纸基包装材料对生态环境和人体健康无害,受到包装行业的青睐。相比于人工胶黏、图钉按压等传统纸板成形工艺,冲压成形工艺可以直接成形,具有效率高、成形品形状多样、成形精度高、密封性好等优点,应用前景广泛。本文通过实验研究和数值模拟,对聚丙烯(PP)覆膜牛皮纸进行单层和双层纸板冲压成形分析,阐述纸板尺寸对成形深度和成形规律的影响,探索压边间隙对起皱高度、纵向(Mechanical direction,MD)和横向(Cross direction,CD)壁厚分布、等效塑性应变和回弹量的影响,对比单层和双层纸板冲压成形结果,揭示双层板冲压工艺能更好地抑制PP覆膜牛皮纸成形缺陷,实现优质高效的托盘冲压成形。主要工作及结论如下:(1)PP覆膜牛皮纸力学性能研究。通过单向拉伸实验分析6种基重PP覆膜牛皮纸的抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量和屈服强度的力学性能规律。结果表明,随着纸板基重的增加,抗拉强度呈下降趋势,且MD抗拉强度约为CD抗拉强度的1.4倍;断裂伸长率不受基重变化影响,但CD断裂伸长率大约是MD的2.2倍;弹性模量随基重的增加而减小,MD弹性模量约为CD弹性模量的2倍;屈服强度随纸板基重的增加而降低,MD屈服强度比CD屈服强度高约1.8倍。并且经过应力应变曲线分析表明,PP覆膜牛皮纸具有正交异性弹塑性。(2)单层和双层纸板成形尺寸的实验和模拟研究。对6种厚度和8种直径任意组合构成的不同尺寸PP覆膜牛皮纸,进行冲压成形实验和模拟研究,揭示纸板厚度和直径对成形深度和成形规律的影响,在单、双层纸板成形工艺中选择适宜成形的纸板尺寸,对比两种工艺成形效果。结果表明,纸板直径是决定纸板能否成形的关键。纸板尺寸较小时易发生成形纸板表面裂纹和破损,纸板尺寸较大时易产生较大的褶皱。双层纸板冲压更有助于纸板成形,能够显著提高成形效果好和最好的成形纸板比率,并总结PP覆膜牛皮纸起皱和破损的机理以及表现形式。(3)单层和双层纸板压边间隙模拟研究。分别模拟180 g和225 g PP覆膜牛皮纸单层和双层纸板冲压成形,通过分析纸板失稳起皱、壁厚分布和纸板最大塑性应变,为两种冲压工艺模拟出合适的压边间隙,并探究双层纸板冲压成形合适厚度的辅助纸板,最后将单层和双层纸板成形模拟结果进行比较。获得如下结论,合适的压边间隙可以明显抑制成形纸板壁厚过分减薄和明显增厚,双层纸板成形壁厚分布比单层纸板成形更加均匀。随着压边间隙的增大,褶皱厚度会逐渐增大,但双层纸板形成的褶皱会明显大于单层纸板。350 g PP覆膜牛皮纸最适合作180 g和225 gPP覆膜牛皮纸的辅助纸板。(4)单层和双层纸板压边间隙实验分析。在单层和双层成形工艺下,180 g和225 g PP覆膜牛皮纸分别在压边间隙为1.1倍纸板厚度(1.1t)、2t、3t和4t的条件下进行冲压实验,揭示压边间隙对成形纸板起皱高度、MD和CD壁厚分布和回弹量的影响,选取托盘成形的合适压边间隙,得出以下结论:在单层和双层冲压工艺下,随着压边间隙的增大,褶皱高度和回弹量逐渐增大。双层冲压工艺可以抑制成形纸板破损,壁厚分布更加均匀,成形纸板回弹量更小,然而并不能减小褶皱高度。