20世纪70年代以来

自动包装流水线压盒模具设计绿色化改进摘要：包装机械是现代包装工业生产包装产品的最主要的技术设备，随着高新技术向包装机械行业的日益渗透，一方面人们不断开发新产品，刺激消费并淘汰旧产品，另一方面在消耗资源进行大量生产的同时，废弃物不断增加，对环境造成极大的危害。

因此，必须改变传统的包装机械设计及开发模式，在设计阶段就要考虑到使包装机械在其全生命周期中(设计、加工制造、装配、使用、维修直至废弃后处理处置过程)对环境无影响或使影响最小化、资源低耗、易于回收等绿色特性，即进行绿色设计。

关键词：包装机械绿色设计改进上世纪50年代开始，伴随着日益加快的现代化进程速度，作为附属产业的包装行业也取得了长足的发展，并且在现代的生产过程中扮演着重要的角色。

在世界范围内，包装行业迅速发展为涉及到各行各业，并且对生活的方方面面、国际经济贸易乃至国防建设都具有深刻影响的特殊行业。

基于包装行业迅速的崛起，包装机械作为该行业的重要机械设备也迅速的发展，无论从设计过程还是具体应用，较之以往的机械都有了很大提高。

时至今日，在一些技术发达的西方国家，包装机械已被广泛的应用于电子生产、食品加工、化纺轻工、医药卫生等行业，各类包装机械构成了自动包装流水线，从而实现了生产包装的机械自动化，在提高了生产效率的同时降低了包装成本，节省了大量的人力物力，很好的满足了现代化生产的需求。

20世纪70年代以来，工业污染所导致的全球性环境恶化，达到了前所未有的程度，日益严重的生态危机要求世界各国加强环境保护，以拯救人类赖以生存的地球，确保人类的生活质量和经济的可持续发展。

进入90年代以来，尤其是1992年6月世界环境与发展大会通过《21世纪议程》以后，各国的环保战略经历了一场新的转变，全球的产业结构调整呈现出新的绿色战略趋势，这就是向资源利用合理化、废弃物生产少量化、对环境无污染、少污染的方向发展。

在这种“绿色浪潮”的推动下，绿色设计应运而生，相应地绿色产品设计技术也成为目前国内外的研究热点。

因此，必须改变传统的包装机械设计及开发模式，在设计阶段就要考虑到使包装机械在其全生命周期中(设计、加工制造、装配、使用、维修直至废弃后处理处置过程)对环境无影响或使影响最小化、资源低耗、易于回收等绿色特性，即进行绿色设计。

本文主要就是基于绿色设计对以前所设计的自动包装机进行绿色化改进：一、包装机设计要求简介1.1食品包装盒展开图如图1所示：图1食品包装盒示意图（单位：mm）按照生产要求，为适应不同规格的包装盒的包装要求，模具要求可替换性，达到一机多用，并且更换模具时，模具的安装拆卸要简单方便，通过相应模具与气动元件、控制模块的协调动作，实现包装盒一次成形、装料、密封包装、出料等成套功能，有效减少用工需求，提高工作效率。

1.2方案分析考虑到实际生产中的要求以及设计要求，要实现食品包装盒包装的流水线作业以及高自动化，流水线框架应该采用环形结构。

根据压盒装置需要完成的工作不同，设置工位数量为四个，均布在环形流水线的工作盘上。

压盒模具装置在第一工位完成的工作是完成机械臂将食品包装盒放入模具下模时纸盒在下模的定位，第二工位完成的工作是将纸盒的四个小侧耳及将纸盒两个大侧耳翻起并将它们粘合以便第三工位完成其工作，然后用真空吸盘吸住食品包装盒底部将其顶起完成填料工作同时可将压在模具中耳下的顶盒顶出来使其竖立起来，以便喷胶。

第三工位完成的是喷胶和扣盒工作，第四工位是将包装好的食品包装盒从盛盒箱中顶出。

因为选定的食品包装盒的的材料是厚度为0.333mm 的2502/m g 2号白卡纸。

所选用的白卡纸硬度不高，弹性较大，冲压成型后若立刻顶出模具进行其他的工作，食品盒将会不能保持冲压之后的形状，进而影响后面的工作，使流水线生产不能进行。

因此选择冲压之后，食品盒一直位于模具的下模之中，直到完成填料、喷胶，合盖等工作之后，再将食品盒顶出。

这样就要求下模随流水线运动到各个工位，以完成后续的工作。

因此，设定流水线的四个工位皆装备一套模具的下模，完成冲压的上模、填料装置、喷胶装置、合盖装置装备在流水线下模的上面，固定于流水线的骨架上，不随流水线转动，待食品包装盒随下模转动到其所在工位时在完成相应的工作。

简要概括四个工位的工作情况为：第一工位，完成食品包装盒在模具上的定位及喷胶工作；第二工位，完成翻起四个小侧耳使小侧耳与大侧耳粘合及填料工作；第三工位，完成喷胶和合顶盖工作；第四工位：完成大侧耳与纸盒底部大侧耳粘合及顶料工作。

图2 食品包装盒冲压完成示意图1.3工作原理送料机械臂将一个食品包装盒板料送到第一工位的下模上完成定位，四个工位间的角度都是︒90就会转一次工位，通过其他工90，工作盘在转动时，每转︒位完成后继工作。

定位完成后，工作盘转动︒90，模具下模随工作盘旋转到第二工位，开始冲压，通过气缸带动压板完成将食品包装盒四个小侧耳翻起的工作并且在第一工位完成喷胶后使大侧耳与小侧耳粘合，同时在吸盘顶料装置的作用下完成填料工作。

第二工位工作完成后，模具体旋转到第三工位，完成顶盖大侧耳的喷胶工作，再完成合顶盖工作。

第三工位结束后，模具体旋转到第四工位，完成喷胶封盖，顶料工作。

通过模具体下方的顶料装置将盛有食品的食品包装盒顶出，在这个过程中完成胶封工作，再由气缸动作将食品包装盒推到倾斜滑板上。

二、包装机流水线机械设计的关键绿色化改进2．1 包装机械的结构绿色化设计目前，包装产品已趋向精致化及多元化，在这种大环境变化下，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机械方能适应市场需求。

正基于此，绿色包装机械的结构设计除应满足进行工商业产品包装功能的基本要求外，主要考虑提高资源利用率，结构易于拆卸和回收处理。

较低的资源消耗、良好的拆卸性能和回收性能是包装机械进行绿色设计的主要内容。

其具体原则为：简化包装机械的结构设计，尽量减少可有可无的零件；采用多功能的零件，使零件数量减少，减少资源消耗；对零件、支撑、载荷的布置进行优化设计，使整机产品尽可能“小型化”，提高材料利用率。

2，2 面向材料的包装机械绿色化设计面向材料的设计技术是以材料为对象，在产品的全生命周期(设计、制造、使用、废弃)中的每一阶段，以材料对环境的影响和有效利用作为控制目标，在实现产品功能要求的同时，使其对环境污染最小和资源消耗最少的绿色产品设计技术。

基于此，在进行绿色包装机械设计时，对于所使用的材料的选择与管理应遵循：1)使用易于进行加工制造的材料，降低包装机械零件加工的难度与废品率，并切实抓好机、电、气液等配套基础件的加工质量，尽量减少能源消耗；2)尽量减少所用材料种类，尤其是基于成本考虑，应尽量少用稀有昂贵的原材料；3)优先使用可回收、易分解、可循环利用、低污染的材料；4)包装机械所用的各种材料往往具有各向异性，所以在进行包装机械的绿色设计时，应综合考虑所用材料的取向作用，从而使其性能得以最大发挥。

5)考虑新型包装材料的需要，包装材料的变化将引起包装机械的变化，包装机械进行绿色设计时，针对特定物料、特定材料设计将更能促进其经济效益的提高。

6)为便于回收，在包装机械所使用的材料上要标注出其型号、种类、等级等。

2．3 包装机械的制造工艺设计包装机械的绿色制造工艺设计包括以下内容：1)采用合理的新型加工方法，优化包装机械的工艺设计方案，确定最佳工艺参数，降低原材料消耗，使生产过程的废料最少化；2)采用合适的包装机械生产工艺，减少废次品，提高产品合格率，提高能源利用率，降低消耗；3)在包装机械的生产过程中应尽量减少对环境或操作者有影响或危害的物质。

2．4 模块化设计模块化设计是进行包装机械的结构设计的一种有效方法，也是绿色产品设计中确定其结构方案的常见手段之一。

模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能、或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，以满足市场的不同需求。

包装机械特别是一些结构复杂的包装机械产品，都是由若干具有一定功能的子部件组成的。

在进行设计时，应尽可能将各子部件设计成相对独立的功能模块，例如包装机械整机设备采用单元组成，换用一个或几个单元，即可应包装产品的变化。

这样将绿色产品设计思想与模块化设计方法结合起来，可以同时满足包装机械的功能属性和环境属性，因此一方面可以缩短包装机械的研发周期，增加产品系列，提高其质量，以快速应对市场的变化；另一方面也可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和包装机械废弃后的拆卸、回收处理。

2.5可拆卸设计良好的可拆卸性是包装机械便于维护、所用零件材料可回收、可再生的重要保证，只有具有良好的可拆卸性才能实现完全的材料回收和可能的零部件再利用，从而达到节省成本、减少污染、保护环境的目的。

基于此，先应从观念上重视可拆卸性设计。

包装机械的研发人员应经常与使用者、产品维护及资源回收部门取得联系，获取包装机械的结构在拆卸方面存在的不足，并为可拆卸性设计的发展准备有关数据资料。

其次，为便于拆卸，包装机械进行整机的系统规划时，就要从结构上考虑拆卸的难易程度，提出相应的设计目标、结构方案。

2．6 均衡寿命设计实现产品各部件使用寿命的均衡性是绿色产品设计的一项基本原则，因此在绿色包装机械设计中，还必须考虑所设计的包装机械的零部件应具有均衡的使用寿命。

很显然，对于包装机械而言，要达到使其每个零部件具有相同或相似的使用寿命是不可能的。

正基于此，在设计开发时，应考虑使包装机械整机设备的一些重要组成模块具有较长的寿命，同时设备中易于损坏的模块应易于更换，对于一些关键涉及到安全的模块在设计时应考虑设计成可维修、便检测的结构。

2．7 人机工程设计人机工程设计的目的是为减少包装机械使用中人的差错，发挥人和机械各自的特点以提高包装机械整体的可靠性。

利用人机工程学原理优化包装机械的人机系统，比如，在进行包装机械的绿色设计时，其控制、操纵系统要可靠，不仅要求包装机械本身有满意的精度，而且适于入的使用习惯，便于识别操作，不易出错，牵扯到安全问题的，更应进行对人的防误操作设计；再者设计的操作环境尽量适合于人的工作需要，减少引起疲劳、干扰操作的因素，如温度、湿度、气压、光线、色彩、噪声、振动、沙尘、空间等，从而促使包装机械达到人机系统的最佳效率，以提升劳动生产率及工作质量。

2．8 可用性设计包装机械是现代包装工业的骨干，它是集合机、电、气、光、生、磁于一体的机械电子设备。

基于可用性的考虑，在进行包装机械的绿色设计时，应着力提高包装机械的可靠性和稳定性，着力于提高包装机械的自动化程度，将包装机械的研发与计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统、状态检测自动诊断系统、计算机辅助设计、快速成形技术等工艺技术更多地应用于包装机械之中。