纸盒的折叠过程及其折叠轨迹线研究

论文摘要

由于具有重量轻、可回收、价格低廉、成型灵活等优点,纸及纸板在包装工业中有着十分广泛的应用。据统计,每年用于包装的纸及纸板消费量占中产量的10%左右。其中,折叠纸盒在产品的零售包装中应用也很广。我国是一个制造业大国,但是在产品生产中普遍存在着生产力不能满足生产要求的情况。例如,某些纸盒的折叠过程较为复杂,采用机械生产较为困难,因此纸盒的折叠还大量依靠手工生产。这不仅大量地浪费了生产力资源,也导致了生产成本的增加,直接影响了企业的形象及经济效益。同时,人工生产也存在一些质量问题,如在药品等要求较高的产品中需要实现自动化。因此,希望通过研究纸盒的折叠过程和折叠时的轨迹线,有助于实现适用于不同盒型的自动化生产。本文根据折叠纸盒自动化生产的条件,分析了管式折叠纸盒、盘式折叠纸盒及其他纸盒形式,研究了折叠成型机构与折叠生产的过程。纸和纸板在折叠过程中几何和物理性质发生了改变。为得到最佳的成型方式,采用PRO/E软件对典型纸板折叠结构件的施力位置进行分析,并建立其结构模型。根据结构件具有的应力及应变量,分析并确定折叠时的施力点,即关键控制点,根据关键控制点对纸盒折叠过程进行分析。此时,将纸盒面板简化成为杆件,折缝简化为铰链结构。纸盒通过折叠,其构态发生变化,为变胞机构。根据对机构的运动及折叠顺序的分析,可以得到纸盒折叠所需要的轨迹线。本文还对一种复杂盒型的折叠过程进行了模拟分析。得到的模型及折叠过程的理论分析对实际生产过程及纸盒成型机械的设计都有一定的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 折叠纸盒概述
• 1.2.1 我国纸盒工业的发展及现状
• 1.2.2 纸盒常用分类方法
• 1.2.3 纸盒的生产工艺
• 1.2.4 折叠纸盒的原材料
• 1.3 国内外的研究情况
• 1.3.1 盒型结构、作业线研究
• 1.3.2 纸盒结构优化及CAD 系统研究
• 1.3.3 折叠过程的数学模型研究
• 1.3.4 纸盒的展开及折叠性能研究
• 1.4 研究目的和意义
• 1.5 研究内容和方法
• 1.6 本章小结
• 第二章 纸盒自动化生产的影响因素及自动折叠机构研究
• 2.1 制盒原料的影响
• 2.1.1 纸板重量的影响
• 2.1.2 纸材粗糙度、含水量、耐折性、挺度的影响
• 2.1.3 纸材结构的影响
• 2.2 生产工序对自动化的影响
• 2.2.1 盒型结构的确立
• 2.2.2 纸板模切与剥离
• 2.2.3 纸盒的折叠
• 2.2.4 糊盒
• 2.2.5 装盒
• 2.2.6 其他因素的影响
• 2.3 满足自动化成型的盒型结构分析
• 2.3.1 标准折叠纸盒
• 2.3.2 罩盖式折叠纸盒
• 2.3.3 包折式折叠纸盒
• 2.3.4 自动化成型折叠纸盒的结构要求
• 2.4 纸盒结构及其高速、自动折叠机构分析
• 2.4.1 管式折叠纸盒
• 2.4.2 盘式折叠纸盒
• 2.4.3 其他纸盒结构的成型
• 2.5 本章小结
• 第三章 纸盒折叠过程的理论分析
• 3.1 纸板的性能
• 3.1.1 纸的力学性能描述
• 3.1.2 纸的弹性模量的测试
• 3.2 纸板弯折的物理性质
• 3.2.1 薄纸板弯折的物理性质
• 3.2.2 微瓦楞纸板弯折的物理性质
• 3.2.3 层叠板弯折的形态变化
• 3.3 折叠纸盒的机构模型
• 3.3.1 纸板折叠时的几何参数及运动情况
• 3.3.2 纸板折叠时的机构变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 典型纸盒结构的折叠过程模拟
• 4.1 PRO/E 模型的建立
• 4.1.1 Pro/MECHANICA Structure 简介
• 4.1.2 模型建立依据
• 4.1.3 模型验证
• 4.2 摇翼的弯折过程研究
• 4.3 管式折叠纸盒的开盒过程
• 4.3.1 建立开盒模型
• 4.3.2 模拟结果
• 4.3.3 施力位置分析
• 4.4 平分角的折叠成型分析
• 4.4.1 建立平分角折叠模型
• 4.4.2 模拟结果
• 4.4.3 施力位置分析
• 4.5 本章小结
• 第五章纸盒折叠过程分析的工程应用
• 5.1 一种非典型折叠纸盒的折叠方案分析
• 5.1.1 机构分析
• 5.1.2 折叠成型的关键控制点设置
• 5.1.3 关键控制点的矩阵
• 5.2 折叠轨迹在生产中的应用
• 5.2.1 机械手简介
• 5.2.2 根据控制点确定机械手的轨迹
• 5.2.3 机械手的运动形式
• 5.3 本章小结
• 第六章总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录