电子产品缓冲包装件的设计方法.doc

电子产品缓冲包装件设计作者：小杨 邮件地址：feiyueyang_76163.COM摘要：市场的发展，商品流通的兴盛，使商品缓冲包装件在商品流通过程中起到了很重要的位置。设计合理的缓冲包装件不仅可以保护商品在流通过程中免招冲击、振动等机械载荷的损坏；还可以减低包装件的成本，从而提高产品在市场上的竞争力。有很多国家把包装件使用环保材料作为市场准入的一个必需条件。因此电视机缓冲包装件的设计是电视的结构设计过程中的重点之一。关键词： EPE (EPEExpanded Polyethylene ) EPS(EPSExpanded Polystyrene ) 脆值 瓦楞纸板 引言：本文主要讨论的是电视机缓冲包装材料的选取及如何合理的设计缓冲包装件的问题。缓冲包装件的设计从以下几个步骤进行论述：1确定电视机的流通环境条件。2 通过相关的资料估计电视机的脆值。3电视机包装材料的选取及包装结构的设计。4.制作包装原形。5.通过试验模拟运输环境条件。如果发现产品的脆值很低，通过更改产品的薄弱结构件以提高产品的脆值；如果还不能满足要求则要重复上述的步骤重新设计直到符合要求。1.确定电视机的流通环境条件。包装件在运输流通中所经历的一切外部因素统称为流通环境条件。包装技术就是要确保产品由一地向另一地运送时不受经济上和功能上的意外损失。流通过程的基本环节有：A. 装卸搬运环节。装卸作业中，抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装载机械的突然启动和过急的升降都会对电视机包装件造成跌落冲击损害。B. 运输环节。在运输环节中电视机主要会受冲击损害、振动损害及气候条件等的影响。如运输工具的启动、止动、变速、转向等引起的冲击损害；运输工具的引擎运行及其它一些因素（如路况）而产生的振动损害；电视机运输时必须带蓬、防雨、防潮等。C贮存环节。贮存是电视机流通链中重要一环。货物贮存方法，堆码重量、高度，贮存周期，贮存地点，贮存环境，会直接影响产品包装件的流通安全性。如电视机存放地点应保持通风干燥，远离火源，长期堆码应高于地面100mm，要避免雨淋、暴晒和污染，并严禁大型物品挤压，贮存期一般不超过半年。 为了模拟运输环节的冲击损害、振动损害，国家制定了标准（GB/T 9384-1997）具体如下表： 1.1 振动标准 表1.1（有包装样品，GB/T 9384-1997的表2）频率范围，Hz位移幅值，mm每一轴线上的扫描循环次数要求1030100.755样品应按工作位置在三个互相垂直的轴线上依次振动3055300.255按表1中的规定进行（103010）HZ及（305530）HZ的扫频振动。以1cot/min的扫频速度率，在某一频率范围内进行一次循环扫描（f1 f2 f1）的时间： T=6.644lg（f2/f1）式中：T-时间，min f1-扫频的下限频率，HZ；f2-扫频的上限频率，HZ。 1.2 跌落标准 质量不大于100Kg的带包装样品。样品按表2和图1的规定进行跌落实验。实验后要符合国标（GB/T 9384-1997）3.1.61和的规定。表1.2（有包装样品，GB/T 9384-1997的表3）跌落项目样品质量kg1010-2020-3030-4040- 1 （2）包装件跌落时，冲击传递到产品的最大加速度Amax不仅与跌落高度有关，还与缓冲包装结构、材料性能有关（因此在设计包装件时要考虑材料与结构的合理性）。将Amax与重力加速度g的比值Gmax应小于许用脆值G，即Gmax=AmaxG （3）按脆值定义的要求，要做大量的试验才能取得产品的脆值，而缓冲包装件的设计要在脆值取得后才能进行；因此按这样的程序将会提高产品的开发成本，同时也会拉长开发时间。为了解决以上问题，用初估法取得电视机的脆值G，具体方法如下：2.1.经验估算法通过对包装件在流通环境中实测的大量现场数据的数理统计分析，估算产品脆值有如下经验关系式： Gc=W- （4）其中：Gc - 包装件经受到的最大加速度（g）；W-包装件的重量（KG）； 、经验参数，有三重数据：A.强烈冲击现象=801，=0.704B.中等冲击现象=203，=0.306C.较弱冲击现象=53.2，=0.1三菱包装技术中心依据该公司各类电气电子产品的脆值试验结果。通过最小二乘法回归处理，得产品脆值Gc与其重量W的经验公式为：Gc=102.22W-0.4 （5） 此结果与B 项接近。2.2类比法先进的工业化国家多年来已经对多种产品的脆值进行过大量的试验测定，并制定出若干参考标准，缓冲包装设计时，可以通过类比，选用作为参考依据。下面给出不同资料来源推荐的产品脆值范围。 表21 美国军用手册MILHDBK304G值产品类型1524导弹导航系统、精密校准仪器、惯性导航台、陀螺2539机械测量仪表、电子仪器、真空管、雷达4059航空附属仪表、电子记录装置、固体电路、精密机械、示波器6084电视机、航空仪器、某些固体电路85110电冰箱、普通机电设备110一般机械、航空零件、液压传动装置、控制台表22 美国MTS公司G值产品类型1525导弹导航系统、精密校准仪器2640机械测量仪表、电子仪器4160航空附件、电子打印装置、办公室电子设备6185电视机86115洗衣机、电冰箱115普通机械设备表23 日本防卫厅规范NDS20010等级G值产品类型A10大型电子计算机1020导弹导航器、高级电子仪器、晶体振荡器、精密测量仪器2140大型电子管、变频装置、普通电子仪器、一般测量仪器B4160飞机部件、小型电子计算机、自动记录仪、大型电讯装置6190电视机、录音机、照相机、光学仪器、移动无线电、航空用品C91120便携式无线电、电冰箱、普通仪器120机械产品、小型真空管、一般器具表24中国机械标准化研究所G值产品类型2540冰箱压缩机4060彩色电视机、显示器、鸡蛋6090黑白电视机、电冰箱90120光学经纬仪、荧光灯、陶瓷器皿、单放机、电动玩具表25 日本三菱电气集团公司序号产品名称（型号）G值重量，kg体积，103cm31榨汁机（JE1700）724.111.92烤箱（Bo1100）1089.752.43黑白电视机（14PS-4030）408.739.64黑白电视机（12PS-3190）475.534.45彩色电视机（14PS-101）3813.663.36彩色电视机（14CTS-156）4316.573.07彩色电视机（14CP-196）3016.065.78彩色电视机（14CT-303）7519.885.39彩色电视机（14CT-313）6318.088.410彩色电视机（18CT-B64W）4128.1168.711彩色电视机（20CT-B88W）3037.1182.912立体声扩音机（DAU550）937.715.22.3确定脆值液晶电视机（LC-32X5A）该机型重21.4Kg，约为47英镑。通过式（4）与式（5）估算及表2-1至表2-5数据初步确定该电视机的脆值：G=5070 ，为了方便缓冲材料厚度的选取在这里就初步用G=50 （6）3.电视机的包装材料选取及包装结构的设计3.1外包装箱瓦楞纸板（corrugated fiberboard）选取瓦楞纸板由箱纸板和经过起楞的瓦楞原纸粘合而成的，用与制造瓦楞纸箱的一种复合纸板。按物理强度将瓦楞纸板各分为4种见下表：表3-1（GB/T6544-1999的表1）种类优等品一等品合格品代号耐破度kPa边压强度kN/m代号耐破度（kPa）边压强度（kN/m）代号耐破度（kPa）边压强度（kN/m）单瓦楞纸板S-1.1S-1.2S-1.3S-1.4638785117715704.55.06.07.0S-2.1S-2.2S-2.3S-2.441068698013734.04.55.06.0S-3.1S-3.2S-3.3S-3.439258878411773.54.04.55.0双瓦楞纸板D-1.1D-1.2D-1.3D-1.47851177157019616.57.08.09.0D-2.1D-2.2D-2.3D-2.4686980137317656.0D-3.1D-3.2D-3.3D-3.4588784117715705.56.06.57.0瓦楞纸板的楞型结构几尺寸要求应符合表3-2的要求，其瓦楞形状均为UV型。表3-2（GB/T6544-1999 的表2）楞型楞高，mm楞数，个/300 mmA 4.55.0342C3.54.0382B2.53.0502E1.12.0962不同的等级价格差很多，因此设计时即不要过设计也不要安全系数太低。以下举一个例子，液晶电视机LC-32X5A的外包装箱纸质的选取过程：一般电视机的外包装箱用双瓦楞纸板，又要满足表层印刷的要求在表层要用细瓦即B型、E型。A型的抗压是最好的，细瓦中B型抗压也是最好的，在此选AB型其厚度为8.0mm，箱型0201（纸板的利用率较高）。瓦楞纸箱的抗压强度，0201型纸箱的抗压强度可采用如下马基公式进行计算：Pc= 5.874PmZ 0.492t 0.508 （7）其中Pm为纸板的边压强度测定值（N/cm）,Z为纸箱周长（cm），t为纸板厚度（cm）。纸箱的堆码强度堆码强度是纸箱设计的重要指标，是指仓储的瓦楞纸箱包装在一定时间的静态压力下堆码即将倒塌之前所能承受的载荷。根据所示纸箱的抗压强度可以估算纸箱的堆码强度，Ps（N），计算公式为 Ps =9.81G(Nmax-1) （8） 其中G(kg)为单个纸箱包装的毛重，Nmax为最大堆码层数。纸箱空箱的计算抗压强度Pc与Ps之比即为安全系数K： K=Pc/PsPc/9.81G(Nmax-1) （9）安全系数由与蠕变有关的储存期、流通环境的湿度、堆码方式、装卸条件、纸箱的印刷与开孔等因素有关。表3-3 给出了估算安全系数的参考数据。表3-3 估算安全系数的参考数据抗压强度损失乘子ai载荷下堆放时间10 天损失 37 %0.633天损失40%0.6090 天损失45 %0.55180天损失50 %0.50载荷下相对湿度RH（RH周期性的变化会进一步加剧损失）50%损失0 %1.060%损失10 %0.970%损失20 %0.880%损失32 %0.6890%损失52 %0.48100%损失85 %0.15托盘码垛方式高质量箱低质量箱柱型，对齐损失忽略柱型，错位915%损失0.90.85互锁式4060%损失0.60.40超出托盘2040%损失0.80.60托盘板间隙925%损失0.90.75野蛮装卸940%损失0.90.60印刷与开孔920损失0.90.8于是，安全系数可按下式估算： （10） G(kg)包装的毛重21.4KGNmax为最大堆码层数4纸箱长,cm92.0纸箱宽,cm29.2周长（cm）242.4厚度(cm)0. 8堆码强度Ps（N）用公式（8）算出Ps= 629.8AB 瓦边压Pm(N/cm)7 0（D-1.2）8 0（D-1.3）9 0（D-1.4）7 5（D-2.3）纸箱抗压Pc(N) 用公式（7）算出Pc=5469.81629670935902.5安全系数K8.689.99611.269.37在相当严酷的情况下K环由公式（10）的K=1/0.5X0.48X0.6=6.956.956.956.95K/K环1.251.441.621.34表3-4 LC-32X5的外包装箱瓦楞板材的选取。从表3-4中可已看选D-2.3最合理也最经济。3.2缓冲材料选取及缓冲结构件的设计3.2.1缓冲材料选取缓冲材料可衰减有害的振动，调整包装系统的频率远离产品关键件的固有频率，减少动应力，有利于延长其疲劳寿命。电视机常用的缓冲材料有两种：EPS、EPE。具体用哪种材料先看材料的特点。A）EPS聚苯乙烯泡沫塑料（EPSExpanded Polystyrene）可模塑可大批量生产，蒸气透过率和吸水率低，绝缘良好，光滑而微弹性表面不会磨损产品，可模塑成复杂形状，压缩到75还有很大回复能力，静压蠕变低，压缩强度高，可浸泡阻燃剂和抗静电剂，食品相容好，耐酸、碱和脂肪族化合物，但不耐溶剂与矿物油；扭转、弯曲和伸长能力有限，回收成本很高，被欧盟列为禁入。适合低脆值产品B）聚乙烯泡沫塑料（EPEExpanded Polyethylene）可模切能大批量生产， 软而无磨损，耐多次冲击，低Tr，阻尼大，机械强度高，耐酸碱和溶剂，低吸水率（1245.571.5771.59470.6561.47 188316.51.5725.9471.811.774.7452.91.5783.07470.5671.6716.84511.321.5717.78472.642.22.01611.321.5717.78472.642.22.01712.91.5720.253472.321.953.01815.51.5724.33471.931.873.93935.391.5755.56470.8451.2719.47105.811.579.1475.163.5 3.2.3确定最终的设计方案。从表3-5中还有一些需要调整的，其中方位10是不合理的必须更改。具体如图3.7 更改前 更改后 图3.7从图3.7可以看出更改后比更改前在表3-5中的方位10处多加一条保护筋，缩短长度，去掉了在方位2、方位4贡献不大的加强筋。并将所有的板材的板厚改为1.18 inch。在底座的垫子可通过如图3.8的处理可节约材料1/3。 图3.8更改后的（LC-32X5A 缓冲计算）第二方案具体如下表 表3-6（根据-图3-5 EPE板材的缓冲性能曲线图估算出缓冲材料厚度）方位长（inch）板材厚度（inch）面积（inch2）重量（lb）应力（psi）厚度T（inch）A/(1.33T)21221.531.1825.4471.851.67 5.1325.51.1830.1471.561.557.08428.91.1834.1471.371.478.92519.421.1822.91472.051.833.86619.421.1822.91472.051.833.86717.91.1821.1242820.51.1824.19471.941.784.31935.391.1841.7471.121.2814.381018.351.1821.65472.11.873.5由与脆值为G50，从图3-5可以看出静应力在1.5psi到2psi区间可以省材料，从表3-6看出表中的静应力基本分布与该区间。且方案二比方案一从材料上可节约1/3，约人民币20元。因此就用方案二为最终方案。4制作缓冲包装原形，制作完后就是进行试验。5.试验验证该设计方案的可行性。具体以一试验报告加以说明。 厦门合兴包装印刷有限公司测试中心跌落冲击试验报告 试验编号：200600401001表5-1客户名称厦 华试样名称厦华LC32X5产品型号LC32X5依据标准GB/T 9384-1997 ISO2248 ASTM D3332测试软件ITCZ-3.0试验装置名 称生产厂家型 号备 注跌落试验机西安捷盛电子技术公司Y52/