缓冲包装与结构设计1 课程设计说明书

缓冲包装与结构设计课程设计说明书题目：格力空调扇的缓冲包装与结构设计
学生姓名：周文峰
学号： 201209030231
院（系）：设计与艺术学院
专业：包装工程
指导教师：巩桂芬
2014 年 12月6 日
陕西科技大学
《缓冲包装与结构设计》课程设计任务书
轻工与能源学院包装工程专业2012 班级学生：周文峰
题目：格力空调扇的缓冲包装与结构设计
课程设计从2014 年12月8日起到2014 年12月21 日
1、课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：
（一）被包装物品的详细说明
①产品名称、特性、价格、用途、产地、销售范围等；
②尺寸（含外形简图）、重量；
③产品机械性能和包装特殊要求。

（二）关于流通环境的调查和分析
①流通时间、堆码、装卸方式；
②根据产品（包装件）尺寸、重量确定跌落高度H。

③查阅流通环境的频率谱。

（三）选择合适的缓冲材料
①了解可选缓冲材料的各种特性；
②可选缓冲材料的静态压缩特性曲线(C-σm)；
③可选缓冲材料的动态压缩特性曲线（G m-σst）。

（四）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；
②根据产品的价值和安全需要确定安全系数n，计算许用脆值[G]。

（五）进行缓冲包装设计
①根据产品的许用脆值[G]，跌落高度H和缓冲材料的缓冲特性曲线，初
步设计缓冲衬垫的面积A和厚度T。

②对缓冲衬垫进行校核。

③对缓冲衬垫进行结构设计。

（六）外包装箱设计
①根据产品重量，选择外包装瓦楞纸箱的箱型和瓦楞层数，楞型，确定
所用瓦楞纸箱的抗压强度，计算堆码层数。

②根据产品和缓冲衬垫的最大外廓尺寸，计算外包装瓦楞纸箱的内尺寸、
外尺寸、制造尺寸。

③确定瓦楞纸箱封箱、钉箱要求。

④进行瓦楞纸箱外包装装潢设计。

（七）小结
2、对课程设计成果的要求〔包括图表、实物等硬件要求〕：
①设计说明书一份
②缓冲衬垫的结构图一份；
③外包装箱容器的展开图一份；
④瓦楞纸箱外包装装潢设计图一份。

3
指导教师：龚桂芳日期：2014年12月16日教研室主任：日期：
目录
1.课程设计目的与任务
1.1 课程设计的目的
1.2课程设计的任务
2.产品介绍
3.流通环境
3.1流通的基本环节
3.2确定跌落高度
3.3流通环境的频率谱
4.选择合适的缓冲材料
4.1可选缓冲材料的特性
4.2缓冲材料的缓冲特性曲线
5.确定产品的脆值
6.缓冲包装设计
6.1初步设计
6.2衬垫校核
6.3缓冲衬垫的结构设计
7.外包装箱设计
7.1箱型的选择
7.2尺寸计算
7.3瓦楞纸箱强度计算
7.4瓦楞纸箱封箱、钉箱要求
7.5瓦楞纸箱外包装装潢设计
8.小结
参考文献资料
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
为某型号家电产品（例如：冰箱、空调、洗衣机或电视机等）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
又称环保空调，节能环保空调,
是一种集降温、换气、防尘、除味于一身的蒸发式降温换气系
随着蒸发风扇的大批量生产和供应蒸发风扇的运输业成为其中一个重要的环节,为此不同的包装形式也就应运而生，然而其目的都是为保证产品在出厂到销售物流过程中免受损坏，并且吸引消费者购买本公司的产品，刺激消费者的购买欲望等。

3. 流通环境
3.1流通的基本环节
流通的基本环节有三个：装卸搬运环节、运输环节、储存环节。

1)装卸搬运环节
在装卸搬运环节中，由于此产品的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。

以为流程越长，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
运输环节中，由于此产品的销售范围广，既要有长途运输也要有短途运输，所以涉及到的交通工具种类比较多，包括汽车、火车、船舶、飞机和电瓶拖车、铲（叉）车、手推车等。

运输过程对货物包装件造成的损害原因有：冲击、振动、气候条件和其他原因等。

一般此产品从包装车间要经铲车、电瓶车运送到仓库中，此时运输工具的启动、变速、转向、刹车会使产品改变速度，导致冲击损坏；当产品有仓库运送到铁路上及铁路运输过程中，由于交通工具会受到路面状况、路轨接缝、发动机振动、等因素影响，会产生振动。

而且此过程中还会受到气候变化的影响等等。

3)储存环节
贮存方法，堆码重量、高度、贮存周期、贮存地点、贮存环境（如光、风、雨、虫、霉、鼠、尘、有害气体等）直接影响产品包装件的流通安全性。

仓库的建筑结构型式对贮存环境中温度、湿度、气压等因素影响甚大。

3.2确定跌落高度
由表1-1可知格力KS-0503D空调扇的机身重量为10.41Kg，故从上表4-4可以得到产品的跌落高度为61cm。

3.3 流通环境的频率谱
. 4.选择合适的缓冲材料
4.1可选缓冲材料的特性
常见的用作缓冲包装的材料主要有以下几种：
发泡聚苯乙烯（EPS）
聚苯乙烯泡沫塑料是目前包装上用量最大的缓冲材料。

它通常为硬质、闭孔泡沫结构，密度低，一般为0.015一0.07g／cm3；它的缓冲性能好；有优良的防潮性、防霉性、隔热性和电绝缘性;吸水率低；易于成型加工；且价格便宜。

主要缺点是韧性较差，废弃物体积大，不易处理；且燃烧时产生的苯乙烯气体会污染环境等，所以近年来它在包装上的使用也逐渐受到限制。

聚氨酯泡沫塑料（EPU）
它是具有一定开孔率的开孔泡沫塑料，有一定限度的弹性回复。

通常是在采用现场发泡成型，具有成型方便、缓冲性能优异等优点，广泛用作易碎品及精密仪器元件的缓冲包装；聚氨酯海绵制品是环保材料，对产品起到绝缘、密封、防震、防尘、填充、隔音、固定和美化作用；尤其是抗静电海绵，它不仅对电子产品、芯片起到一般海绵的保护作用，还具有防静电作用，保护电子产品不受静电破坏；而且聚氨酯海绵制品手感细腻，具有较强的回弹性，持久使用不易变形，切割平整。

发泡聚乙烯（EPE）
EPE俗称“珍珠棉”，是30-40倍高发泡成形的产品，重量轻，有一定坚固性、柔软性、缓冲性能，受反复冲击其特性不变，是一种高强缓冲、抗振能力的新型环保材料，EPE 能抵御外界的酸缄腐蚀，是一种易于加工和处理的新型保护型包装材料，EPE柔韧、质轻、富有弹性能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，它导热率很低，隔热性能优异，独立气泡，几乎没有吸水性的放水材料。

不受各种气候条件影响，耐气候性优越。

切割、粘合、
层压、真空成形、压缩等的加工性优秀。

聚丙烯微孔泡沫塑料（PP）
它是一种低密度、具有密孔结构的定向聚丙烯泡沫片材，它是近年来出现的一种新型缓冲材料。

聚丙烯微孔泡沫塑料具有优良的纵向抗张强度，由于其特殊的密孔及薄而柔韧的孔壁，使它具有极佳的回弹性和柔韧性。

它的微孔能吸收大量的冲击和振动能量，是非常好的缓冲材料。

聚丙烯微孔泡沫塑料的泡体气相体积百分率高达99％，并有大量的微小密闭孔，因此它也是一种优良的隔热材料。

但他对光的稳定性差。

聚氯乙烯泡沫塑料（PVC）
聚氯乙烯泡沫塑料是发展较早的一种泡沫塑料，它分软质和硬质两种，而以软质居多。

聚氯乙烯泡沫塑料也是一种缓冲包装材料。

它具有良好的机械强度、缓冲防震性能和耐化学腐蚀性，吸水率低；不易燃烧，且价格便宜。

但它的热稳定性较差，其分解产生的氯化氢气体对某些包装产品有一定影响。

缓冲包装材料在缓冲包装技术中有着重要的作用，一方面延长外部激励作用时间，降低包装产品的动态响应，另一方曲消耗外界激励传递给包装产品的冲击与振动能量。

聚氨酯泡沫价格较贵，一般用于精密仪器，PVC的毒性和污染较大且分解易产生氯化氢气体可能对被包装物产生影响，而国内电视机产品包装所用缓冲材料一般为EPE和EPS，又考虑到EPS污染较大，同时其最大应力值又普遍较低，因此这里选取发泡聚乙烯（比重为0.42）作为海信LED32K580X3D的缓冲材料。

其缓冲系数-最大应力曲线如下图3-1 曲线11 所示
故综合之，选择泡沫聚苯乙烯（EPS）为缓冲材料较为合适。

4.2缓冲材料EPS的静态压缩特性曲线
图4-1 缓冲材料EPS（试样密度：0.0070g/cm3）的静态压缩特性曲线
4.3缓冲材料EPS动态压缩特性曲线
图4-2 缓冲材料EPS（试样密度：0.0175g/cm3)动态压缩特性曲线
综合以上所述EPS和EPE 的特性以及分析它们各自的静态、动态压缩特性曲线，可知:①EPE与EPS相比，成本较高，刚度较差，不能模塑。

目前只用于中小批量、较贵重的和易碎的产品做缓冲包装，由于比EPS易于回收利用，目前在出口产品包装中应用较广，而XQB60—M1038型号的海尔洗衣机主要在国内销售，所以相比之下选择EPS更实惠、有效。

5.确定产品的脆值
由书P97表4-2和表5-6 26查得蒸空调的G值取45g
6.缓冲包装设计
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、局部缓冲包装和悬浮式缓冲包装三种方法。

全面缓冲包装由于产品与缓冲材料之间接触面积大，静应力小，缓冲厚度小，因而可以缩小包装件尺寸，降低物流成本；局部缓冲包装是在不同部位提供与之脆值相对应的缓冲厚度，它的缺点是包装产品时角衬垫位置容易乱，模切时耗费材料；悬浮缓冲包装主要用于贵重仪器的运输包装和空投包装。

综上选用局部缓冲包装设计。

6.1初步设计
该设计中选用局部缓冲形式，以两个结构及尺寸相等的楞衬垫进行缓冲设计。

只有产品的两边端面与衬垫完全接触，其面积S=41×84.6=3468.6cm ².先确定衬垫厚度T 以及缓冲面积A ，计算公式为：
G CH T = 和 m
WG
A σ= 由上节可知比重为0.42的EPE 最小缓冲系数C=3.6,对应的的应力值σm=2.3×105。

6.2衬垫校核 1）产品强度校核
应校核产品在载荷方向上与缓冲材料的接触部分（承载面）的强度。

σ=WG/A 最小支撑面积Am=590cm ²,对应的σ=104.1×90×10 ⁴÷590=1.59×105＜2.3⨯105。

满足强度
校核
2)绕度校核
挠度校核：衬垫尺寸的面积与厚度之比超过一定比值时，衬垫容易挠曲线或变弯，
大大降低衬垫的负重能力。

衬垫的最小承载面积Amin 与厚度应满足：
Amin>（1.33T ）2
由于为楞衬垫Amin=A ₁=295 cm ² ＞ (1.33T ）2 =40.8 cm ²。

此式显然成立，因此衬垫的面积是稳定合理的，满足挠度的校核。

3）跌落姿态校核
在衬垫的基础设计中所引用的一系列实验特性曲线和数据，都是以假定的理想姿态为前提的，但衬垫在实际的流通过程中，包装件跌落姿态千变万化，有角跌落、楞跌落、面跌落等，其中角跌落的情况最复杂，所受冲击振动等也最大，因此需对角跌落的等效面积进行校核。

角冲击的等效跌落面积即构成此角三个侧面在水平面的投影面积。

由立体几何知识可知，缓冲衬垫的面积与产品的侧面积之比等于衬垫投影面积与产品投影面积之比。

设衬垫投影面积分别为S ₁’、S ₂’、S ₃’，衬垫三个面的面积分别为
21A ,2
1
A ,S.则有： )(
:':2
2
2
1d
b l lbd s bd S ++= →2
2
2
1'd
b l lbd S ++=
)(:':222221d b l lbd
s lb A ++= →222122'd b l d A S ++=
)(:':222231d b l lbd
s ld A ++= →222132'd b l b A S ++=
又321S S S Ae ++=
代入数据得到Ae=241.4+3.8+27.3=272.5 cm ² 又静应力公式：Ae
W
s =σ
所以此时静应力σm=104.1×10⁴÷272.5=0.38×105
图3-1发泡聚乙烯动态缓冲特性曲线（H=80CM ）
由图3-1，因为此设计中最终T=5.3，其特性曲线应介于图中曲线5与曲线6之间。

显而易见静应力σs 对应的G 值在40与60之间，总是小于设计中脆值G=60的，因此角跌落校核满足合理条件。

综上校核，缓冲衬垫所确定的面积和厚度合理。

6.3缓冲衬垫的结构设计
缓冲衬垫厚度T=5.6×60÷90=3.7cm ，面积A=104.1×90×104÷（1.6×105）=585.6 cm ²。

A 比S 小不少，这里取整数590cm ²，又为两楞衬垫，单个衬垫的缓冲面积A ₁=295 cm ²。

缓冲衬垫结构设计平面图7.外包装箱设计
7.1箱型的选择
选择0201型，BC双瓦楞
7.2瓦楞纸箱的尺寸设计
空调扇的规格为L×B×H=300×360×750mm。

7.3瓦楞箱盖抗压强度的计算
表4-3楞常数与箱常数
7.4确定瓦楞纸箱封箱、钉箱要求
常规的封箱方式是使用透明胶带或热熔胶，热熔胶封箱是封在纸箱内侧,返工的话应该影响不大，透明胶带用于外侧，比较方便拆卸。

一般使用透明胶带的封箱方式。

7.5瓦楞纸箱外包装装潢设计
8.小结
我选择的是格力KS-0503D空调扇作为设计产品，通过对产品特性分析和市场调查，根据运输包装课堂上老师所讲的流通环境一章，我对此电磁炉在运输过程中的流通条件进行了大致的分析和总结并确定了其脆值，接着为了保证在运输过程中使产品尽可能能完整无损，对产品进行缓冲包装设计，最终根据产品的性能及缓冲材料特性，选择了泡沫聚苯乙烯塑料，其密度为0.08g/cm2，作为缓冲衬垫，并采用全部缓冲包装形式对其进行设计；然后是是选择外包装瓦楞纸箱，经校核满足要求；最后设计了合理的包装件测试实验大纲。

通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关运输包装方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

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.。