緩沖包裝設(shè)計(jì)

1、第一節(jié)緩沖包裝設(shè)計(jì)的基本要求主講教師：高德教授一、緩沖包裝設(shè)計(jì)考慮的因素在進(jìn)行產(chǎn)品緩沖包裝設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮的因素很多,如被 品本身的特性、流通環(huán)境條件、包裝材料的特性、外包裝容器 緘材料的特性.包裝技術(shù)與方法以及包裝產(chǎn)品的性價(jià)比等1 .被包裝產(chǎn)品特性產(chǎn)品的主要特性包括：脆值、形狀、尺寸、體積、重量與重心.2 .流通環(huán)境因素產(chǎn)品在流通過(guò)程中，應(yīng)考慮運(yùn)輸區(qū)間,運(yùn)輸方式、裝卸次數(shù)、等 效跌落高度.沖擊方向,氣候條件、貯存條件等對(duì)產(chǎn)品的影響.第一節(jié)緩沖包裝設(shè)計(jì)的基本要求3 .緩沖包裝材料緩沖性能|4,外包裝容器結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)及強(qiáng)度;5 .封緘材料的特性；6 .包裝的工藝性；7 .其血丁如防潮、防水、防

2、銹、防塵等.二、緩沖包裝設(shè)計(jì)的要求1 .保護(hù)性:減小傳遞到產(chǎn)品上的沖擊,振動(dòng)外力。 分散作用在產(chǎn)品上的應(yīng)力O保護(hù)產(chǎn)品的表面及凸起部分。防止產(chǎn)昆相互接觸。萬(wàn)止產(chǎn)品在包裝容器內(nèi)移動(dòng)。保護(hù)其它防護(hù)包裝。2 .經(jīng)濟(jì)性：包裝不足一高破損率，過(guò)分包裝-，高包裝成本。3 .方便性：方便包裝，方便使用，方便處理包裝廢棄物O4 .環(huán)保性符合包裝與生態(tài)相容性及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。第二節(jié)緩沖包裝設(shè)計(jì)步驟一.緩沖包裝設(shè)計(jì)的步驟1. 一般步驟,確定環(huán)境：運(yùn)輸區(qū)間、運(yùn)輸方式、裝卸次數(shù)、等效跌落高度、沖擊方向、 氣候條件、貯存條件等。主要確定運(yùn)輸過(guò)程中的沖擊和振動(dòng)。分析產(chǎn)品：產(chǎn)品脆值;產(chǎn)品固有頻率;產(chǎn)品的形狀、尺寸、體積、重量

3、、重 心，數(shù)量等。緩沖襯墊的設(shè)計(jì)：對(duì)產(chǎn)品提供沖擊和振動(dòng)防護(hù)；綜合考慮安全、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)等各 方面的因素。要了解緩沖材料的力學(xué)特性，以及加工的工藝性能和 價(jià)格等.第三節(jié)沖包裝村里設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制作包裝件樣品：除了緩沖襯墊外，還考慮包裝結(jié)構(gòu)、包裝材料價(jià)格和特殊裝 運(yùn)要求等，并進(jìn)行包裝件樣品的設(shè)計(jì)和制造。設(shè)計(jì)和制造出可以 代表最后包裝件的樣品，供試驗(yàn)用。對(duì)包裝件樣品進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，只考慮了主要影響因素，忽略了很多次 要因素，譬如緩沖襯墊的形狀的影響，側(cè)墊的摩擦等等，因此， 所設(shè)計(jì)的緩沖包裝在試驗(yàn)和實(shí)際中是否真正能獲得預(yù)期的效果， 必須通過(guò)實(shí)測(cè)，才能確認(rèn).包括：跌落試驗(yàn)；定頻與變頻正弦振動(dòng)試驗(yàn)；隨

4、機(jī)振動(dòng)試驗(yàn).緩沖包裝設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是求取緩沖襯墊的面積和厚度，由于緩 沖材料的特性大多數(shù)呈非線性，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系往往十分復(fù)雜，常用 的數(shù)值積分法求解加速度時(shí)間函數(shù)因過(guò)于繁瑣而不便應(yīng)用.目前國(guó)內(nèi)外普遍采用：1 .緩沖系數(shù)與最大應(yīng)力曲線 C-am2 .最大加速度與靜應(yīng)力曲線3 .應(yīng)力應(yīng)變曲線 b-£三種途徑進(jìn)行緩沖設(shè)計(jì)，有時(shí)需用振動(dòng)傳遞率曲線來(lái)作防振包裝 的校核.無(wú)論采用哪種方法，對(duì)求得的面積和厚度都應(yīng)進(jìn)行校核, 一般當(dāng)求得的面積太小，厚度太大時(shí)，襯墊在產(chǎn)品沖擊力作用下, 會(huì)產(chǎn)生彎曲變形，因此要采用下列經(jīng)驗(yàn)公式校核襯墊的穩(wěn)定性：4mR337)2第三節(jié)緩沖包裝村型設(shè)計(jì)一、緩沖系數(shù)與最大應(yīng)力曲

5、線法三種情況：設(shè)計(jì)緩沖材料的用量、優(yōu)選緩沖包裝材料、求出最大沖 擊力和最大加速度1 .緩沖材料的用量計(jì)算已知W、H、Gm及某選定緩沖包裝材料的 。一。曲線，計(jì)算緩沖材料的合理用量.(1)對(duì)緩沖面積的大小無(wú)特殊要求，設(shè)計(jì)過(guò)程為: 從C-b,“曲線上查出最低點(diǎn)的占5n值.A = 一 一求出緩沖面積： - a,”t_ch求出緩沖材料的厚度/ 一七二第三節(jié)緩沖包裝村型設(shè)計(jì)例67 一重量為10kg的產(chǎn)品,脆值為80g,要保證從60cm的高處跌 落而不被損,規(guī)定用密度為0. 037g/cm3的聚氯乙烯(圖4-35) 作襯墊,試計(jì)算襯墊所需尺寸.解:整理已知條件：W=io, Gm=80,H=60查圖4-35

6、,這種聚氯乙烯材料在b,“=1.6X105Pa時(shí)有最小 緩沖系數(shù),c=3. 8,故按式(6-2),承受跌落的負(fù)載間積：.WGm 10x9.8x80 i2、A =也=7 = 490( cm-)am 1.6xl09x9.8x50 =0.17X105T = C= 3.8x = 2.85(cm)Gm 80即本例所求的襯墊尺寸At=490X2.85(cm3)第三節(jié)緩沖包裝村型設(shè)計(jì)一質(zhì)量為9Kg的產(chǎn)品，脆值為50,裝入底面積為 750cm2的箱內(nèi)，設(shè)定的跌落高度為60cm,如果采用密度為 0.075g/cm3的石棉作襯墊，試檢驗(yàn)該設(shè)計(jì)的合理性。解：整理已知條件，代9Kg, C50g ,代60cm由圖4-3

7、5緩沖系數(shù)曲線知，最小緩沖系數(shù)G5. 7, 對(duì)應(yīng)的應(yīng)力值為5n =0. 17X105Pa, 故有=2594( cnr)顯然，此面積大于容器底面積，無(wú)法裝入容器箱，說(shuō)明本設(shè)計(jì) 選料不當(dāng).若選用密度大一倍的聚氨酯泡沫，則它的最小緩沖 系數(shù)為C=3.3,對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力值為5n =0.7X105Pa,此時(shí)的 承載面積為：, WG 9x9.8x50八A =-= 63(Xcnr)a0.7 xlO第三節(jié)矮沖包裝村型設(shè)計(jì) (2)緩沖面積已給定,在緩沖面積有特殊要求的情況下，可以按下列 過(guò)程進(jìn)行包裝設(shè)計(jì)： 求出最大允許應(yīng)力WGm =A由。一 6”曲線查得。附應(yīng)的c；由緩沖材料厚度7 =生求出厚度. Gm某產(chǎn)品質(zhì)

8、量為15Kg,脆值叩60,包裝箱底面積為40X40CM,設(shè) 計(jì)的跌落高度年80cm,欲以圖4-35所示的密度為0. 031g/cm3的聚氯 乙烯泡沫作全面緩沖,試求該襯墊厚度。n襯墊厚度為：T = C里=3.3乂竺=3.96(cm)G 50校核：人亞名133 丁 產(chǎn)=(1.33 x 3.96)2 =27.74所以，緩沖墊的尺寸為A=630cm2； T=3. 96cma第三節(jié)媛沖包裝村鎏設(shè)計(jì)解：作全面緩沖時(shí)，襯墊面積等于產(chǎn)品面積，即止160052. 襯墊最大應(yīng)力為：WG 15x9.8x60M _ lz0_o=55125( Pa ) » 0.55 x j 0 Pa如果規(guī)定用緩沖材料是圖4

9、-35中的曲線10,則在橫軸上取5n =0.55X105Pa的點(diǎn)，并向上作垂線與曲線10相交，該交點(diǎn)的縱坐標(biāo) G9就是所要求的緩沖系數(shù)，故襯墊的厚度為：第三節(jié)援沖包裝村型設(shè)計(jì)(3)緩沖墊的厚度已給定,則按下面過(guò)程進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計(jì)：由式(6-3)求出緩沖系數(shù)H在C-6曲線圖中，根據(jù)所求得的旗作一水平直線，這時(shí)可 能出現(xiàn)兩種宿況： 水平線與曲線無(wú)交點(diǎn)，說(shuō)明這種緩沖墊厚度T不合要求，可以更換或用多層緩沖墊以增加厚度；(b)水平線與。一7桁曲線有兩個(gè)交點(diǎn)S和6, 6n在5、6之間的取值都可以，一般取?！?=。2以減少緩沖面積節(jié)省材料求出緩沖面積,WGni0.01 0.020.03 0. 050. 07

10、 0. 17 0.2 0.3 0.5 “JXiMPa)圖6-2覆沖材料曲線被包裝物質(zhì)量 片25Kg,易損度af40, 跌落高度年70cm,現(xiàn)有 緩沖材料的C-6n 曲線如圖6-2所示，材 料厚色4cm,要求襯墊 面積小于6000cm2,應(yīng) 如何進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計(jì)'第三節(jié)緩沖包裝村型設(shè)計(jì)求出緩沖面積GmW 4() X 252A = 8333cm > 6000cm%0.12表明使用二層緩沖襯墊時(shí)，緩沖面積至少要求有8333cm2 , 超過(guò)允許值，不符合要求. 需用三層襯墊：求出緩沖系數(shù) 3加 3x4x40 . q70C = 6.9第三節(jié)援沖包裝村型設(shè)計(jì)在圖6-2中作合6.9水平線，與曲

11、線交于兩點(diǎn)，取 b=O.28xlO"Pa)求出緩沖面積A GmW 40x25 s 22A = 3571cm < 6(XX)cm0.28可見(jiàn)，這時(shí)的緩沖面積比允許值小，使用三層緩沖村 墊可滿足緩沖包裝要求.第三節(jié)曜沖包裝村空設(shè)計(jì)圖6-3緩沖系數(shù)與最大呼應(yīng)力曲戰(zhàn)2 .選擇緩沖包裝材料已知W、Gm、H要求在幾種緩沖材料中選出一種，使緩沖效 果最佳.這也討論緩沖效果，是以緩沖系數(shù)仍最小值作為指標(biāo)的。對(duì) 于這類問(wèn)題，在緩沖包裝設(shè)計(jì)之前，首先要知道緩沖包裝材料的 Ce曲線。同樣，在設(shè)計(jì)時(shí)也會(huì)碰到兩種情況：緩沖面積可 以靈活選擇和有特殊要求.(1)緩沖面積可靈活選擇具體的設(shè)計(jì)過(guò)程為：選擇所有

12、曲線中的最小值G查出對(duì)應(yīng)的5n確定對(duì)應(yīng)的材料求出緩沖面積4 =絲包Gm求出緩沖墊厚度 t_CHGm第三節(jié)媛沖包裝村墊設(shè)計(jì)質(zhì)量為5kg的一電 子產(chǎn)品，用圖6-3所示的 第2種緩沖材料做襯墊， 在運(yùn)輸過(guò)程中，產(chǎn)品能承 受的最大加速度為30 (g)，跌落高度為50cm, 試設(shè)計(jì)緩沖包裝材料的接 觸面積和承壓厚度.第三節(jié)媛沖包裝村墊設(shè)計(jì)解：整理已知條件:W=5kg, G.=30, H=50cm,指定緩沖 材料，查圖6-3得：最大應(yīng)加=7.0kPa時(shí)，緩沖系數(shù) 最小04. 2。則緩沖面積和襯墊厚度：從=性=*乎 m bm 7.0xltf7 = = 4.2x = 7(cm)Gm 30產(chǎn)品質(zhì)量15kg,易損

13、度30 (g),產(chǎn)品面積為 2000cm2,跌落高度85cm,擬采用全面緩沖包裝，在圖 6-3中的五種緩沖材料中選用一種，并求出所需厚度。 解：這屬于緩沖面積已給定的情況 求出最大允許應(yīng)力_WGm _ 15x9.8x30 6" - 7a- - 200()x10 "22050(Pa) = 22.05( kPa)第三節(jié)緩沖包裝村墊設(shè)計(jì)在。-6“圖中，經(jīng)過(guò)這個(gè)求出的最大允許應(yīng)力= 22.05(kPa)值，作垂直線，查出最低交點(diǎn)V5.4；確定使用材料4；根據(jù)確定的G求緩沖墊的厚度, CH 5.4x85、T = 15.3(cm)Gm 30第三節(jié)媛沖包裝村墊設(shè)計(jì)第三節(jié)緩沖包裝村墊設(shè)計(jì)3

14、 .最大沖擊力Pm和最大加速度Gm”已知產(chǎn)品的重量%跌落高度，易損度，緩沖材料的曲線，緩沖面積力及緩沖材料厚度7,欲求最大沖擊力和最大加 速度力并校核緩沖包裝是否符合要求.一般來(lái)說(shuō)，包裝產(chǎn)品所受到的最大沖擊力可以表示為：又根據(jù)緩沖材料跌落過(guò)程中能量守恒定律，則:最大加速度為:Gm»CHWG第三節(jié)濕沖包裝村墊設(shè)計(jì)被包裝物質(zhì)量為10kg,易損度合30,跌落高度年80cm,采用全面緩 沖，且緩沖面積A = 2(XX)cm2 緩沖材料的。-6岫線如 圖6-4所示，材料厚度Z20cnu試求最大作用力必 和最大加速度G,”，并校核0.02 O.OJ 0 05 0.07 0. I 0.2 0 3

15、0.5 .(XlOTa)J«“fc辱緩沖包裝設(shè)計(jì)圖67級(jí)沖材料C-6曲稅解：由式(6-5)得 AT O.2xO.2xlO5C =rrm =(ym » 50tt”，HW m 0.8x10x9.8 m m在圖6-4上作曲線C = 506”，與原曲線交于B點(diǎn)，查出B 點(diǎn)的坐標(biāo)值：C = 5.5,am=O.llxlO5(Pa)則得Pm = a-wA=O.llxlO5xO.2 = 2200(N)c Pm 2200/ Gnux = =a 22 <g W 10x9.8所以該緩沖包裝符合設(shè)計(jì)要求.B點(diǎn)離曲線最小值點(diǎn)較 近，表明緩沖效果好。第三節(jié)舞沖包裝村墊設(shè)計(jì)二、最大加速度與靜應(yīng)力曲

16、線的應(yīng)用主要問(wèn)題有三類：(1)緩沖面積已定，要求選取襯墊的厚度；(2)優(yōu)化緩沖包裝材料用料，(3)求解產(chǎn)品跌落沖擊時(shí)的最大加速度。1.設(shè)計(jì)襯墊厚度已知產(chǎn)品質(zhì)量風(fēng)脆值、跌落高度磔緩沖材料的Gg'-b、 曲線，對(duì)全面緩沖而言，由于緩沖面積已經(jīng)確定，只需求出厚度兀 具體設(shè)計(jì)步驟為：IV(1)計(jì)算鄢應(yīng)力：% =二A(2)從相應(yīng)跌落高度肝的某材料Gw-曲線圖中查取0、 與指定產(chǎn)品的交點(diǎn)；(3)找出相應(yīng)的曲線；(4)選定合適的村墊厚度。一質(zhì)量為15. 5kg, 脆值為55的產(chǎn)品，擬用全120面緩沖包裝，裝入底面積.00為25X25cm2的包裝箱內(nèi)，加設(shè)計(jì)跌落高度取60cm,采&a 用的聚苯

17、乙烯緩沖材料，40圖6-5是代60cm時(shí)a)曲線，要嶷骼適的襯。墊厚度.圖65聚茶乙烷的址大加速股舲應(yīng)力曲戰(zhàn)解：計(jì)笄靜應(yīng)力：=上=55x9 J = 00243x 105(Pa) = 2.43( kPa) A 25 x 25xl04從圖6-5中查取g = 2.43A4與Gm=55的交點(diǎn)B；本例中B 點(diǎn)正好落在及5coi的曲線上，則求選定緩沖村墊的合適 厚度第三節(jié)鎮(zhèn)沖包裝村鎏設(shè)計(jì)2.優(yōu)化緩沖包裝材料用料（D以ax值在 &而一5圖中畫(huà)一水平線；（2）找出水平線與每根曲線的交點(diǎn)，得一T值對(duì)應(yīng)有兩個(gè)（Ts（3）取中較大者計(jì)算承壓面積A =（4）計(jì)算緩沖材料體積7；（5）對(duì)與6謝應(yīng)水平線相交的每根

18、曲線重復(fù)（3）、（4）計(jì)算 出一組后（6）選其中最小的他，再按襯墊組合完成局部緩沖設(shè)計(jì).第三節(jié)鎮(zhèn)沖包裝村鎏設(shè)計(jì)圖6 6 Gm。.曲線的使用方法某產(chǎn)品質(zhì)量 心10kg,脆值C73,底 面積為35X35cn）2,包裝 件的設(shè)計(jì)跌落高度 住90cll1,選用的緩沖材 料的g -a如圖6-6所 m $示試問(wèn)該產(chǎn)品更適用 于全面緩沖還是作局部 緩沖？第三節(jié)緩沖包裝襯墊設(shè)計(jì)解：對(duì)產(chǎn)品作全面緩沖時(shí)，襯墊靜壓力為10x9,835x35x10 4= 800(Pa) = 0.8( kPa)在圖6-6上，作直線口“=*直線 a“=0.8kPa它們 的交點(diǎn)隘在給定曲線族之外.這表示，即使厚度7M2.5cm,也不能保證

19、產(chǎn)品的安全。若堅(jiān)持作全面緩沖 設(shè)計(jì)，則襯墊厚度還要大大增加，經(jīng)濟(jì)上是不合理的.第三節(jié)緩沖包裝襯墊設(shè)計(jì)若采用局部緩沖，可按本節(jié)介紹的-(6)步驟計(jì)算。本例中h5cm,它的 伉巴,曲線最低點(diǎn)尸的縱坐標(biāo)恰 好等于該產(chǎn)品的脆值，此時(shí)的靜應(yīng)力巴=2.5KPa=0.25N/cra2故襯墊面積可取為mg 10x9.82、A = = 392(cm )%0.25采用四個(gè)等面積支承墊，則每個(gè)墊的面積為k=3 =號(hào)=98(5、44第三節(jié)媛沖包裝村墊設(shè)計(jì)最后作襯墊的穩(wěn)定性校核:一到1.337y =44（cm：）以上計(jì)算表明，局部緩沖可大大減小村墊的厚度和面積, 所以，對(duì)于這個(gè)產(chǎn)品和指定材料，局部緩沖方案明顯優(yōu) 于全面

20、緩沖.第三節(jié)鰻沖包裝村墊設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量 m=25kg脆值裝件的跌落高度=90c采用圖6-6所示材料作局部緩沖，試求襯墊的厚度與面積.解：圖6-6中=5水平直線與"7.5cm的曲線交于 B、B.埠靜應(yīng)力小，所需襯墊面積大；點(diǎn) 蹲應(yīng)力大，村墊面積小。為節(jié)省材料而選用b2點(diǎn)，此時(shí)靜應(yīng)力為<ra = 6.2(kPii) = 0.62( N/cm2)計(jì)算襯墊面積A =藝=生”=395(cm2)%0.62采用四個(gè)面積相等的腳墊,則每個(gè)腳墊的面積為 A =-= 99(cm?) nun .44襯墊的穩(wěn)定性校核：4m >(1.337)2 =99(cn?)產(chǎn)品質(zhì)量廳25kg,脆值%65,包裝件

21、的設(shè)計(jì)跌落高度代90cm,采用圖6-6所示材料作局部緩沖，試求襯墊的厚度與面積.解：在圖6-6上作水平直線 G,“=65鄰近曲線有兩條，一條 TScm, 一條=7.5cm, =5cm的曲線在G .= 6之上，若取心5cm, 則必有Gm>G,不安全。X7.5cm的曲或最低點(diǎn)離Ch =筑遠(yuǎn)，若取戶7.5,則襯墊太厚，太不經(jīng)濟(jì).因此設(shè)想有一條未知曲線，如圖中虛線，其最低點(diǎn)的Gnt恰好等于65,計(jì)算所求的襯墊面積與厚度.(1)按T=5cm曲線最低點(diǎn)計(jì)算根據(jù)T:5cm曲線最低點(diǎn)的 G1rl與刑乘積為常量，即第三節(jié)緩沖包裝村墊設(shè)計(jì)(G7)域低點(diǎn)=73x5 = 365(cm)未知曲線最低點(diǎn)G, =65

22、 ,稀定,且65xT = (GJD 最低點(diǎn)=365(cm)故所求村墊厚度為T = = 5.62(cm) 65根據(jù)T=5cm曲線最低點(diǎn)的 雋 q的乘積為常量，即(GQsMs =73x2.5 = 183(kPa)未知曲線最低點(diǎn) G =65則故待定的村墊靜應(yīng)力 5為:1 Q7= = 2.82(kPa) = O.282(N/cnr) 65因此襯墊面積為= 869(cm2)W 25x9.8A a 0.282(2)按德7. 5cm曲線最低點(diǎn)計(jì)算同理：=7.5cm,襯墊面積為走881 (cm2)由此可見(jiàn)，按上下兩條鄰近曲線求得襯墊面積與厚度非常接近, 說(shuō)明這種計(jì)算方法是合理的第三節(jié)緩沖包裝村墊設(shè)計(jì)3.求解產(chǎn)品跌落沖擊時(shí)