包装工程课程设计-方正笔记本电脑缓冲包装设计说明书

方正笔记本电脑
缓冲包装设计说明书
班级：包装工程0702班
姓名：
学号：2007244030215
目录
一、中英文摘要--------------------------------------------------------1
二、课程设计任务书------------------------------------------------2
三、正文
1.设计内容的整体概述----------------------------------------------------5
2.设计方案的确定方法，包括流通环境、产品特性、材料选择、缓冲包装方法等------------------------------------------------------------------6
3.缓冲设计计算与校核--------------------------------------------------13
4.外包装容器设计计算--------------------------------------------------14
5.包装技术经济核算-----------------------------------------------------21
四、结论---------------------------------------------------------------------21
五、参考文献-------------------------------------------------------------22
一、中英文摘要
摘要：针对现在市场对笔记本电脑需求量大，在运输及销售环节中往往会对其质量和外观造成一定的破坏。

因此，选择合适的材料一结构、计算策划准确的尺寸对于缓冲衬垫和包装箱的设计师非常重要的。

本文是在确定设计对象的尺寸和流通环境条件的基础上，针对14.1英寸笔记本电脑进行了系统的运输包装设计。

关键词：笔记本电脑；流通环境；缓冲衬垫；瓦楞纸箱；运输包装；包装设计；集装箱
Abstract: To the market of laptop is very large, The
laptop’packing must protect laptoops from being damaged during transportation. It is very important for its cushion and outer-packing to choose suitable packaging material and structure , Based on the explicit size and the circulation environment of the designed ohject, this dissertation designs packing for the 14.1 inch laptop.
Keywords: laptops; circulaotion; cushion; corrugated case; transport package; package design; containers
二、课程设计任务书
1.设计题目：机电产品（主机、显示器、电视机、打印机、电子产品、电子仪器等）的运输包装系统设计
2．设计任务：
1.完成产品缓冲包装设计的整体论述，包括流通环境的确定、产品特性、材料选择等。

2.完成缓冲设计的计算与结构设计及相适应的校核
3.完成缓冲衬垫结构设计图纸与缓冲包装装配图（A3图2～3张）及技术文件
4.设计并绘制纸箱展开图，外装潢设计以及三维立体效果图。

（需标注尺寸和运输包装标识）
5.选择集合包装容器（托盘和集装箱），并计算码盘率和装箱率（要求不得低于85%）
6.完成设计说明书，内容包括：
①目录
②设计说明书的英文摘要、中文摘要
③课程设计任务书
④正文
a.设计内容的整体概述
b.设计方案的确定方法（流通环境、产品特性、材料选择、缓
冲包装方法等）
c.缓冲设计计算与校核
d.外包装容器设计计算
e.包装技术经济核算
⑤结论（存在的问题与收获）
⑥参考文献
三、正文
（一）概述
电子产品属于技术密集型产品，随着科技的日益进步，电子元器件由电子管发展到晶体管、集成电路，直到如今的超大规模集成电路。

电子零部件的尺寸越来越精细，电路板的走线越来越复杂，越来越细小，因此，电路板或是电子整机产品对外界环境的要求也越来越高。

其主要原因：一是电路板或电子产品内部结构复杂，零部件生产精密，不能承受外力冲击、磕碰；二是电路板怕潮湿，受潮，大量水气会侵入电路板形成水溃，造成短路，或使金属接口氧化；三是怕灰尘、油脂，灰尘、油脂的进入会妨碍电路板接点间的电流传到，污染内部线路，影响零部件，造成损害；四是怕静电，过大的静电会击伤电子产品内的一些电子元件，造成零部件短路，最终直接损害整个机器；五是怕高温，过热的高温环境不但会使电子产品的外观至损，也会使内部一些零件的性能不稳定，直接影响产品的使用功能。

笔记本电脑由于其重量轻、体积小，随身携带方便，又很大的市场潜力。

但在销售及运输过程中，其外观及功能可能遭到不同程度的破坏，影响了笔记本电脑的使用价值。

因此，对笔记本电脑设计出切实可行的包装方案，具有着重要的意义。

（二）设计方案的确定
1.流通环境的确定
流通环境是指包装件在流通环境中所接触的一切外部存在。

对物流环境的的残酷程度的判定是缓冲设计的重要一步，主要判定存在何种运输危险和危险程度，它包括搬运过程中的偶然跌落，运输工具的振动、冲击，温湿度极限和堆码压力，在这里主要涉及冲击和振动，但是其他因素在包装设计中也是非常重要的。

1.1冲击环境
在包装件（指产品、包装容器和缓冲衬垫组成的系统，以下均称包装件）的冲击环境中，工人在装卸货物时由于不慎而造成的跌落对产品的激励最为强烈，是导致产品破损的主要原因。

流通过程中还经常出现各种各样的垂直和水平冲击，如机动车和起重机的启动、停车和紧急刹车、铁路车辆的碰钩挂接、货物在机动车上的滑动、飞机起飞和着陆等。

这些垂直和水平冲击都可以按加速的大小折算为等效的跌落高度。

因此，在设计缓冲包装时，用跌落高度定量地描述流通过
程中冲击环境的严酷程度。

这样，确定冲击环境，就最后归结为确定包装件的设计跌落高度。

包装件在装卸作业中的跌落高度是通过广泛调查和测试获得的。

人们在对这种调查和测试资料进行分析时发现，包装件的跌落高度与它的质量和尺寸有关，如表1所示：
跌落高度与货物质量及尺寸的关系[1]
工人在装卸货物时，其操作方法是由两个因素决定的：一个因素是操作方便，能较好地适应人体活动规律；另一个因素是提高工作效率，能用较少的时间完成较多的工作量。

质量小、尺寸小的货物，工人不但能一手提起，而且能不费力气地将它抛起，比较而言，抛起比
起提起更快更省力气。

在这种情况下，如果造成货物跌落，其高度就很大。

随着货物质量的增加，一手提起既费力气又不方便，工人就会改用双手抱起。

在这种情况下，由于货物不会被抛起，跌落高度随之减小。

劳动科学研究表明，工人装卸作业时，货物尺寸以80cm为好，货物重量以工人体重（约60kg）的三分之一为好。

因为货物尺寸为80cm时，工人只要自然张开双手，就能将它抱起，操作最简便，人体活动最自如。

对于身体健康的工人来说，货物质量为身体的三分之一，劳动效率最高，而且不容易疲劳。

货物质量再增加，双手不能抱起，就会改用肩扛。

在这种情况下，如果不慎跌落，其高度又会大大增加。

货物质量再增加，一人难以扛起，就会改由两个人抬起。

在这种情况下，由于货物离地较近，即使不慎跌落，其高度也会大大降低。

以此类推，如表1所示。

综上所述，笔记本电脑的跌落高度大约为0.6m。

包装件的跌落高度是个随机变量，只有通过测试才能知道它的大小。

研究跌落高度的方法是制作测试箱。

随同大批货物一起进行装卸和随车运输实验。

为了保证测试的真实性，测试箱的外形、尺寸、质量和重心位置与其他包装件完全一致，工人在作业中是难以分辨的。

1.2振动环境
1.2.1汽车影响汽车振动的主要因素有路况、车况、车速与载重。

汽车在振动的频率在0～200Hz的范围内，加速度峰值在0.1～3g之间。

频率为5Hz时，加速度在0.1g以内的概率为90%，超出0.3g的概率只有0.5%，可能出现的最大值为3g。

[2]
汽车振动的加速度频率曲线
1.2.2火车铁路货运车辆也是个振动系统，垂直方向的固有频率约为4～6Hz。

货车行驶时之所以振动，主要的外因是钢轨接头处对车辆的周期性脉冲激励，脉冲的频率是由车速和钢轨的长度决定的。

铁路货车行驶时振动的频率在0～300Hz的范围内，加速度峰值不超过1g，峰值小于0.05g的概率为90%，峰值在0.05g～1g之间的概率只有10%。

与汽车相比，铁路货车的振动远不及汽车强烈，不足以威胁产品在流通中的安全。

火车振动的加速度频率曲线
如表2所示：
铁路、公路运输时所产生的振动
1.2.3船舶船舶是个弹性结构，自身就是个振动系统。

海水的浮力与弹簧类似，所以在海上航行时与海水也构成复杂的振动系统。

船舶产生震动的原因，一是波浪对船舶的周期性冲击，二是舱内柴油机、螺旋桨及其传动系统运转时产生的周期性激振力。

按简谐振动理论分析，在平静的海面上稳定航行时，船的振动比较轻微，其加速度峰值及其频率分布与火车相当。

船在海上遇到风暴时会产生强烈的振动，其加速度峰值及其频率分布与在恶劣路面上行驶的汽车相当。

1.2.4飞机飞机飞行时之所以振动，一是受到气流的激励，二是受到发动机的激励。

货运飞机大多是大型喷气式飞机，喷气机起飞滑行阶段的振动频率为15～100Hz，加速度峰值在0.5g以内，属于轻微振动。

喷气机稳定飞行阶段的振动频率为100～1000Hz，加速度峰值约为1g。

因为包装件中产品衬垫系统的固有频率很低，缓冲衬垫对喷气机的高频振动由很好的隔振效果。

所以航空货运导致产品破损的可能性很小。

空运到加速度频率曲线
2.产品特性
PConline产品库——规格参数
型号：R640(T2390)
处理器：Intel Pentium Dual-Core(Merom) T2390(1.86G) 主板芯片组：SIS M671DX+SIS 968芯片组
内存容量：1024MB
硬盘容量：160GB
光驱类型：内置,Combo
屏幕尺寸：14.1英寸
显示芯片：集成,SIS Mirage 3
网卡：内置10-100M网卡
无线通讯：802.11b/g无线网卡
2.1产品外形尺寸长333mm，宽244mm，高37mm。

2.2产品重量 2.4kg
2.3产品重心位于笔记本电脑中部偏向电池的位置
2.4产品的脆值
脆值是产品经受振动和冲击时表示其强度的定量指标，由称产品的易损度，是设计产品缓冲包装中的重要参数。

在实际生产中，一般通过实验来测定产品的脆值。

通过查资料，比较日本、英国同类产品的脆值，产品脆值取[G]=40g
3.材料的选择
目前普遍用于电脑缓冲包装的是发泡聚苯乙烯（EPS）与发泡聚乙烯（EPE）。

发泡聚乙烯，俗称珍珠棉，是一种低密度、半硬质的、闭孔结构的、耐候性好的、无毒的、耐腐蚀、阻水的和易回收的聚乙
烯聚合物。

发泡聚苯乙烯是一种可模塑的、轻质的、半硬质的、闭孔的和低成本的缓冲材料。

聚乙烯泡沫塑料发泡均匀、柔软、呈透明状，有较好的缓冲与机械性能，压缩不易断裂，高低温环境下不易老化，可与产品直接接触不会产生化学变化及腐蚀现象。

故综合考虑决定使用聚乙烯泡沫塑料（比重为0.032g/cm3）作为设计的缓冲材料。

4.缓冲包装方法和衬垫的结构设计
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、局部缓冲包装和悬挂式缓冲包装等三种方法。

全面缓冲包装法是在产品与纸箱之间填满缓冲材料，如木屑、纸屑、棉花等。

局部缓冲包装法是采用预成型的缓冲材料对产品的角、楞、侧面或易损关键部位等处提供缓冲，不同部位提供与之脆值相对应的缓冲厚度，可以大大节约缓冲材料，降低包装成本和物流成本。

悬挂缓冲包装法主要用于贵重仪器的运输包装和空投包装。

为了使用最少的缓冲材料取得最好的缓冲效果，降低包装成本，所以本设计选用局部缓冲包装法对该产品进行包装。

由于笔记本电脑的重心位于中后部，所以缓冲衬垫的主要承载部分在前部；由因为笔记本电脑的外形和重量均左右对称，所以缓冲衬垫也设计成左右对称结构。

由于笔记本电脑外形是比较规则的几何结构，所以不考虑突起物的问题。

（三）缓冲设计计算和校核
1.缓冲衬垫计算
根据发泡聚乙烯的缓冲系数与最大应力曲线，使用最小缓冲系数法，在发泡聚乙烯的缓冲系数与最大应力曲线中作一条水平切线，切点的纵坐标对应最小缓冲系数C min，横坐标对应一个最大应力σm，由公式T=CH/G，可以求出衬垫厚度T，由公式A=WG/σm可以求出衬垫面积A。

已知产品重2.4kg，脆值为40g，等效跌落高度为60cm。

采用小缓冲系数法，可得C min=3.3，σm=550KPa。

根据公式
T=CH/G和A=WG/σm，
可得：T=CH/G=3.3×60/40=4.95cm
A=WG/σm=2.4×9.8×40×10/550×1000=171.1cm2
2.缓冲衬垫校核
2.1挠度校核
当衬垫的面积与厚度之比超过一定厚度时，衬垫容易挠弯或变弯，大大降低衬垫的负重能力。

为了避免挠弯，衬垫的最小承载面积A min与厚度之比应符合以下规定[3]：
A min/（1.33T）2＞1
171.1/2/（1.33×3.3）2＞1可知符合挠度要求
2.2蠕变量校核
缓冲材料在长时间的静压力作用下，其塑性变形量会随时间的增加而增加，这种蠕变使衬垫厚度变小，缓冲能力下降，所以设计衬垫尺寸应该加一个蠕变补偿值，称为蠕变增量Cr。

Tc=T（1+Cr）
式中：Tc—修正后的厚度cm，T—原设计厚度cm，Cr—蠕变系数%（这里取10%）
Tc=T（1+Cr）=4.95（1+10%）=5.445cm
经过各项校核后，且定最后衬垫尺寸为T=5.45cm，A=170cm2 （四）外包装容器设计计算
1.包装材料的选择
瓦楞纸板因无污染、可再生、具有良好的缓冲性能等优点，在运输包装中得到广泛应用，本设计也采用此材料设计外包装。

对于笔记本电脑的包装一般是用单体包装的，本设计选标准箱型0201型，为了保持侧面的印刷面不被破坏，接头设计与侧面连接，由于笔记本电脑重量轻，故实际中可使用粘合剂粘合接头。

按照GBT6544—1999标准[4]规定，UV形瓦楞纸板分为A、C、B和E型四种。

A楞型的纸箱承受平面压力性能比B和C楞型差，但其承受垂直压力性能较高；B楞型的瓦楞低又密，故耐垂直压力性能较差，但平面耐压性能较高；C楞型性能，介于A和B楞型之间；E楞型的纸板具有重量轻、缓冲性能好、平面抗压强度好等特点，利于直接进行印刷，综合考虑，由于本设计对象笔记本电脑在流通中是
堆码运输，因此对其纸箱要求有较强的平面耐压性能；此外，电脑是高精密产品，所以对缓冲衬垫的要求较高，一般都承担了电脑的缓冲要求，即外包装无须承担缓冲功能，所以综合考虑选择B单瓦楞纸板设计。

2.瓦楞纸板的厚度设计
瓦楞纸板的厚度是瓦楞设计中一个非常重要的因素，不仅决定着瓦楞纸箱的尺寸，而且影响到瓦楞纸箱的强度。

一般是原纸厚度与瓦楞高度之和。

瓦楞纸板的厚度计算公式如下：
t=（∑t n+∑t mn+∑F hn）-d
式中：t—瓦楞纸板实际厚度；t n—内、外面纸与夹心纸的厚度；t mn—瓦楞芯纸的厚度；F hn—瓦楞辊的高度；d—瓦楞纸板制造过程中的厚度损失。

如表3所示：
3.外包装的尺寸设计
3.1内尺寸计算
由于是单体包装，就无须考虑排列方式，所以其内尺寸计算公式
为：
X i=X max+2T+K’
式中：X i—纸箱的内尺寸；T—缓冲件的厚度；K’—内尺寸修正系数。

瓦楞纸箱的内尺寸修正系数可参考表4
瓦楞纸箱内尺寸修正系数
取K L=5mm，K B=5mm，K H=4mm，L max=333mm，B max=244mm，H max=37mm，T=54.5mm，故由公式得纸箱的内尺寸为：
L i=L max+2T+K’=333+2×54.5+5=447mm
B i=B max+2T+K’=244+2×54.5+5=358mm
H i=H max+2T+K’=37+2×54.5+4=150mm
3.2制造尺寸计算
由公式得其制造尺寸
X=X i+K ①
F=B i/2+X f②
式中：X—瓦楞纸箱长、宽、高制造尺寸；X i—纸箱内尺寸；K —制造尺寸修正系数；F—纸箱对接摇盖宽度；B i—纸箱非结合端面
制造尺寸；X f—摇盖伸长系数。

表4为02类纸箱制造尺寸修正系数值，表5为瓦楞纸箱接头尺寸，表6为02类单瓦楞纸箱摇盖伸长系数。

表4 02类单瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm）
表5 瓦楞纸箱接头尺寸J
表6 02类单瓦楞纸箱摇盖伸长系数Xf
由表4，5，6得出：K L1=3，K L2=2，K b1=3，K b2=2，K=6，J=38，X f=2
所以由公式①②，得瓦楞纸箱的制造尺寸：
L1=L i+K L1=450mm，L2=L i+K L2=449mm
B1=B i+K b1=361mm，B2=B i+K b2=360mm
H=H i+K=156mm，F=B1/2+X f=182.5mm
再由以下公式可以得出其外尺寸：
X0=X max+K
式中：X0—瓦楞纸箱外尺寸；X max—纸箱最大制造尺寸；K—纸箱外尺寸修正系数。

表7 瓦楞纸箱外尺寸修正系数（mm）
表7为纸箱外尺寸修正系数值，由此得出K=4.，计算出外尺寸为：
L0=L max+K=454mm
B0=B max+K=365mm
H0=H max+K=160mm
4.托盘堆码计算
托盘堆码时，最大堆码层数的确定比较复杂。

主要取决于下列因素：
H w—流通过程中的最大堆码高度(3400mm)
T—托盘高(厚)度(100mm)
h max—托盘包装的最大高度(1500mm)
H0—纸箱高度外尺寸160mm
由于设计因素较多，所以采用逐步试算法。

计算过程如下:
①n max=INT[h max-T/H0]=8;式中n max—单个托盘包装中最大纸箱堆
码层数。

②n min=INT[H W/H max]=2式中n min—流通过程中最大有效堆码高度
下可堆码最少的托盘包装层数。

③N’max=INT[H W-n min T/H0]=20; 式中N’max—仓储中纸箱可能的最
大堆码层数。

④n=INT[N’max/n max]=2;式中n—仓储堆码可能的托盘包装层数。

⑤N=n max n=16< N’max
为此另n max= n max-1=7，算的N=14< N’
所以选择堆码层数N=14层
5.集合包装设计
现在托盘是随着集装箱和集合包装而出现的一种新的物流技术5.1托盘设计
5.1.1 托盘的选择
（1）托盘的选择为木托盘
（2）要设计使托盘的表面利用率最大。

因为纸箱的外尺寸为：l0×b0×h0＝454mm×365mm×160mm。

根据联运通用平托盘主要尺寸系列（ISO6780）选择代号为TP1的联运托盘，公称尺寸L×B＝1100×1100 mm，叉孔高度为100 mm。

（3）瓦楞纸箱在托盘上的排列方式。

排列方式选择重叠堆码型，使其操作简便，耐压性和利用率达到最高，并另h0∥L，b0∥B
托盘L方向上排列瓦楞纸箱的数目为2；B方向上排列瓦楞纸箱的数目为3。

H方向上可以堆码13个×160<2B
（4）包装箱在托盘上的固定方式采用收缩包装。

5.1.2托盘的表面利用率
表面利用率=454×365×6/1100×1100×100％＝82.2％
5.2集装箱
5.2.1集装箱的选择
已知托盘包装件的最大外尺寸为
L0×B0×H0＝1100×1100×2080mm。

根据我国集装箱（GB1413-78）规定尺寸选择集装箱的型号为：1AA。

5.2.2托盘包装在集装箱里的排列
在L方向上的数目为3；在B方向上的排列数目为2。

5.2.3利用率计算
空间利用率为：
1100×11×1100×2×2080×1/11998×2330×2350=84.3%
集装箱底面积的利用率:
1100×11×1100×2/11998×2330×100%＝95.2%
（五）包装经济技术核算
使用瓦楞纸箱的面积是
（50+454×2+160×2）×（80×2+365）=670950mm2
根据市场上瓦楞纸板的价格大约为2.25元/m2
所以大约费用为670950×2.25×10-6=1.51元
四、结论
随着我国笔记本电脑市场的逐年扩大，我们必须高度重视笔记本电脑在运输是可能出现的问题。

在考虑环保的前提下，尽可能少的使用包装材料，采用有效地包装方法，包装笔记本电脑安全到达世界各地的用户手中。

虽然本文只是针对14.1英寸设计的，但其设计思路却可以应用到所有尺寸的笔记本电脑。

通过本次对笔记本电脑的缓冲包装系统设计，我发现自己在这方面的认识存在很大的局限性。

例如：一是本文是按单自由度处理问题，但理论上讲，任何种产品都可以看做具有无限个自由度。

二是包装箱的设计只考虑对货物的容纳，二未考虑包装箱制成后的成本。

因此，笔记本电脑的运输包装设计还需等待进一步研究。

但是，我也获得了很大的收获。

例如在托盘堆码计算、集装包装计算等方面，使得自己在运输包装的课程有更深的系统的了解，对于自己在运输包装的认识更加深刻。

五、参考文献
[1][2] 包装动力学
[3] 彭国勋，运输包装[M]，北京：印刷工业出版社，1999
[4] 中华人民共和国国家技术监督局，中华人名国家标准[S]。