缓冲包装设计

《缓冲包装设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《缓冲包装设计（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、6 缓冲包装设计61 概述冲击和振动是包装件在流通过程中受到的两 种主要负荷，为了减缓内装产品受到外界的冲击和振 动，保护产品免受损坏而采取一定防护措施的包装， 称为缓冲包装。缓冲包装的结构形式有多种多样，最常见的是采 用弹性材料作缓冲衬垫。缓冲衬垫的结构形式，因内 装产品的质量、形状和尺寸不同而不同，按承载面积 通常分为全面缓冲和局部缓冲。全面缓冲多使用泡沫 塑料条、纸板碎粒，薄片或采用现场发泡材料，局部 缓冲多采用角垫，侧垫等形式。缓冲包装设计包括冲击防护设计和振动防护设 计。冲击防护的主要目的是缓和冲击。以缓冲材料作 为内装物和包装箱中间的介质，来吸收冲击能量，延 长内装产品承受冲击脉冲

2、作用的时间。设计时，先根 据先决条件，计算缓冲材料的尺寸、形状，选择缓冲 材料的种类和缓冲方式。振动防护的主要目的是调节包装件的固有频率。 选择恰当的阻尼材料，把包装系统对振动的传递率控 制在预定的范围内，特别是要避免共振现象。62缓冲衬垫设计的基本方法一、衬垫结构尺寸设计设计缓冲衬垫的基本要求是在保护产品免遭破 损的前提下，选择适当的材料，确定合理的结构形状 和尺寸。设计的基本参数，除产品的重量和尺寸外，还有代表流通环境的跌落高度H,代表产品强度的脆值G, 代表材料性能的缓冲特性参数C。正确应用缓冲材料的特性曲线对包装结构作系 统的定量分析,是缓冲结构设计的基本方法。1.应用缓冲系统 最大应

3、力（c。丿曲线设计衬垫尺寸c0曲线是表示材料缓冲能力的一种基本曲m线,通过静态压缩试验求得。如图 5-12 所示为几种 常用缓冲衬垫最大缓冲系数最大应力曲线的实 际测试结果。由图可知：缓冲系数C随最大应力变化 的规律是凹谷状,开口向上,谷底最低点的坐标是最小缓冲系数和所对应的最应力。 不同品质的材料，具有不同的缓冲能力； 同样品种的材料，密度不同，缓冲特性也不 同。例 6-1 ：重为 10kg 的产品，脆值为 80g ，要保证 从 60 cm 的高 处 跌 落而 不破 损， 若 用密 度 为 0.031g/cm3的聚氯乙烯塑料泡沫，（见P99图5-12图 线1 0作衬垫，试计算衬垫所需尺寸。解

4、：已知 W=100N G=80 H=60cm查图5-12曲线10可知，在o m=3.6kg/cm2时，最 小缓冲系数C=3.6，由WGC =mA得：10 X 803.6=222(cm2)所以二3.66 80=2.7(cm)即可得衬垫尺寸：At=222*2.7例6-3： 一重为9kg,脆值为50g的产品，欲装入 一底面积为 750 cm2 的容器箱内，设定的跌落高度为 60cm，如果采用密度0.075g/ cm2的石棉（见图线4） 作衬垫，试检验该设计的合理性。解：已知 W=9， G=50， G=60， A=750查图表5-12知，材料4的最小缓冲系数C=5.7对 应的应力值。=0.17m故所需

5、的承载面积:5069017=2648(cm2)衬垫厚度:显然，此面积大于容器底面积，无法纳入容器箱，t 二 cG 二5.7 7 50 二6.84(cm)且厚度较大，用料增多，说明本设计选料不当。若选用密度为 0.152 的聚氯脂泡沫（见图线 8）则有:C=3.3, o =0.7m此时的承载面积：GW 50 7 9A = 643 (cm 2)o：rm相应的承载厚度：t=cG=3-3x 80=3.9伽)于是，衬垫可装入容器的箱内，且厚度变薄，用 料减少，说明设计正确。2应用最大加速度静态应力曲线（Gmos）,ms设计衬垫尺寸G是由材料的动态特性试验绘制的。试验ms时固定重锤的跌落高度，改变衬垫材料

6、试样的厚度， 逐次试验，即可绘出G。曲线。材料的G。m s m s 曲线能够显示不同厚度衬垫的缓冲能力，只要具备了 足够的这种曲线，就可大大简化设计时的计算工作 量。例6-5：已知，W=20kg, G=60g，产品底面积 A=50cmX40cm,预计跌落高度H=50cm,采用图6-6 所示聚苯乙烯作全面缓冲保护，试确定衬垫尺寸。解：静应力o =W/A=20/50*40=0.01（kgf/cm2）s=0.01 X 105（Pa）查图知G=60g与。s =0.01交点为B点；B点无 曲线通过，说明本产品相对较轻（衬垫相对较硬）， 没有必要采取全面缓冲，可改为局部缓冲；图中 Gm m=60的横线与厚

7、度为4cm的曲线，交点为C和D,对 应的静应力分别为o =0.019o =0.07scsd在这一区间内，衬垫都适应缓冲需要。比较C、D以C、D间曲线最低点E可以判断， 如果为了减少衬垫用料，充分发挥其缓冲能力，应选 E 点为好。取o =o d =0.07时，所需承载面积：s sdW 20A 二二二 285(cm2)d ；007SD取o =0=0.04时，所需承载面积：s se20004二 5OQcm0SE由此可见， Ad ， Ae 均小于产品底面积，可以采 用 t=4cm 的聚苯乙烯泡沫作衬垫，但为了节约用料， 取A=285 cm2,若采用4块角垫局部缓冲，每块承载面积为Ad的1/4，取72

8、cm2。d3采用缓冲系数一比能（C-e）曲线，设计衬垫尺寸在缓冲结构设计中，当衬垫受容器全程限制，或 者衬垫厚度不能任意选择时，使用该曲线有特殊的方 便。例 6-6：一产品重 W=5kg,G=40g, 允许的跌落高 度 H=70cm ,若采用聚氯乙烯泡沫作衬垫，库存材料厚 度为t0=40cm，包装箱底面积限定在1200 cm2，试设 计合适的衬垫尺寸（由Ce曲线知：缓冲系数的最 小值 C=4.8 所对应的比能 e=6X 10-2 kgf.cm/cm3）。人 WH5 x 70At = 5830fcm3）e6 x10-2解：由公式eAT=WH得若按材料成品厚度t0=4cm代入，得：At 5830A

9、 =_=二容器箱底面积，不能使用若采用两层重叠，则t=2t=8代入上式得：G =启義層唱理伽） 40 1 口8 81V容器箱底面积，但加速度因此也不能使用。若采用三层重叠：则 t2=3t0=12 代入上式得At 5830A = 二 486(cm2) A = 1200212max2 H70G = c = 4.8 x= 28(g) G = 402 厂T22加速度 因此设计合理，可以使用。即：该衬垫尺寸 A2t2=486*12cmWH5 x 70At =二=5830(cm3)e6x10 - 2解法二：因为如用单层材料作衬垫，面积显然过大，应采用多 层重叠结构。按规定的G值求t值，t = cH=4.8

10、x 70=84cm)G 40tt0= 84 = 2.14At5830A =二=486(cm2)2 t12取 3 ，即采用三层重叠 t=3t0=12cm ,该衬垫尺寸为：At=486*12二、缓冲衬垫的校核以上介绍各种曲线的应用方法，都是基于缓冲保 护这一基本要求而提出的，称为基本设计。事实上， 材料的性能是多方面的，衬垫除了缓冲以外，也还其 他方面的要求。因此，必须对基本设计进行多方面性 能的校核，作为某些调整的补充，基本设计才能获得 满意的使用效果。衬垫基本设计的校核，一般包括以下几个方面1.产品强度校核产品与衬垫之间的作用力是相互的，在跌落冲击 时，产品以惯性力和自重压缩衬垫，衬垫则以同样

11、大 小的弹力反作用于产品。在基本设计中，为了节约用 料，常常要设法减小衬垫的负载面积，但由此带来的 后果是产品支承面的应力集中，可能导致产品的局部 破损。因此，必须校核产品支承面的应力，控制在产 品强度所允许的范围内，即。mW。否则，若。2,应加以改进，如增加支承面 m积，或改用较软的衬垫，或采用软、硬组合的组合衬 垫。2挠(nao)度校核当衬垫面积与厚度之比超过一定限度时，衬垫容 易挠曲或变弯，大大降低衬垫的负重能力。为了避免 挠曲，其最小承载面积A i与厚度之经应符合min3蠕变量校核Amin(1 .33 t )2缓冲材料在长期的静压力下，其变形(减薄)量 会随时间而增大；这种蠕变会使衬垫

12、尺寸变小，在使 用一段时间后容器内出现空隙，加剧内装产品的振动 和擦伤。考虑到这一因素，初步设计的衬垫尺寸应附加一 个蠕变补偿值，称为蠕变增量，其大小按下式计算t =t(1+C )cr式中： tc 为修正后的衬垫厚度；ct 为设计厚度；C为蠕变系数，由实验测定。r63防振包装设计振动是包装件在流通过程中受到的另一种主要 环境负荷，在共振条件下，产品被激励的加速度有可 能超过其脆值而导致破损；此外，长期振动会使产品 材质疲劳，内装物同容器摩擦擦伤，容易使金属产品 表面微观剥伤，诱发腐蚀。因此，对于包装产品的可 靠性来说，振动不亚于冲击；尤其在装卸搬运操作技 术日趋平衡的条件下，防振更加必要。一般

13、的缓冲材料都具有阻尼，因而缓冲衬垫都具 有隔振或防振的作用。通常情况下，衬垫总是先按缓 冲要求进行设计，然后校核其防振能力，这就是防振 包装设计的基本原则。防振设计的目的在于调节包装设计的固有频率， 并且通过选择恰当的阻尼材料，把包装系统（即外包 装一一衬垫一一内装产品）对振动的传递率控制在预 定的范围内。一、传递率曲线及其应用在第二章，我们讨论了单自由度包装系统在受迫振动条件下的振动响应，可以用传递率表示：式中：T为传递率;入=f0/f其中f0为激振频率，f为包装系0 n 0 n统的固有频率；2为系统的衰减系数通过对传递曲线的分析可知，包装的防振性能， 主要取决于该系统的固有频率和衰减系数。

14、而系统内 部，作为内装产品与外包装和之间介质衬垫材料，它的固有频率和阻尼系数又起着决定性的作用。因 此，确定或选择衬垫材料的固有频率和阻尼系数就成 为防振包装设计的基本问题。1. 对于线性系统：其中：/2 m Nk衬垫的弹性系数,m产品的质量c衬垫的粘性阻尼系数 3 n-系统的固有频率，且3 n=2 n因为G三m-n72Hi所以 即：Gm2 3.536例：已知H=60cm,G=50g，求和解: 代入公式得：f = 3.536 50 = 228(Hz)n2.对于非线性缓冲系统f应按衬垫材料的0 - 曲线来计算, nf = 1巧n 2WTE = od式中：为0 -曲线地平衡位置的斜率(又称弹性率)A衬垫的承载面积t衬垫的原始厚度二、防振包装设计方法1缓冲设计由c。曲线查得C .及。mminm并计算 A、t 值2防振设计(1)计算缓冲材料的静应力值O =W/As(2) 由。和t值查出材料的T -f曲线，可得曲线峰SY值对应的频率f及传递率Tn丫(3) 确定产品共振时的加速度(当运输工具以产品 的固有频率激振时)产品的最大响应加速度G =T G0允许值P Y 0式中：T为共振条件下衬垫材