家电产品运输包装系统设计案例.

1、包装技术与设计职业教育专业教学资源库家电产品运输包装系统设计5-1.缓冲包装系统解决方案一一缓冲包装设计六步法学缓冲包装是运输包装的基本内容之一，主要通过增加缓冲包装件的方法，解 决产品在物流过程中因受到冲击和振动而引起的机械破损问题。 冲击和振动在物 理上是两个不同的概念，一个好的缓冲包装可以解决冲击引起的破损问题， 但不 一定能同时解决因振动引起的破损问题，因此常常把防振包装问题单独讨论。当A物体主动冲撞B物体时，B物体受到冲击，而A物体受到震动，两者 的作用力相同。在装卸作业中，一般都是物体受到来自地板或车厢底板的振动， 而因汽车的起步或者急停引起的则是冲击。在没有必要区分的情况下，冲击

2、和震 动的名次可以混用。由于缓冲包装和振动包装的复杂性和影响因素众多，所以设计分析方法和设计参数都是用概率和统计的方法。5.1.1冲击发生的原因冲击是一种瞬时猛烈的机械运动，即物体在极短的时间内发生很大的速度变 化或突然的能量变化。在装卸作业和运输过程中，包装件受到冲击是经常发生的。 冲击分为垂直冲击和水平冲击，前者主要由搬运、装卸、起吊作业引起，后者主 要由运输时运输工具的起动、颠簸引起。冲击引起包装件震动（shock），因此有时候也把缓冲包装称作防震包装。有关环境的冲击特性参见第四单元5.1.2冲击脆值脆值理论是缓冲包装的主要理论之一。如产品的重量可以用天平度量一样， 包装产品的损坏程度也

3、有相应的度量指标， 产品脆值就是描述产品承受外界载荷 作用后临界破损状态的一个度量值，用以评价产品在流通环境下耐受破损的能 力。产品不发生物理损坏或功能失效所能承受的最大加速度Ac与重力加速度g的比值被定义为产品的脆值，即：GcAc3脆值是一个临界指标，当实际脆值小于临界脆值时，产品是安全的，当实际 脆值大于临界脆值时，产品有可能损坏。冲击脆值对包装件的冲击损坏进行度量；振动脆值对包装件的振动损坏进行 度量。脆值的确定方法有多种方法，但由于影响脆值的因素很多，许多参数是靠 经验或者估算得来，因此产品的脆值大多数在某一个范围内使用。5.1.3缓冲包装设计六步法解决冲击和振动引起的运输包装件破损问

4、题常采用缓冲包装的方法，缓冲包装又称防震包装，在各种包装方法中占有重要的地位。 产品下线到开始使用要经 过一系列的运输、保管、堆码和装卸过程，无论在哪一个环节，都会有力作用在 产品之上，并使产品发生机械性损坏。为了防止产品遭受损坏，就要设法减小外 力的影响，所谓缓冲包装就是指为减缓内装物受到冲击和振动， 保护其免受损坏 所采取的一定防护措施的包装。图 4-1是常用的缓冲包装件示意图。S4-）螺冲蝕篆性示蛊圈I-览池棒料握净制料；3-fimffi； 3产减i图4-1中，产品3怕震，因此采用发泡塑料缓冲材料包装，为了保护产品的 品相及防潮，采用了塑料薄膜包装，瓦楞纸箱4是为满足运输包装的搬运和销售

5、 包装的需要而设计的，瓦楞纸底座 5是为了提高产品防震能力而采用的结构设 计。这种设计方法适合多种需要防震的产品， 例如电视机、洗衣机、手机、冰箱、 空调、包装机、电脑等。鞭紬承旻的图4-2是缓冲材料削弱包装件加速度示意图， 说明采用缓冲包装的产品可以 有效避免冲击带来的破损。I I斗* i4-2集冲材料剤凰包英件加連度示電阳缓冲包装设计是一个复杂的过程，以理论为基础进行全新的设计不仅工作量 大,而且不一定能与实际吻合，因为影响因素和假设条件太多，因此采用类比加 试验的方法是最实用的设计方法。基本步骤如下：1确定流通环境物流环境的评判是缓冲设计的第一步，主要是根据具体情况找出主要的影响 因素判

6、定存在何种运输危险和危险情况。包括搬运过程的偶然跌落，汽车振动和 冲击，温湿度极限和堆码高度。主要考虑冲击和振动，但其他的因素在包装设计 中也非常重要。(1) 冲击。冲击可能出现在运输过程中的任何一个环节，最严重的冲击是出 现在搬运环节上。它包括一个包装件在装卸、中转过程中跌落的次数，最关键的 要知道包装件可能跌落的高度和受到的冲击加速度。(2) 振动。汽车引擎的转动和车轮的转动会引起车厢的振动，这些不确定的 振动可能是周期的，还有一些振动可能是随机的。在运输过程中稳定的振动通常包装技术与设计职业教育专业教学资源库发生在低频，一般振动试验中选择 0.5g的加速度2分析产品特点，确定产品脆值产品

7、特点有尺寸、重量、重心、形状等，产品的机械特性有固有频率和抗压强度等。通常认为在产品不敏感的频率上振动， 不会使产品损坏，因此找到一个 产品敏感的频率（共振点）是产品设计的关键，对产品进行振动试验的目的，就 是要找到产品的固有频率或共振频率。找出产品的冲击脆值和振动脆值。3. 改进产品设计根据获得的产品脆值，有时增加产品本身的强度比把它用昂贵的包装包起来更理想。在产品的成本、产品的可靠性和包装成本之间进行权衡， 有时对产品进 行小的改进设计，可以适当增加产品的脆值；虽然这样使产品成本稍微升高了， 但如果这样做能降低产品的包装成本，那整个包装件的成本也就相应降低。根据包装设计者反馈的意见，对产品

8、进行改进，是新产品设计的一个重要步 骤。这样做能够使产品质量更高，包装费用更低。4评估缓冲材料的性能并确定结构和尺寸缓冲包装材料的性能应该由生产该材料的厂商提供。特殊的情况下，必须再次测得这些数据，包括材料吸收冲击的能力和对振动的传递特性。（1）冲击特性。缓冲材料可以使包装件跌落时传递到产品上的冲击力减小，冲击缓冲曲线就是描述不同重量的货物跌落到缓冲材料上时，冲击力是如何通过该材料来传递的。这由材料的类型、厚度和跌落高度来决定的。（2）振动特性。缓冲材料震动曲线描述了在不同的频率下，材料对振动的 扩大和减弱，它由材料的厚度和类型来决定。缓冲材料曲线图随静压载荷的增加而下降的趋势是由其缓冲的特性

9、决定的。 当静压不断增加时，质量块得到的缓冲力也在增加，由于材料的缓冲特性没有改 变，所以整个包装件的固有频率下降。5.包装设计上述四步中，步骤1考虑了运输环境，步骤2考虑了产品特性，步骤3对产 品进行了有目的的改进，步骤4考虑了缓冲包装材料的性能。包装设计者在取得 了所有的能给产品提供保护的数据后，就可以根据这些数据进行包装结构设计并 制作样品，一般按照下列步骤进行设计。(1) 满足冲击的包装设计。(2) 满足振动的包装设计。当冲击和振动的静态载荷相同时，就可以确定缓冲材料的材质和厚度。 包装 的静压载荷是由许多因素决定的，然而最大静压载荷下的设计意味着节省缓冲材 料。当其他因素如压力蠕变变

10、得非常重要时， 就应在最小的静压载荷下设计，这 样会更安全。需要注意的是，包装设计必须满足冲击和振动保护的双重作用。但实际上往往存在一个矛盾，就是能最好满足冲击保护的设计不一定满足振动保护的最佳设 计，同时还有对材料的限制，在这种情况下要根据步骤1和2的资料和技术要求 来决定。6包装件试验当包装设计结束后，需要对包装进行试验来检查是否达到预期的效果。如 果不能得到理想效果，就要反复试验和设计。5.1.4缓冲措施缓冲措施有很多种，例如发泡材料、气垫、缓冲底座、缓冲衬垫等。经常发生采取了缓冲措施而仍然出现产品因包装损坏的情况，主要是两个方面的问题。1. 对流通环境估计不足流通环境是复杂的，要充分估

11、计各种条件下产品的防护，例如对运往海外的 产品，在考虑缓冲包装时就要考虑产品的防潮问题，因为在长时间的海上运输中， 潮气会使瓦楞纸箱抗压强度降低，进而导致抗震能力下降。每一种流通环境都受多种因素综合作用， 有时候稍微的环境变化，就会导致 整个包装失去功能。2. 静态与动态估计不足许多防震包装试验是在静态下进行的，例如压缩试验、跌落试验、拉伸试验、 冲击试验等，但在实际运输过程申，这些因素会不断地变化，静态中作的试验难 以满足动态的需要，导致包装件所处的环境发生了很大变化， 超出了静态假设范 围，因此难以达到防震的包装目的。例如包装件的压缩试验，在静态下每一个包装件可以承受100千克的正压力，这

12、种压力是在包装件放置平稳、 载荷分布均匀的情况下得出的，但是在实际 运输中，动态是经常的，而静态则是暂时的。当晃动使得码放整齐的包装件移位 时，包装件放置平稳的条件被打破，承受的静压力下降，破损就难以避免。五、冲击试验包装件冲击试验用于评定包装件在受到冲击时的耐冲击强度和对内装物的 保护能力。冲击试验包括水平冲击试验、跌落试验、转动跌落试验、倾翻试验等。做（1）什么是缓冲包装设计六步法？（2）经常发生采取了缓冲措施仍然出现产品因包装损坏的情况，你认为问 题出现在哪里？学7包装技术与设计职业教育专业教学资源库5.2缓冲包装材料的缓冲特性5.2.1缓冲包装定义及分类定义：用缓冲材料或其他缓冲元件保

13、护内容产品，避免过量冲击而造成破损的一种技术。组成：外容器+缓冲介质层+内容产品（作为介质的缓冲包装材料决定了缓 冲包装的主要因素）分类：f 纤维形结构：木屑，纸制品，纸浆模，纸屑，稻草,瓦楞纸等;纤维类动物纤维：毛皮，羊毛，羽毛，毛毡等;矿物纤维：石棉，玻璃纤维等；按品质分泡沫类天然泡沫材料：软木等；合成泡沫材料：泡沫塑料，泡沫橡胶等;弹簧类:金属丝弹簧，板弹簧，橡胶弹簧等；J预制成型的各种垫片、垫块、垫圈等;按物理形态分一 现场发泡；散状填料，如纸屑，刨花等；5.2.2对缓冲材料的要求1. 良好的弹性和恢复性；2. 良好的缓冲性能，能以较小的体积吸收较大的冲击能量；3. 良好的阻尼性能，以

14、衰减包装系统的振动能量，起隔振或减振作用;4. 成本低，容易采购；5. 温湿度稳定性；6. 破碎和减耗性：缓冲体破损或粉碎一一缓冲失效一一破碎的游粒进入制品影响质量破碎性越小越好；7. 氢离子浓度：Ph值在6.28.0内，否则受潮后产生酸度 一一腐蚀制品8. 化学稳定性：保持抵抗霉变、耐药物、耐油污的能力；9. 工艺性：加工性能（钻孔、切割），热熔性（浇铸成型），不产生尘沫飞扬 及刺激性气味；10吸潮性：吸潮，缓冲效果差，金属腐蚀，吸潮性越小越好；11废弃性：废弃物要易于处理，便于销毁。523缓冲效率和缓冲系数1缓冲效率的定义：单位厚度吸收的变形能是E/T，此值与外力F之比定义为该缓冲材料的缓

15、冲效率。F FT （在单位厚度单位力作用下材料的能量，或可以将分母解释为在F力的作用下，移动了厚度 T的距离，所做的功 W=FT，而事实上在F的作 用下只能使材料压缩一点，其最大变形不会超过材料的变形极限db，更谈不上超过材料的厚度了，可见n是一个百分比值）其中：E缓冲材料在力F作用下的变形能E，xE=. J Fdx21E厂一一单位厚度缓冲材料吸收的能量理想缓冲效率：实际上，材料的最大变形不会超过材料的极限变形db，超过此极限，缓冲材料就会失去弹性。由db得到的单位变形吸收的能量为 E/db,此值与F之比定义为该缓冲材料的理想缓冲效率r E/db E-F _Fdb牛dbdb是一个与材料的结构尺

16、寸无关的常量选择缓冲材料的原则：为了减少缓冲材料用量，必须选用缓冲效率高的缓冲 材料，并使变形接近其极限值。缓冲效率与材料的力学特性有关，不同的材料有不同的缓冲效率。缓冲效率还是形变的函数，同一材料在不同的变形量时的缓冲效率是不同的2.缓冲系数静态缓冲系数（静态试验法）动态缓冲系数（动态试验法在缓冲包装设计中，选用的材料的缓冲系数越小越好FTX呂E = Fdx = A；Td ；E=AT。口常态试验示意图FTAT 二AT o*d；524常用缓冲包装材料塑料缓冲材料EPS（发泡聚苯乙烯）优点抗压强度大，成本低，加工性能好（可制成带肋的复杂形状,节约成本）光滑的略带弹性的模塑表面不会磨损内装物振动阻

17、尼大，即抗振性能好不吸水；耐腐蚀、耐油、耐老化/li隔热和绝缘性好可接触食品热敏感性低，2秒内可自熄抗蠕变性能极好重载下的缓冲性能好缺点不耐冲击；性脆，拉伸强度低EPS无法自然分解，体积大，不易回收；焚烧时易烧坏焚烧 炉部件，而且产生黑烟和一氧化碳等一欧盟禁用EPSEPE（发泡聚乙烯）PU（发泡聚氨基甲酸脂）-简称聚氨脂，俗称人造海绵）纸制品缓冲材料瓦楞纸板优点环保、易裁切、易模切、易黏合、成本低、与瓦楞纸箱好协调、使用范围比泡沫塑料宽缺点对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性差，多次跌落后缓冲能力下降 1/3。适用场合机电产品的缓冲包装；很多香水、化妆品等都用微细瓦楞纸板做

18、内衬蜂窝纸板优点具有环保、易黏合、与蜂窝纸箱好协调、使用范围宽缺点对产品表面有磨损，难形成三维曲面、湿度影响大、过载复原性加工较难，不好模切；比瓦楞纸板贵 纸浆模纸浆发泡块纸纤维成型材料525缓冲包装的形式1全面缓冲包装特点：对产品进行全面缓冲防护减小材料厚度和包装件体积适合小批量产品包装丝状、薄片状或粒状材料或现场发泡2.局部缓冲包装特点：在受力部位或易损部位进行缓冲厚度可变节省包装材料适于大批量形状不规则产品的包装，应用最广3.悬浮式缓冲包装特点：用弹簧悬吊包装物适用于精密、脆弱产品，如大型电子管，大型计算机，制导装置等外包装必须使用坚固的外包装容器526缓冲衬垫的设计一、衬垫结构选型IS

19、片衬蚩箱衬垫孔型衬壑、确定设计的基本参数产品重量、结构形状和尺寸代表流通环境条件的等效跌落高度a经验公式法人工装卸中，包装件的跌落高度与重量的关系式:300Wh跌落咼度，cmW重量，Kg （大于16kg）b.标准量值法（根据产品重量、最大尺寸范围及运输条件直接查表） 代表产品特性的脆值参数a. 试验法：通过脆值试验，再根据价值大小、强度偏差、重要程度，考 虑运输中破损的风险度，确定许用脆值b. 标准量值法 根据产品属性、价值大小、重要程度，综合各国标准 确定一个合理的许用脆值。c. 理论估算法：根据产品结构、尺寸、材料特性，用力学模型计算推导 出产品的脆值。代表材料性能的缓冲特性参数脆值大的产

20、品，选弹性较小的缓冲材料脆值小的产品，选缓冲性能好的缓冲材料三、选取特性曲线确定衬垫基本尺寸1. 缓冲系数最大应力（Cc m）曲线的应用确定材料一选定曲线一选定包装形式全面缓冲包装和局部缓冲包装） -设计计算面积、厚度等*全面缓冲包装曲线查出I：值C哼（定义）求A,直二产品表面积；求T,匕=兰一利用C OmH A，竺G*局部缓冲包装最省材料法I最小緩冲系数法（1）件切线得亡血.耳J丁 CHT=GA WGA =2. 最大加速度静应力（G er s）曲线一动态缓冲系数曲线全面缓冲法（1）求静应力匚s =W（Pa）A（2）根据H、G、二s在G二s曲线上找交点，若此交点位于两条厚度 曲线之间，可用比例

21、插入法确定出缓冲材料厚度T。局部缓冲法（1）根据H找对应曲线（2）在对应的许用脆值处作一条水平线，它与缓冲曲线有很多交点（3） 取与之相交的厚度较小的缓冲材料进行设计，得到T（4）选最右边的交点（静应力较大的交点），用料面积最省四、缓冲衬垫的校核1产品强度校核（产品支承面的应力校核）e e m e -产品许用应力Pa； e m-冲击时最大应力Pa应力过大：扩大承载面积；改用较软的衬垫；采用软硬不同的材料做 成组合衬垫，使支承面的应力与其他各部位的强度相适应等。2. 挠度校核衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定比值时，衬垫容易挠曲或变弯, 大大降低衬垫的负重能力。J 1或 Amin (1.33T)2

22、 (1.33T)2、 2T厚度cm； A面积cm3. 跌落姿态校核全面缓冲条件下不同姿态的跌落试验全面缓冲时等效面积的确定局部缓冲包装的等效面积确定棱跌落的等效面积确定4. 蠕变量校核蠕变增量按下式计算:Tc 二T(1 Cr)Tc-修正后的厚度cm； Cr蠕变系数% ； T原设计厚度cm；5. 温湿度校核环境温度和湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响；温度的升高或降 低，还会引起衬垫尺寸的变化。因此，应根据流通过程中可能出现的环境条件修 正缓冲衬垫的尺寸。五、最省材料的缓冲设计方法(Cc m曲线)假设缓冲衬垫的面积为 A，厚度为T,则体积为：V=ATWGCHG所以HWC其中产品重量W和跌落高

23、度H都为常数，C是C m的函数，对上式求导有V二WH (C要使上式有极值，令V =0则C =C/C m作图法(过原点切线法)(1) 过坐标原点(0, 0)作CC m曲线的切线(2) 切点(Co, C mo)为极值点(3) 由极值点设计出的缓冲衬垫用料最省，有时不能完全满足要求(4) 在缓冲系数最小值点与过原点切线的点之间选择一个合适的点进行设计，即能满足设计要求，又可使材料较省527缓冲衬垫的结构设计、缓冲包装设计过程1了解产品形状和特性2了解产品的流通环境3. 选择适当的缓冲材料4. 基础的设计计算5. 由基础设计的参数决定缓冲包装方法(全面、局部和悬浮式缓冲包装)、缓冲衬垫结构设计1.确定

24、受压面积已知：产品或内包装箱的尺寸(2) 目的：保证产品在不触底的情况下，应能吸收被压缩时的变形能量以 减少产品所承受的加速度(3) 触底：包装件在承受冲击时，缓冲体的变形量达到或超过极限变形量时，内装物受到的冲击加速度急剧增大，这种现象称为“触底”。当外容器没有足够的空隙容纳产品位移时，部分棱、角或凸缘将与容器壁碰撞，或者在实际的 跌落高度设计的高度时，都会发生触底(4) 方法：调整受力面积重量大，体积小的产品，要求缓冲面积大于底面积，缓冲材料和产品 之间要用硬质材料胶合板或纤维板等隔开， 使硬质材料一侧承受总的冲击，再由 缓冲材料对硬质材料进行缓冲。重量轻，体积大的产品，需要减小受压面积时

25、，可将不接触部分切去， 缩小接触面积以确保合适的缓冲面积形状不规则物品的缓冲包装带突起物的缓冲结构有突起物的基本缓冲结构-T d/(1 一 E)式中：T-缓冲材料厚度，E-变形量, d-突起物高度。认真选择缓冲材料的厚度，防止发生冲击时造成突起物接触箱底的情缓冲结构的其它要求1对于有可动机件的机器，机器的表面不能承受冲击时，要用硬质材料， 将其他部分固定住，使其全体来承受冲击2产品底面的四棱如果只有很窄的受匝面积，运输装卸过程中产品在冲材 料之间就会发生移动，严重时会从受压面跌落。因此最好做成长的凸筋，产品即 使发生一些位移，也不会影响受压面积3缓冲材料的凸筋可位于产品一侧，以位于外侧的凸筋缓

26、冲效果更好4对于跨度较大的产品，要在跨度的中部设置受压的缓冲块，或使两端缓 冲块往中央方向至少延伸1/4以上5对于重心偏向一侧的产品，从前后、左右、上下各个方向分别测定其重 心位置。根据重心位置按比例地进行分配受压面积6不规则形状的产品可以用模制的衬垫进行缓冲，也可以将产品固定或支 承在内包装容器中，再用缓冲材料加以保护7大型产品，如有较为脆弱而又可以拆卸的部件，可单独包装。为防止运 输中产品表面被擦伤，可使用缓冲材料对表面加以保护， 对体积、重量较大的产 品进行缓冲时，可将其连接在一个缓冲基础上8当运输中产品的各方向受到的载荷不同时，或产品各方向的脆值不同 时，各方向可以采用不同程度的缓冲包

27、装做(1) 缓冲包装材料分成哪几类？(2) 缓冲包装设计中对所使用的缓冲材料有怎样的要求？(3) 什么是缓冲材料的缓冲效率？什么是缓冲材料的缓冲系数？(4) 静态缓冲系数与动态缓冲系数有何区别？(5) 常用的塑料缓冲材料有哪几种？(6) EPS有怎样的优缺点？应用范围如何？(7) EPE有怎样的优缺点？应用范围如何？(8) PU有何优点？应用场合如何？(9) EVA和PEF有怎样的特点，应用在那些方面？(10) 气垫塑料薄膜的优点如何？主要应用场合如何？(11) 瓦楞纸板作为缓冲材料的优缺点是什么？主要适用场合是什么？(12) 蜂窝纸板作为缓冲材料的优缺点是什么？主要适用场合是什么？(13)

28、纸浆模制品作为缓冲材料的优缺点是什么？主要适用场合是什么?(14) 缓冲包装的形式有哪些？(15) 缓冲垫的结构和尺寸如何设计？包装技术与设计职业教育专业教学资源库5.3笔记本电脑缓冲包装设计案例针对现在市场对笔记本需求量大，在运输及销环节中往往会对其质量和外观 造成一定的破坏。因此选择合适的材料与结构、计算出准确的尺寸对于缓冲垫和 包装箱的设计是非常重要的。5.3.1缓冲包装设计5.3.1.1缓冲包装设计的要求设计对象是某电脑公司生产的12.1英寸笔记本电脑，其重量为1.23kg，尺 寸268X237x21mm,该产品试验脆值为70g（测定一般有两种方法：脆值实验法 与经验估算法），其装卸搬

29、运环节一般以机械为主，装卸过程中能满足0.9m的高 度跌落，采用空运方式运输。5.3.1.2缓冲防振设计产品流通过程中缓冲防振的目的是为了保证从缓冲衬垫传输到商品上的冲 击加速度值小于导致商品破坏的脆值，同时使缓冲衬垫所产生的固有频率不超过 导致商品破坏的临界共振频率，并避开运输工具的振动频率。1缓冲设计缓冲包装设计要解决以下问题：选择适当的缓冲材料并确定其尺寸，判断现 有包装结构的合理性和可靠性。缓冲材料确定，目前普遍用于电脑缓冲包装的是发泡聚苯乙烯（EPS）与发泡聚乙烯（EPE），聚苯乙烯泡沫塑料发泡均匀、柔软、呈透明状，有较好的缓冲与机械 性能，压缩不易断裂，高低温环境下不易老化，可与产

30、品直接接触不会产生化学 变化及腐蚀现象。故综合考虑决定使用聚乙烯泡沫塑料（比重为0.032g/cm3）作为 设计的缓冲材料。WG缓冲材料的尺寸计算(1)Cm i H式中：A缓冲衬垫面积；W产品重量；G产品脆值或冲击加速度；cm缓冲材料最大应力。T 缓冲衬垫厚度；Cmin缓冲系数；H 等效跌落高度；23包装技术与设计职业教育专业教学资源库如图1所示，为发泡聚乙烯的缓冲系数-最大应力曲线;在本次设计中，已知参数 W为1.23kg, G为70g, H为90cm。在曲线图中作一条水平线，那么切点的纵坐标对应最小缓冲系数值Cmin为5.6，而横坐标就对应最大应力值（7 m为0.17 x 105Pa,25

31、图1发泡聚乙烯（比重为0.032）缓冲系数-最大应力曲线 由公式、（2）得缓冲垫的厚度和面积分为Cmin HG5.6 9070=7.2(cm)1.23 9.8 70 1000017002=496.3(cm )由于缓冲衬垫是由两块相同的缓冲垫组成每块衬垫的承载面积为2S=248.5cm挠度校核：衬垫尺寸的面积与厚度之比小于一定厚度时， 衬垫容易挠曲或 变弯，大大降低衬垫的负重能力。为了避免挠曲，其中最小承载面积Amin与厚度之比应符合以下规定（克斯特那经验公式）Amin （1.33T）2式中：T厚度，cm； Amin面积,cm圏3振动加速度-频率曲线;则：S 最小承载=248.5cm1.33X4

32、.2=91.7cm由公式(3)可判定，衬垫不会弯曲跌落姿势的校核：在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据，都是以假定的理想姿态(试验平直，底面着地)为前提的，但衬垫的实际工况 远非标准姿态。实际的流通过程中，包装件跌落姿态千变万化，有角着地的，面 着地，还有棱着地的，受力情况变化较大，因而有必要对基本设计尺寸作相应的 调整。由于角着地时，其对产品的冲击能力最大，因此需对角着地进行校核。当 角着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积，计算此面积可通过以下公式：Ae =2KL L(1 b d). (1 b b d d)(4)式中：Ae等效投影面积；I 产品的长；b产品的宽

33、；d产品的高；K 系数，这里取K值为1,由公式(4)得纸箱在进行角跌落时的承载面积：2A=182.2cm2此时静应力：2(T m=0.06(kg/cm )，结合图2得，静应力为0.06kg/cm2时所对应的最大加速度定小于产品的脆值 70g,因此基于面跌落设计的缓冲垫满足角跌落的要求，只要通过了角冲击校核, 就一定能满足棱冲击的要求，所以整个设计过程中没有进行棱冲击校核。跣落高度100cm图2发泡聚乙烯的动态缓冲特性曲线包装技术与设计职业教育专业教学资源库2防振设计防振设计的目的在于调节包装件的固有频率，并且通过选择恰当的阻尼材料，把包装系统（即外包装-衬垫-内装产品）对振动的传递率控制在预定

34、的范围内fn式中：fn产品的固有频率；k为缓冲材料的弹性系数：m为产品质量, 聚乙烯的k值为：3.34X 105kg/cm2故由系统的固有频率：fn=26Hz。单自由度包装系统在受迫振动条件下振动的相应传递率公式Tr1 (2，)(2，) )(1 - ) (2 )(2 )其中 ,C , n = 2 二f nfn2mco n式中：Tr传递率；f激振频率，Hz； fn包装系统固有频率，Hz； k阻 尼比；C为阻尼系数，该包装材料的阻尼系数为8.03,则由公式（5）得系统最大振动传递率为T=5.09。根据图3空运飞机的振动频谱图，频率为26Hz时对应的 加速度ar=2.5g，所以产品的相应加速度 a=

35、Trar=12.7g小于产品的许用脆值70g 因而符合防振要求。io r频率f（Hz）III 101001000 * 2外包装设计27倉(1) 包装材料的选择瓦楞纸板因无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点，在运输包装中得 到广泛应用，本设计也采用此材料设计外包装。 对于笔记本电脑的包装一般是用 单体包装的，本设计选标准箱型 0201型，为了保持侧面的印刷面不被破坏，接 头设计与侧面连接，由于笔记本电脑重量轻，故实际中可使用胶黏剂粘合接头。按照GBT65441999标准规定，UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。 A楞型的纸箱承受平面压力性能比 B和C楞型差，但其承受垂直压力性能较高； B

36、楞型的瓦楞低又密，故耐垂直压力性能较差，但平面耐压性能较高；C楞型性能，介于A和B楞型之间；E楞型的纸板具有重量轻、缓冲性能好、平面抗压 强度好等特点，利于直接进行印刷，综合考虑，由于本设计对象笔记本电脑在流 通过程中是堆码运输，因此对其纸箱要求要有较强的平面耐压性能；此外，电脑是高精密产品，所以对缓冲垫的要求较高，一般都承担了电脑的缓冲要求，即外 包装无须承担缓冲功能，所以综合考虑选择 B单瓦楞纸板设计。(2) 瓦楞纸板的厚度设计瓦楞纸板的厚度是瓦楞设计中一个非常重要的因素， 不仅决定着瓦楞纸箱的 尺寸，而且影响到瓦楞纸箱的强度。一般是原纸厚度与瓦楞高度之和。瓦楞纸板厚度计算公式如下：t=C

37、tn7 Fhn) d( 6)式中:t-瓦楞纸板实际厚度；，tn-纸与夹心纸的厚度；tmn瓦楞芯纸的厚度; Fhn瓦楞辊的高度；d瓦楞纸板制造过程中的厚度损失，在通常设计时得出本 次纸板的厚度为3.3mm(3) 外包装的尺寸设计 由于是单体包装，就无须考虑排列方式了，所以其内尺寸计算公式为：Xi=X max+2T+K(7)式中：Xi 纸箱的内尺寸；T缓冲件的厚度；K内尺寸修正系数。包装技术与设计职业教育专业教学资源库表2 瓦楞纸箱内尺寸修正系数LtBiHi小型箱中型箱大型箱3-73-71-33-45-7取 KL=5mm, KB=5mm , KH=4mm，又已知 Lmax=268mm, Bmax=

38、237mm, Hmax=21mm, T=72mm,故由公式(7)得纸箱的内尺寸为：417mmX 386mmx 169mm,再由以下公式可以得出其制造尺寸：X=Xi+K (8)F =邑 X f(9)2式中：X 瓦楞纸箱长、宽、高制造尺寸；Xi 纸箱内尺寸；K 制造尺寸 修正系数；F纸箱对接摇盖宽度；B1 纸箱非结合端面制造尺寸； Xf摇盖伸 长系数。表3为02类纸箱制造尺寸修正系数值，表4为瓦楞纸箱接头尺寸，表5 为02类单瓦楞纸箱摇盖伸长系数。33表3 02类单瓦楞纸箱制造尺寸修正系数(mm)、名称L1L2BlB2HA64639B32326C53538E21213表4瓦楞纸箱接头尺寸J纸板结构

39、单瓦楞双瓦楞J35-4045-50表302类单瓦楞纸箱摇盖仲长系数X：箱型 楞汁、02010203020402050206A2-30-22-30-20-2B1.5-20-11.5-20-10-1C1.5-2.50-L5L5-2-50-1.50-1,5E000-100由表 3, 4, 5 得出:Kii=3, Ki2=2, Kbi=3,Kb2=2, K=6, J=38, Xf=2所以由公式(8)(9),得瓦楞纸箱的制造尺寸：Li=Li+Kii=420(mm), L2=Li+Ki2=419(mm)Bi=Bi+Kbi=389(mm), B=B+K=388(mm)H=H i+K=175(mm)F=B1/

40、2+Xf=197(mm)再由以下公式可以得出其外尺寸：X0 =Xmax +K(10)式中：X0瓦楞纸箱外尺寸；Xmax纸箱最大制造尺寸；K 纸箱外尺寸修正系数式中：X瓦楞纸箱长、宽、高制造尺寸；表6瓦楞纸箱外尺寸修正系数(mm)楞型ABCEA ABBCCABACBCK5-3-54-62-410-146-108-128-129-137-11表6为纸箱外尺寸修正系数值。由此得出 K=4由公式(10)得，瓦楞纸箱的外尺寸为 424mmx393mmX 179mm随着我国笔记本电脑市场的逐年扩大。我们必须高度重视笔记本电脑的运 输包装时可能出现的问题。在考虑环境保护的前提下，使用尽量少的包装材料， 采用

41、有效的包装方法，保证笔记本电脑安全到达世界各地的用户手中。虽然本文 只是针对12.1英寸设计的，但其设计思路却可以应用到所有尺寸的笔记本电脑。 当然，设计本身还存在一些问题其一是本文按单自由度处理问题，但理论上讲， 任何种产品都可以看作具有无限个自由度， 即使仅考虑有限的几个脆弱元件，很 多物品包装也必须按两个或多个自由度处理，才能提供合理的包装设计。如果强行简化成单自由度系统，就可能引起较大的误差。其二是包装箱的设计只考虑对 货物的容纳，而未考虑包装箱制成后在集装箱内的装载。 因此，笔记本电脑的运 输包装设计还需等待进一步研究。5.4防振包装系统解决方案能够满足缓冲包装要求的设计，大部分能满

42、足防振包装设计的要求， 但是 为了安全，通常还要进行防振包装校核。防振校核的目的是看包装件的固有频率 是否远离共振区和产品是否会受到疲劳损伤。一、振动原因振动是指质点相对其平衡位置所做的往复运动，描述振动的最基本参数是频 率和加速度。导致包装物品因振动损伤的因素， 主要来自于运输工具种类、包装结构形式、装载质量、运输环境状况等方面 机性，包装件的振动属于复合随机振动。1.汽车运输振动由于冲击的多样性和影响因素的随载重质量、车型等因素有关，最主描述汽车振动特性用公路运输的频率谱,不同的路况有不同的频率谱。汽车汽车运输振动加速度的大小与路面状况、 要的影响因素是路面状况。运输时包装件的共振频率一般

43、小于25Hz。其振动能量绝大部分分布在 0-200HZ 范围内。汽车运输随机振动功率谱密度在2Hz左右和10Hz左右各有一个较大值, 因此包装件在设计时要避开这两个频率值。2 火车运输振动火车在通过钢轨接缝时发生强烈振动，在挂接、经过道岔、桥梁时也产生振 动，这些振动经过车厢传给包装件。设计时要根据铁路运输频率谱，避开可能发 生共振的频率范围。3.其他运转振动空运引起的振动主要来自于发动机，表现出单振动高频率的特点，但振动加 速度较小，比较稳定。海运的振动主要来自于大风浪和航行时的紧急操作，例如转向、加速、减速等。海运的船体比较大，在船体的不同位置，振动程度不同， 并且差异比较大。海运包装件的

44、设计可参考海运频率普。二、防振包装设计防振包装设计在运输包装设计中常用于对缓冲包装设计的校核，设计步 骤如下：(1) 计算缓冲材料所受的静应力。(2) 根据包装件特征，试验或者推算确定包装件的固有频率和阻尼比。(3) 找出包装件在固有频率下的最大振动加速度。(4) 计算产品处于共振状态下的最大响应加速度，与许用脆值比较，决 定是否需要重新设计缓冲包装。(5) 进行关键件疲劳损坏校核。三、振动试验早期的缓冲包装设计，比较注重冲击引起的包装件损坏，在采用集装箱技术 和托盘技术以后，因冲击引起的损坏在逐渐减少，而因振动引起的损坏则越来越 受到重视。振动试验是解决因振动引起包装件损坏问题的主要手段。振

45、动试验的振动波形可以包括正弦波、三角波、锯齿波、方波等，由于振动 形态接近于正弦波，也因正弦波比较容易实现和控制，因此常采用正弦波模拟振 动试验。振动试验包括三种形式，分别为固定频率的定频试验、有规律改变频率 的变频试验和随机改变频率的随机试验。振动试验常用的试验设备包括机械式振动试验机、 电磁式振动试验机和电液 式振动试验机5.5产品包装系统解决方案和设计范例一、案例背景某汽车生产商要把汽车零件用纸箱配送到全国的汽车分销4S店，需要打交道的部门和行业大概有这些：纸箱生产企业、缓冲材料生产企业、打包带企业、 胶粘剂企业、包装机械企业、装箱机械企业、物流企业、包装试验单位、包装检 测单位、包装装

46、潢设计企业、仓储企业、产品跟踪公司等。为了产品包装和运输， 企业内部成立了包装事务处和物流运输处。 包装事务处负责所有的包装事务，包 括包装设计、包装材料、包装设备、包装生产等；物流运输处设有计划科、仓储 科和运输科，负责包装产品的仓储和运输。两个部门从成立时起就为包装破损的 责任归属争执不停，包装事务处说是物流运输处野蛮装卸所致， 而物流运输处则 指责包装事务处产品包装不可靠，企业总经理经常要在两者间进行调停和判罚而 过于浪费精力。、传统产品包装解决方案分析基于所有技术和业务优先在单位内解决、以最大限度保留知识产权和商业秘 密的考虑，传统产品包装解决方案模式下，生产商通常都按照自力更生的理念

47、， 将所有业务都纳入自己完成的范畴，至多是在外部采购一些标准件。但在经过一包装技术与设计职业教育专业教学资源库段时间运行后，该企业感觉这种模式导致企业事情繁多， 成本居咼不下，与同行 的竞争力不强，大多数商业谈判都是本企业的外行在和包装界的内行谈判，很难得到公平的对待，整个企业的包装环节运作非常吃力。 另外，这些事情分散了企 业的精力，导致主业难以持续领先市场潮流。传统模式下汽车零件生产商与包装 和物流的关系如图4-3传统产品包装关系图所示。祥车*件生产商图-3儆产品包装关系图从图4-3可以看出，在传统的产品包装解决方案中，汽车零件生产商要面 对多个包装和运输方面的供应商和服务商，由于对包装和

48、物流市场的不熟悉，难 免造成非包装专业人士要面对多个包装方面专业人士的情况，无论在技术谈判和价格谈判方面都不占上风，难免给汽车生产企业造成相应的高额支出。传统产品包装解决方案易于造成人才浪费。 企业谈判的内容无非就是两个， 一个是技术，另一个是价格，当价格在市场竞争的格局下对等时， 企业谈判的内 容关键就在于技术。而技术的复杂性使得每一个企业都只能在自己熟悉的领域内 驾轻就熟，在领域以外则无能为力，除非自己企业集聚了大批各方面的人才。 但 这种在非核心产品领域内聚集的人才由于利用的机会不多，从时间方面来说就是一个极大地浪费，例如汽车零件生产商为了包装结构设计， 可以招聘一个包装结 构设计师，但

49、大多数情况下，该设计师是处于工作量不饱满的状态， 为了不浪费 公司的工资，只好让这个设计师兼职他并不熟悉的工作，显然是对人才的浪费。、产品包装系统解决方案战略随着包外包公司的出现和游说，企业逐渐认识到包外包模式的一些优点， 公 司管理层经过讨论，认为可以进行包外包方面的尝试，将一定范围内的包装业务 交给包外包公司完成。企业董事会在听取了公司管理层的包外包尝试建议后，感觉包外包是一个新的事务，必须认真对待，因此召集了包装事务处、物流运输处、 财务处、外协处等单位的负责人参加的务虚论证会， 从各个方面考察包外包运作 模式的优缺点及公司实施包外包模式的可能性。经过多次与相关部门讨论和协 商，又到包外

50、包企业进行考察，在进行详细的财务测算以后，董事会决定采用包 外包的运作模式：决定把产品最后一道的包装工序及一直到 4S店的工作采用招 标的方式交与第三方来做，企业要求两点，一是比现在的成本要低，二是要求货 物按时安全送达。公司管理层根据董事会的决定，就传统产品包装存在的问题，提出产品包装 系统解决方案，该方案的推出基于两个原因，一是规模化和专业化产生效益，二 是解决了公司的后顾之忧，以便把精力用在自己的长项方面。公司作出计划之后，第一件事就是寻找合适的商业合作伙伴，为了慎重起见， 公司草拟了商业合作伙伴的条件，包括规模、历史、包外包成功的实例、信用等 级等，在对这些基本条件了解后，确定了包外包

51、合作企业。图4-4是产品包装系 统解决方案关系图。图4-4产品包装系统解决方案关系图从图4-4可以看出，汽车零件生产商面对的商业合作伙伴从传统模式下的十几个变为了包装集成商一个，这种变化给汽车零件生产商带来的业务变化非常 明显。这些变化包括时间节约、谈判内容发生变化、资源集中等。1 技术谈判变为目标谈判产品包装系统解决方案模式下，谈判的内容从技术谈判变为了目标谈判。传统产品包装模式下，汽车零件生产商与各包装供应商之间的谈判包括技术谈判 和价格谈判，这种模式强迫汽车零件生产商要懂技术， 否则就会在技术谈判过程 中处于下风。但在产品包装系统解决模式下，汽车零件生产商不要求懂相关的包 装技术，而只要

52、求承包方将产品按时、保质保量地运送到全国的45后，至于如何包装、选用机械还是手工包装、如何仓储和运输，汽车零件生产商设必要再事 必躬亲，一一了解技术和价格。汽车零件生产商与包装集成商之间的谈判由传统 模式下的技术+价格谈判变成了 目标+价格的谈判，这样就将汽车零件生产商 从烦琐复杂的包装技术领域解脱出来，解决了非专业人士与专业人士在技术谈判 方面的不对等问题。而将技术谈判推给了包装集成商与各包装环节供应商之间， 因为两者具有基本相当的技术水平，所以能使谈判在合理公平的前提条件下进 行。2 .汽车零件生产商不承担包装或者物流造成的损失产品包装系统解决方案模式下，因包装和物流造成的损失发生了转移，

53、汽 车零件生产商不需要承担因包装和物流造成的任何损失。因包装和物流造成的产 品损失本来就是一个相互影响相互纠缠的问题，很难界定是包装的责任还是物流 的责任，例如一个瓦楞纸箱装的产品，如果能保证文明装卸，破损率可以控制在 0.1%以下，但是在野蛮装卸下，破损率可以上升到2%由于很难判断什么是野蛮装卸，什么是文明装卸，没有一个量化的概念，所以包装和物流经常发生推诿 的现象，当出现争执时，传统包装模式下的解决办法大多是由汽车零件生产商承 担。产品包装系统解决方案模式下，汽车零件生产商与包装集成商的谈判是目标 谈判，在目标范围内的具体操作，包括仓储和物流，完全由包装集成商决定，所 造成的包装或者物流损

54、失也完全由包装集成商承担， 这样不仅汽车零件生产商不 用承担损失的费用，而且由于包装和物流的关系发生了变化， 提高了双方的积极 性，会使包装破损率下降，给整个产品包装系统带来更大效益。3. 效益明显提高与传统解决方案相比，系统解决方案多了一个包装集成商，按道理来说， 包装集成商也需要赚取利润，增加了一个环节，会不会导致产品成本价格升高呢， 包装集成商又从哪里得到利润、并从哪些方面能为汽车生产商降低包装成本呢?这是一个复杂的问题，大致可以从四个方面考虑，一是专业化分工更细产生 效益，二是行业竞争更加有序产生效益， 三是减少了经营头绪产生效益，四是规 模化生产产生效益。(1) 专业化分工更细。汽车零件生产商通过包装集成商的介入，将全部包装 及运输业务外包，节约了手中有限的资源，可以专注于汽车零件核心技术的投人， 将自己领域内的核心技术不断向前推进， 从专业细分中找到自己的位置，用细分 的专业技术参与市场竞争，由原来的横向利润集中改为纵向利润开拓， 会始终保 持自己的核心竞争力。包装集成商是为解决包装问题而存在， 包装专业化是集成 商的战略目标，他一方面通过技术解决产品包装问题，另一方面通过规模采购， 降低采购成本，从规模和技术两个方面节约的效益是包装系统设计效益的组成部 分。包装供应商在传统模式下是要同许多产品生产者打交道，每