瓦楞輥靜力學(xué)性能分析及表面處理方法探究

文 周 王永飛 張峻嶺

（1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808；2.西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院，陜西 西安 710049）

0 引言

我國(guó)瓦楞紙箱工業(yè)起步相對(duì)較晚，但是近年來(lái)，發(fā)展速度十分迅猛、工業(yè)規(guī)模也迅速擴(kuò)大[1]。我國(guó)瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)與單面機(jī)數(shù)量、增長(zhǎng)速度、規(guī)格結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平等指標(biāo)均已在世界上排列前茅。瓦楞輥是瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)及單面機(jī)的關(guān)鍵性設(shè)備，其質(zhì)量的高低，影響著瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)的效率與穩(wěn)定性[2]。但是由于瓦楞輥受力較大，且運(yùn)行速度較快等因素，導(dǎo)致瓦楞輥成為非常易損的部件之一[3]。在這樣的背景下，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能分析以及表面處理，是非常迫切且意義重大。

本文通過(guò)運(yùn)用三維建模軟件，對(duì)瓦楞輥進(jìn)行模型的建立，然后通過(guò)將模型導(dǎo)入到ANSYS軟件中，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能分析，為后期表面處理提供理論依據(jù)。

1 瓦楞輥工作原理

瓦楞輥都是成對(duì)出現(xiàn)，分為上瓦楞輥和下瓦楞輥，它們?cè)趩蚊鏅C(jī)上與涂膠輥、壓力輥相組合運(yùn)轉(zhuǎn)。兩層瓦楞紙板的生產(chǎn)工藝過(guò)程為：熨燙成型→施膠→糊化→復(fù)合干燥[4]。導(dǎo)紙輥可以調(diào)節(jié)瓦楞原紙的張力，

預(yù)熱輥則用來(lái)控制濕度，滑過(guò)上瓦楞輥進(jìn)入加熱輥之間的瓦楞狀通道，然后受壓并熨燙成型。成型后的瓦楞芯紙經(jīng)過(guò)涂膠輥后，其楞峰被涂上一層膠水。施膠后的瓦楞紙隨下瓦楞輥繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，糊膠受熱后逐漸糊化。這樣就生產(chǎn)出了具有不同楞形的兩層瓦楞紙板。

2 瓦楞輥受力分析以及三維建模

對(duì)上下瓦楞輥進(jìn)行受力分析，下瓦楞輥為主動(dòng)輥，受到的力較大。因此本文主要考慮下瓦楞輥受力情況。下瓦楞輥受到了重力、軸承對(duì)其支撐力、阻力矩、驅(qū)動(dòng)力矩、上瓦楞輥對(duì)其反作用力。

運(yùn)用三維建模軟件Pro/E對(duì)其進(jìn)行三維建模，使用游標(biāo)卡尺、直尺等測(cè)量工具對(duì)其尺寸進(jìn)行測(cè)量。通過(guò)草繪來(lái)進(jìn)行瓦楞輥截面的繪制，繪制完成后，進(jìn)行拉伸，在經(jīng)過(guò)陣列得到所有的齒，完成三維建模。

3 ANSYS有限元力學(xué)分析

3.1 啟動(dòng)workbench并建立項(xiàng)目

在Windows系統(tǒng)下點(diǎn)擊workbench命令，啟動(dòng)ANSYS workbench12.0.在工具箱中選中幾何體選項(xiàng)，雙擊，即可完成新建項(xiàng)目的創(chuàng)建。在Toolbox中選中Analysis system中的Static Structure，創(chuàng)建項(xiàng)目B，關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.2 導(dǎo)入幾何體

將前面建立好的三維模型另存為IGES文件，在A2欄中的幾何體上點(diǎn)擊右鍵，在彈出的快捷菜單中選中導(dǎo)入模型命令，點(diǎn)擊瀏覽，然后打開(kāi)剛剛保存的IGES文件，再單擊生成按鈕，即完成了ANSYS的文件導(dǎo)入。

3.3 添加材料庫(kù)

因?yàn)橥呃爿伈馁|(zhì)為35CrMo，此種材料在材料庫(kù)中沒(méi)有，故需在材料庫(kù)中進(jìn)行添加。在界面的空白處單價(jià)鼠標(biāo)右鍵，選中工程數(shù)據(jù)源。在工程數(shù)據(jù)源中選中一般物質(zhì)，然后單擊outline of Favorites欄的添加按鈕，材料屬性為 EX=2.2×1011，PRXY=0.28，DENS=7800Kg/m3。將以上參數(shù)添加到新材料中。雙擊項(xiàng)目B中的Engineering Date項(xiàng)，在該項(xiàng)中進(jìn)行材料參數(shù)的設(shè)置。

3.4 施加載荷與約束

將前面的受力分析結(jié)果，進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的到的結(jié)果進(jìn)行載荷加載。并進(jìn)行約束，左邊為固定鉸鏈，右邊為滑動(dòng)鉸鏈。

3.5 結(jié)果與后處理

選擇 Mechanical界面左側(cè) Outline（分析樹(shù)）中的 Solution選項(xiàng)，此時(shí)會(huì)出現(xiàn)Solution工具欄。選擇 Solution工具欄中的 Stress→Equivalent（von-Mises）命令。 然后，選擇 Solution工具欄中的 Strain→Equivalent（von-Mises）命令。選擇 Solution 工具欄中的 Deformation（變形）→Total命令，點(diǎn)擊 Total Deformation選項(xiàng)。在快捷菜單中選擇Equivalent All Results命令，即可得到應(yīng)力與應(yīng)變?cè)茍D。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)瓦楞輥進(jìn)行力學(xué)分析，可以得到其脆弱部，對(duì)其進(jìn)行表面熱處理，采用表面鍍鉻技術(shù)。其表面淬硬并進(jìn)行精磨，然后在瓦楞輥表面鍍上一層0.08毫米的硬鉻鍍層，可以降低楞此表面的摩擦系數(shù)，增強(qiáng)楞齒的耐磨性能，延長(zhǎng)瓦楞輥的使用壽命。對(duì)包裝瓦楞紙板生產(chǎn)線(xiàn)高效穩(wěn)定的運(yùn)行有著積極的意義。

［1］樊燕.淺析我國(guó)包裝紙板市場(chǎng)與發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].造紙信息,2015,3：28-30.

［2］勒偉.瓦楞紙包裝展望[J].中國(guó)包裝,2015(7)：31-32.

［3］楊瑞豐.瓦楞紙箱生產(chǎn)實(shí)用技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010．

［4］崔小龍.基于ANSYS的機(jī)電產(chǎn)品包裝箱底架模態(tài)分析與研究[J].包裝與食品機(jī)械,2014,6：15-19.

［5］張建中．基于ANSYSWorkbench的薄壁筒形件有限元分析[J].包裝與食品機(jī)械,2014,3：32-35.

［6］吳水平，袁博．基于有限元的瓦楞輥中凸曲線(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．包裝工程，2014(9)：48-51．