第四章 缓冲包装设计五步法

第四章缓冲包装设计五步法选择包装材料包装产品脆值包装流通环境包装结构设计包装实验流通商品流通中对包装损害的外界因素及原因4.1冲击与振动环境确定环境特性，对冲击环境而言，就是确定包装件的设计跌落高度；就振动环境而言，就是确定环境的加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4.1.1冲击环境缓冲包装设计用等效跌落高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15kg以上的包装件：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击加速度在10g以下。4.1.1冲击环境表3-44.1.1冲击环境跌落高度的测定跌落高度的概率密度曲线4.1.1冲击环境包装件的跌落高度概率曲线图3-34.1.2振动环境解放牌双轴卡车振动测试记录（空载）表3-84.1.2振动环境公路运输的加速度峰值频率谱图图3-44.1.2振动环境50t棚车运行振动测量实例表3-11？4.1.2振动环境铁路运输最大加速度频率谱图图3-54.1.2振动环境海运加速度峰值频率谱图4.1.2振动环境空运加速度峰值频率谱图4.1.2振动环境公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，确定产品脆值与临界速度改变量；确定产品在振动环境下的易损性，不但要确定易损零件的极限加速度，而且要测试易损零件的幅频特性曲线。4.2.1产品的冲击试验气垫式冲击试验机产品边界曲线的测试步骤4.2.1产品的冲击试验4.2.1产品的冲击试验碰撞机试验法4.2.1产品的冲击试验跌落试验法4.2.1产品的冲击试验产品不同方向的破损边界曲线图4-104.2.1产品的冲击试验表4-24.2.1产品的冲击试验表4-34.2.1产品的振动试验4.2.1产品的振动试验图11-15收录机幅频特性曲线：1-收录机机芯；2-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的种类泡沫塑料聚苯乙烯聚乙烯聚氨酯聚氯乙烯质量轻易于加工成型绝热性能好缓冲性能好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气泡薄膜聚乙烯气泡膜在荷重20g/cm2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碎屑状材料环保泡泡粒4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计瓦楞纸板4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计纸与纸浆模塑波纹纸纸浆模塑4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计纤维橡胶与发泡橡胶石棉橡胶板发泡橡胶4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

缓冲材料的性质

冲击能量的吸收性振动能量的吸收性名称阻尼比聚乙烯或聚苯乙烯泡沫0.08-0.20聚氨酯泡沫0.10-0.50橡胶0.02-0.16硅橡胶0.11-0.23钢质螺旋弹簧0.008-0.016回弹性蠕变性温度稳定性湿度稳定性耐破损性湿度稳定性化学稳定性物理相容性4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲包装设计要求

减小传递到产品上的冲击、振动等外力分散作用到产品上的应力保护产品的表面及凸起部分防止产品相互接触防止产品在包装容器内移动缓冲包装设计步骤4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计收集流通环境可能导致产品损坏的数据；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，根据跌落高度和缓冲材料所受应力计算缓冲厚度；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；估算包装成本，与预定指标比较；制作试验用包装原型；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，并形成完整的设计文件。4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲包装的形式全面缓冲局部缓冲悬浮式缓冲4.3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塑料薄膜悬挂缓冲包装复合PE薄膜的EPE板材具有弹簧结构的EPE缓冲垫节省缓冲板材的新结构填充式包装模压包装4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计裹包包装聚氨酯现场发泡成型4.3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

衬垫设计的基本参数

流通环境的等效跌落高度经验公式法、标准量值法

产品脆值试验法、脆值量值标准法、理论估算法

缓冲材料的缓冲特性选用原则：G<20g，选用弹簧（或多级缓冲）；30g<G<250g，选用泡沫塑料、海绵；400g<G<600g,选用橡胶、木材；G>1000g，不用缓冲材料。缓冲材料的特性曲线有两种：缓冲系数-最大应力曲线和最大加速度-静应力曲线

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衬垫的基本设计4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例1：一重力为100N的产品，脆值为80g，要保证从60cm的高处跌落而不破损，规定用密度为0.031g/cm3的聚氯乙烯做衬垫，试计算衬垫所需尺寸。例2：用纸箱做内包装，把一重力为100N，脆值为30g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2000cm2，设定等效跌落高度为60cm，试选择适当地缓冲材料，并计算其尺寸。例3：一重力为90N，脆值为50g的产品，欲装入一底面积为750cm2的容器箱内，设定的跌落高度为60cm，如果采用密度为0.075g/cm3的黏胶纤维做衬垫，试检验该设计的合理性。4.3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4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例5：某产品W=150N,G=55g,允许的跌落高度H=60cm,产品为边长为25cm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。例6：一产品，W=200N,G=60g，产品底面面积为50cm×40cm，预计的跌落高度H=50cm，规定用EPS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4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的校核

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。

挠度校核A:衬垫面积T：衬垫厚度衬垫挠曲4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计缓冲衬垫的校核

跌落姿态改变时缓冲能力的校核全面缓冲不同跌落姿态的比较a.角跌落与面跌落b.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衬垫的校核

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，进行校核设计全面缓冲：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，就一定能满足棱冲击的要求，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衬垫的校核

蠕变量的校核

温湿度的校核4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例7：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寸（设蠕变系数为10%）。4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计防振包装设计原则：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。非线性系统4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计例8：产品重力为36N,底面尺寸为25×25cm2，许用脆值为30g，冲击防护设计采用了全面缓冲方法，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所示。求包装件的共振频率和产品的最大响应加速度。例8：产品重力为300N,底面尺寸为30×30cm2，产品上的脆弱部件具有25Hz的固有频率，0.02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4.3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的形式受压面积的调整4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

缓冲衬垫结构设计带突起物的缓冲结构预留变形量的结构4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

缓冲衬垫结构设计产品固定产品防移4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

缓冲衬垫结构设计外侧凸筋结构长形产品缓冲结构4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

缓冲衬垫结构设计有突出部分产品的缓冲设计大型产品的缓冲包装4.3缓冲材料及衬垫面积与厚度的设计

等效面积理