言之，在預(yù)定區(qū)域內(nèi)的時間t下隨著位置χ、ι、ζ變化的溫度被確定，并且此處能夠稱作 T—(x，y，z，t)，其中t是在固化工序期間選定的時亥lj。這例如可以通過當(dāng)在固化工序期 間輪胎被加熱的時候，使用有限元分析來在花紋塊20中進行熱傳遞行為的建模而得以實 現(xiàn)。選擇性地，還可以使用測量探針來捕捉關(guān)于溫度概圖的信息。除了基線概圖之外，還獲得了單一的加熱元件3-D溫度概圖。這個步驟需要確定
3-D溫度概圖，該3-D溫度概圖是使用定位在橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的單一的加熱元件來在模具中對橡膠制品進行加熱而得到的。在用于3-D基線溫度概圖的固化工序期間同時進 行“快照”。例如，如圖2和圖3所示，預(yù)定區(qū)域被限定為整個胎面花紋塊20或其某些部分。 為了示例的目的，圖3中顯示了邊界80來選定了用作預(yù)定區(qū)域的花紋塊20的一部分。對 于固化期間選定的時刻而言，3-D溫度概圖是由于加熱元件的存在而發(fā)生的在胎面花紋塊 的預(yù)定區(qū)域內(nèi)隨著位置χ、y和ζ而變化的溫度。所述加熱元件可以是位于胎面花紋塊20 的中心25的銷。合成的加熱元件3-D溫度概圖可以被稱作Tpin(x，y，z，t)。與基線概圖一 樣，例如可以通過使用有限元分析來在花紋塊20當(dāng)中進行熱傳遞行為的建模來實現(xiàn)加熱 元件的3-D溫度概圖，其中該花紋塊20正在被模具和花紋塊20中的單一的銷加熱。接下來，獲得了該單一的加熱元件的最終(net)3-D溫度概圖。該最終3-D溫度概 圖被限定為由于單一的加熱元件的存在而產(chǎn)生的橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的溫度增大量。返 回到圖2中的胎面花紋塊20的例子，在胎面花紋塊20的中心25進行定位的單一銷的存在 而具有的最終3-D溫度概圖是通過從單一銷的3-D溫度概圖減去基線3-D溫度概圖來確定 的。這可以用數(shù)學(xué)方式表示為(1)Δ Tpin(X，y, ζ, t) = Tpin(χ, y, ζ, t)-Tbaseline (χ, y, ζ, t)其中Δ Tpin(χ, y, z,t)=單一加熱元件的最終3-D溫度概圖。等式(1)的結(jié)果提供了位于胎面花紋塊的中心25處的單一銷的最終3-D溫度概 圖。然而，為了使用一個以上的銷，申請人的方法允許了對一個或多個加熱元件在制品當(dāng)中 的最優(yōu)定位的確定。例如，申請人的方法允許了對一個或多個加熱銷在胎面花紋塊20當(dāng)中 的最優(yōu)位置的確定。因此，在用于溫度概圖的預(yù)定區(qū)域當(dāng)中，用兩個維度限定了任意數(shù)量的可能的加 熱元件位置。返回至圖5，每個位置85 (用χ來標(biāo)記)表示花紋塊20的邊界80內(nèi)的總數(shù)為 “i”的這種位置85當(dāng)中的加熱銷的可能位置。每個位置在邊界80標(biāo)記的預(yù)定區(qū)域內(nèi)用二 維進行限定。例如，參考圖5，每個可能的位置85可以通過坐標(biāo)(也可以使用r、θ 坐標(biāo)系)而被識別。由于較大(i+Ι)或較小(i_l)數(shù)量的可能位置的優(yōu)化工序的一部分可 以被限定，其中取決于所需的優(yōu)化程度，總數(shù)是任意的。在圖5的例子當(dāng)中，僅僅為了示例 的目的而顯示了二十三個這種位置85。待被優(yōu)化的加熱元件的數(shù)量“η”也是被任意選定的。例如，可以選定四個銷來用 于加熱花紋塊20的預(yù)定區(qū)域。在圖5的情形中，選定四個銷意味著一旦選擇了其它三個銷 的位置之后，每個銷具有20個可能位置，這導(dǎo)致了四個銷在二十三個位置85之間具有8855 種可能的布局。如果只選定了三個銷，那么在二十三個位置之間具有1771種三個銷的可能 布局?？梢詫λ膫€銷的布局和三個銷的布局之間的固化效率差異進行比較，來確定銷的最 優(yōu)數(shù)量和最優(yōu)位置。在限定預(yù)定區(qū)域和選定加熱元件位置的數(shù)量i和加熱元件的數(shù)量η之中可以進行 多種其他選擇。例如，預(yù)定區(qū)域可以被進一步分割成多個子區(qū)域，其中每個子區(qū)域中只有一 個銷。更加具體而言，用于花紋塊20的帶有邊界85的預(yù)定區(qū)域可以被分為四個子區(qū)域—— 每個子區(qū)域具有四個銷的其中一個銷的多個可能的加熱元件位置i。假設(shè)每個子區(qū)域具有 二十個可能位置，則可能的布局?jǐn)?shù)量為160，000。然而，通過例子的方式，將其中一個子區(qū)域減少為僅有九個可能的加熱元件位置i則將可能的布局的總數(shù)減少至72，000，從而減少了 所需的計算時間。一旦加熱元件位置的數(shù)量在橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)以二維來進行限定的話，則確 定了 η個加熱元件的每種可能布局所導(dǎo)致的最小溫度。更加具體而言，對于預(yù)定區(qū)域內(nèi)的η 個加熱元件的每種布局而言，確定了由這種布局而導(dǎo)致的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的最小溫度。作為本 發(fā)明的一部分，申請人確定了加熱元件在模具中的定位能夠通過以下的假設(shè)而被優(yōu)化當(dāng) 單一加熱元件的位置在預(yù)定區(qū)域內(nèi)的多個加熱元件位置i之間二維移動的時候，單一加熱 元件的最終3-D溫度概圖Δ Tpin(X，y，ζ, t)將會與加熱元件一起移動。例如，返回到圖5，花紋塊20上的單一銷在固化工序期間的時間t上的效果能夠通 過將最終3-D溫度概圖ATpin(x，y，z，t)從數(shù)學(xué)角度上從一個位置A移動至另一個位置A’ 而被確定。這可以從數(shù)學(xué)上通過以下步驟來表示首先，相對于位置A上的銷的中心來定義節(jié)點坐標(biāo)(2)xiA = X1-Xa ；yiA = Y1-Ya ；ziA = Z1-Za其中(Xi，yi，Zi)是節(jié)點i的坐標(biāo)，(xA,yA,zA)是在花紋塊20的預(yù)定區(qū)域當(dāng)中的位 置A的中心的坐標(biāo)。接下來，相對于銷位置A’的中心來定義節(jié)點坐標(biāo)(3)Xi, A’ = Xi, -xA, ；Yi, A’ = _yA’ ；Zi, A’ = Zi, _zA’其中(Xi,，ζν)是節(jié)點i，的坐標(biāo)，(xA,，yA,，ν)是表面上的位置Α，的中心的 坐標(biāo)。隨后，通過對坐標(biāo)A中的每個節(jié)點溫度分配至新坐標(biāo)A’中對應(yīng)的一個，將溫度場 從位置A平移到A’。例如，對于坐標(biāo)A’中的任意節(jié)點i ’，坐標(biāo)A中的對應(yīng)節(jié)點i具有以下 的最小值(4)(I Xi, A’ -xiA I +1 A’ -yiA | +1 Zi' k，~z1A |)，其中i從1變化至所有節(jié)點的數(shù)量，并且每項和加數(shù)都是x、y或ζ坐標(biāo)的A’和A 之間的差的絕對值。也可以使用其它的判別式。例如，也可以不采用絕對值而采用平方值。申請人:將該方法與使用有限元分析來對將銷從A移動至A’的效果進行確定進行 比較。已經(jīng)確定，相對于銷移動的面積和由于該移動而導(dǎo)致的溫度幅值，上述方法給出了大 約相同的結(jié)果。因此，上述方法提供了將最終3-D溫度概圖ATpin(x，y，z，t)從數(shù)學(xué)角度上 在預(yù)定區(qū)域內(nèi)移動的方法，而不用對每個移動使用有限元分析。此外，申請人還確定了，為了優(yōu)化的目的，在預(yù)定區(qū)域內(nèi)的整個3-D溫度增大概圖 可以通過將單一加熱元件的最終3-D溫度概圖ATpin(x，y，z，t)數(shù)學(xué)地加入到用于η個加 熱元件的每個加熱元件位置i而被確定。換言之，由于在邊界85內(nèi)增加了 η個銷而導(dǎo)致的 在整個胎面花紋塊20中的以三維形式發(fā)生的整個溫度增大能夠通過以下數(shù)學(xué)計算將一 個銷引起的三維的最終增大疊加到對于η個銷的給定布局的每個銷位置i上。接著，該整 個3-D溫度增大概圖能夠被加入到基線溫度概圖Tbaselim(X，y，ζ, t)，從而確定了由于增加 了 η個銷在i個可能位置之間的給定布局而引起的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的合成的3-D溫度概圖。這可以用數(shù)學(xué)表示如下(5)Tresulting = Tbaseline (χ, y, z, t) + ATpinl(x，y, ζ, t) +Δ Tpin2 (χ, y, ζ, t) +. . . + Δ Tpin η(χ, y, ζ, t)因為沒有對該數(shù)學(xué)加法使用諸如有限元分析的深入的計算分析，因此可以節(jié)省大
量的計算工作。合成的3-D溫度概圖T_ulting，是對于如上所述的η個銷在預(yù)定區(qū)域內(nèi)的每種可能 布局來進行計算。每個合成的3-D概圖對于所述預(yù)定區(qū)域具有在3-D概圖的內(nèi)的某個位置 的對于該加熱元件的特定布局的至少一個最小溫度。換言之并參考圖5，對于預(yù)定區(qū)域內(nèi) 的i個可能位置85之間的每種可能的η個銷的布局，來計算花紋塊20的邊界80內(nèi)的三維 的合成的溫度概圖。對于每種布局，花紋塊20將會在合成的溫度概圖內(nèi)的某處具有最小溫 度。通過選定對應(yīng)于合成的溫度概圖中的最高的最小溫度的銷的布局，而識別出了 η個銷 的最佳布局。可以使用本文描述的方法而采取多種額外步驟來進一步提高加熱元件位置的優(yōu) 化。例如，以上描述的示例性的方法可以在以下情況下被重復(fù)使用不同數(shù)量的η個加熱元 件，使用對于加熱元件的不同數(shù)量的i個可能的位置，使用不同的預(yù)定區(qū)域(亦即，不同的 邊界)，再分割成多個子區(qū)域，和或者在固化工序內(nèi)選擇不同的時間t。此外，如果優(yōu)化布局 導(dǎo)致了加熱元件靠近了預(yù)定區(qū)域的邊界，則取決于制品的物理特性，該邊界可以被轉(zhuǎn)移或 者預(yù)定區(qū)域可以擴展，從而確定是否額外的優(yōu)化會導(dǎo)致新的布局。通過對銷的位置和/或數(shù)量進行優(yōu)化，可以實現(xiàn)固化工序中的高效率。例如，如前 所述，圖4呈現(xiàn)了僅僅使用二維方法確定的花紋塊20內(nèi)的三個銷的位置，其中多個銷之間 的距離和邊界80被最小化。圖6顯示了同樣的胎面花紋塊，其中三個銷的位置利用三維溫 度概圖使用了上述方法而被優(yōu)化。對比這些圖，顯而易見的是，通過使用申請人的開創(chuàng)性方 法而極大改變了三個銷的布局。此外，申請人還能夠通過使用優(yōu)化的銷布局而預(yù)測出所需 的整個固化時間的減少。這種減少能夠顯著導(dǎo)致每個輪胎的較小的模具循環(huán)時間以及對應(yīng) 的整體提高的生產(chǎn)率。最后，使用四個銷的布局，下方的表1呈現(xiàn)了以上所述的2-D優(yōu)化方法與適用本發(fā) 明的方法而進行比較的結(jié)果(參考表1中的3-D優(yōu)化)。更加具體而言，使用2-D優(yōu)化方法 和3-D優(yōu)化方法來為類似于花紋塊20的胎面花紋確定了多個銷的位置。利用這些優(yōu)化的 銷的布局，來使用有限元分析解決3-D瞬時熱傳遞模型。有限元模型之前與真實輪胎上的 溫度研究相關(guān)聯(lián)，該溫度研究是使用插入到胎面中的熱電偶而執(zhí)行的。表1顯示了作為結(jié) 果的固化時間表1-四個銷固化時間(分鐘)銷的效率沒有銷49. 4-2-D 優(yōu)化431. 6，/ 銷3-D 優(yōu)化421.85，/銷此處使用了銷的效率，通過將固化時間除以銷的數(shù)量來作為節(jié)省量。因此，本發(fā)明 的方法導(dǎo)致了每個輪胎的顯著的固化時間的減少，同時還增大了每個銷的效率。這種固化時間的減少特別是當(dāng)考慮到大體積的輪胎的時候能夠?qū)е抡麄€制造時間的顯著的節(jié)省量。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明包含了能夠?qū)Ρ疚乃枋龅氖纠詫嵤├母鞣N其它的修改， 這些修改處于附后的權(quán)利要求及其它們的等價形式的范圍之內(nèi)。本發(fā)明的這些實施例和其 它實施例均遵循附后的權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種對η個加熱元件在用于橡膠制品的模具當(dāng)中的位置進行優(yōu)化的方法，包括以下 步驟確定單一的加熱元件的最終3-D溫度概圖；選擇加熱元件的數(shù)量η;在所述橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建以二維定義的多個加熱元件位置i ；利用從所述確定最終3-D溫度概圖的步驟中得到的所述單一的加熱元件的最終3-D 溫度概圖，而通過η個加熱元件的給定布局的存在來計算在所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)獲得的最小溫 度；對所述i個加熱元件位置之間可用的η個加熱元件的每個不同布局來重復(fù)所述計算最 小溫度的步驟；以及在具有最高的最小溫度的多個位置i之間識別η個加熱元件的具體布局。
2.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中所述確定所述單一的加熱元件的最終3-D溫度 概圖的步驟還包括以下步驟在沒有加熱元件的情況下對所述制品在模具中進行加熱，來確定在所述橡膠制品的預(yù) 定區(qū)域內(nèi)創(chuàng)建的基線3-D溫度概圖；通過利用位于所述橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)的單一的加熱元件來將所述橡膠制品在模 具中進行加熱，而獲得所創(chuàng)建的加熱元件的3-D溫度概圖。
3.如權(quán)利要求2所述的優(yōu)化方法，其中所述確定最終3-D溫度概圖的步驟包括從所 述加熱元件3-D溫度概圖中減去所述基線3-D溫度概圖。
4.如權(quán)利要求2所述的優(yōu)化方法，其中所述獲得步驟包括利用有限元分析來確定所 述加熱元件3-D溫度概圖。
5.如權(quán)利要求2所述的優(yōu)化方法，其中所述獲得步驟包括使用溫度測量裝置來確定 所述加熱元件3-D溫度概圖。
6.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中所述計算給定布局的最小溫度的步驟還包括以 下步驟通過將所述單一的加熱元件的最終3-D溫度概圖加入到所述η個加熱元件的每個加熱 元件位置i，而在所述預(yù)定區(qū)域內(nèi)找到全部的3-D溫度增大的概圖；將所述全部的3-D溫度增大的概圖加入到基線3-D溫度概圖當(dāng)中，以確定所述預(yù)定區(qū) 域內(nèi)的合成的3-D溫度概圖；以及在所述合成的3-D溫度概圖內(nèi)定位最小溫度。
7.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，還包括以下步驟選定所述橡膠制品的新的預(yù)定區(qū) 域，并為該新的預(yù)定區(qū)域重復(fù)權(quán)利要求1中的步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的優(yōu)化方法，其中所述預(yù)定區(qū)域是通過邊界來限定的，并且其中 當(dāng)被識別的最高的最小溫度導(dǎo)致了加熱元件位置i靠近所述預(yù)定區(qū)域的邊界的時候，來進 行所述選定新的預(yù)定區(qū)域的步驟。
9.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，還包括以下步驟對于新的加熱元件數(shù)量n+1來重 復(fù)權(quán)利要求1中的步驟。
10.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，還包括以下步驟對于新的加熱元件數(shù)量n-1來重 復(fù)權(quán)利要求1中的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，還包括以下步驟對于新的加熱元件位置i+1來重 復(fù)權(quán)利要求1中的步驟。
12.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，還包括以下步驟對于新的加熱元件位置i_l來重 復(fù)權(quán)利要求1中的步驟。
13.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中所述加熱元件是銷或者細溝槽。
14.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中所述橡膠制品是輪胎，并且所述預(yù)定區(qū)域是基 于胎面特性而確定的。
15.如權(quán)利要求14所述的優(yōu)化方法，其中所述預(yù)定區(qū)域位于輪胎的胎面花紋塊的內(nèi)部。
16.如權(quán)利要求15所述的優(yōu)化方法，其中所述預(yù)定區(qū)域由邊界限定，并且其中，用于所 述計算最小溫度的步驟的η個加熱元件的第一布局部分地是基于將具有最大距離的花紋 塊內(nèi)的位置確定至加熱元件或者多個加熱元件的給定布局的邊界。
17.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中所述預(yù)定區(qū)域由邊界限定，并且其中，用于所 述計算最小溫度的步驟的η個加熱元件的第一布局部分是基于將具有最大距離的所述預(yù) 定區(qū)域內(nèi)的位置確定至加熱元件或者多個加熱元件的給定布局的邊界。
18.如權(quán)利要求1所述的優(yōu)化方法，其中所述在橡膠制品的預(yù)定區(qū)域內(nèi)沿著兩個維度 創(chuàng)建多個加熱元件位置i的步驟還包括將柵格應(yīng)用至預(yù)定區(qū)域。
19.一種用于橡膠制品的模具，該模具具有根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法而定位在所 述模具中的η個加熱元件。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法所制造的輪胎。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種對加熱元件在用于橡膠制品的模具內(nèi)的位置進行優(yōu)化的方法。更加特別而言，提供了對一個或多個加熱元件在輪胎的胎面當(dāng)中的位置進行優(yōu)化的方法，以提高固化工藝的效率，所述加熱元件例如為固化銷或者細溝槽。
文檔編號B29C33/40GK102076474SQ200880130116
公開日2011年5月25日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月30日
發(fā)明者C·S·馬登, M·C·安德魯斯, 王有能 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司