包装工程师考试下册1-2章.doc

第一章 包装容器设计与制造一 包装容器综述包装容器的设计与制造技术，已经受到了商品生产企业和社会的高度重视，在包装容器设计、制造和研究等方面已经有了社会化的专业分工；包装容器信息、流通、法律法规（标准）体系已经初步成形并快速完善。包装容器设计与制造技术成了包装工程师知识体系的重要组成部分。包装容器技术主要包括包装容器结构造型和包装容器艺术装潢两大技术部分，其中，作为后者的包装容器艺术装潢设计内容主要由包装工程师综合基础知识中的包装设计学具体阐述；包装容器的结构造型是本章主要涉及的内容。1. 包装容器基本属性包装容器的作用是帮助内装物品在整个寿命期内承受各种环境（运输、储存、使用等），保证内装物各项特征指标在规定的数值范围之内；同时包装容器还具有促进商品的销售、方便商品的流通等作用。成功的包装容器必须在其结构设计中解决好所涉及到的影响因素，即处理好被包装产品与包装材料的关系，包装容器结构与流通环境之间的关系。包装容器结构与造型的设计要素为：被包装物品、包装容器材料、流通条件及消费对象。（1） 包容和保护内装物品 这是包装容器的首要功能，也是包装容器的传统功能。包装容器应能可靠地容装所规定的被包装物品数量，保证（在设计环境条件下）不会出现任何泄漏和渗漏，从而使被包装产品在运输、装卸、使用过程中不受损坏，且自身满足强度、刚度和稳定性要求。包装容器所用材料对被包装产品、环境及使用者都是安全的。（2） 方便于产品的使用包装容器的结构科学、简练、合理。应具有宜人性，满足人体工程学的基本要求（重量、力度及习惯等）。方便于消费者对整个商品的操作、使用。有利于包装物废弃处理。（3） 外形美观引人 包装容器应外形美观，容器的包装形式与外形应尽量兼顾使用者的习惯、审美心理及商品的美学要求等相关参数，能够满足使用者的具体需要，如性别、年龄、文化、地域等。同时，商品相关信息要依靠容器外表面作宣传与表达。2包装容器分类（1）按包装容器功能分类一些商品（尤其是零售类生活消费品），在包装容器设计时往往会根据不同的功能要求同时设计满足流通环境要求为主的运输包装容器和满足商品陈列和方便使用为主销售包装容器。 运输包装容器运输包装容器是指以强度、刚度、缓冲、密封与环境阻隔性能等为主要设计条件的包装容器，这类包装容器主要在流通过程中改善内装物品的环境，实现对内装物品保护，防止因流通外部环境（温度、湿度、振动、冲击、跌落等）因素引起内装物品的失效。销售包装容器销售包装容器主要是指以外观造型，质感、启闭结构等等为主要设计条件的包装容器，这类包装容器除了保障内装物品在整个寿命期内的各项相关技术指标要求以外，还同时具备激发消费者的使用欲望，从而增加商品的市场份额。(2)按包装容器材料分类按主要使用材料的成份进行分类。现代包装中使用的材料种类繁多，绝大部分包装容器可以归纳分成：塑料包装容器、金属包装容器、纸包装容器、玻璃包装容器、陶瓷包装容器以及其他材料包装容器等。塑料包装容器塑料是属于人工合成的高分子材料，作为包装容器的材料，塑料具有强度高、韧性好，化学性能优良等特性，此外，塑料易于加工成形，容易成型为各类相对复杂的容器结构。塑料包装容器具有良好的性价比，被广泛地用于制造包装桶、箱、瓶、罐等包装容器。金属包装容器金属具有超高强度、高硬度、高阻隔性、耐高温等特性，广泛用作为大中型物件和危险品容器的材料。金属包装容器容易实现多次重复使用和回收循环，也常被用于一些保质期长的食品等。大型金属容器主要材料为黑色金属，小型金属容器还常采用铝及其合金，在一些具有特殊要求的场合，还采用不锈钢包装容器。纸包装容器纸包装容器具有成本上的明显优势，常常用作一次性包装容器，适合于制作零售物品的包装容器。纸包装容器的废弃物对环境的影响相对较小，纸包装容器的废弃物循环利用比较容易，纸包装容器在包装容器中始终占有相当的份额。用于运输包装典型的纸包装容器是瓦楞纸箱；用于销售包装的有多种结构的（折叠、粘贴等）纸盒与纸箱。玻璃包装容器玻璃包装容器是指由SiO2等为主要元素的无机玻璃材料制成的包装容器。它具有阻隔性好、质硬、防腐性强等优良包装性能，同时容易成形、成本低、可重复使用等特点。玻璃包装容器还具有的良好装饰效果，传统上玻璃包装容器广泛用于食品、药品和化学品的包装，以及现有名贵商品（如高档酒、化妆品等）和工艺品等的包装上。 二. 包装容器结构设计包装容器结构设计是设计者在综合分析内装物属性、容器材料、材料成形工艺、消费群体等相关因素基础上，从某一角度，对主要影响因素进行协调的设计过程。1. 包装容器一般设计原则包装容器结构设计受诸多主客观因素影响，很难用具体的理论模型来描述，但可以遵循一些通用原则进行设计。（）科学性科学性是要求在包装容器结构设计过程中，尽量将主观因素转化为数学模式（包括理论导出式和经验公式），通过数据来使设计具有比较客观的依据，从而使所设计的包装容器更具科学合理、更接近现代技术规范。（）可靠性可靠性是指确保所设计的包装容器在设计环境参数下性能可靠，即有足够的强度、刚度和稳定性，不发生内装物品的泄漏等。不与内装物品发生相互作用，以及结构形式不会对人产生伤害等。图1-1包装设计过程环节（）美观性包装容器的外观结构应体现美学要求，适应市场需求，为尽量多的使用者所接受。（）经济性在满足包装容器性能要求下，简化内部结构，节约用材（尤其影响资源和环境的材料），降低包装容器的综合成本。包装容器设计方法（1） 包装容器设计的一般过程包装容器设计对商品包装性能有着直接的关系，一般的设计过程可以概括地分成以下四个环节。 确立设计边界条件边界条件是包装容器设计的基本依据。通过综合分析内装物品属性、商品流通过程参数、包装材料、容器类型和制造条件，确定设计所要的具体客观和主观边界条件。常用的内装物参数有：类别（食品、药品、化学品、生活用品、电器等）、物态（固态、液态、气态等）、理化及生物参数（重量或尺度、脆值、保存温、湿度范围、能够引起理化反应的环境成份等）、消费对象。常用流通过程参数有：运输工具（车、船等）、装卸方式、环境气候（气温、湿度、雨水、辐射、有害气体、微生物等）等。 制定设计方案 根据设计条件列出可能的各种包装容器设计方案，从多个视角对各个方案进行比较，得出不同视角相对较好的方案，然后兼顾不同的视角最终得出设计方案。所谓多视角是指不同的重点考虑参数，如：最小包装尺寸、最小材料消耗、最低综合成本等。 设计包装容器结构需要对包装容器设计方案实施完整的成套标准化图样。其中包括：对结构进行强度、刚度和稳定性的分析计算；选定组成包装容器所有构件的材料、规定包装容器制造技术要求和必要的工艺路线、绘制出全套图纸、编制说明书、质量标准和验收方式条件等所有相关技术文件。容器设计的评判与优化完成包装容器理论设计后，进行实样制造，通过对样品的试验（客观参数测试和主观市场调查等），分析暴露的问题，通过对相关参数重要性影响程度加权，建立优化设计目标函数，经过一系列参数的不断修正，使设计的主要参数向目标点收敛，直到实现较满意的设计结果。上述设计过程的四个环节并非一定要按序进行，可以采用多种方式来实现（见图1-1）。（2） 包装容器结构优化比较多的优化是针对具有几何形体的包装容器，如当流通成本较高时，进行降低流通成本的体形（体积和形状）优化；当材料比较昂贵时，可以采用降低包装容器制造成本的用料优化等。不同分析视角可以采用不同的优化方法或不同的优化函数。不同的优化方法，结果也将有所不同。当然，兼顾各种因素时，往往通过对各种优化参数进行加权合成（线性或非线性），来实现综合优化。以包装容器材料优化过程为例。 优化目标在满足内装物品质安全条件下使制造容器的材料消耗最少（材料成本最低）。 函数关系分析容器消耗材料量与容器壁厚、外表面积大小相关（一般包装容器壁厚越小包装容器耗材越少），壁厚又与容器强度、刚度有关，而强度、刚度又影响到包装容器的保护性能。然后，建立强度（或刚度）与壁厚的函数曲线，以及强度（或刚度）与包装容器对内装物保护性能的函数曲线，在一定的约束条件下（如流通过程对尺寸的限制等），使相关尺寸数据收敛进入目标区域。具体可以归纳为以下步骤。） 分析确定设计变量将包装容器结构设计中需确定的参数（壁厚、容器外形尺寸等）作为设计变量： xl、x2xn 其中：n设计变量数）建立目标函数如包装容器用料（或成本）最小为目标来构造目标函数。即以包装容器体积计算方程（或总面积方程等）为基础构造目标函数式（式中包含容器形状相关变量）：）确定约束条件确定限制设计变量取值的条件（如容器内部体积限制要求等） ）选择优化计算方法优化算法很多，工程上也已出现很多实用的优化计算程序，针对所建的包装容器优化设计数学模型，选择合适的优化计算方法，计算包装容器的各优化尺寸。（3） 包装容器设计评价包装容器设计评价是对完成的设计进行多方位综合评价，确定其设计的先进性、经济性等水平。对设计方案的评价，目标就是在设计中追求设计技术方案的先进性、成本、效益三者关系的最佳化。设计评价一般可以从以下几个方面进行：技术性评价技术评价是通过对包装容器的各项技术指标试验，分析包装容器结构、用料、外观造型等方面的合理性程度，与现有其他类似包装容器综合比较，得出设计方案在技术上的客观评价。经济性评价 通常包装容器经济评价为狭义的评价，它仅仅包括制造商在商品包装上所消耗的各类成本，而将包装造成环境问题所引起的经济成本纳入社会性评价范畴。商品包装经济评价是通过对包装容器实际使用过程产生费用的估算，与其他相同类型包装容器比较，得出设计方案在经济上的客观评价。社会性评价 包装容器的社会评价一般对生产企业不产生直接效益，常常被忽略。但包装容器设计方案的社会评价有利于整个社会经济的持续发展，应该得到社会各界重视。容器社会评价是通过包装容器设计方案对社会资源消耗及对环境的负面影响折合成客观数据进行估算，与其他相同类型包装容器比较，得出设计方案的社会性指标的评价。纸包装容器结构设计纸包装容器通常是用平页纸（或纸板）通过裁切、折叠、拼接、粘合等工艺成形的，因此，纸包装容器结构设计和制作对设备要求较低。也正是这一原因阻碍了纸包装容器设计水准的提升，很长时间以来纸包装容器的设计停留在原始的手工操作，甚至一些纸包装容器制造商的产品还没有完整的设计工艺图纸，直到最近计算机及其辅助设计技术的普及，纸包装容器计算机辅助设计技术为新一代包装工程技术人员所掌握，并成为包装技术人员的基本技能之一。图1-2 管式纸盒展开图（） 纸包装容器的类型纸包装容器的分类方法并不统一，按照传统方式可将纸包装容器分为：纸盒、瓦楞纸箱及其他纸包装容器（纸袋、纸杯、纸板桶）等。纸盒纸盒是应用最广的纸包装容器，根据其使用前后的形状，习惯地又分为：管式折叠纸盒、盘式折叠纸盒、粘贴纸盒等。管式折叠纸盒 图1-3 盘式纸盒展开图图1-4粘贴纸盒结构所谓管式折叠纸盒是指纸盒展开时为一页纸，以盒身（各侧面相连）为主中心（相对面积较大），盖底（上下面）为辅（展开时处于边缘与盒身面连接）的一类纸盒，典型结构见图1-2。管式折叠纸盒盒身侧面一般比较简单，而盒盖及盒底摇翼的结构可由多种变化。盘式折叠纸盒盘式折叠纸盒展开时，以盒底为主中心面（相对面积较大），盒身（各侧面）为辅（展开时处于边缘与中心面相连）的一类纸盒，典型结构见图1-3。盘式折叠纸盒盒底结构无变化，其变化主要集中在侧边上。粘贴纸盒 粘贴纸盒是用贴面材料将基材纸板粘合表贴而成，成形后形状固定，不能再折叠成平板状。粘贴纸盒采用表贴工艺，结构型式和排料相对灵活，因此，这类纸盒的装饰性较强，常被用于商品（尤其是礼品等高档小件商品）的销售包装。典型结构见图1-4。纸盒还可有上述类型通过组合等形成其他类型，如：盘管式折叠纸盒、非盘非管式折叠纸盒等瓦楞纸箱由瓦楞纸板制成的纸箱称为瓦楞纸箱。由于瓦楞纸板在成本、强度、刚度及缓冲性能等方面具有特殊的优越性而受到高度重视，瓦楞纸箱的普遍应用已使其成为商品运输包装的主要包装容器，许多国家、地区和国际组织都制定了瓦楞纸箱的技术标准，使得瓦楞纸箱的设计与制造比较规范，从而使瓦楞纸箱从普通的折叠纸盒中分离出来，成为独立纸包装容器类型。其他纸包装容器除了上述类型以外，纸包装容器还有：纸袋、纸杯、纸板桶、纸罐、纸碗、纸碟、纸浆模塑容器制品等，其中一些常用作商品销售中的临时包装容器。表1-2 纸板横截面符号表1-1设计绘图图线及含义（） 纸包装容器设计符号国家标准已对纸包装容器各类设计符号作了具体规定，主要有：设计制图标准图线及符号纸包装容器设计绘图采用的图线应参照国家标准（GB 1298691）规定，具体形式及及其含义见表1-1。表中的内折、外折和对折的区分方法是：当纸盒折叠成形时，组成折叠的两个面从纸盒内部形成的角度小于180o的折叠称为内折；大于180o时的折叠称为外折；等于0o时的折叠称为对折；纸板形式和横截面符号纸板和各种瓦楞纸板的形式及其对应的横截面表示符号见表1-2。纸盒成形接头方式及符号有纸箱制造商实施的成形接头称作为制造商接头，接头方式主要有：钉合、胶带纸接合和粘合剂接合三种。其接头代号及图形符号见表1-3。表1-3 纸包装成形结合方式代号（）纸包装容器材料选择折叠纸盒材料选用折叠纸盒要求材料具有足够的弯曲强度和合适的厚度，确保折叠后不会沿压痕线开裂。适用于折叠纸盒的材料主要有两类：耐折纸板和彩面瓦楞纸板。表1-4折叠纸盒纸板厚度选用耐折纸板有：白纸板、盒纸板、挂面纸板、牛皮纸板、双面异色纸板、玻璃卡纸板、马尼拉纸板等多种。纸板厚度选择可根据纸盒面积及内装物重量参照表1-4进行。彩面瓦楞纸板主要用于包装内装物较重或盒体尺寸较大的销售包装纸盒材料。粘贴纸盒用材料 根据结构和性能要求粘贴纸盒材料分为基材和贴面材料两类。基材要求具有较高的挺度，可采用非耐折纸板，常用有：草纸板、刚性纸板和双面异色纸板等。纸板厚度为0.411.57mm。贴面材料则应根据表贴部位不同来选择。内衬一般采用白纸、白细瓦楞纸、塑料等；外贴面可根据装饰要求选用，常用有：铜版纸、蜡光纸、彩色纸、植绒纸，还可采用布、绢、革等其他材料。瓦楞纸箱材料选用瓦楞纸箱的材料是瓦楞纸板，瓦楞纸板是一种两边采用牛皮卡纸（箱板纸），夹芯配以波纹形状瓦楞原纸，用粘合剂粘合的纸平板式结构材料。瓦楞纸板材料规格通常瓦楞纸板按照独立的波纹形状瓦楞原纸层数分为：单瓦楞、双瓦楞和三瓦楞纸板。表1-5 瓦楞纸板规格表1-6 瓦楞纸板楞型选用 表1-7 瓦楞纸板技术参数 GB654486瓦楞纸板的厚度与楞形（大写字母表示）对应，表1-8 瓦楞纸箱与纸板选用 GB654386瓦楞纸箱设计选材时一般只需标明纸板楞形和层数（如单、双瓦楞等），而不直接采用纸板厚度值，瓦楞纸板厚度并非完全按照楞形字母顺序，目前世界上已有更细微的瓦楞型纸板，如F、O、N等被应用于彩面印刷纸盒上，效果非常好。设计（计算制图）所需的瓦楞纸板厚度数据可查阅相关标准，见表1-5。表1-9 瓦楞纸箱标准 GB503385 GB503485表1-10 重型瓦楞纸箱技术标准 GB/T1671796瓦楞纸板材料选用方法一般瓦楞纸箱设计选材根据所需箱体尺寸和内装物重量参照国家标准确定：如瓦楞纸板横截面形式选择参见表1-6；普通运输包装用瓦楞纸箱瓦楞纸板选择参见表1-7和表1-8；出口产品包装用瓦楞纸箱瓦楞纸板技术要求参见表1-9；重型瓦楞纸箱瓦楞纸板技术要求参见表1-10等。（） 纸盒结构设计纸盒设计主要包括：盒身、盒盖和盒底等主要结构区域，其中盒身常用的有管式和盘式，其他形式一般需要专门设计，而盒盖盒底则形式多样，功能不一。盒盖结构要求及常用形式纸盒盒盖结构应便于被包装物的装入和取出，同时应保证被包装物装入后不会自开，起到保护被包装物的作用；盒盖应容易封装和开启。有些盒盖结构同时可用于盒底。图1-5 插入式盒盖）防止盒盖自开的常用形式利用纸板间的摩擦作用，固定盒盖。利用纸板上的卡口，卡住摇翼，固定盒盖。利用插口插舌结构，将摇翼互相锁合，固定盒盖。利用摇翼互相插撇锁合，固定盒盖。利用粘合剂将摇翼粘合，固定盒盖。图1-6 锁口式盒盖）盒盖的功能要求根据纸盒的实际用途，盒盖有时需要具有不同的功能特性，如多次开启功能，防伪和防盗功能，显示首次开启不能复原、取出内装物后在新的位置形成新盖；还有在开启后可以兼做广告板等等。）常用盒盖结构图1-7 插锁式盒盖插入式盒盖插入式盒盖在盒的端部设有3个摇翼，主摇翼延长至正好覆盖整个盖面宽度并连接有插入片，封盖时插入片插入盒体。此种盒盖具有再封合功能，可多次使用。根据主摇翼与盒身的相对位置，插入式盒盖有飞机式、反插式和直插式等见图1-5。图1-8连续摇翼涡进式盒盖插入式盒盖普遍用于轻小内装物的销售包装纸盒，如药品、化妆品等。锁口式盒盖锁口式盒盖通常有四个摇翼，在两个主摇翼分别设有插口和插舌，见图1-6，当主摇翼上插舌插入相应摇翼插口后，利用摇翼纸板的刚性和弹性作用固定盒盖，这种盒盖相对插入式盒盖具有封合牢固，但开启稍不便。插锁式盒盖插锁式盒盖是一种将插入式盒盖结构和锁口式盒盖结构相结合的组合形盒盖结构。初装时将锁口插入使封口牢固；开启以后再封闭时，锁口一般可不插入，类似插入式盒盖的防尘襟片，开启方便，典型形式见图1-7。连续摇翼窝进式盒盖连续摇翼窝进式盒盖是一种造型奇美的锁口式盒盖结构，一般用于正多边形（多为58边）管式纸盒的盒盖(或盒底)结构，见图1-8。其特点是造型优美图案，但手工组装比较麻烦。一般用作礼品包装。图1-9摇盖式盒盖连续摇翼窝进式盒盖具有一定的设计要点，设计时通过计算机对纸盒进行立体建模后展开，可以实现各种复杂的立体结构。对摇翼的形状，既可用简单明快的直线，也可采用复杂多变的曲线。摇盖式盒盖摇盖式盒盖的封盒强度较高，具有显示首次启封痕迹作用，图1-9中a为原盒盖粘合封口，于缝纫图1-10 正揿封口式盒盖线或撕拉口重新开新盖；图1-9中b是将一个主盒面的摇翼适当延长，通过折叠成形或粘合成形，将盒盖做成仰开式摇盖盒盖。图1-11 粘合封口式盒盖正掀封口式盒盖正掀封口式结构是在纸盒盒体上进行折线（或弧线压痕），利用纸板的刚度（挺度），在纸板弹性力作用下使摇翼压住纸盒的盖面来实现封口见图1-10。正掀封口式折叠纸盒，往往盒底盒盖采用相同结构形式。此类纸盒结构适用轻小的商品包装。图1-12 锁底式盒底粘合封口式盒盖粘合封口式盒盖是将盒盖与襟片进行粘合实现封口，这类盒盖结构为一次性封盖，启封后不再使用，形式有单条涂胶图1-11b和双条涂胶图1-11a等。盒底结构及常用形式纸盒盒底作用是承受内装物质量和盒底封合。因此，盒底结构应有足够的强度，同时，为了便于纸盒的机械化制造，盒底结构不应过于复杂。在强度等要求满足条件下，大多数纸盒盒盖结构可以用于盒底。只用于盒底的常用结构有：）锁底式盒底锁底式盒底是一种双向强度不同的盒底结构，通过将盒底的四个摇翼部分设计成相互啮合的形式实现封底。在适当得设计尺寸下，盒底无法完好地向外开启，可以确保内装物的安全，具有很强的承重能力。锁底式盒底的常见形式及不同的付翼形式见图1-12，这种盒底结构广泛应用于各类商品的包装折叠纸盒。手工设计锁底式纸盒既要保证可靠锁合，又要防止各翼之间的干涉，而采用计算机立体建模后展开，设计变得非常容易且可靠。）自动锁底式盒底自动锁底式盒底纸盒在包装前处于平板折叠状态（盒底向内折叠），在包装盒体成形时盒底自动就位，是一种适合于机械自动化包装的盒底结构见图1-13。设计要求与锁底式盒底类似，手工设计时既要保证可靠锁合就位，又要分别防止各翼之间平板状态和成形时的干涉，建议采用计算机立体建模后展开，设计变得非常容易且可靠。图1-13 自锁底式盒底图1-14 间壁封底式盒底图1-15 直间壁板结构图1-16 纸盒提手）间壁封底式盒底间壁封底式盒底是一种即具有盒底作用，又对内装物实施分隔的复合型盒底结构。组成盒底的四个摇翼设计成两部分，其中靠近盒体底边为盒底部分，远离盒体底线的为分隔板部分。根据需要可将盒内内分隔成二、三、四、六等格（图1-14为六间隔结构）以固定内装物，防止相互间的直接摩擦碰撞。纸盒局部功能性结构纸盒局部功能性结构主要有：异型、间壁、组合、多件集合、提手、开窗、展示、方便结构、易开结构、倒出口结构等等。） 间壁图1-17 纸盒开窗除了采用盒底实现对内装物分隔的间壁封底式盒底以外，还常常采用折叠纸盒的其他不为形成间壁结构（如壁衬格式），壁衬格式是利用纸盒盒盖摇翼或盒体侧板的延长部分在成形时通过相对移位实现。间壁结构形式多样，典型结构形式见图1-15。） 提手提手是为方便提取和携带纸盒而设置的功能性结构。提手通常为单手设置，当提手有多片复合组成时，应使多片在使用时能相互对准合龙；根据人机工程学数据提手宽度应在10cm左右；提手应有足够的强度，使用时提手中心应通过纸盒包装件重心的垂线，并确保提手处于水平位置。图1-16是常见的带提手纸盒结构。） 开窗开窗是指在盒体的适当部位切去一定面积成为观察内装物的视窗，常在开窗的部位蒙上一层透明（塑料或玻璃）纸以防内装物受到污染。开窗面积不宜过大以免影响纸盒强度；也不宜过小，以便识别内装物特征。开窗位置和尺寸有实际纸盒结构和内装物决定。图1-17为典型开窗盒例。） 易开结构粘贴封盒的纸盒封装比较牢固可靠，但启封则比较困难，纸盒易开结构是在适当位置设置容易撕裂的结构（打孔、半切痕等）以方便纸盒启封。易开结构设计应不影响纸盒原有包装功能、开启简单易行、纸盒生产工艺简单。形式可以多种，如单面、三面或四面开启，图1-18为部分已开结构的典型案例。图1-18 部分易开结构纸盒示例纸盒尺寸计算）纸盒内部尺寸纸盒内部尺寸由内装物尺寸决定，计算式为：Xi = Xmax + kxi (1.1)式中：Xi 纸盒的内部尺寸，mm；Xmax被包装物最大外形尺寸，mm；kxi 纸盒内部尺寸修正系数，mm。）纸盒制造尺寸纸盒制造尺寸为纸盒的名义尺寸，通常为纸盒单一构件内外尺寸的平均值。在实际应用中往往由纸盒内尺寸计算得到。纸盒制造尺寸一般计算式为：X = Xi + ( n 1 ) t + kx (1.2)式中：X纸盒制造尺寸，mm； Xi纸盒内部尺寸，mm； n 在某方向上的纸板层数； t 纸盒的纸板厚度，mm； kx纸盒制造尺寸修正系数，mm。）纸盒外部尺寸纸盒外部尺寸一般通过制造尺寸计算，计算式为：Xo = X + t (1.3)式中：Xo纸盒外部尺寸，mm；X 纸盒制造尺寸，mm；t 纸盒的纸板厚度，mm。（）瓦楞纸箱结构设计瓦楞纸箱是采用瓦楞纸板为材料主要用于运输包装的包装容器，从原理上说，瓦楞纸箱结构与纸盒没有区别，所有纸盒结构均可用于瓦楞纸箱，尤其对于一些细瓦楞楞型的薄瓦楞纸板，现已在零售商品的销售包装纸盒中得广受应用。传统意义上的瓦楞纸箱，主要用于商品的运输包装，根据该类瓦楞纸箱的生产规模及销售产值，瓦楞纸箱从设计到制造已构建出标准系列，并形成了国家和国际（非强制性执行）标准。因此，瓦楞纸箱结构设计是根据瓦楞纸箱国际标准箱型实施具体的结构组合、尺寸调整和强度校核等。a) 瓦楞纸箱箱型瓦楞纸箱国际标准箱型代号采用四位数字加后缀表示：其中，前两位数字是对收入标准的所有瓦楞纸箱箱型归类后的类型编号；后两位数字各类别中不同箱型的排序。瓦楞纸箱标准箱型类别分为从01至09（除08以外）的八大类二百余个品种，各大类具体特征为：i. 01类瓦楞纸板01类瓦楞纸板描述了由瓦楞纸板制造商生产的，用于提供给纸箱生产商等需要瓦楞纸板企业的各种商用瓦楞纸板。其中0100型代表单面瓦楞纸板，0110型代表双面瓦楞纸板。ii. 02型纸箱02型纸箱为开槽型纸箱。图1-19 0201标准瓦楞纸箱图1-20 0300瓦楞纸箱纸箱的箱顶和箱底结构相同，系由一块纸板成形，空箱时可折叠成平板状。封口(底)一般采用箱钉钉合、胶带封合或胶粘剂粘合。代表箱型0201型见图1-19图1-21 0401瓦楞纸箱iii. 03型纸箱03型纸箱为套合型纸箱，采用独立的箱盖（部分或全部）套住箱体的形式，由两块（或多块）纸板组合而成。图1-20为0300型iv. 04型纸箱04型纸箱为折叠型纸箱与托盘，通常采用一页纸板，不采用钉合或胶带纸粘合也可成形。图1-21为0401型立体与展开图。v. 05型纸箱图1-22 0505瓦楞纸箱构成05型纸箱为滑盖型纸箱，有时可以通过同类（或不同类）的两种箱型内外两个配套组成封闭纸盒，内外两体通过相对滑动封合。这类箱型用料省，但包装工艺相对复杂。图1-22为由0502和0503型的配套组成的0505型应用示例。vi. 06型纸箱06型纸箱为固定式纸箱，两端板通过（箱钉、胶带或粘合剂等）连接方式与主箱体成形。图1-23为0602型纸箱立体及展开示意图。vii. 07型纸箱图2-23 0602型瓦楞纸箱07型纸箱为自动型纸箱，主要由一页纸板组合而成，这类纸箱成形便捷，打开箱体即自动封底成形，从而使包装工艺简化，适宜自动化包装。图2-24为0700型纸盒（典型自锁底结构）。viii. 09型纸箱附件09型类为纸箱附件，其中包括衬板、套衬框、间壁、填充件、衬角和组合内衬等45个品种，主要作用在于分隔、防震、加强、固定包装件内装物。图2-24 0700型瓦楞纸箱b) 瓦楞纸箱尺寸ix. 瓦楞纸箱内尺寸计算瓦楞纸箱内部尺寸主要由内装物外形尺寸、内装物排列状态以及箱内包装附件（隔衬与缓冲件）等决定。通常，瓦楞纸箱内部尺寸计算式为：Xi = Xmax N + ( N 1 ) + T + Ki (1-4)式中：Xi 瓦楞纸箱计算方向内部尺寸，mm； Xmax单个内装物计算方向外形最大尺寸，mm； N 沿瓦楞纸箱计算方向的排列数目； 内装物尺寸变动系数，mm； Ki 瓦楞纸箱内部尺寸修正常数，mm； T 衬格或缓冲件厚度，mm。内装物尺寸变动系数按经验估算，如对于尺寸变化较大针棉织品叠厚误差可定为3mm/12件、中包装纸盒为(12)mm个。x. 瓦楞纸箱制造尺寸瓦楞纸箱长、宽、高的制造尺寸可有下式计算：X = Xi + K (1-5)式中：X瓦楞纸箱计算方向（长、宽或高）制造尺寸，mm； Xi瓦楞纸箱对应计算方向的内部尺寸，mm； K瓦楞纸箱制造尺寸修正常数，mm。瓦楞纸箱尺寸修正常数与箱型有关，表1-11为02类纸箱制造尺寸修正系数。其他类型可查阅相关资料。 表1-11 02类瓦楞纸箱制造尺寸修正常数K （mm） xi. 瓦楞纸箱外尺寸瓦楞纸箱外部尺寸计算式为：Xo = X + Ko (1-6)式中：Xo瓦楞纸箱计算方向外部尺寸，mm； X 瓦楞纸箱对应外尺寸计算方向的制造尺寸，mm； Ko瓦楞纸箱外尺寸修正常数，mm。瓦楞纸箱外尺寸修正常数与楞型有关，常用楞型外尺寸修正常数数值见表1-12。瓦楞纸箱在制造中存在误差，设计时应加以考虑，根据国家标准，通用瓦楞纸箱尺寸偏差见表1-13。出口产品包装用瓦楞纸箱尺寸偏差见表1-14。重型瓦楞纸箱内部尺寸偏差见表1-15。表1-13 通用瓦楞纸箱尺寸偏差表1-12 瓦楞纸箱外部尺寸修正常数值 Ko (mm) xii. 瓦楞纸箱尺寸偏差表1-15 重型瓦楞纸箱内部尺寸偏差表1-14 出口产品包装用瓦楞纸箱尺寸偏差xiii. 瓦楞纸箱强度计算与校核通常，堆码运输流通条件下考虑的瓦楞纸箱强度主要是指抗压强度，而类似戳穿强度等指标主要由瓦楞纸板质量参数来保证。值得注意的是，传统瓦楞纸箱抗压强度计算与校核的结果常常只针对空箱状态，忽略了内装物的承重能力，而在很多场合，内装物的可以承受相当大的承重能力，另外，对于其他流通条件计量也过于粗略，从而造成包装箱的强度、材料、成本的过高，造成不必要浪费。xiv. 瓦楞纸箱抗压强度计算瓦楞纸箱实际抗压强度是通过实际测试获得，但在瓦楞纸箱设计时往往只能通过计算获得强度数据。常用方法是通过瓦楞纸板或所用原纸的环压强度，采用凯里卡特(K.Q.Kellicutt)瓦楞纸箱抗压强度计算公式。凯里卡特瓦楞纸箱抗压强度计算公式为： （1-7） 式中：P瓦楞纸箱的抗压强度，N； Px瓦楞纸板原纸综合环压强度，Ncm； Z瓦楞纸箱外周长，cm； aXz楞型常数； J 瓦楞纸箱常数；其中，瓦楞纸板原纸综合环压强度Px可由下式计算： （1-8） 式（1-8）中：Rn 面纸环压强度测试值，N； Rmn瓦楞芯纸环压强度测试值，N； L 测试试样长度，cm； Cn 瓦楞芯纸弯曲长度折合率。纸箱外周长Z（mm）计算式为： Z = 2 ( Bo + Lo ) (1-9) 式中：Bo瓦楞纸箱外宽，cm； Lo瓦楞纸箱的外长，cm；有关上述凯里卡特计算式中的常数aXz、J、Cn由表1-16查得。表1-16 凯里卡特计算常数表凯里卡特计算式中没有考虑瓦楞纸箱长宽比以及高度的影响，因而所产生的计算误差通常大约在45。xv. 瓦楞纸箱抗压强度校核在不考虑内装物承载能力的条件下，瓦楞纸箱的抗压强度应大于瓦楞纸箱在实际堆码贮存中所承受的最大负荷，即强度校核公式为：P Ps （1-10） 式中：P瓦楞纸箱抗压强度，N； Ps瓦楞纸箱堆码中承受的最大负荷，N。Ps由下式计算： （1-11） 式中：Kp瓦楞纸箱抗压强度安全系数； G 瓦楞纸箱包装件总质量，kg； m 瓦楞纸箱堆码数设计值瓦楞纸箱抗压强度安全系数Kp与瓦楞纸箱内装物贮存期和贮存条件有关。当贮存期小于30天时，Kp取1.60、贮存期在30100天，Kp取1.65、贮存期在100天以上，Kp为2.00。3塑料包装容器结构设计塑料包装件以强度高、重量轻、耐腐蚀、易成形等优异综合性能普遍用于各类商品的销售包装。塑料包装容器制造成形材料利用率较高。塑料容器的结构设计部分与成形方式与工艺有关。塑料包装容器常用成形方式有：注射、吹塑、真空、热压、发泡等。（） 塑料包装容器类型塑料包装容器一般不通过材料来进行分类，是因为大多数用于塑料包装件的材料均可制成各种包装容器。而内装物及包装件流通要求的不同，往往会体现在对塑料包装容器的结构型式上，因此，对塑料包装容器的分类主要根据其结构的不同。通常，塑料包装容器可分为：箱（盒）类、瓶类、桶（罐）类、软管类、发泡制品类等。 图1-25塑料包装箱a塑料包装箱（盒）箱（盒）的几何造型方方正正，容易排列堆积，容积率高，因此，塑料容器设计时，如果流通成本为主要关注参量，则箱（盒）类结构比较适宜。图1-25为部分形式的塑料包装箱。 图1-27 塑料桶（罐）图1-26塑料瓶b 塑料瓶圆弧、弓形具有较高的强度、更省材料，其中塑料瓶以其口小肚大使密封更加容易。因此密封性能要求较高的流体包装塑料容器，尤其具有压力的内装物容器，更加适宜采用塑料瓶类结构包装容器，此外，瓶的造型优美，变化多端，非常适合各类生活用品的销售包装。图1-2为部分形式的塑料包装瓶。c 塑料桶（罐）作为塑料箱（盒）与塑料瓶的过渡，通常塑料桶（罐）部分地兼有塑料箱的大开口与塑料瓶的大圆弧，比较适用于组成中小型包装体的销售装容器和大型运输装包装容器等。图1-27为塑料塑料包装桶（罐）例。d 塑料泡罩塑料泡罩兼有良好环境阻隔性、对内装物的观赏性以及内装物之间的分隔作用，是比较适用于小型成熟商品使用装包装的包装容器。e 塑料软管塑料软管是一种主要适合于单个包装需要多次使用的膏体类（或高粘度流体）内装物的包装容器，用于部分取代金属软管，由于塑料更具抗腐蚀能力，塑料软管更加适宜某些化学物品、药品以及化妆品的包装。f 塑料发泡成形制品塑料发泡制品为多孔类材料构件，具有轻质、导热率低、吸振等著名特性，是商品运输包装、保温隔热的首选容器（或构件）。（） 塑料包装容器的材料选择塑料品种很多，大多数塑料从性能和成形工艺等角度，都可用于商品的包装，但是，作为包装容器材料，还必须综合考虑各方因素，尤其是性价比，因此，在包装容器选料时，常常集中于部分塑料品种，从而形成了包装容器常用塑料系列。表1-17 包装容器常用塑料性能在塑料包装容器选择材料时，主要根据容器本身的强度要求和内装物特性及经济成本等因素进行综合考虑。 部分包装容器常用塑料基本性能，见表1-17。（） 模塑成形塑料容器结构设计图1- 28 脱模斜度塑料容器制品很多是在模具中成形的，即模塑（如注射）成形。模塑成形塑料容器工艺结构塑料容器制品的形状和结构设计应符合成形模具和工艺等相关要求。） 脱模斜度由于模塑成形包装容器在注射时的高温高压，加上冷却成形产生的形态尺寸变化，有时会严重影响塑料包装成形件的脱模。大多数塑料模塑包装件本身对构件形态（斜度）没有特殊要求，没有必要设置专门的机构来帮助塑料成形件脱模，从而简化成形工艺。因此在塑料模塑包装成形件结构设计时，在某些影响脱模的位置通过一定的斜度来帮助脱模，这类为工艺要求设置的构件造型斜度称为脱模斜度（见图1-28）。脱模斜度与成形容器的材料性能、几何形状、尺寸精度、模具结构以及表面粗糙度等许多因素有关。一般脱模斜度过大，主要影响包装容器的形状，过小则制造脱模困难，因此，在影响包装容器功能形状的前提下应适当加大脱模斜度。包装容器脱模斜度分析的一般方法塑料脆性大、刚性大、收缩率大、容器形状复杂、容器制品壁较厚等因素，则适当放大相应的脱模斜度。容器制品精度高、尺寸大时，应适当减小脱模斜度。容器制品大而深时，一般凸模(阳模)斜度应适当大于凹模(阴模)斜度。有公差要求的尺寸，斜度可在公差范围内，也可在公差范围之外。典型结构脱模斜度图1-29箱盖脱模斜度塑料模塑成形容器的脱模斜度受众多因素影响，即使相同的脱模斜度（模具不变）、相同塑料材料，当成形工艺（注射温度、压力、冷却时间等）发生变化也会影响塑料成形件的脱模。因此，塑料容器脱模斜度很难用具体公式进行精确计算，一般由经验数据确定。一般情况下，沿脱模方向常用斜度为0.5o1.5o。当容器形状要求不允许时，可采用外表面斜度5，内表面斜度为1020。凸台和加强筋单边斜度一般在4o5o。对于粗糙（或有滚花纹）的侧面，脱模斜度在4 o6 o。对于箱、盖类容器（如图1-29）当H100mm，脱模斜度小于1.0 o。当50H100mm，脱模斜度小于1.0 o1.6 o。当H50mm，脱模斜度在1.6 o1.9 o。 有滚花时，脱模斜度在5.7 o11.3 o。对于格板（图1-30）（格栅总长度C越大，脱模斜度越大）对于格栅栅距P4mm，脱模斜度取5.7 o 。图1-30 格栅脱模斜度图1-31加强筋脱模斜度加强筋的脱模斜度一般在0.1 o0.3 o（图1-31）分型线分型线是塑料模具开模分型面在成形件上的痕迹。其可见性与模具制造精度、模具材料、注射压力等有关，分型线主要影响塑料容器的外观，尤其对于高档消费品（如化妆品等）。图1-32 被型分型面位置塑料包装容器制品的分型线（溢边）有时可采用刀削、锉、磨或冲孔等方法适当加以弥补，但人工成本会明显上升。降低或消除分型线对塑料包装容器外观影响的有效的方法是成形模具结构设计时合理设置分型面位置或在包装容器结构设计上加以掩盖。对于模具分型面的设置，一般应设在容器制品断面轮廓尺寸最大位置，以利于成形件从模具中方便取出；分型线尽可能设在不（或较小）影响塑料包装容器外观的部位。图1-33 成形件结构与分型面例如：图1-32，圆筒（或杯形）容器制品的分型线设在口缘部位比较合理。如果选择在柱面上，则对容器制品外观影响较大。图1-33a椭球状腰带分型线明显,适当调整结构，图1-33b分型线被阶梯线掩盖。）侧孔（侧凹）要求在侧面带有横向孔（侧孔或侧凹）的塑料容器脱模比较麻烦，设计时尽量通过结构的调整加以改善。有些侧孔，必须采用侧向型芯方能实现脱模，模具结构和成形过程都比较复杂，如果成形件功能要求允许下，改变侧孔形状或位置以避免侧向型芯，从而使模具简化。） 模塑成形容器的壁厚壁厚是塑料容器结构设计的主要参数，尤其对于模塑成形容器，它不仅影响成形制品重量、包装件（材料和运输）成本、还影响成形容器的强度、质量和成形效率。对热塑性塑料容器制品来说，通常，当壁厚在5mm以下时，强度会随着壁厚增加而增大；但当壁厚大于5mm时，由于缺陷出现的机率增大，综合强度不一定增大，成形冷却时间与壁厚的平方成正比，当容器制品壁厚增加1倍时，成形冷却时间将增加4倍。表1-18 部分常用材料的塑料容器制品壁厚t与流程L关系表1-19 热固性塑料制品高度与壁厚表1-20 热塑性塑料制品高度与壁厚通常，模塑容器制品最小壁厚很大程度上取决于材料的流动性。壁厚小，塑料熔料流动阻力大，严重时直接影响容器制品的成形质量。模塑容器制品壁厚越大，注射过程中允许最大流程越长。设计时可通过流程L来确定制品最小壁厚。表1-18为部分常用材料的塑料容器壁厚t与流程L关系。在设计中常用塑料容器制品的壁厚还可参考表1-19和表1-20选取。） 模塑成形塑料容器刚度 图1-34提高容器口缘刚度图 图1-35提高容器侧壁刚度模塑成形包装容器为非软包装容器，应具有一定的形状、强度和刚度。在许多场合，正因为模塑容器的良好刚度，体现出内装物的整体品质。在塑料容器结构和成形工艺设计中，提高模塑成形刚度的常用方法有： 图1-36提高容器底部刚度选择收缩系数较小的材料；设置适当的成形料流方式（成形中料流方向与垂直于料流方向存在收缩差）；采用加强筋增强侧壁和边缘的刚度（防止翘曲变形）；图1-34采用增加容器边缘来提高容器口的刚度。图1-35通过设置带状（或网状）加强筋提高容器侧壁刚度。图1-36通过结构调整增加了容器底（或盖）的刚度。）模塑成形塑料容器局部结构）加强筋图1-37 加强筋加强筋可以在不增加容器壁厚的条件下，提高强容器刚度和强度。对于具有较大平面的包装容器，加强筋对增加平边刚度的作用十分明显。此外，沿料流方向的加强筋还能降低成形时充模阻力。加强筋结构设计原则主要有：尽量避免多条加强筋在同一部位汇集而引起塑料的局部堆积，以防止出现图1-38 加强筋圆弧过渡尺寸缩孔、气泡、凹坑（图1-37）。尽量使加强筋的主体方向与塑料料流方向一致，避免扰乱料流引起容器的韧性降低。加强筋应有一定的斜度，筋与容器主部位连接应圆弧过渡，避免收缩应力过大。图1-38为加强筋典型结构圆弧过渡尺寸。加强筋横截面尺寸应适度，过大容易引起凹陷和缩孔，必要时可在易产生凹陷部位设计凸凹花纹，以掩盖缩孔等缺陷。） 圆角塑料容器的棱角（除容器功能特殊需要外）均应使用圆角过渡，主要原因有：尖角棱强度较低，容易损坏，影响容器外观；尖角棱壁厚不均匀，容易产生缩孔等缺陷； 尖角棱在模具所对应部位在淬火或使用时容易应力集中而开裂，影响模使用寿命。图1-39曲线近似描写了容器制品受力时应力集中系数与圆角半径的关系。由图可以看出，应力集中系数随R/t比值增加而降低。其中，R/t小于0.3时，斜率较大， 图1-39 应力集中系数与圆角半径 图1-40 内外棱角推荐值降幅明显；而R/t大于0.8时，降低幅度较小。设计上推荐R/t=0.5，即R=0.5t（图1-40）。同样,容器制品的外壁面也应设计成圆角，且壁厚保持不变。 9）孔图1-41 热塑性塑料开孔尺寸塑料容器上的孔一般采用直接成形，孔的结构形式主要有：通孔、盲孔、阶梯孔、螺纹孔、异形孔等。设计塑料孔结