纸盒拉深成形实验及数值模拟

摘要

纸板作为一种绿色包装材料，已广泛应用于各类产品的包装中。纸板是由各种纸浆加工而成的，其中的纤维相互交织，属于各向异性弹塑性材料，并有一定的拉深成形能力。目前市场中常见的蛋糕纸托盘、披萨盘等，即是纸板成形产物。然而，关于纸板拉深成形尤其是盒形件拉深成形工艺过程的研究，国内外尚未见报道。
　　本文首先对市面上常见的纸板进行了筛选，并选择245g/m2的淋膜纸杯纸作为研究对象，参照纸和纸板抗拉强度测度的国家标准，进行单向拉伸实验，得到淋膜纸杯纸的力学性能参数。其次，借鉴金属薄板成形极限图测定的国际标准和国家标准，对淋膜纸杯纸的成形极限图进行实验测定，得到了纸板横向、纵向和45°方向的成形极限曲线。再次，对淋膜纸杯纸坯料进行矩形盒的拉深成形实验，通过分析成形过程中出现的褶皱和裂纹，讨论了坯料尺寸、坯料方向、材料含水量、拉深深度等因素对成形效果的影响，得到淋膜纸杯纸拉深成形的合适工艺条件。最后，采用正交各项异性弹塑性模型，用ABAQUS有限元分析软件，结合所测定的成形极限图，对纸板成形极限测定过程、盒型件拉深成形及其卸载后的回弹过程进行了数值模拟，预测了成形危险区，为修正拉深工艺参数提供了依据。
　　实验研究和数值模拟结果表明:纸板，如淋膜纸杯纸，其力学性能呈现正交各向异性的特征，调整合适的拉深工艺条件，可以进行盒形件拉深成形;通过实验法测定纸板的成形极限图，应用于有限元软件进行成形过程的数值模拟，对于纸板拉深成形的生产实践具有指导意义，并且进一步拓展了纸板在包装领域的应用范围。