第四章 缓冲包装设计五步法

1、第四章第四章 缓冲包装设计五步法缓冲包装设计五步法选择包装材料选择包装材料包装产品脆值包装产品脆值包装流通环境包装流通环境包装结构设计包装结构设计包装包装实验实验流通流通商品流通中对包装损害的外界因素及原因商品流通中对包装损害的外界因素及原因4.1 冲击与振动环境冲击与振动环境确定环境特性，对冲击环境而言，就是确定包装件的确定环境特性，对冲击环境而言，就是确定包装件的设计设计跌落高度跌落高度；就振动环境而言，就是确定环境的；就振动环境而言，就是确定环境的加加速度峰值频率曲线或加速度均方值谱密度曲线速度峰值频率曲线或加速度均方值谱密度曲线。表3-22机械环境条件分级机械环境条件分级4.1.1 冲

2、击环境冲击环境缓冲包装设计用缓冲包装设计用等效跌落高度等效跌落高度来评价冲击环境的严酷程度来评价冲击环境的严酷程度人工装卸的跌落高度可用经验公式计算，适用于人工装卸的跌落高度可用经验公式计算，适用于15kg以上的包装件：以上的包装件：人工装卸的跌落冲击加速度通常在人工装卸的跌落冲击加速度通常在10g-100g，而机械装卸的跌落冲，而机械装卸的跌落冲击加速度在击加速度在10g以下。以下。4.1.1 冲击环境冲击环境表3-44.1.1 冲击环境冲击环境跌落高度的测定跌落高度的测定跌落高度的概率密度曲线跌落高度的概率密度曲线4.1.1 冲击环境冲击环境包装件的跌落高度概率曲线包装件的跌落高度概率曲线

3、图3-34.1.2 振动环境振动环境解放牌双轴卡车振动测试记录（空载）解放牌双轴卡车振动测试记录（空载）表3-84.1.2 振动环境振动环境公路运输的加速度峰值频率谱图公路运输的加速度峰值频率谱图图3-44.1.2 振动环境振动环境50t棚车运行振动测量实例棚车运行振动测量实例表3-11？4.1.2 振动环境振动环境铁路运输最大加速度频率谱图铁路运输最大加速度频率谱图图3-54.1.2 振动环境振动环境海运加速度峰值频率谱图海运加速度峰值频率谱图4.1.2 振动环境振动环境空运加速度峰值频率谱图空运加速度峰值频率谱图4.1.2 振动环境振动环境公路加速度均方值谱密度曲线公路加速度均方值谱密度曲

4、线铁路加速度均方值谱密度曲线铁路加速度均方值谱密度曲线4.2 确定产品特性确定产品特性确定产品在冲击环境下的易损性就是测试矩形脉冲下确定产品在冲击环境下的易损性就是测试矩形脉冲下的产品破损边界曲线，确定的产品破损边界曲线，确定产品脆值与临界速度改变产品脆值与临界速度改变量量；确定产品在振动环境下的易损性，不但要确定；确定产品在振动环境下的易损性，不但要确定易易损零件的极限加速度损零件的极限加速度，而且要测试易，而且要测试易损零件的幅频特损零件的幅频特性曲线性曲线。4.2.1 产品的冲击试验产品的冲击试验气垫式冲击试验机气垫式冲击试验机产品边界曲线的测试步骤产品边界曲线的测试步骤4.2.1 产品

5、的冲击试验产品的冲击试验4.2.1 产品的冲击试验产品的冲击试验碰撞机试验法碰撞机试验法4.2.1 产品的冲击试验产品的冲击试验跌落试验法跌落试验法4.2.1 产品的冲击试验产品的冲击试验产品不同方向的破损边界曲线产品不同方向的破损边界曲线图4-104.2.1 产品的冲击试验产品的冲击试验表4-24.2.1 产品的冲击试验产品的冲击试验表4-34.2.1 产品的振动试验产品的振动试验4.2.1 产品的振动试验产品的振动试验图11-15收录机幅频特性曲线：收录机幅频特性曲线：1-收录机机芯；收录机机芯； 2-收录机机体收录机机体4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

6、缓冲材料的种类缓冲材料的种类u 泡沫塑料泡沫塑料聚苯乙烯聚苯乙烯聚乙烯聚乙烯聚氨酯聚氨酯聚氯乙烯聚氯乙烯质量轻质量轻易于加工成型易于加工成型绝热性能好绝热性能好缓冲性能好缓冲性能好4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计泡沫塑料的比较泡沫塑料的比较表5-14.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计u 气泡薄膜气泡薄膜聚乙烯气泡膜聚乙烯气泡膜在荷重在荷重20g/cm2的条件下长期使用的条件下长期使用4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计u 碎屑状材料碎屑状材料环保泡泡粒环保泡泡粒4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的

7、设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计u 瓦楞纸板瓦楞纸板4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计u 纸与纸浆模塑纸与纸浆模塑波纹纸波纹纸纸浆模塑纸浆模塑4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计u 纤维橡胶与发泡橡胶纤维橡胶与发泡橡胶石棉橡胶板石棉橡胶板发泡橡胶发泡橡胶4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计 缓冲材料的性质缓冲材料的性质u 冲击能量的吸收性冲击能量的吸收性u 振动能量的吸收性振动能量的吸收性名称名称 阻尼比阻尼比聚乙烯或聚苯乙烯泡沫聚乙烯或聚苯乙烯泡沫 0.08-0.20聚氨酯泡沫聚氨酯泡沫 0.

8、10-0.50橡胶橡胶 0.02-0.16硅橡胶硅橡胶 0.11-0.23钢质螺旋弹簧钢质螺旋弹簧 0.008-0.016u 回弹性回弹性u 蠕变性蠕变性u 温度稳定性温度稳定性u 湿度稳定性湿度稳定性u 耐破损性耐破损性u 湿度稳定性湿度稳定性u 化学稳定性化学稳定性u 物理相容性物理相容性4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲包装设计要求缓冲包装设计要求u 减小传递到产品上的冲击、振动等外力减小传递到产品上的冲击、振动等外力u分散作用到产品上的应力分散作用到产品上的应力u保护产品的表面及凸起部分保护产品的表面及凸起部分u防止产品相互接触防止产品相互接触u防

9、止产品在包装容器内移动防止产品在包装容器内移动缓冲包装设计步骤缓冲包装设计步骤4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计 收集流通环境可能导致产品损坏的数据；收集流通环境可能导致产品损坏的数据； 收集产品的资料；收集产品的资料； 确定产品脆值后，先判断是否与同类产品相近，如果偏低，建议确定产品脆值后，先判断是否与同类产品相近，如果偏低，建议修改产品设计，提高关键件的脆值；修改产品设计，提高关键件的脆值； 选择缓冲材料及其结构形式，获得其缓冲性能曲线，根据跌落高选择缓冲材料及其结构形式，获得其缓冲性能曲线，根据跌落高度和缓冲材料所受应力计算缓冲厚度；度和缓冲材料所受应力

10、计算缓冲厚度； 校核缓冲结构的振动传递率与振动脆值等问题；校核缓冲结构的振动传递率与振动脆值等问题； 校核压缩或弯曲强度，不得超过缓冲材料的许用应力；校核压缩或弯曲强度，不得超过缓冲材料的许用应力； 校核温湿度对缓冲性能的影响；校核温湿度对缓冲性能的影响； 估算包装成本，与预定指标比较；估算包装成本，与预定指标比较； 制作试验用包装原型；制作试验用包装原型；按预先确定的试验标准进行试验；按预先确定的试验标准进行试验； 如果不满足要求，重新设计；满足要求，则批准设计，并形成完如果不满足要求，重新设计；满足要求，则批准设计，并形成完整的设计文件。整的设计文件。4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

11、缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲包装的形式缓冲包装的形式全面缓冲全面缓冲局部缓冲局部缓冲悬浮式缓冲悬浮式缓冲4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计塑料薄膜悬挂缓冲包装塑料薄膜悬挂缓冲包装复合复合PE薄膜的薄膜的EPE板材板材具有弹簧结构的具有弹簧结构的EPE缓冲垫缓冲垫节省缓冲板材的新结构节省缓冲板材的新结构填充式包装填充式包装模压包装模压包装4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计裹包包装裹包包装聚氨酯现场发泡成型聚氨酯现场发泡成型4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的

12、设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计 衬垫设计的基本参数衬垫设计的基本参数u 流通环境的等效跌落高度流通环境的等效跌落高度经验公式法、标准量值法经验公式法、标准量值法u 产品脆值产品脆值试验法、脆值量值标准法、理论估算法试验法、脆值量值标准法、理论估算法u 缓冲材料的缓冲特性缓冲材料的缓冲特性选用原则：选用原则：G20g，选用弹簧（或多级缓冲）；，选用弹簧（或多级缓冲）；30gG250g，选用泡沫，选用泡沫塑料、海绵；塑料、海绵；400gG1000g，不用缓冲材料。，不用缓冲材料。 缓冲材料的特性曲线有两种：缓冲系数缓冲材料的特

13、性曲线有两种：缓冲系数-最大应力曲线和最大加速度最大应力曲线和最大加速度-静应力曲线静应力曲线u 缓冲设计的公式缓冲设计的公式4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的基本设计缓冲衬垫的基本设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例例1：一重力为一重力为100N的产品，脆值为的产品，脆值为80g，要保证从，要保证从60cm的高处跌落而的高处跌落而不破损，规定用密度为不破损，规定用密度为0.031g/cm3的聚氯乙烯做衬垫，试计算衬垫所需的聚氯乙烯做衬垫，试计算衬垫所需尺寸。尺寸。例例2：用纸箱做内包装，把一重力为：用纸箱做内包

14、装，把一重力为100N，脆值为，脆值为30g的产品装入箱内，的产品装入箱内，用衬垫将它与外包装箱隔开，内装箱每面面积为用衬垫将它与外包装箱隔开，内装箱每面面积为2000cm2，设定等效跌，设定等效跌落高度为落高度为60cm，试选择适当地缓冲材料，并计算其尺寸。，试选择适当地缓冲材料，并计算其尺寸。例例3：一重力为：一重力为90N，脆值为，脆值为50g的产品，欲装入一底面积为的产品，欲装入一底面积为750cm2的容的容器箱内，设定的跌落高度为器箱内，设定的跌落高度为60cm，如果采用密度为，如果采用密度为0.075g/cm3的黏胶纤的黏胶纤维做衬垫，试检验该设计的合理性。维做衬垫，试检验该设计的

15、合理性。4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例例5：某产品某产品W=150N, G=55g, 允许的跌落高度允许的跌落高度H=60cm, 产品为边长为产品为边长为25cm的正立方体。拟采用的正立方体。拟采用EPS作全面缓冲固定，试求衬垫应有的厚度。作全面缓冲固定，试求衬垫应有的厚度。例例6：一产品，：一产品，W=200N, G=60g， 产品底面面积为产品底面面积为50cm40cm，预计的跌，预计的跌落高度落高度H=50cm，规

16、定用，规定用EPS作全面缓冲保护，试确定衬垫尺寸。作全面缓冲保护，试确定衬垫尺寸。4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的校核缓冲衬垫的校核 u 产品强度校核产品强度校核校核产品在载荷方向上与缓冲材料接触部分的强度。校核产品在载荷方向上与缓冲材料接触部分的强度。u 挠度校核挠度校核A: 衬垫面积衬垫面积T：衬垫厚度：衬垫厚度衬垫挠曲衬垫挠曲4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的校核缓冲衬垫的校核 u 跌落姿态改变时缓冲能力的校核跌落姿态改变时缓冲能力

17、的校核全面缓冲不同跌落姿态的比较全面缓冲不同跌落姿态的比较a. 角跌落与面跌落角跌落与面跌落 b. 棱跌落于面跌落棱跌落于面跌落4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的校核缓冲衬垫的校核 u 跌落姿态改变时缓冲能力的校核跌落姿态改变时缓冲能力的校核找到角跌落冲击时等效于面跌落式的等效面积，进行校核设计找到角跌落冲击时等效于面跌落式的等效面积，进行校核设计全面缓冲：全面缓冲：局部缓冲：局部缓冲：基于面冲击设计的缓冲衬垫只要通过率角冲击校核，就一定能满足棱基于面冲击设计的缓冲衬垫只要通过率角冲击校核，就一定能满足棱冲击的要求，所以一般没有必要进行棱冲击校核冲击

18、的要求，所以一般没有必要进行棱冲击校核4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的校核缓冲衬垫的校核u 蠕变量的校核蠕变量的校核u 温湿度的校核温湿度的校核4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例例7：已知一产品已知一产品W=200N, G=85g, 产品为正立方体，规定的跌落高度不超过产品为正立方体，规定的跌落高度不超过90cm，并指定采用下图所示特性的材料作局部缓冲，试设计面跌落和角跌落时衬垫所需尺并指定采用下图所示特性的材料作局部缓冲，试设计面跌落和角跌落时衬垫所需尺寸（设蠕变系数为寸（设蠕变系数为10%）。）。4.3 缓冲

19、材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计 防振包装设计原则：防振包装设计原则：先按缓冲要求进行设计，然后校核其防振能先按缓冲要求进行设计，然后校核其防振能力。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力。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，把包装系统对振动的传递率控制在预定范围内。材料，把包装系统对振动的传递率控制在预定范围内。非线性系统非线性系统4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例例8：产品重力为产品重力为36N, 底面尺寸为底面尺寸为2525cm2，许用脆值为，许用脆值为30g，冲击防护设计采用，冲击防护设计

20、采用了全面缓冲方法，选用的缓冲衬垫厚度为了全面缓冲方法，选用的缓冲衬垫厚度为5cm。产品在运输中受到的振动输入如图。产品在运输中受到的振动输入如图所示。求包装件的共振频率和产品的最大响应加速度。所示。求包装件的共振频率和产品的最大响应加速度。例例8：产品重力为产品重力为300N, 底面尺寸为底面尺寸为3030cm2，产品上的脆弱部件具有，产品上的脆弱部件具有25Hz的固有的固有频率，频率，0.02的阻尼比，可承受的最大冲击加速度为的阻尼比，可承受的最大冲击加速度为45g。产品的冲击防护设计采用了。产品的冲击防护设计采用了全面缓冲方法，选用的缓冲材料厚度为全面缓冲方法，选用的缓冲材料厚度为10cm，产品在运输过程中，受到的振动输入，产品在运输过程中，受到的振动输入如图所示，忽略疲劳作用，确定这样的衬垫是否提供足够的振动防护。如图所示，忽略疲劳作用，确定这样的衬垫是否提供足够的振动防护。4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计4.3 缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计 缓冲衬垫结构设计缓冲衬垫结构设计缓冲衬垫的形式缓冲衬垫的形