PP覆膜牛皮纸盘冲压成形实验及模拟研究
发布时间：2021-04-06 02:56
纸基包装材料对生态环境和人体健康无害,受到包装行业的青睐。相比于人工胶黏、图钉按压等传统纸板成形工艺,冲压成形工艺可以直接成形,具有效率高、成形品形状多样、成形精度高、密封性好等优点,应用前景广泛。本文通过实验研究和数值模拟,对聚丙烯（PP）覆膜牛皮纸进行单层和双层纸板冲压成形分析,阐述纸板尺寸对成形深度和成形规律的影响,探索压边间隙对起皱高度、纵向（Mechanical direction,MD）和横向（Cross direction,CD）壁厚分布、等效塑性应变和回弹量的影响,对比单层和双层纸板冲压成形结果,揭示双层板冲压工艺能更好地抑制PP覆膜牛皮纸成形缺陷,实现优质高效的托盘冲压成形。主要工作及结论如下:（1）PP覆膜牛皮纸力学性能研究。通过单向拉伸实验分析6种基重PP覆膜牛皮纸的抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量和屈服强度的力学性能规律。结果表明,随着纸板基重的增加,抗拉强度呈下降趋势,且MD抗拉强度约为CD抗拉强度的1.4倍;断裂伸长率不受基重变化影响,但CD断裂伸长率大约是MD的2.2倍;弹性模量随基重的增加而减小,MD弹性模量约为CD弹性模量的2倍;屈服强度随纸板基重的增加...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?（ａ）没有压力调节系统的凸模（ｂ）有压力调节系统的凸模ｒａ??
来模拟折痕过程中发生的分层为模拟折痕线的力学行为，??Ｇｉａｍｐｉｅｒｉ等人发展一种将界面有限元置于相邻壳单元之间的折痕界面本构模型??［３９］。Ａｍｉｇｏ使用一个更简单的带有线性弹簧连接器元件模型，分析表明最大变形??主要取决于弯曲刚度，而不是折痕刚度。弯曲刚度引起的变形约占总变形的９０％，??折痕刚度引起的变形约为１〇％？］。Ａｗａｉｓ等人模拟分析折痕对托盘成形性的影??响。纸板采用正交异性弹塑性材料，用各向同性硬化的Ｈｉｌｌ屈服准则来定义塑性??行为，折痕由铰链连接件元素建模如图１．４所示。研宄表明折痕增强托盘成形性；??局部应变出现在托盘角部，局部应变的强度和大小随折痕数量的增加而降低Ｉ？。??图１．４纸板网格和主要材料方向：ＭＤ沿ｘ轴，ＣＤ沿ｙ轴，折痕用棕色线表示［４１］。??６??
?山东大学硕士学位论文??Ｌｉｎｖｉｌｌ等人建立一个简单的一维理想塑性铰链模型，将其引入到纸板的三维??各向异性塑性材料本构模型中，采用连接器元件模拟折痕，如图１．５所示。研宄??表明托盘角部的局部应变取决于折痕的数量，随着折痕数量的增加，局部应变减??校然而，折痕对局部应变的影响取决于纸板的硬度，纸板越硬，影响就越大［４２］。??Ｌｉｎｖｉｌｌ等人对起皱的研究非常重要，为之后纸基材料起皱分析奠定基矗??纏肩??图１．５拉深纸杯回弹后的实验和模拟结果，其中白色代表不起皱，洋红代表起皱??目前研究者对多层纸板成形的模拟研宄较少，对多层金属板成形的模拟研宄??较多。董浩模拟分析不同厚度金属板的单层板、双层板成形方法以及不同加载路??径的成形效果，分析纸板的起皱规律、壁厚分布规律、成形过程中的摩擦应力状??态以及应变规律。研宄表明对于厚度为１．０?ｍｍ、０．８?ｍｍ和０．５?ｍｍ的成形板，??选取厚度２．５?ｍｍ的５Ａ０６铝合金作为辅助板，既可以辅助成形，又可以节约材??料［２８］。唐巍模拟三层板托盘拉深成形，结果表明最大拉深力随纸板直径增大而呈??线性增长的趋势［４３］。樊奇通过温拉深试验及数值模拟仿真，研究成形温度、叠层??顺序、叠层板厚及轧制方向等工艺参数对ＡＺ３１／３００３叠层板的成形性能的影响。??研究表明叠层板拉深性能较好，但所需拉深力较大Ｗ。??１．３目前研究存在的问题??国内外研究学者通过实验研宄和数值分析等手段，针对纸基材料冲压成形进??行大量的研宄工作。但针对纸基材料机械性能、多层纸基材料冲压成形工艺及模??拟研宄等仍存在一定的不足和缺陷：??（１）对托盘单层纸板冲压成形工艺的研究。相比于大量的纸基
本文编号：3120615
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３?（ａ）没有压力调节系统的凸模（ｂ）有压力调节系统的凸模ｒａ??
来模拟折痕过程中发生的分层为模拟折痕线的力学行为，??Ｇｉａｍｐｉｅｒｉ等人发展一种将界面有限元置于相邻壳单元之间的折痕界面本构模型??［３９］。Ａｍｉｇｏ使用一个更简单的带有线性弹簧连接器元件模型，分析表明最大变形??主要取决于弯曲刚度，而不是折痕刚度。弯曲刚度引起的变形约占总变形的９０％，??折痕刚度引起的变形约为１〇％？］。Ａｗａｉｓ等人模拟分析折痕对托盘成形性的影??响。纸板采用正交异性弹塑性材料，用各向同性硬化的Ｈｉｌｌ屈服准则来定义塑性??行为，折痕由铰链连接件元素建模如图１．４所示。研宄表明折痕增强托盘成形性；??局部应变出现在托盘角部，局部应变的强度和大小随折痕数量的增加而降低Ｉ？。??图１．４纸板网格和主要材料方向：ＭＤ沿ｘ轴，ＣＤ沿ｙ轴，折痕用棕色线表示［４１］。??６??
?山东大学硕士学位论文??Ｌｉｎｖｉｌｌ等人建立一个简单的一维理想塑性铰链模型，将其引入到纸板的三维??各向异性塑性材料本构模型中，采用连接器元件模拟折痕，如图１．５所示。研宄??表明托盘角部的局部应变取决于折痕的数量，随着折痕数量的增加，局部应变减??校然而，折痕对局部应变的影响取决于纸板的硬度，纸板越硬，影响就越大［４２］。??Ｌｉｎｖｉｌｌ等人对起皱的研究非常重要，为之后纸基材料起皱分析奠定基矗??纏肩??图１．５拉深纸杯回弹后的实验和模拟结果，其中白色代表不起皱，洋红代表起皱??目前研究者对多层纸板成形的模拟研宄较少，对多层金属板成形的模拟研宄??较多。董浩模拟分析不同厚度金属板的单层板、双层板成形方法以及不同加载路??径的成形效果，分析纸板的起皱规律、壁厚分布规律、成形过程中的摩擦应力状??态以及应变规律。研宄表明对于厚度为１．０?ｍｍ、０．８?ｍｍ和０．５?ｍｍ的成形板，??选取厚度２．５?ｍｍ的５Ａ０６铝合金作为辅助板，既可以辅助成形，又可以节约材??料［２８］。唐巍模拟三层板托盘拉深成形，结果表明最大拉深力随纸板直径增大而呈??线性增长的趋势［４３］。樊奇通过温拉深试验及数值模拟仿真，研究成形温度、叠层??顺序、叠层板厚及轧制方向等工艺参数对ＡＺ３１／３００３叠层板的成形性能的影响。??研究表明叠层板拉深性能较好，但所需拉深力较大Ｗ。??１．３目前研究存在的问题??国内外研究学者通过实验研宄和数值分析等手段，针对纸基材料冲压成形进??行大量的研宄工作。但针对纸基材料机械性能、多层纸基材料冲压成形工艺及模??拟研宄等仍存在一定的不足和缺陷：??（１）对托盘单层纸板冲压成形工艺的研究。相比于大量的纸基
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