纸浆模塑成型工艺及模具结构优化设计

摘要

纸浆模塑制品主要应用于产品的缓冲包装，它以纸纤维为原材料，具有低成本、容易降解、透气性好等优点。纸浆模塑制品是一种环保包装材料，在生产和使用过程对环境不造成污染。但目前国内纸浆模塑制品生产技术比较落后，特别是制品生产成本高，合格率低等问题限制了纸浆模塑工业制品的发展。本文对现有纸浆模塑成型机的生产工艺进行优化，为实现其工艺优化，重点对吸滤成型模具的吸浆孔结构、模具背腔结构、热压模具的加热板孔道结构以及对吸滤成型模具支架结构进行了优化设计，从而提高制品生产效率及质量，降低生产成本的目的。　　首先，在吸滤工艺阶段，为缩短模具吸浆时间，提高吸滤成型效率及吸浆均匀性，对纸浆模塑吸滤成型模具的吸浆孔参数进行优化。文章先通过理论分析得出模具吸浆孔的孔径大小及入出口截面突变是影响吸浆过程压力损失的因素，并利用ANSYS/FLOTRAN仿真分析软件分别对不同孔径、不同锥度、不同倒角半径的模具吸浆孔模型进行模拟分析，对比分析得到最优吸浆孔结构参数。　　其次，为使制品脱模压力更均匀，对吸滤成型模具的脱模工艺进行了研究。首先建立了模具背腔流场的CFD三维数值模型，并对气流分布板不同的开孔率、不同布置位置进行了数值模拟分析，通过对比分析得到了气流分布板的最佳开孔率及安装位置；在确定气流分布板的结构及位置的基础上，对背腔截面突变位置进一步优化，可减小气流的局部能量损失，优化后提高了出口截面的气流平均速度，进一步提高了产品脱模效率。　　同时，在热压成型工艺阶段，为提高加热板热传递效率及制品质量，缩短制品热压成型时间，采用ANSYS软件的热分析模块对纸浆模塑热压成型模具的加热板进行了研究，即对原加热板的孔道结构进行优化，得到加热板工作面温度分布更均匀的优化方案。　　再次，利用有限元分析软件ANSYS的Design Opt模块，对纸浆模塑成型设备吸滤成型模具支架进行了减量化、轻量化设计。原吸浆模支架空间布局不紧凑，限制了吸滤模具浸入浆液的深度且强度有较大富裕，存在优化空间。经过优化得到了纸浆模塑吸浆模支架结构轻量化的优化设计方案，减少了支架体积及总质量，节约了生产成本。　　最后，对优化后得到的模具吸浆孔最优结构参数及热压模具加热板进行改进并进行实验验证，测试结果表明，制品的成型效率及质量都有所提高，优化效果显著。

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第一章 绪 论

1.1纸浆模塑制品概述

1.2 纸浆模塑制品成型方式及成型设备

1.3 国内外相关研究现状

1.4 课题研究意义

1.5 课题来源及主要研究内容

第二章 纸浆模塑成型工艺参数分析

2.1纸浆模塑制品生产工艺流程

.2真空吸滤成型工艺

2.3热压成型工艺

2.4 成型工艺参数分析

2.5 吸滤时间及热压成型时间对制品抗压强度的影响

2.6本章小结

第三章 真空吸滤模具参数优化

3.1纸浆模塑吸滤成型模具介绍

3.2吸滤成型模具吸浆孔参数分析

3.3制品脱模压力均匀性研究

3.4本章小结

第四章 纸浆模塑热压模具加热板温度场分析及优化

4.1模具加热板简介

4.2 ANSYS热分析概述

4.3 传热学经典理论

4.4温度场仿真分析

4.5加热板孔道结构优化

4.6本章小结

第五章 纸浆模塑吸浆模支架轻量化设计

5.1优化设计的基本概念

5.2 纸浆模塑自动成型机结构简图

5.3 吸浆模支架静力分析

5.4 支架结构优化设计

5.5本章小结

第六章 优化参数实验验证

第七章 总结和展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及其他成果

致谢