缓冲包装课程设计

缓冲包装与结构设计课程设计说明书题目：志高空调的缓冲包装与结构设计

学生姓名：

学号：

院（系）：轻工与能源学院

专业：包装工程

指导教师：

目录

1.课程设计目的与任务 (1)

1.1课程设计的目的 (1)

1.2 课程设计的任务 (1)

2.产品介绍 (1)

3.流通环境 (2)

3.1流通的基本环节 (2)

3.2确定跌落高度H (3)

3.3 流通环境的频率谱 (3)

4 选择合适的缓冲材料 (4)

4.1可选缓冲材料的静态压缩特性曲线(C?σm)； (4)

4.2可选缓冲材料的动态压缩特性曲线（Gm?σst）。 (5)

5.确定产品的脆值 (5)

6.缓冲包装设计 (5)

6.1.初步设计 (5)

6.2衬垫校核 (6)

6.3缓冲衬垫结构设计 (7)

7.外包装箱设计 (7)

7.1 箱型的选择 (7)

7.2 尺寸设计 (8)

7.3抗压强度计算 (10)

7.4确定瓦楞纸箱封箱、钉箱要求 (12)

7.5瓦楞纸箱外包装装潢设计 (12)

8.小结 (13)

参考资料 (14)

1.课程设计目的与任务

1.1课程设计的目的

(1)通过缓冲包装与结构设计课程设计，使同学们对指定产品的缓冲包装设计过程和设计方法有一个全面的了解，熟练掌握缓冲包装设计六步法；

(2)对于产品的缓冲衬垫和外包装箱的结构进行设计，掌握各种箱型结构设计的方法。为毕业设计和以后走向工作岗位打下良好的基础。

1.2 课程设计的任务

为GHIGO/志高KFR-51LW/CBP50+N2A空调设计出合理缓冲衬垫以及外包装箱。要适合国内运输环境的要求，存贮时间为30——100天。

2.产品介绍

图 2-1志高“天之骄子”型空调外形图

空调品牌: GHIGO/志高

格力空调型号: KFR-51LW/CBP50+N2A

价格:7450元

产地：广东

销售范围：产地到全国各地

室内机净质量（kg): 52kg

内机尺寸（长×宽×高mm）: 520×360×1780

产品机械性能:

(a)外观工艺、检查：机柜表面喷涂均匀、无破损；

(b)操作及维修安全、方便,标牌、标记：应平整清晰。

(c)部件排列合理、整齐；，布放平整；接插件牢固；进出线符合工程需要；具备抗震措施。

3.流通环境

3.1流通的基本环节

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。对产品可能遭遇的条件作考察与评价，是运输包装设计中的重要内容。流通过程的基本环节有：装卸搬运环节、运输环节、贮存环节。

(1)装卸搬运环节

在装卸搬运环节中，由于GHIGO/志高KFR-51LW/CBP50+N2A空调销售遍及全国乃至全球任何地方，其销售范围非常的广泛，所以既可能有短流程运输也可能包括较长流程的运输。如果流程越长，中转环节越多，装卸搬运次数就越多，所以对此商品的包装件造成的损害就越大。装卸作业中既可能有人工装卸也有机械装卸，所以要中和考虑到抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机的突然启动和过急的升降都会造成产品的跌落损害。

(2)运输环节

产品的主要运输方式铁路和公路运输,由于产品销往全国各地，既有长途运输又有短途运输。一般产品从出厂到发货火车站使用汽车运输，从发货站到全国各地的代理商使用火车运输，而从各地代理商到零售商和从零售商到消费者手中多使用汽车运输。汽车运输的冲击，主要取决于路面状况，车辆的启动和制动，货物重量及装载稳定性。汽车运输振动加速度的大小也与路面状况、行驶速度、车型和载重量有关，但主要因素为公路的起伏和不平。汽车运输是包装件的共振频率一般小于25HZ，实验测得，汽车运输发生二次共振时其基频为8.2～8.5HZ，二次共振频率范围为17.3～18HZ，共振加速度增大为外界激励的18倍。汽车运输的随机振动加速度垂直方向最大，汽车运输振动能量绝大部分分布在0～200HZ，其中能量最集中处于0～50HZ频带内。汽车运输随机振动功率谱密度在2HZ和10HZ 左右各有一个较大峰值。通常2HZ出的峰值为全频带内最大值，所以公路运输包装件的固有频率应避开这两个频率值。

铁路运输时产生的冲击有两种。一种是车轮滚过钢轨接逢时的垂直冲击，在普通路轨上为80～120次/分，加速度最高为1g；另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击，加速度可达2～4g。若速度为14.5km/h时作溜放挂钩，车体撞合瞬间可能产生18g的冲击加速度。火车驶过钢轨时受到冲击，以正常速度70km/h驶过钢轨时，垂直方向加速度峰值

为5～8g。

(3)贮存环节

在贮存环节中，贮存是商品流通链中重要的一环。贮存方法、堆码重量、堆码高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境等，会直接影响产品的流通安全性。在贮存时，为节省占地面积、常需将货物堆高，堆码后底部货物包装件将承受上部货物的重压。这种重载压力会导致包装容器变形，影响包装外观及其动态保护性能。一般情况下,空调的堆码层数为一层.存贮时间为30——100天。

3.2确定跌落高度H

(1)图表法:

不同重量的包装件相应的跌落试验高度有所不同，在这里参考表4-4取产品的跌落高度H1=53cm

表 3-1 货物规格、装卸方式和跌落高度

(2)经验公式计算:

H=300

所以:H2=41.6cm

综合以上取H=50cm

3.3 流通环境的频率谱

产品主要流通方式为：公路和铁路，频率谱如下图：

图3-1 公路运输的频率谱图3-2 铁路运输频率谱

4 选择合适的缓冲材料

可选的缓冲包装材料主要是泡沫塑料，包括聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、聚乙烯泡沫塑料（EPE），其次是纸制品，包括瓦楞纸板、蜂窝纸板。

聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）:这是一种可模塑的,轻质的,半硬质的,闭孔的和低成本的缓冲材料.模塑的EPS是半硬的，抗压强度大，成本低还可以制成带肋的复杂形状以节约用量；震动阻尼大不吸水，耐腐蚀i，耐油，耐老化；隔热和绝缘性能好，敏感性低，可接触食品重载下，缓冲性能好。但不耐多次冲击，性脆，拉伸强度低。

聚乙烯泡沫塑料（EPE）：俗称珍珠棉，是一种低密度的，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。拉伸强度高，缓冲性能好，耐多次冲击，动态变形小，抗静电性能好。

蜂窝纸板：与瓦楞纸板特点相似，具有易回收，易粘贴，成本低等优点；缺点是缓冲性能不稳定，对某些产品表面有磨损，难形成三维曲面，湿度影响较大，过载复原性较差，加工较难，不好模切，垂直方向缓冲性能差。

4.1可选缓冲材料的静态压缩特性曲线(C?σm)

图4-1 37kg/m3的EPE的静态压缩特性曲线(C?σm)

4.2可选缓冲材料的动态压缩特性曲线（G m?σst）

图4-2 37kg/m3的EPE的动态压缩特性曲线(G m?σst)

5.确定产品的脆值

(1)利用类比法或经验公式法确定产品的脆值G C；

(a):类比法: 通过比较日本、美国同类产品的脆值，本设计中的空调扇的脆值取G=78g。

参考《物流运输包装设计》表5-4. 表5-5.

(b):经验公式法:

G C=αW?β

(中等冲击现象:α=203β=0.306)

计算得G C=203×52?0.306=60.6g

综合以上: G C=65g

许用脆值G:

G=G c n

由商品价值7450元，确定安全系数n=1.2

得G=65g

6.缓冲包装设计

6.1.初步设计

产品底面积A=0.52×0.36=0.19m2

由

σm=[G]W A

得σm=65×52×9.8/0.19=1.7×105pa

由C?σm曲线（图4-1）查得，C=3.8

由

T=CH G

得T=3.8×50/65=2.9cm

所以，缓冲衬垫的面积A=0.19m2，厚度T=2.9cm=29mm

6.2衬垫校核

(1)产品强度校核

在缓冲设计时，应校核产品在载荷方向上与缓冲材料接触部分的强度。产品与衬垫之间的作用力是相互的，在跌落冲击时，产品以惯性力和自重压缩衬垫，衬垫则以同样大小的弹力反作用于产品，在初步设计时，为了节省材料，常设法减少衬垫面积，带来的后果是产品支承面的应力集中，可能导致产品局部破损，所以要校核产品支承面的应力，控制在产品强调所允许的范围内。

[σ]≥σm[σ]－产品许用应力Pa ，σm－冲击时的最大应力Pa (2)挠度校核：

克斯特那公式：

A/(1.33T) 2>1

1900/1.33×2.92=127.7>1 符合

(3)跌落姿态校核：

在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据，都是以假定的理想姿态试验平直，底面着地为前提的，但衬垫的实际工况远非标准姿态。实际的流通过程中，包装件跌落姿态千变万化，有角着地的，面着地还有棱着地的，受力情况变化较大，因而有对基本设计尺寸作相应的调整。由于角着地时，其对产品的冲击能力最大，因此需对角着地进行校核当角着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积。

(4)恢复性校核

(a)冲击次数不同，缓冲材料性能差异很大，因为回复性不肯100％。

(b)蠕变量校核：缓冲材料在长期静压作用下，其塑性变形会随时间增大，这种蠕变使得衬垫尺寸变小，在使用一段时间后容器内出现间隙，加强内装产品的振动与摩擦损伤，同时缓冲衬垫的缓冲能力有所下降，考虑到这个因素，所以初步设计的衬垫尺寸应附加一个蠕变补偿值，称为蠕变增量。

Tc=T(1+C r)

Tc-修正后的厚度㎝；C r－蠕变系数％；T－原设计厚度㎝取C r=10%，计算得Tc=31.9mm，取T=32mm。

(5)温湿度校核：

环境温度个湿度的变化对衬垫的缓冲能力有明显的影响，温度的升高和降低，还会引起衬垫尺寸变化，因此，应根据流通过程可能出现的环境条件修正缓冲衬垫的尺寸。6.3缓冲衬垫结构设计

缓冲包装形式：

缓冲包装的缓冲垫的结构形式，因产品的质量、形状和尺寸不同，可采用全面缓冲包装、局部缓冲包装和悬挂式缓冲包装三种方法。因为空调质量比较大，高度方向上尺寸较大，所以选用全面缓冲包装。

图6-1 缓冲衬垫三视图

7.外包装箱设计

7.1 箱型的选择

(1)箱底

(a)箱型:0301型

(b)瓦楞层数：双瓦楞；

(c)楞型：AB

(2)套盒

(a)箱型:0320型

(b)瓦楞层数：双瓦楞；

(c)楞型：AB

7.2 尺寸设计

长×宽×高（mm）: 520×360×1780

最大外廓尺寸:L0×B0×H0

=(L+2T) ×(B+2T)×(H+2T)

=(520+32×2)+(360+32×2)+(1780+32×2)

=584×424×1844

(1)箱底

(a)内尺寸

表7-1 瓦楞纸箱内尺寸修正系数k′值

由上表查：取k′l=5，k′B=5，k′H=6

同时预估缓冲衬垫的厚度值，取H=70mm

L i=584+5=589mm

B i=424+5=429mm

H i=70+6=76mm

(b)制造尺寸

查阅《物流运输包装设计》表 9-19得k值，k L=9k B=9k H=5

由

X=X i+k

X - 瓦楞纸箱制造尺寸X i- 纸箱内尺寸k-制造尺寸修正系数

计算得，

L=L i+k L=598mm

B=B i+k B=438mm

H=H i+k H=81mm

(c)外尺寸

查阅《物流运输包装设计》表9-23得瓦楞纸箱外尺寸修正值K=10, 由

X0=X max+K

X0-纸箱外尺寸 X max-纸箱最大制造尺寸K-纸箱外尺寸修正系数计算如下:

L0=L max+K=608mm

B0=B max+K=448mm

H0=H max+K=91mm

(2)套盒

(a)内尺寸

由表7-1 查：取k′l=5，k′B=5，k′H=6

L i=608+5=613mm

B i=448+5=453mm

H i=1844+6=1850mm

(b)制造尺寸

查阅《物流运输包装设计》表9-19得，αL+=26αB+=26αH+=?13因0320型摇盖伸长系数同0201箱，故查《物流运输包装设计》表9-17, 得x f=6

X+=X i+α

L+=L i+αL+=639mm

B+=B i+αB+=479mm

H+=H i+αH+=1837mm

摇盖宽度

F= B++x f

2

计算得F=242.5mm，接头尺寸J=45mm

(c)外尺寸

查阅《物流运输包装设计》表9-23得瓦楞纸箱外尺寸修正值K=10,

由

X0=X max+K

X0-纸箱外尺寸 X max-纸箱最大制造尺寸K-纸箱外尺寸修正系数计算如下:

L0=L max+K=649mm

B0=B max+K=489mm

H 0=H max +K =1847mm

图7-1 箱底展开图

图7-2 箱盖展开图

7.3抗压强度计算

根据凯里卡特公式

其中瓦楞纸板原纸的综合环压强度计算公式如下

ZJ Z aX P P z x 32)4(

2.15∑∑+=mn

n n x R C R P

式中

Z =2×（L 0+B 0）

将L 0=649mm ，B 0=489mm ，代入公式得：Z =227.6cm

查阅 《物流运输包装设计》表9-10，由双瓦楞纸板及内装物质量选用代号为D-1.5的纸板。

查阅 《物流运输包装设计》表9-4，瓦楞纸板技术指标，由纸板类型选择耐破强度为1900kPa 。

查阅《物流运输包装设计》表9-6箱纸板的分级，

取aXz =13.36 J =1.01

修正系数γ=2.00

(1)面纸：

p z =P 0.95×3

=666.7kPa 根据表（9-6）选得，都选取牛皮箱纸板优等品，选得耐破指数为 r=3.20

(a)第一层面纸：

Q 1=

P Z r =208.3 g m 2 在（200～<250）g m 2 内， 取γ1=10.0

R 1=0.152γ1×Q 1=316.6

(b)第二层面纸：

Q 2=

P Z r =208.3 g m 2 在（200～<250）g m 2 内， 取γ2=10.0

R 2=0.152γ2×Q 2=316.6

(c)第三层面纸：

Q 3=

P Z r =208.3 g m 2 在（200～<250）g m 2 内，

取γ3=10.0

R 3=0.152γ3×Q 3=316.6

(2)芯纸：

R mn =0.152γmn ×Q mn

取Q m1=140 γm1=9.0 Q m2=140 γm2=9.0

R m1=0.152γm1×Q m1=191.52

R m2=0.152γm2×Q m2=191.52

综上，得

R1+R2+R3=949.8查表（9-2）得C1=1.53C2=1.36

R m1C1+R m2C2=553.5计算得P x=98.9N

P c=98.9×(13.36×4

227.6

)23×227.6×1.01=8652.7N P=γP C=17305N

由于空调比较高，为提高其稳定性及安全性，所以采取堆码高度为1层。

7.4确定瓦楞纸箱封箱、钉箱要求

采用宽度为80mm的胶带进行封箱，制造商接头处选用16号U形钉双钉钉合，斜向排列，双钉钉距为70mm，头、尾钉距离压痕中线的距离为13mm±7mm，钉数定为52个，箱钉必须完全钉在搭接舌部位，应沿搭接部分的中线钉、偏斜不超过3mm。扁丝宽度为2.0mm，厚度在0.65mm-0.75mm之间。

7.5瓦楞纸箱外包装装潢设计

在运输包装的瓦楞纸箱上设计纸箱箱面印刷标志。在箱面上印刷特定图形记号和文字说明，通常称为运输包装标志，它与商品内包装的装潢设计不同，要求简明，清晰。箱面上要印刷的常用的标志有：识别标志、指示标志、危险品标志。识别标志：（1）贸易标志。（2）商品品名和商标。（3）目的地标志。（4）货号和数量标志。（5）体积与重量标志。标明每一纸箱的外尺寸（长×宽×高）和重量（净重和总重），以便承运部门参考这些数据，选择运输方式和堆码方式。（6）生产厂和国名标志。

外观装潢设计如图

图7-3 装潢图

8.小结

本次课程设计，让我将课本的理论知识与具体的实践有了很好的结合，让我对课本里知识的具体含义有了更为深切的体会，本次我做的立式空调是很常见的运输件，在运输里出现的问题也是经常发生的，我们通过对他的研究，了解了如何对一个具体的产品在运输中出现的问题做具体的研究，以及如何解决这些问题，通过这次课设我学到了很多，自身的知识也有了提高。使自己在运输包装和缓冲包装更加深入的系统的了解，也对于自己在运输包装的运用更加深入，对于物流运输过程中的一些因素及问题也有了相对的了解，为自己以后的发展奠定了良好的基础，同时也给自己一个更加广阔的空间，对物流领域有了一个全新的认识和了解。

通过本次课程设计，使我对各种软件的应用有了更深一步的认识，并且运用了所学知识去发现、提出、分析和解决问题，锻炼动手的能力，使得在课堂上所学的理论知识运用到实践当中。本次课程设计不仅仅让我对于作图用的各种软件运用得更加自如，还让我收获了更加深厚的友谊，班级同学一起讨论，遇到不会的一起研究，其乐融融。对这门课程的设计和学习使我对包装工程专业有进一步的了解和认识，在自己以后的学习和工作中做了一个很好的铺垫。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游刃而解。同时，在老师的身上我学到很多实用的知识，在此表示衷心的感谢！

参考资料

[1]陈永常.瓦楞纸箱的印刷与成型.北京：化学工业出版社，2005.

[2]彭国勋.物流运输包装设计[M].北京: 印刷工业出版社,2012.

[3]孙诚.包装结构设计[M].北京: 中国轻工业出版社,2012.

[4]王建清.包装材料学. 北京：中国轻工业出版社,2009.

[5]郭彦峰.包装测试技术. 北京：化学工业出版社，2006.