Список выполненных НИОКР

Конечно-элементное моделирование и исследование технологического процесса получения рельефных изображений на бумажных материалах методом тиснения (2008 г.)

Отрасли промышленности:
Ключевые слова Конгревное тиснение, бумага, картон, полиуретан, штамп, прессовка
Программное обеспечение LS-DYNA, SolidWorks
Период проведения 2008 г.

Описание метода тиснения:

Элементы, используемые при тиснении: металлический штамп с выгравированным рисунком, бумажный материал или картон, полиуретановая пластина. Методом вдавливания штампом в полиуретан картона получаем на нем рельефное изображение.
 

Рис. 1 Технологическая схема процесса тиснения
Рис. 1 Технологическая схема процесса тиснения 

Рис. 2 Фотография штампа с набором тестовых выгравированных изображений
Рис. 2 Фотография штампа с набором тестовых выгравированных изображений 

Процесс тиснения сопровождается побочным явлением – растяжением бумажного материала (рис. 3). Кроме того эластичный материал в результате создаваемого давления «перетекает» за пределы площади штампа и прорывает картон по периметру этого штампа (рис.4).

. 3. Результат растяжения картона по сторонам в процессе тиснения
​Рис. 3. Результат растяжения картона по сторонам в процессе тиснения 

Рис. 4. Результат растяжения и прорыва по контуру штампа
Рис. 4. Результат растяжения и прорыва по контуру штампа 

Моделирование процесса тиснение проведено для двух различных металлических штампов (рис.5). Большой штамп, с тремя столбцами наборных элементов: квадратный, прямоугольный и полусферический. Малый штамп - один столбец наборных элементов (прямоугольные).

Рис.5 Профиль штампов
Рис.5 Профиль штампов 
 

Малый штамп. Поле перемещений. Нажмите для увеличения
Малый штамп. Поле перемещений
 

Лист бумаги. Поле перемещений в направлении оси oz. Нажмите для просмотра

Лист бумаги.
Поле перемещений в направлении оси oz.

Лист бумаги. Поле перемещений в направлении оси oz. Нажмите для просмотра
Лист бумаги.
Поле перемещений в направлении оси oz.

Полиуретановая подложка. Поле перемещений в направлении оси oz. Нажмите для просмотра
Полиуретановая подложка.
Поле перемещений в направлении оси oz.

Лист бумаги и полиуретановая подложка. Поле перемещений в направлении оси oz.. Нажмите для просмотра

Лист бумаги и полиуретановая подложка.
Поле перемещений в направлении оси oz.

Анимация. Поле перемещений

Малый штамп. Поле эквивалентных напряжений по Мизесу. Нажмите для увеличения
Малый штамп. Поле эквивалентных напряжений по Мизесу

В процессе тиснения происходит утоньшение перфорируемого листа, что может приводить к разрыву бумаги. Утоньшение бумаги, характерное для исследованного процесса приведено на рис.6. Исходная толщина составляет 0.1 мм. В зонах сопряжения листа бумаги с боковыми поверхностями находятся зоны наиболее вероятные для разрыва.

Рис.6 Изменение толщины бумаги (мм)

Рис.6 Изменение толщины бумаги (мм)

Большой штамп. Поле перемещений. Лист бумаги

Большой штамп. Поле перемещений (м). Лист бумаги

Большой штамп. Поле перемещений. Полиуретановая подложка

Большой штамп. Поле перемещений (м). Полиуретановая подложка

 

Малый штамп:

Лист бумаги. Поле перемещений в направлении оси oz. Нажмите для просмотра

Лист бумаги. Поле перемещений в направлении оси oz.

 

Полиуретановая подложка. Поле перемещений в направлении оси oz. Нажмите для просмотра
Полиуретановая подложка. Поле перемещений в направлении оси oz.

 

Большой штамп:

Лист бумаги. Поле перемещений в направлении оси oz. Нажмите для просмотра
Лист бумаги. Поле перемещений в направлении оси oz.

 

Лист бумаги и полиуретановая подложка. Поле перемещений в направлении оси oz.. Нажмите для просмотра
Лист бумаги и полиуретановая подложка. Поле перемещений в направлении оси oz.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® на основе работы, выполненной в 2008 г.