基于Solidworks棋盘纸浆模结构及模具设计

1 引言

    纸浆模塑行业发展非常迅速，应用的领域在不断拓展，这样对纸浆模塑行业提出更高要求，特别是对结构的功能提出了新的要求：更强的承载能力、更好的缓冲性能、更稳定的抗振性能。目前纸浆模塑制品结构对较轻包装物能起到较好支撑和保护作用，但对于150公斤以上包装物基本达不到承载和保护的作用。

2 棋盘式纸浆模塑结构的提出与定义

    纸浆模塑制品以芦苇、麦草、竹等草本植物纤维浆（或木浆），以及废纸板、废纸为主原料，加入松香胶、石蜡乳胶或松香一一石蜡乳胶等湿强剂进行打浆，按照相应规格、尺寸、结构形成，通过模具由真空吸附（或正向压漏）后成型，经压实、干燥、整形，得到与内装物轮廓一致的制品。

    纸浆模塑棋盘式结构是在良好力学性能的蜂窝状结构认识的基础上的提出来的。坚固、连续的蜂窝形的网状结构可以分散承担来自各方的外力作用，且受到外界较大冲击作用时，具有良好的缓冲性能。它能以较少的材料消耗到达较大的力学性能，但是蜂窝状结构侧面受力相对较弱。纸浆模塑棋盘式结构将蜂窝结构和受力原理加以改进应用于内包装，达到拓展纸浆模塑结构承载能力和缓冲性能的目的。

    棋盘式蜂窝状结构（简称棋盘式结构），其基本单元五面封闭，一面敞开，相邻型腔之间敞开面上下交错，共用一个侧壁，对角型腔开口方向相同，相邻与对角四型腔之间共用一棱。在此基础上，作低于型腔高度的包装品形体掏空处理后，形成的整体像棋盘的结构，四壁一棱构成十字形结构，西安理工大学王宏涛通过实验的办法得出十字型单元结构承载能力非常强。如图1所示。

图1 棋盘式制品结构斜视图

3 棋盘式纸浆模塑制品性能分析

    1)我们应用有限元分析和试验相结合的办法，简要与传统结构作对比。在相同的载荷1500N作用下，在只考虑侧壁应力分布情况看，COSMOS分析应力主要集中在4.0E5 Pa到2.0E6Pa之间，平均值在0.9E6Pa，如图2所示。ANSYS分析应力主要集中在应力主要集中在4.4E5到2.2E6Pa，如图3所示，与许用应力吻合。传统的设计方法，在COSMOS中，相同载荷作用下，分析应力主要集中在8.0E6Pa到1.0E7Pa之间，且结构已经严重失稳，如图4所示。在300N载荷作用下应力才主要集中在4.0E5到2.0E6 Pa之间。可见棋盘式结构是传统结构承载能力的4到5倍。

图2 COSMOS静态载荷分析应力云图