瓦楞輥靜力學性能分析及表面處理方法探究

文 周 王永飛 張峻嶺

（1.東莞職業技術學院，廣東 東莞 523808；2.西安交通大學機械學院，陜西 西安 710049）

0 引言

我國瓦楞紙箱工業起步相對較晚，但是近年來，發展速度十分迅猛、工業規模也迅速擴大[1]。我國瓦楞紙板生產線與單面機數量、增長速度、規格結構、技術水平等指標均已在世界上排列前茅。瓦楞輥是瓦楞紙板生產線及單面機的關鍵性設備，其質量的高低，影響著瓦楞紙板生產線的效率與穩定性[2]。但是由于瓦楞輥受力較大，且運行速度較快等因素，導致瓦楞輥成為非常易損的部件之一[3]。在這樣的背景下，對其進行力學性能分析以及表面處理，是非常迫切且意義重大。

本文通過運用三維建模軟件，對瓦楞輥進行模型的建立，然后通過將模型導入到ANSYS軟件中，對其進行力學性能分析，為后期表面處理提供理論依據。

1 瓦楞輥工作原理

瓦楞輥都是成對出現，分為上瓦楞輥和下瓦楞輥，它們在單面機上與涂膠輥、壓力輥相組合運轉。兩層瓦楞紙板的生產工藝過程為：熨燙成型→施膠→糊化→復合干燥[4]。導紙輥可以調節瓦楞原紙的張力，

預熱輥則用來控制濕度，滑過上瓦楞輥進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過涂膠輥后，其楞峰被涂上一層膠水。施膠后的瓦楞紙隨下瓦楞輥繼續運轉，糊膠受熱后逐漸糊化。這樣就生產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

對上下瓦楞輥進行受力分析，下瓦楞輥為主動輥，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、軸承對其支撐力、阻力矩、驅動力矩、上瓦楞輥對其反作用力。

運用三維建模軟件Pro/E對其進行三維建模，使用游標卡尺、直尺等測量工具對其尺寸進行測量。通過草繪來進行瓦楞輥截面的繪制，繪制完成后，進行拉伸，在經過陣列得到所有的齒，完成三維建模。

3 ANSYS有限元力學分析

3.1 啟動workbench并建立項目

在Windows系統下點擊workbench命令，啟動ANSYS workbench12.0.在工具箱中選中幾何體選項，雙擊，即可完成新建項目的創建。在Toolbox中選中Analysis system中的Static Structure，創建項目B，關聯相關數據。

3.2 導入幾何體

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

3.3 添加材料庫

因為瓦楞輥材質為35CrMo，此種材料在材料庫中沒有，故需在材料庫中進行添加。在界面的空白處單價鼠標右鍵，選中工程數據源。在工程數據源中選中一般物質，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。將以上參數添加到新材料中。雙擊項目B中的Engineering Date項，在該項中進行材料參數的設置。

3.4 施加載荷與約束

將前面的受力分析結果，進行計算，計算的到的結果進行載荷加載。并進行約束，左邊為固定鉸鏈，右邊為滑動鉸鏈。

3.5 結果與后處理

選擇 Mechanical界面左側 Outline（分析樹）中的 Solution選項，此時會出現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，點擊 Total Deformation選項。在快捷菜單中選擇Equivalent All Results命令，即可得到應力與應變云圖。

4 結語

通過對瓦楞輥進行力學分析，可以得到其脆弱部，對其進行表面熱處理，采用表面鍍鉻技術。其表面淬硬并進行精磨，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，增強楞齒的耐磨性能，延長瓦楞輥的使用壽命。對包裝瓦楞紙板生產線高效穩定的運行有著積極的意義。

［1］樊燕.淺析我國包裝紙板市場與發展動態[J].造紙信息,2015,3：28-30.

［2］勒偉.瓦楞紙包裝展望[J].中國包裝,2015(7)：31-32.

［3］楊瑞豐.瓦楞紙箱生產實用技術[M]．北京：化學工業出版社,2010．

［4］崔小龍.基于ANSYS的機電產品包裝箱底架模態分析與研究[J].包裝與食品機械,2014,6：15-19.

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

［6］吳水平，袁博．基于有限元的瓦楞輥中凸曲線優化設計[J]．包裝工程，2014(9)：48-51．