一种纸浆模塑制品局部增厚方法及系统与流程

1.本发明属于纸浆模塑制品技术领域，特别涉及一种纸浆模塑制品局部增厚方法及系统。


背景技术：

2.纸浆模塑是一种立体造纸技术。它以废纸、甘蔗渣等植物纤维为原料，在模塑机上由特殊的模具塑造出一定形状的纸制品，具有原料来源广泛，对环境无害，可以回收再生利用的优势和特点。纸浆模塑制品成型主要依靠定型模具来完成。定型模具结构包括凸模、凹模、丝网模和加热元件。成型过程中为了使液态纸浆成型，并且将纸浆中的水份挤压出去，在凹模上设计有与凹模和凸模形状一致的网模，而且凹模上有排水排气孔。工作时，纸浆经网模过滤后，纸浆纤维附于网膜上形成湿纸坯，湿纸坯在装有网模的凹凸定型模腔内首先受到挤压，有20％左右的水被压榨排出，此时湿纸坯含水率约为50～55％；然后湿纸坯在模内受热，余下来的水分被汽化排出，一定时间后，在定型模内干燥定型后形成制品。
3.由于上述纸浆模塑制品特殊的工艺特殊性，当前纸浆模塑的定型网模均使用金属丝网人工切割压型而成。虽然其丝网的漏水排气性能佳，但因为将平面金属丝网压塑成与凹凸模形状一致的网膜由人工完成，网膜在较小的边角处不易成型，限制了纸浆模塑产品的成型形状；而且人工焊接定位压模容易造成定位不准确、多次返工，成品效率低，成型精度差，强度差；在生产中随着上、下模的不断合模，开模，使得处于两者之间的金属网很易被挤出、磨损而破裂，这样既增加了生产成本，也因频繁停机更换网模而降低了生产效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种纸浆模塑制品局部增厚方法及系统，以解决上述问题。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种纸浆模塑制品局部增厚方法，包括以下步骤：
7.获取纸浆模塑制品的三维模型；
8.对获得的制品三维模型进行有限元分析，得到其在模拟的具体使用场景下的米塞斯应力分布图；
9.生成制品的丝网的三维模型，丝网与a1对应的区域的目数最大，与a2、a3
…
an对应区域的丝网目数依次减小，使用3d打印工艺制作丝网模实物；
10.设计制品的上模和下模，使用丝网模和上、下模，制作纸浆模塑制品。
11.进一步的，纸浆模塑制品的三维模型：设计纸浆模塑制品的无厚度的曲面造型，使制品的边缘轮廓在同一水平面上，然后加厚该曲面，得到制品的厚度均匀的三维模型。
12.进一步的，应力分布图：在abaqus或solidworks软件中对三维模型进行应力分析，将模型按应力分布大小划分出不同的区域，将这些区域按应力从大到小的顺序依次记为a1，a2，a3或an。
13.进一步的，在上模与a1，a2对应的区域留出高度不同的空间，a1对应区域留下的空间最厚，a2，a3，an留下的空间依次减小，为制品的不均匀壁厚留下成型空间。
14.进一步的，丝网模包括模体和丝网，模体是与定型模形状匹配的金属板成型体，丝网是在该金属板成型体围成区域内金属丝交错编织形成的网状结构。
15.进一步的，模体包围在丝网外侧，作为丝网的框架；模体的金属板厚度为0.3～0.4mm；组成丝网的金属丝的线径为0.15mm。
16.进一步的，区域a1的丝网目数最大，为70～80目；丝网目数最小的区域的丝网目数为40～50目。
17.进一步的，一种纸浆模塑制品局部增厚系统，包括：
18.三维模型获得模块，用于获取纸浆模塑制品的三维模型；
19.应力分布图获得模块，用于对获得的制品三维模型进行有限元分析，得到其在模拟的具体使用场景下的米塞斯应力分布图；
20.丝网的三维模型生成模块，用于生成制品的丝网的三维模型，丝网与a1对应的区域的目数最大，与a2、a3
…
an对应区域的丝网目数依次减小，使用3d打印工艺制作丝网模实物；
21.制作模块，用于设计制品的上模和下模，使用丝网模和上、下模，制作纸浆模塑制品。
22.与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
23.本发明提供一种纸浆模塑制品局部增厚工艺方法，在提高产品局部强度的同时，可实现较为复杂的造型样式，一定程度上改善产品变形问题,也改善了使用其他材料来生产该类制品的方式，降低生产成本。同时使用寿命长，是传统不锈钢网制成的网模寿命的100倍以上，大大降低了成本。减少了因更换网模而停机的频率，大大提高了生产效率。制品精度高，形状更加丰富，表面光滑美观。
附图说明
24.图1是用作示例的纸浆模塑勺子的三维模型示意图；
25.图2是对图1中勺子三维模型进行米塞斯应力分析后的结果示意图；
26.图3是根据图2的应力分析结果制作的丝网模的三维模型示意图，包括模体1和丝网2，模体1上设有丝网固定孔3；丝网2中应力较集中的区域被标记为a1，应力不集中处为a2。
27.图4是上下模结构图。
具体实施方式
28.以下结合附图进一步说明本发明的实施例。显然，实施例中选择的勺子仅作为纸浆模塑制品的一种示例，而该制备方法和网模适用于形状各异的纸浆模塑制品的生产，如碗模、方模，杯模，盘模等。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范畴。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，步骤里根据需要采用的建模和计算软件仅作为示例，可以根据实际情况替换为功能类似的其他软件，不能理解为对本发明的限制。步骤
中提及的制作丝网所使用的材料，也可根据实际需要进行替换，不作为对本发明的限制。
30.参阅图1至图3，一种纸浆模塑制品局部增厚方法，包括以下步骤：
31.获取纸浆模塑制品的三维模型；
32.对获得的制品三维模型进行有限元分析，得到其在模拟的具体使用场景下的米塞斯应力分布图；
33.生成制品的丝网的三维模型，丝网与a1对应的区域的目数最大，与a2、a3
…
an对应区域的丝网目数依次减小，使用3d打印工艺制作丝网模实物；
34.设计制品的上模和下模，使用丝网模和上、下模，制作纸浆模塑制品。
35.先根据具体使用场景使用软件分析制品的应力特点，得到制品的米塞斯应力云图；然后根据应力密集区域的分布，使用3d打印工艺制作网孔大小不均匀的纸浆模塑网模，应力集中处的网孔更小；使用此网模能够制作壁厚有变化的纸浆模塑制品，成品在孔隙较小处的壁厚大于孔隙较大处的壁厚。同时，本发明还公开了一种丝网孔隙有变化的纸浆模塑丝网模，包括模体和丝网，其模体是与定型模形状匹配的金属板成型体，丝网是在该金属板成型体围成区域内金属丝交错编织形成的网状结构；模体的金属板厚度为0.3～0.4mm，其组成丝网的金属丝的线径为0.15mm，模孔的目数在40～80目之间，具体值与模孔位置有关。本发明的目的是提供一种制作变壁厚的纸浆模塑制品的方法以改善现有制品的变形问题，并通过改进工艺降低生产成本。
36.实施例1：
37.本发明提供了一种变壁厚的纸浆模塑勺子餐具的制作工艺与方法。具体采用的工艺方法如下：
38.步骤一：设计勺子的造型，得到勺子的三维模型。在设计时需使勺子的边缘轮廓在同一水平面上，参见图1。
39.步骤二：使用solidworks软件的simulation插件对步骤一中得到的勺子模型进行应力分析。握持勺子时，勺柄的后半部为手指握住的位置，勺头为盛放食物时向下施加载荷的位置，由此得到的受力分析结果参见图2。
40.步骤三：使用rhino软件的grasshopper插件制作丝网的三维模型，参见图3。丝网的线径取0.15mm，根据从步骤二中得到的应力分布图，将应力密集处在丝网上对应的区域命名为a1，其余应力较小的区域标记为a2；a1对应区域的丝网为80目，a2区域为40目。
41.丝网的三维模型完成后，使用不锈钢材料进行3d打印，制作出丝网的实物。
42.步骤四：根据步骤三中得到的丝网，以及勺子各部位的厚度的不同，设计出上模和下模，上模需在制品壁厚较厚处留出更大的空隙。在本实例中，上模为凸模，下模为凹模，参见图4；由于勺子勺柄中部为壁厚较厚的区域，上部凸模的对应位置应略微内凹，为该部位留出空间。
43.步骤五：使用该套模具制作纸浆模塑勺子制品。
44.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。