冰箱包装结构设计-课程设计

1 包装结构设计包装结构设计课程设计课程设计 奥马冰箱奥马冰箱 BC-92BC-92 包装结构设计包装结构设计 学 院 专 业 年级班别 学 号 学生姓名 指导教师 2013 年 6 月 2 目目 录录 1 序言序言.4 1.1 设计题目.3 1.2 设计目的.3 1.3 设计要求.3 1.4 设计要点.4 2 产品包装市场调研产品包装市场调研 .4 2.1 调研目的.4 2.2 调研方式.5 2.3 调研统计.5 3 产品特性的分析产品特性的分析.5 3.1 产品名称.5 3.2 产品外观.6 3.3 产品规格.6 3.4 产品重量.6 4 产品的流通环境产品的流通环境.6 4.1 流通基本环节.6 4.2 跌落高度的确定.6 4.3 堆码高度的确定.7 4.4 内装物的放置方式.7 5 缓冲包装设计缓冲包装设计.11 5.1 建立缓冲包装模型.11 5.2 确定产品脆值.11 5.3 缓冲材料的选择.11 5.4 缓冲材料基本尺寸的计算.11 5.5 确定系统的有效频率.11 5.6 缓冲材料变形量.14 3 5.7 校核防振要求.14 5.8 缓冲垫的尺寸设计.15 6 瓦楞纸箱强度瓦楞纸箱强度设计设计.18 6.1 纸箱内部最大尺寸设计.18 6.2 APM 公式选材.19 6.3 堆码层数校核.19 7 瓦楞纸箱尺寸设计瓦楞纸箱尺寸设计 . 7.1 内尺寸设计. 7.2 制造尺寸尺寸设计. 7.3 外尺寸设计. 7.4 集装箱的选择. 7.5 集装箱利用率. 7.6 最佳纸箱设计. 8 印刷标志说明印刷标志说明. 结结论论 . 参考文献参考文献. 4 1 序序 言言 1.1 设计题目设计题目 奥马冰箱 BC-92 包装结构设计 1.2 设计设计目的目的 本设计的目的是对包装结构设计 、 运输包装理论课的补充，是教学 的一个重要环节。 通过设计能综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能；特别是结合 包装设计及工艺的理论知识，提高分析和解决工程技术问题的能力。 通过设计能有机地综合包装设计、缓冲包装动力学、包装销售学、包装造 型学、包装材料学、包装机械学等知识，并进行有效训练。 在设计过程中，熟练掌握如何调查研究、收集有关资料，做到能独立地分 析和解决实际问题，以达到训练目的。 1.3 设计设计要求要求 整个设计要树立正确的指导思想，提倡独立思考、深入钻研的学习精神， 严肃认真、一丝不苟、有错必改、精益求精。设计中要正确使用标准和规范， 应注意吸收工厂成功经验，反对不求甚解、照抄照搬，敷衍塞责的做法。应进 行详细的调查研究、收集所需资料，经过分析比较，拟出自己初步设计草案， 最后确定自己的整个设计方案。设计应满足以下条件（专指外包装的瓦楞纸板 箱设计）： 1、适合生产条件 瓦楞纸箱应适合于从手工充填和封合到高速自动化生产线的生产，能适应 简单的装置用以辅助手工操作，有专门的纸箱型号以满足特殊包装工序的要求， 有时还要求提供综合的或额外的特性，例如缓冲特性等。 2、适合运输条件 瓦楞纸箱的结构设计应能承受各种不同的负荷，尤其要适合搬运和储存环 境的要求，适合于输送带和滑板运输，使用托盘能够方便堆码，制成组合结构 的托盘箱型要尺寸统一，便于自动化搬运，以发挥最大搬运效率。 3、适合销售条件 瓦楞纸箱要考虑印刷或书写产品说明，如产品名称、尺寸、数量、注意事 项等，且通俗易懂，使司机、搬运工、装卸工、仓库保管员对产品有所了解， 并妥加操作。 5 1.4 设计要点设计要点 1、功能设计 功能设计涉及使用的方便性和有利于提高搬运效率，它包括的因素有： （1）箱形的选择； （2）安放商品和封合的方法； （3）压痕的形式； （4）开启的难易程度； （5）货架承受重量； （6）对法定检查或其它要求的难易程度； （7）货物标志。 2、结构设计 结构设计包括包装强度和保护特性等以下因素： （1）选择有助于提高强度的箱型； （2）组合件和组合结构的选择； （3）封合和连接形式； （4）附件、衬垫等的选择。 3、几何设计 几何设计涉及到包装件的形式和尺寸的所有方面，它包含以下因素： （1）卡车、托盘、集装箱等运输工具的配合； （2）装卸和运输过程中包装件的重心及其稳定性； （3）人工搬运的难易程度，箱形和箱重是否超越了人体功能的限度； （4）单位包装所用的瓦楞纸板面积。 4、装璜设计 （1）纸箱外观特性的选择； （2）必要的装饰； （3）说明数据的条款； （4）适印性能。 对于瓦楞纸箱这一“流动性广告”作用，人们的认识越来越深刻，因此， 装璜设计已不再是可有可无的东西，而是瓦楞纸箱设计中必不可少的因素。 对于结构设计人员，要求能够与装璜设计人员通力合作，开拓出一条通过仓 储、分发及展销等多个环节来传递信息的引人注目的途径。 瓦楞纸箱的装璜设计要选用大而醒目的图案，而不是采用在细部过份装 饰的图案，目前最理想的是采用“超级图案设计” ，即设计图案在各个瓦楞 纸箱之间是相互连续的，当瓦楞纸箱堆码在一起时，组成一个巨大的生动活 6 泼的花纹图案。 2 产品包装市场调研产品包装市场调研 2.1 调研目的调研目的 在如今追求高品质生活的时代，越来越多的电子产品充斥着我们的眼球。 在大型电器方面，为保证生活能更加健康，电冰箱越来越多地进入居民家中， 在居民生活中的使用率越来越高，生产电冰箱的企业也越来越多，为保证电冰 箱在出厂到销售物流过程中免受损坏，并且吸引消费者购买。为此了解各电冰 箱品牌的销售包装和缓冲材料，为课程设计确定方案。 2.2 调研方式调研方式 苏宁电器、国美电器、淘宝商城的市场调研工作 2.3 调研调研分析分析 现如今，一款时尚简约、耗电量低、占地空间小但又有足够容积的产品是 很能被消费群体认可的，在对市场的调查中，我选用的这款奥马冰箱 BC-92 符 合上述优点，且是一款十分畅销的家用小冰箱。 查找1P109 有关数据及对市场现有情况进行了解，发泡聚苯乙烯（EPS） ， 俗称宝丽龙。是一种可模塑的、轻质的、闭孔的和低成本的缓冲材料；发泡聚 乙烯（EPE） ，俗称珍珠棉，是一种低密度、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好 的、无毒的、耐腐蚀、阻水的和易回收的聚乙烯聚合物，不存在 EPS 易掉渣的 缺点，缓冲性能好、抗静电能力好，且市面上的缓冲材料正逐步由 EPS 向 EPE 转变，EPE 迅速发展起来。因此在本设计中选用 EPE 为缓冲材料。 3 产品分析产品分析 3.13.1 产品名称产品名称 奥马冰箱 BC-92 7 3.2 产品外观产品外观 图 3.1 奥马 BC-92 冰箱主视图 图 3.2 奥马 BC-92 冰箱展开图 3.3 产品规格产品规格 宽高深：490mm474mm840mm 脚垫：r=15mm h=15mm 3.4 产品重量产品重量 净重：24kg 4 产品的流通环境产品的流通环境 4.1 流通基本环节及堆码强度的确定流通基本环节及堆码强度的确定 4.1.1 装卸搬运环节 包装件在流通过程中会经历多次搬运作业，由于操作不慎会造成包装件发生 跌落、碰撞而产生破损，而包装件的重量、体积会影响装卸作业方式。 包装件分为：人工装卸、机械装卸。 4.1.2 运输环节 运输是包装件流通过程的必要环节。包括振动、冲击、气象条件、其他 因素。 8 4.1.3 储存环节 储存是产品及包装件流通过程中的一个重要环节。其储存方法、储存周期、 储存环境、堆码重量、堆码高度、堆码方式等会直接影响产品及包装件的流通 安全性。 4.2 跌落高度确定跌落高度确定 无论是人工装卸还是机械装卸，都可能因人为因素或偶发事件使包装件与 地面（或基面）之间产生跌落冲击。由以下两种方法可确定产品的跌落高度1： 人工装卸跌落高度经验公式： W H 300 （4.1） 由于衬垫及瓦楞纸箱相对于产品占有的重量很小，现将其忽略，取 W=24kg，代入上式，得 H=61.2cm。 表表 4-14-1 货物规格、装卸方式与跌落高度货物规格、装卸方式与跌落高度 根据表 4-1，选用的产品 m=24kg，符合二人搬运的装卸方式，其跌落高度 为 61cm。 综合上述结果，选择产品跌落高度 h=61cm。 4.3 堆码高度确定堆码高度确定 选用最大限度的仓库堆码高度 H=4000mm。 货物跌落参数 重量/kg尺寸/cm 装卸方式 姿态高度/cm 9122 一人抛掷一端面或一角 107 92391 一人携运一端面或一角 91 2345122 二人搬运一端面或一角 61 4568152 二人搬运一端面或一角 53 6890152 二人搬运一端面或一角 46 90272183 机械搬运底面 61 2721360 不限机械搬运底面 46 1360 不限机械搬运底面 30 9 4.4 内装物的放置方式内装物的放置方式 储运环节中内装物的放置方式为立放。 5 缓冲包装设计缓冲包装设计 5.1 建立缓冲包装模型建立缓冲包装模型 包装件是由内装物、非线性黏弹性缓冲垫、瓦楞纸箱外包装组成。由于缓 冲垫和外包装的质量相对冰箱较轻，可忽略不计。因此，可把它们视为一个等 效刚度系数为 k 的线性弹簧，则包装件可简化为一个单自由度线性系统（如下 图示） ，其中内装物质量为 m、弹簧系数为 k、阻尼系数为 c。 图 5.1 包装件缓冲包装动力学模型 包装件的位移随时间 t 变化，记为 x(t)；外包装件的位移记为 y(t)。当包装 件自由跌落时，x(t)与 y(t)是一致的。当外包装触地（或基面如运输工具的车厢 底板）时，令 y(t)=0；随后包装件被压缩并反弹起来，使 x(t)呈现往复振动现象。 如果包装件放在运输工具上，运输过程中随运输工具振动，y(t)可视为包装系统 的激振，使包装件发生强烈振动。利用牛顿第二定律，可写出如下运动微分方 程： 0)()(mgyxkyxcxm （5.1） 整理后得： （5.2）)(tfmgkyyckxxcxm 这是一个具有常系数的二阶线性微分方程，f（t）为该系统的激振。 10 5.2 确定产品脆值确定产品脆值 5.2.1 经验估计法 WGc （5.3） 强烈冲击现象 =801，=0.704 中等冲击现象 =203，=0.306 较弱冲击现象 =53.2，=0.100 产品受到中等冲击，净重为 24kg，则:Gc=76.76 5.2.2 类比法 表表 5.15.1 中国机械标准化研究所推荐的产品脆值范围中国机械标准化研究所推荐的产品脆值范围 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、荧光屏、陶瓷器皿、单放机、电动玩具 综合上述结果，确定奥马冰箱脆值 Gc=80。 5.3 缓冲材料的选择缓冲材料的选择 包装箱中的缓冲垫的作用是通过为高速跌落过程中的产品提供达到静止所 需空间的方式来缓减冲击载荷，并消散一定的冲击能，保证产品在可能的恶劣 物流条件下不损坏。 缓冲材料要有良好的冲击能量和振动吸收性能，有良好的回弹性，其形变 越小越好，应有一定的弯曲强度，且有良好的柔软性。 目前最常用的缓冲包装材料是泡沫塑料，包括聚乙烯泡沫塑料（EPE） 、聚 苯乙烯泡沫塑料（EPS） 、聚丙烯泡沫塑料（EPP）等。 11 表表 5.25.2 缓冲材料的特性对比缓冲材料的特性对比 发泡 聚苯 乙烯 发泡 聚乙 烯 发泡聚 丙烯 聚苯乙 烯/乙 烯互聚 物 聚氨酯乙烯- 醋酸乙 烯共聚 物 瓦楞纸 板 蜂窝纸 板 纸浆模 缓冲 材料 性能 要求 EPSEPEEPPEPOEPUEVACorrug ated board Honley -comb board Pulp mould 缓冲性能 344454211 多次跌落 345421212 压缩刚度 423413453 占有面积 345535333 撕裂刚度 234435212 戳穿强度 235435211 耐溶剂侵 蚀 444445333 磨损产品 455555211 尺寸稳定 性 345445222 成型效率 535544315 碳排量 344443122 再循环 233233543 废弃成本 222222544 根据表 5.2 缓冲材料的特性对比，选取冰箱的缓冲材料为聚乙烯泡沫塑料 （EPE） 12 5.4 缓冲材料基本尺寸的计算缓冲材料基本尺寸的计算 5.4.1 设计缓冲垫厚度和面积 1、静态缓冲系数法： G 因子表达式： (5.4)GWF 压缩应力公式： (5.5) A F 整理(5.4)(5.5)得： (5.6) A WGc m 产品 m=24kg，接触面积为柜脚处置空，则: ，A=229432.57mm2。代入(5.6)式得 2 2 rBLA m=820.11kPa=8.37kgf/cm2。 m 与1P113 图 6-6 橡胶黏结动物纤维的静态缓冲系数-最大静应力曲线交 于曲线 6，C=5 缓冲材料厚度： (5.7) Gc Ch t 计算可得缓冲材料厚度为 t=3.91cm。 2、动态缓冲系数法： (5.8) A W s 解得，s=0.01kgf/cm2。 由1P120t 图 6-10（b）聚乙烯泡沫塑料的最大加速度-静应力曲线，静应力 s 与 G=80 交于 B 点，B 点位于曲线的左边，说明静应力过大，没有必要用整个 底面进行全面缓冲保护，可改为局部缓冲。 在图中取 G=80 作一水平线，与 t=5cm 相交于 C、D 两点，选 D 点进行设计最 省料，对应的 md0.13kgf/cm2 所需承载面积：=(249.8)/0.13=1809.23cm2 md d W A 13 3、过原点切线法： 由1P136 图 6-28 过原点切线法，过原点作一条切线，与原点交于 O 点， 则 o=2.6kgf/cm2=2.698KPa=254.8KPa 缓冲系数：C=3.9 最小承载面积：Amino=WGc/mo=(249.880104)/(254.8103)=738.46cm2 cm Gc Ch t97. 2 80 619 . 3 综上，顶、底部缓冲材料的厚度取 t顶=t底=4cm,接触面积为 738.46cm2，取侧 部厚度为 t=3cm。 由包装托体的结构形状尺寸可近似得出刚度 k=EA/L 式中：A 一受力部位面积，L 一受力部位厚度，m。 则 k=(0.4*106*690.2*10-4)/(5*10-2) 5.5*105N/m 忽略阻尼有 Wn2=k/m 则 Wn=（5.5*105/20.3）1/2165.8Hz 5.5 确定系统的有效频率确定系统的有效频率 参考1P15 式（2-40），得 W hk Gm 2 mNmN h WGm k/1023. 1/1233836 10612 8 . 92480 2 6 2 22 忽略阻尼，参考1P26 式（3-3）有38.226 24 1023 . 1 6 m k wn 系统的有效频率Hz w f n n 36 14 . 3 2 38.226 2 14 5.6 缓冲材料变形量缓冲材料变形量 参考1P14 式（2-34） 静变形：s=mm k W 19 . 0 109 . 1 1023 . 1 8 . 924 3 6 动变形:m=(mmm k hW 7 . 150157. 0 1023 . 1 8 . 9246122 6 5.7 校核校核防震要求防震要求 校核缓冲垫的压缩挠曲： 由1P114 克斯特拉经验公式进行校核 Amin/(1.33t)21 109.26 )433. 1 ( 46.738 )33. 1 ( min 22 t A 厚度 t=4cm 的缓冲材料符合压缩挠曲的要求。 5.8 缓冲垫的尺寸设计缓冲垫的尺寸设计 由 6.4 对缓冲材料的基本尺寸计算，没必要对整个底面进行全面缓冲，只 需要进行局部缓冲（如图示） 缓冲垫与机箱接触面积：A=738.46cm2 加上脚垫的接触面积：A=738.4641.52=766.73cm2 每块加脚垫的接触面积：A/4=191.68cm2 15 确定缓冲垫尺寸： L=150mm B=150mm H=100mm T顶=T底=40mm T侧=30mm 冰箱的底部有脚垫，r=15mm,t=15mm，底部缓冲垫在离箱体 30cm 的地方开 方形孔，由于动变形量 m=15.7mm,所以取开孔厚度15+15.7=30.7mm,其尺寸 为 lbh=35mm35mm31mm 6 瓦楞纸箱强度设计瓦楞纸箱强度设计 6.1 纸箱内部最大尺寸设计纸箱内部最大尺寸设计 6.1.1 由缓冲包装的计算确定纸箱内部最大尺寸：LiBiHi 产品的外部最大尺寸： Xmaxlomax bomax homax=490mm474mm840mm 由 T顶=T底=40mm、T侧=30mm 选择 0201 箱型，查2P139 表 5-7 瓦楞纸箱内尺寸修正系数 k值 取 kLi=5，kBi=5，kHi=4 Lilomax 2T2+kLi490230+5555mm Bibomax 2T2+kBi474230+5539mm （修正为 Bibomax 2T2+kBi474229+5537mm） Hihomax 2T1+kHi840240+4924mm LiBiHi555mm539mm924mm （修正为 LiBiHi555mm537mm924mm） 6.1.2 画出纸箱俯视剖面图，标明垂直箱面，并给这些垂直箱面标上编号（一 般成对标注） 6.2 APM 公式选材公式选材 6.2.1 确定所设计纸箱的箱面宽度，箱面宽度参考纸箱内部尺寸； 由于纸箱厚度对箱面宽度影响不大，在此先忽略不计，取 16 WasFPP.).( W1=W2=555mm，W3=W4=539mm。 6.2.2 确定纸箱箱面种类系数； 查2P162 表 5-29 箱面种类系数表 得标准箱面 N 的箱面种类系数 a=1.0 6.2.3 确定印刷强度系数； 查2P164 表 5-33 印刷强度影响系数（%） ，箱面简单印刷，其印刷影响系数 P.F.=95%。 6.2.4 确定纸箱最大堆码层数，载荷系数； 忽略纸箱厚度，先取纸箱外尺寸为 555mm539mm924mm。 仓储过程中的最大有效堆码高度为 Hw=4m,单件包装件 H0=924mm。 纸箱最大堆码层数 Nmax=INT(Hw/H0)=4 层。 查2P166 表 5-34 载荷系数表 取载荷系数 K=3。 6.2.5 计算纸箱载荷 F=9.81KM(NMAX-1) 机箱净重 m=24kg，忽略缓冲垫厚度和纸箱厚度，取包装总重量 M=24kg F=9.81324（4-1）=2118.96N。 6.2.6 根据所选箱型，及 APM 公式简化公式，列出公式 详细表达式； = WasFPP.).()31.)(.(2WWFPas 设 P=F，得 s= )31.)(.(2 ) 1(81 . 9 max WWFPa NKM )539555(%950 . 12 324381 . 9 得 s=23.8,取 s=27 查2P162 表 5-31a 单瓦楞纸板强度系数 纸箱面纸采用 115/115-117/1B 型， 纸箱结构采用 0201 型，楞形为 UV 形 B 型瓦楞纸箱。 6.2.7 抗压强度计算； 1234567891 17 0 箱 面 编 号 纸板结构 箱面 种类 W Wsa asWas 备 注 115/115- 117/1B N N 555 555 23.56 23.56 27 27 1.0 1.0 27 27 636.12 636.12 115/115- 117/1B N N 539 539 23.22 23.22 27 27 1.0 1.0 27 27 626.94 626.94 则抗压强度： NWasFPP814.23992)94.62612.636(95.0.).( 6.3 堆码层数校核堆码层数校核 纸箱抗压强度 P=2399.814N，取 F=P 纸箱单件包装总重量 M=24kg 载荷系数 K=3 查2P167 公式（5-42）F=9.81KM(Nmax-1), 无托盘最大堆码层数：Nomax=F/(9.81KM)+1=2399.814/(9.81324) +1=4.39Nmax=4 层 则纸箱纸板的结构设计符合强度要求。 7 瓦楞纸箱尺寸设计瓦楞纸箱尺寸设计 7.1 内内尺寸设计尺寸设计 由 7.1 纸箱内部最大尺寸,得 LiBiHi555mm539mm924mm （修正为 LiBiHi555mm537mm924mm） 18 7.2 制造尺寸制造尺寸尺寸设计尺寸设计 7.2.1 0201 箱制造尺寸: 单件内装物瓦楞纸箱制造尺寸计算公式： 查2P140 式（5-10） kXiX 式中 X-瓦楞纸箱制造尺寸，mm Xi-纸箱内尺寸，mm k-制造尺寸修正系数，mm 查2P141 表 5-9 02 类瓦楞纸箱制造尺寸修正系数 k 值与 xf值，得 kL1=3mm、kL2=3mm,kB1=3mm、kB2=1mm,kH=6mm，Xf=1mm。 L1=555+3=558mm、L2=555+3=558mm B1=539+3=542mm、B2=549+1=540mm （修正后 B1=537+3=540mm、B2=547+1=538mm） H=924+6=930mm 7.2.2 对接摇盖制造尺寸: 在纸箱摇盖对接封合的箱型中，0201 型箱的摇盖宽度制造尺寸理论值应 为箱宽尺寸的 1/2，由于摇盖回弹作用的影响，摇盖宽度制造尺寸应该加一修 正值，即摇盖伸长系数 Xf。 2P141 式(5-11)纸箱对接摇盖宽度： =271.5mm 2 1f XB F 2 1542 7.2.3 制造商接头制造尺寸 查2P142 表 5-10 瓦楞纸箱制造商接头制造尺寸 J=40mm。 7.3 外外尺寸设计尺寸设计 单件内装物的 0201 型瓦楞纸箱外尺寸计算公式： 19 查2式（5-20）KXXomax 式中 Xo-纸箱外尺寸，mm Xmax-纸箱最大制造尺寸，mm K-制造外