第四章 緩沖包裝設(shè)計(jì)五步法

第四章緩沖包裝設(shè)計(jì)五步法選擇包裝材料包裝產(chǎn)品脆值包裝流通環(huán)境包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包裝實(shí)驗(yàn)流通商品流通中對(duì)包裝損害的外界因素及原因4.1沖擊與振動(dòng)環(huán)境確定環(huán)境特性，對(duì)沖擊環(huán)境而言，就是確定包裝件的設(shè)計(jì)跌落高度；就振動(dòng)環(huán)境而言，就是確定環(huán)境的加速度峰值頻率曲線或加速度均方值譜密度曲線。表3-22機(jī)械環(huán)境條件分級(jí)4.1.1沖擊環(huán)境緩沖包裝設(shè)計(jì)用等效跌落高度來評(píng)價(jià)沖擊環(huán)境的嚴(yán)酷程度人工裝卸的跌落高度可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，適用于15kg以上的包裝件：人工裝卸的跌落沖擊加速度通常在10g-100g，而機(jī)械裝卸的跌落沖擊加速度在10g以下。4.1.1沖擊環(huán)境表3-44.1.1沖擊環(huán)境跌落高度的測(cè)定跌落高度的概率密度曲線4.1.1沖擊環(huán)境包裝件的跌落高度概率曲線圖3-34.1.2振動(dòng)環(huán)境解放牌雙軸卡車振動(dòng)測(cè)試記錄（空載）表3-84.1.2振動(dòng)環(huán)境公路運(yùn)輸?shù)募铀俣确逯殿l率譜圖圖3-44.1.2振動(dòng)環(huán)境50t棚車運(yùn)行振動(dòng)測(cè)量實(shí)例表3-11？4.1.2振動(dòng)環(huán)境鐵路運(yùn)輸最大加速度頻率譜圖圖3-54.1.2振動(dòng)環(huán)境海運(yùn)加速度峰值頻率譜圖4.1.2振動(dòng)環(huán)境空運(yùn)加速度峰值頻率譜圖4.1.2振動(dòng)環(huán)境公路加速度均方值譜密度曲線鐵路加速度均方值譜密度曲線4.2確定產(chǎn)品特性確定產(chǎn)品在沖擊環(huán)境下的易損性就是測(cè)試矩形脈沖下的產(chǎn)品破損邊界曲線，確定產(chǎn)品脆值與臨界速度改變量；確定產(chǎn)品在振動(dòng)環(huán)境下的易損性，不但要確定易損零件的極限加速度，而且要測(cè)試易損零件的幅頻特性曲線。4.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)氣墊式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品邊界曲線的測(cè)試步驟4.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)4.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)碰撞機(jī)試驗(yàn)法4.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)跌落試驗(yàn)法4.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)產(chǎn)品不同方向的破損邊界曲線圖4-104.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)表4-24.2.1產(chǎn)品的沖擊試驗(yàn)表4-34.2.1產(chǎn)品的振動(dòng)試驗(yàn)4.2.1產(chǎn)品的振動(dòng)試驗(yàn)圖11-15收錄機(jī)幅頻特性曲線：1-收錄機(jī)機(jī)芯；2-收錄機(jī)機(jī)體4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖材料的種類泡沫塑料聚苯乙烯聚乙烯聚氨酯聚氯乙烯質(zhì)量輕易于加工成型絕熱性能好緩沖性能好4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)泡沫塑料的比較表5-14.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)氣泡薄膜聚乙烯氣泡膜在荷重20g/cm2的條件下長(zhǎng)期使用4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)碎屑狀材料環(huán)保泡泡粒4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)瓦楞紙板4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)紙與紙漿模塑波紋紙紙漿模塑4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)纖維橡膠與發(fā)泡橡膠石棉橡膠板發(fā)泡橡膠4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

緩沖材料的性質(zhì)

沖擊能量的吸收性振動(dòng)能量的吸收性名稱阻尼比聚乙烯或聚苯乙烯泡沫0.08-0.20聚氨酯泡沫0.10-0.50橡膠0.02-0.16硅橡膠0.11-0.23鋼質(zhì)螺旋彈簧0.008-0.016回彈性蠕變性溫度穩(wěn)定性濕度穩(wěn)定性耐破損性濕度穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性物理相容性4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖包裝設(shè)計(jì)要求

減小傳遞到產(chǎn)品上的沖擊、振動(dòng)等外力分散作用到產(chǎn)品上的應(yīng)力保護(hù)產(chǎn)品的表面及凸起部分防止產(chǎn)品相互接觸防止產(chǎn)品在包裝容器內(nèi)移動(dòng)緩沖包裝設(shè)計(jì)步驟4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)收集流通環(huán)境可能導(dǎo)致產(chǎn)品損壞的數(shù)據(jù)；收集產(chǎn)品的資料；確定產(chǎn)品脆值后，先判斷是否與同類產(chǎn)品相近，如果偏低，建議修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高關(guān)鍵件的脆值；選擇緩沖材料及其結(jié)構(gòu)形式，獲得其緩沖性能曲線，根據(jù)跌落高度和緩沖材料所受應(yīng)力計(jì)算緩沖厚度；校核緩沖結(jié)構(gòu)的振動(dòng)傳遞率與振動(dòng)脆值等問題；校核壓縮或彎曲強(qiáng)度，不得超過緩沖材料的許用應(yīng)力；校核溫濕度對(duì)緩沖性能的影響；估算包裝成本，與預(yù)定指標(biāo)比較；制作試驗(yàn)用包裝原型；按預(yù)先確定的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)；如果不滿足要求，重新設(shè)計(jì)；滿足要求，則批準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并形成完整的設(shè)計(jì)文件。4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖包裝的形式全面緩沖局部緩沖懸浮式緩沖4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)塑料薄膜懸掛緩沖包裝復(fù)合PE薄膜的EPE板材具有彈簧結(jié)構(gòu)的EPE緩沖墊節(jié)省緩沖板材的新結(jié)構(gòu)填充式包裝模壓包裝4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)裹包包裝聚氨酯現(xiàn)場(chǎng)發(fā)泡成型4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

襯墊設(shè)計(jì)的基本參數(shù)

流通環(huán)境的等效跌落高度經(jīng)驗(yàn)公式法、標(biāo)準(zhǔn)量值法

產(chǎn)品脆值試驗(yàn)法、脆值量值標(biāo)準(zhǔn)法、理論估算法

緩沖材料的緩沖特性選用原則：G<20g，選用彈簧（或多級(jí)緩沖）；30g<G<250g，選用泡沫塑料、海綿；400g<G<600g,選用橡膠、木材；G>1000g，不用緩沖材料。緩沖材料的特性曲線有兩種：緩沖系數(shù)-最大應(yīng)力曲線和最大加速度-靜應(yīng)力曲線

緩沖設(shè)計(jì)的公式4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖襯墊的基本設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)例1：一重力為100N的產(chǎn)品，脆值為80g，要保證從60cm的高處跌落而不破損，規(guī)定用密度為0.031g/cm3的聚氯乙烯做襯墊，試計(jì)算襯墊所需尺寸。例2：用紙箱做內(nèi)包裝，把一重力為100N，脆值為30g的產(chǎn)品裝入箱內(nèi)，用襯墊將它與外包裝箱隔開，內(nèi)裝箱每面面積為2000cm2，設(shè)定等效跌落高度為60cm，試選擇適當(dāng)?shù)鼐彌_材料，并計(jì)算其尺寸。例3：一重力為90N，脆值為50g的產(chǎn)品，欲裝入一底面積為750cm2的容器箱內(nèi)，設(shè)定的跌落高度為60cm，如果采用密度為0.075g/cm3的黏膠纖維做襯墊，試檢驗(yàn)該設(shè)計(jì)的合理性。4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)例5：某產(chǎn)品W=150N,G=55g,允許的跌落高度H=60cm,產(chǎn)品為邊長(zhǎng)為25cm的正立方體。擬采用EPS作全面緩沖固定，試求襯墊應(yīng)有的厚度。例6：一產(chǎn)品，W=200N,G=60g，產(chǎn)品底面面積為50cm×40cm，預(yù)計(jì)的跌落高度H=50cm，規(guī)定用EPS作全面緩沖保護(hù)，試確定襯墊尺寸。4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖襯墊的校核

產(chǎn)品強(qiáng)度校核校核產(chǎn)品在載荷方向上與緩沖材料接觸部分的強(qiáng)度。

撓度校核A:襯墊面積T：襯墊厚度襯墊撓曲4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖襯墊的校核

跌落姿態(tài)改變時(shí)緩沖能力的校核全面緩沖不同跌落姿態(tài)的比較a.角跌落與面跌落b.棱跌落于面跌落4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖襯墊的校核

跌落姿態(tài)改變時(shí)緩沖能力的校核找到角跌落沖擊時(shí)等效于面跌落式的等效面積，進(jìn)行校核設(shè)計(jì)全面緩沖：局部緩沖：基于面沖擊設(shè)計(jì)的緩沖襯墊只要通過率角沖擊校核，就一定能滿足棱沖擊的要求，所以一般沒有必要進(jìn)行棱沖擊校核4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)緩沖襯墊的校核

蠕變量的校核

溫濕度的校核4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)例7：已知一產(chǎn)品W=200N,G=85g,產(chǎn)品為正立方體，規(guī)定的跌落高度不超過90cm，并指定采用下圖所示特性的材料作局部緩沖，試設(shè)計(jì)面跌落和角跌落時(shí)襯墊所需尺寸（設(shè)蠕變系數(shù)為10%）。4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)防振包裝設(shè)計(jì)原則：先按緩沖要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后校核其防振能力。目的在于調(diào)節(jié)包裝件的固有頻率，并且通過選擇恰當(dāng)?shù)淖枘岵牧?，把包裝系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)的傳遞率控制在預(yù)定范圍內(nèi)。非線性系統(tǒng)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)例8：產(chǎn)品重力為36N,底面尺寸為25×25cm2，許用脆值為30g，沖擊防護(hù)設(shè)計(jì)采用了全面緩沖方法，選用的緩沖襯墊厚度為5cm。產(chǎn)品在運(yùn)輸中受到的振動(dòng)輸入如圖所示。求包裝件的共振頻率和產(chǎn)品的最大響應(yīng)加速度。例8：產(chǎn)品重力為300N,底面尺寸為30×30cm2，產(chǎn)品上的脆弱部件具有25Hz的固有頻率，0.02的阻尼比，可承受的最大沖擊加速度為45g。產(chǎn)品的沖擊防護(hù)設(shè)計(jì)采用了全面緩沖方法，選用的緩沖材料厚度為10cm，產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中，受到的振動(dòng)輸入如圖所示，忽略疲勞作用，確定這樣的襯墊是否提供足夠的振動(dòng)防護(hù)。4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

緩沖襯墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緩沖襯墊的形式受壓面積的調(diào)整4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

緩沖襯墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶突起物的緩沖結(jié)構(gòu)預(yù)留變形量的結(jié)構(gòu)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

緩沖襯墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)產(chǎn)品固定產(chǎn)品防移4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

緩沖襯墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)外側(cè)凸筋結(jié)構(gòu)長(zhǎng)形產(chǎn)品緩沖結(jié)構(gòu)4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

緩沖襯墊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有突出部分產(chǎn)品的緩沖設(shè)計(jì)大型產(chǎn)品的緩沖包裝4.3緩沖材料及襯墊面積與厚度的設(shè)計(jì)

等效面積理