瓦楞纸箱尺寸和强度设计

瓦楞纸箱

一、瓦楞纸箱的尺寸设计

瓦楞纸箱由三个尺寸组成：内尺寸，制造尺寸，外尺寸。制造尺寸是确定箱坯上切断、开槽、压线位置的尺寸。

1、瓦楞纸箱的内尺寸

以内壁为基准，箱内三个方向上的有向尺寸称为纸箱的内尺寸。

（1） 内尺寸确定的因素：①内装物最大外尺寸；②内装物排列方式；③内

装物公差系数；④内装物隔衬与缓冲件的相关尺寸。

（2） 内尺寸计算公式

除错列排列的圆柱形内装物以外，其他内装物的瓦楞纸箱内尺寸计算公式如 下：

k T n d n x X x x i '++-+=)1(max

式中：i X ――纸箱内尺寸，mm

max x ――内装物最大尺寸，mm

x n ――内装物排列数目

d ――内装物公差系数，mm

T ――衬格或缓冲件总厚度，mm

k '――内尺寸修正系数，mm

上式中如果x n ＝1，T ＝0，则：

i X ＝max x +k '

这是单件内装物的瓦楞纸箱内尺寸计算公式。

内装物公差系数d 如下取值：中包装盒：±（1～2）mm/件；针棉织品： ±3mm ；硬质刚性品：+（1～2）mm/件。

确定纸箱内尺寸的原则是，既要保证产品能顺利地装入箱内，又不使产品在 箱内有明显的移动空间。因此通常情况下纸箱内尺寸都应稍大于内装物外轮廓尺寸。内尺寸修正系数k '取值件表：

'

2、瓦楞纸箱的制造尺寸

制箱时的下料尺寸称为纸箱的制作尺寸。制造尺寸以展开的箱坯上的压痕线 为度量的基准。分切机上的压痕棍在压线位置上压出的是一条沟，压线是这条沟槽的中心线。

（1）、纸箱长、宽、高的制造尺寸。用k 表示内尺寸的修正系数，可将纸箱长、宽、高的制造尺寸表示为：

k X X i +=

由于箱坯加工难免有些误差，而且压线后纸板有些收缩，因此实际的修正系数稍大于纸板的厚度，如表所示为常用的开槽箱型0201型瓦楞纸箱的修正系数取值(表中2L 为接头所在边，2B 为与接头接合边，考虑到纸板折叠时产生的厚度，它们均取较小值)：

（2）、纸箱接头的制造尺寸。接头J 的尺寸根据瓦楞层数和生产工艺水平确定。三层瓦楞纸板为35～40mm ，五层瓦楞纸板为45～50mm ，七层瓦楞纸板为50mm 。

（3）、纸箱摇盖的制造尺寸。由于内、外盖不在同一平面，外摇盖对接时会出现一定间隔，因此摇盖长度也有适当的伸放量。对于常用的开槽箱型0201型纸箱，A 型楞三层瓦楞纸板的伸放量为2～3mm ，AB 型楞五层瓦楞纸板的伸放量为4～5mm ，BC 型楞的五层瓦楞纸板的伸放量为3～4mm 。

3、瓦楞纸箱的外尺寸

纸箱箱面上的标志尺寸是它的外尺寸，箱体体积也是按照外尺寸计算的。纸 箱的外尺寸大于制造尺寸，这个大出的尺寸称为外尺寸修正系数。用K 表示，纸箱外尺寸与制造尺寸的关系为：

K X X +=0

一般来说，外尺寸长度和宽度方向的修正系数值为1个纸板厚度，高度方向的修正系数值为2个纸板厚度。以纸板厚度为基础，在考虑纸箱棱角的突出误差，就可以定出外尺寸修正系数K 。常用楞型的瓦楞纸箱外尺寸修正系数K 值如表所示：

K

根据瓦楞纸箱尺寸设计的实际经验，已知最大内装物尺寸为

X，可以简

max

便地算出瓦楞纸箱的外尺寸：

+

X'

=

X

K

max

K'为综合尺寸修正系数，常用楞型的瓦楞纸箱综合尺寸修正系数K'值如下表所示：

'

K'的取值大小根据实际情况来确定，在内装物的可压缩性较强的情况下，K'通常取较小值。如山特的机器一般都有缓冲材（EPS，EPE）的包装保护，考虑到缓冲材的压缩变量，在设计纸箱尺寸时K'可取较小值，使缓冲材与纸箱配合紧凑，这有利于提高纸箱的抗压强度，并且防止机器在包装箱内晃动和二次冲击的产生。

二瓦楞纸箱的强度设计

瓦楞纸箱的抗压强度既是评价瓦楞纸箱的重要指标，又是设计瓦楞纸箱的重要条件。

影响瓦楞纸箱强度的因素可以分为两类：

一类是无法避免的基本因素，也就是决定瓦楞纸箱强度的主要因素，包括：①原纸强度——内面纸、外面纸、瓦楞芯纸的环压强度（RCT）或瓦楞芯平压强度（CMT）；②瓦楞楞型——A、B、C、E等；③双面、双芯双面、三芯双面等；

④瓦楞纸板含水率；⑤流通领域中外界环境的影响。

另一类是在设计与制造瓦楞纸箱过程中人为影响的可变因素，在设计与制造过程中可以设法避免，包括：①箱型与箱形；（尺寸比例）②印刷面积与开孔位置；③瓦楞纸箱制造技术；④制箱设备缺陷；⑤质量管理。

1、原纸强度

原纸强度是原纸质量的技术指标，而原纸质量的波动，不仅会影响瓦楞纸板的横向环压强度，而且在制箱时与各种不良因素叠加，势必大大降低纸箱的强度。所以要选用质量高且稳定的原纸，以保证瓦楞纸箱的必要强度。

2、瓦楞楞型

瓦楞楞型对纸板强度的影响，见下表：

瓦楞楞型对纸板强度的影响

从表中可以看出，抗压强度与变形量的排列顺序都为：

A ＞C ＞

B ＞E

所以在设计瓦楞纸箱时，如果B 型瓦楞抗压强度足够，就应优先选取变形量小的B 型楞，而不要选取A 、C 型楞。

3、瓦楞纸板

瓦楞纸板种类不同，强度也就不同。一般情况下，瓦楞层数越多，纸板强度 也就越大。

由于粘合剂可以赋予瓦楞纸板更大的强度，所以与单层垂直箱面或几层非粘合组合垂直箱面相比较，两层以上垂直箱面粘合，其强度和刚度就可以提高。如果单瓦楞纸板的强度为1，则两层非粘合单瓦楞纸板的合成强度为2，而两层粘合单瓦楞纸板的强度可以提高导2.39。

另外，涂蜡箱面强度可提高70％。

4、纸箱压痕线

纸箱压痕线特别是横压线的宽度对强度影响较大。设无横压线的箱框抗压强度指数为100％，随着横压线宽度的增加，纸箱的变形量增大，抗压强度指数降低。有横压线的纸箱比无横压线的纸箱箱框抗压强度大约下降20％～30%。

5、含水率

瓦楞纸板在湿度较高的环境中，可以吸湿；而在湿度较低的环境中，可以放湿。这种湿度的变化将影响导瓦楞纸箱强度的变化。随着瓦楞纸板含水率的增加，不管瓦楞原纸的材料如何，纸箱强度成比例下降。所以，在设计瓦楞纸箱时，必须注意所使用的时间、季节、期限和去向，环境因素随时影响着纸箱的抗压强度。

含水率与瓦楞纸箱抗压强度的关系，可用下式表示：

09.0P P x

式中：P ——瓦楞纸箱抗压强度，N

x ——瓦楞纸板含水率，％

0P ——含水率0％时的纸箱抗压强度，N

6、流通领域内的因素

（1）堆码方式。因为纸箱的受力主要是由它的棱角来承担的，所以平齐堆码比交错堆码强度要高（平齐堆码比交错堆码稳定性要差）。但在原木栈板运输时，由于木条间距的影响，平齐堆码强度确比交错堆码强度要低，而当包装件伸出栈板时，任何堆码强度都要降低。

纸箱堆码有少许的偏差，强度也将大大降低。例如三层平齐堆码，纸箱强度大约降低10％左右，而仅有12mm 的偏差则要降低29％以上。

（2）瓦楞纸箱在栈板上的位置。针对原木栈板而言，瓦楞纸箱箱角不要位于栈板木板的空隙处，因为这时纸箱不是四壁平均受力，而由悬空边角承担了过多的负荷。利用原木栈板时，一般有以下原则：①纸箱长边与木条平行，且纸箱

两侧均位于木条上方，则强度最好；②纸箱长边与木条平行，但纸箱两侧悬空在木条间隙处，则强度次之；③纸箱宽边与木条平行，且纸箱两端均位于木条上方，则强度较差。④纸箱宽边与木条平行，但纸箱两端悬空在木条间隙处，则强度最差。⑤如果栈板为整板结构（如胶合板栈板），则无论纸箱位置如何强度都将超过①。

原木栈板的木条间距一般应小于100mm，以70mm为佳，间距加大，强度降低。

（3）负荷时间。一般瓦楞纸箱由于运输、搬运、储存、堆码等流通领域内的作业而造成强度的降低，其剩余的大小随负荷时间的延长而递减。

7、印刷面积与印刷设计。

在瓦楞纸板单面机或联合机上，加工工序是先生产出瓦楞纸板，然后在瓦楞纸板上印刷。所以，在使用一般油性油墨印刷时，印刷压力能将瓦楞压溃，从而降低纸箱强度。

因为纸箱的抗压强度主要依靠四个棱角来支持，距棱角越远，支撑力越小。端面两棱角间距小，支撑力比侧面大，所以受影响的变化也大。比如端面全印刷的抗压强度比无印刷约低34.9％，而侧面全印刷只降低26％，这就说端面印刷对纸箱强度的影响较侧面大。

一般来说，随着印刷面积的增加，纸箱强度按比例下降。全印刷约下降40％。横向带状印刷，在中心幅宽50mm，约下降35％；在下沿幅宽50mm，约下降30％；在上下两边各印宽52mm，约下降37％。而在纸箱侧面、端面中心部均纵向印刷50mm，则只约下降5％。

8、开孔面积与开孔位置。

水果及其他需要通风保鲜的运输纸箱、或需方便搬运的运输纸箱以及运输销售两用纸箱的开窗结构，由于通风孔、提手孔与开窗孔的瓦楞被切断，所以纸箱的强度降低。在设计开孔面积和开孔位置时，应掌握以下的原则：①同一开孔形状，同一开孔位置，开孔面积越大，纸箱强度降低越大；②开孔位置越接近纸箱上下两边，纸箱强度降低越大；③开孔位置越接近箱棱箱角，纸箱强度降低越大；

④开孔位置越接近箱面中心线，纸箱强度降低越小⑤开孔位置越接近箱面中心点，纸箱强度降低越小⑥同一开孔位置，同一开孔面积，切断瓦楞棱数越小，纸箱强度降低越小；⑦作为⑥的特例，矩形开孔，其长度若平行于楞向，较垂直于楞向纸箱强度降低小；⑧同一开孔位置，同样开孔面积，分散开孔比集中开孔纸箱强度降低小。

总之，在开孔结构中，纸箱强度的降低与开孔位置、开孔面积、开孔形状等因素有关。

不论是在仓库还是在运输途中，货物都要向上堆码，因此上面的货物对最底层的纸箱产生一定的压力，这个压力称为堆码荷载。纸箱能承受的最大压力称为它的抗压强度。为了保证底层的货物不被压坏，纸箱的抗压强度必须大于堆码荷载，而且要有一定的安全系数，这一要求称为瓦楞纸箱的堆码强度条件。既经济，又安全，堆码强度条件是对这一设计原则的科学表达。

影响瓦楞纸箱抗压强度的因素：捆扎带，加厚纸板，粘合双层面纸。

9、瓦楞纸箱的抗压强度设计：

（1）堆码载荷。产品装箱后形成包装件，包装件又称为货物。货物向上堆码时，最底层纸箱承受的堆码荷载为：

)1(-=H

h W P (a) 式中W 为每件货物（包装件）的重量，H 为纸箱的高度，h 为堆码高度。

（2）堆码强度条件。为了保护箱内产品，纸箱的抗压强度必须大于堆码荷载，而且要有合理的安全系数。这一要求称为堆码强度条件，其表达式为：

KP P c ≥ (b)

式中K 为安全系数。将式(a)代入 (b)，可将堆码强度条件写为：

??

? ??-≥1H h KW P c (c) （3） 安全系数。安全系数是由货物的储存期和储存条件决定的： 储存期少于30天 K ＝1.6

储存期30～100天 K ＝1.65

储存期100天以上 K ＝2

另外考虑到其他不可预料的恶劣运输条件，K 可适当加大取值。

瓦楞纸箱结构优化设计

设计步骤：1.计算纸箱结构尺寸；2.选择最佳箱型；3.计算抗压强度，优化瓦楞纸板的配料方案；4.箱坯图设计；5.输出箱坯图和纸板配料方案。