《緩沖包裝設(shè)計》PPT課件.pptVIP

第六章 緩沖包裝設(shè)計,主講教師：高德教授,三、緩沖包裝襯墊設(shè)計,一、緩沖包裝設(shè)計的基本要求,四、緩沖包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計,五、本章小結(jié),授課知識點,包裝動力學(xué)的振動與沖擊基本理論、緩沖包裝材料、產(chǎn)品的脆值及破損邊界理論，為進(jìn)行產(chǎn)品的緩沖包裝設(shè)計提供了基礎(chǔ)。,第一節(jié) 緩沖包裝設(shè)計的基本要求,一、緩沖包裝設(shè)計考慮的因素,在進(jìn)行產(chǎn)品緩沖包裝設(shè)計時，應(yīng)考慮的因素很多，如被包裝產(chǎn)品本身的特性、流通環(huán)境條件、包裝材料的特性、外包裝容器和封緘材料的特性、包裝技術(shù)與方法以及包裝產(chǎn)品的性價比等。,1.被包裝產(chǎn)品特性,產(chǎn)品的主要特性包括：脆值、形狀、尺寸、體積、重量與重心。,2.流通環(huán)境因素,產(chǎn)品在流通過程中，應(yīng)考慮運輸區(qū)間、運輸方式、裝卸次數(shù)、等效跌落高度、沖擊方向、氣候條件、貯存條件等對產(chǎn)品的影響。,3緩沖包裝材料,4.外包裝容器,5.封緘材料的特性; 6.包裝的工藝性; 7.其它包裝技術(shù):,緩沖性能,結(jié)構(gòu)、形狀、材質(zhì)及強(qiáng)度;,如防潮、防水、防銹、防塵等。,第一節(jié) 緩沖包裝設(shè)計的基本要求,1.保護(hù)性： 減小傳遞到產(chǎn)品上的沖擊、振動外力。 分散作用在產(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。 保護(hù)其它防護(hù)包裝。 2.經(jīng)濟(jì)性： 包裝不足高破損率，過分包裝高包裝成本。 3.方便性： 方便包裝，方便使用，方便處理包裝廢棄物。 4.環(huán)保性 符合包裝與生態(tài)相容性及循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求。,二、緩沖包裝設(shè)計的要求,第一節(jié) 緩沖包裝設(shè)計的基本要求,第二節(jié) 緩沖包裝設(shè)計步驟,1. 一般步驟： 確定環(huán)境: 運輸區(qū)間、運輸方式、裝卸次數(shù)、等效跌落高度、沖擊方向、氣候條件、貯存條件等。主要確定運輸過程中的沖擊和振動。 分析產(chǎn)品: 產(chǎn)品脆值;產(chǎn)品固有頻率;產(chǎn)品的形狀、尺寸、體積、重量、重心，數(shù)量等。 緩沖襯墊的設(shè)計: 對產(chǎn)品提供沖擊和振動防護(hù); 綜合考慮安全、實用、經(jīng)濟(jì)等各方面的因素。要了解緩沖材料的力學(xué)特性，以及加工的工藝性能和價格等。,一緩沖包裝設(shè)計的步驟,設(shè)計并制作包裝件樣品: 除了緩沖襯墊外，還考慮包裝結(jié)構(gòu)、包裝材料價格和特殊裝運要求等, 并進(jìn)行包裝件樣品的設(shè)計和制造。設(shè)計和制造出可以代表最后包裝件的樣品，供試驗用。 對包裝件樣品進(jìn)行試驗 設(shè)計時進(jìn)行了簡化，只考慮了主要影響因素，忽略了很多次要因素，譬如緩沖襯墊的形狀的影響，側(cè)墊的摩擦等等，因此，所設(shè)計的緩沖包裝在試驗和實際中是否真正能獲得預(yù)期的效果，必須通過實測，才能確認(rèn)。 包括: 跌落試驗; 定頻與變頻正弦振動試驗; 隨機(jī)振動試驗.,第二節(jié) 緩沖包裝設(shè)計步驟,2. 美國Lansmont公司提出的 緩沖包裝設(shè)計六步法 流通環(huán)境的確定 確定產(chǎn)品特性 產(chǎn)品的重新設(shè)計 選擇緩沖材料 包裝設(shè)計 包裝件的試驗,第二節(jié) 緩沖包裝設(shè)計步驟,三種途徑進(jìn)行緩沖設(shè)計，有時需用振動傳遞率曲線來作防振包裝的校核。無論采用哪種方法，對求得的面積和厚度都應(yīng)進(jìn)行校核，一般當(dāng)求得的面積太小，厚度太大時，襯墊在產(chǎn)品沖擊力作用下，會產(chǎn)生彎曲變形，因此要采用下列經(jīng)驗公式校核襯墊的穩(wěn)定性：,緩沖包裝設(shè)計的主要任務(wù)是求取緩沖襯墊的面積和厚度，由于緩沖材料的特性大多數(shù)呈非線性，應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系往往十分復(fù)雜，常用的數(shù)值積分法求解加速度時間函數(shù)因過于繁瑣而不便應(yīng)用。 目前國內(nèi)外普遍采用: 1.緩沖系數(shù)與最大應(yīng)力曲線,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,2.最大加速度與靜應(yīng)力曲線,3.應(yīng)力應(yīng)變曲線,曲線上查出最低點的C與 值。,一、緩沖系數(shù)與最大應(yīng)力曲線法,三種情況：設(shè)計緩沖材料的用量、優(yōu)選緩沖包裝材料、求出最大沖 擊力和最大加速度,1. 緩沖材料的用量計算,已知,及某選定緩沖包裝材料的 曲線，計算,從,求出緩沖面積：,求出緩沖材料的厚度,緩沖材料的合理用量。,(1)對緩沖面積的大小無特殊要求，設(shè)計過程為：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-1 一重量為10kg的產(chǎn)品,脆值為80g,要保證從60cm的高處跌落而不被損,規(guī)定用密度為0.037g/cm3的聚氯乙烯(圖4-35)作襯墊,試計算襯墊所需尺寸。 解：整理已知條件：W=10,Gm=80,H=60 查圖4-35,這種聚氯乙烯材料在 =1.6105Pa 時有最小緩沖系數(shù),c=3.8,故按式(6-2),承受跌落的負(fù)載面積：,即本例所求的襯墊尺寸At=4902.85(cm3),第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-2 一質(zhì)量為9Kg的產(chǎn)品，脆值為50，裝入底面積為750cm2的箱內(nèi)，設(shè)定的跌落高度為60cm，如果采用密度為0.075g/cm3的石棉作襯墊，試檢驗該設(shè)計的合理性。 解:整理已知條件，W= 9Kg, G=50g , H=60cm 由圖4-35緩沖系數(shù)曲線知，最小緩沖系數(shù)C=5.7，對應(yīng)的應(yīng)力值為m =0.17l05Pa， 故有,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,顯然，此面積大于容器底面積，無法裝入容器箱，說明本設(shè)計選料不當(dāng)。若選用密度大一倍的聚氨酯泡沫，則它的最小緩沖系數(shù)為C=3.3，對應(yīng)的最大應(yīng)力值為m =0.7l05Pa，此時的承載面積為:,襯墊厚度為:,校核：,所以，緩沖墊的尺寸為A=630cm2；T=3.96cm。,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-3某產(chǎn)品質(zhì)量為15Kg,脆值Gm=60,包裝箱底面積為4040cm2,設(shè)計的跌落高度H=80cm,欲以圖4-35所示的密度為0.031g/cm3的聚氯乙烯泡沫作全面緩沖,試求該襯墊厚度。,(2)緩沖面積已給定,在緩沖面積有特殊要求的情況下，可以按下列過程進(jìn)行包裝設(shè)計：,求出最大允許應(yīng)力,由,曲線查得,由緩沖材料厚度,求出厚度。,對應(yīng)的C；,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,如果規(guī)定用緩沖材料是圖4-35中的曲線10，則在橫軸上取m =0.55l05Pa的點，并向上作垂線與曲線10相交，該交點的縱坐標(biāo)C=9就是所要求的緩沖系數(shù)，故襯墊的厚度為：,解：作全面緩沖時，襯墊面積等于產(chǎn)品面積，即A=1600cm2。 襯墊最大應(yīng)力為：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,在 曲線圖中，根據(jù)所求得的C值作一水平直線，這時可 能出現(xiàn)兩種情況：（a）水平線與曲線無交點，說明這種緩沖墊厚度T不合要求，可以更換或用多層緩沖墊以增加厚度；（b）水平線與,(3)緩沖墊的厚度已給定,則按下面過程進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計： 由式（6-3）求出緩沖系數(shù),第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-4 被包裝物質(zhì)量W=25Kg，易損度Gm=40，跌落高度H=70cm，現(xiàn)有緩沖材料的,曲線如圖6-2所示，材料厚T=4cm，要求襯墊面積小于6000cm2，應(yīng)如何進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計？,圖6-2 緩沖材料,曲線,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,解：這個題型是對緩沖面積有特殊要求的。先考慮用一層緩沖墊，則,求出緩沖系數(shù),在圖6-2中作C=4.57水平線，與曲線交于兩點，取,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,求出緩沖面積,表明使用二層緩沖襯墊時，緩沖面積至少要求有8333cm2 ，超過允許值，不符合要求。 需用三層襯墊：,求出緩沖系數(shù),第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,在圖6-2中作C=6.9水平線，與曲線交于兩點，取,求出緩沖面積,可見，這時的緩沖面積比允許值小，使用三層緩沖襯墊可滿足緩沖包裝要求。,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,這里討論緩沖效果，是以緩沖系數(shù)C為最小值作為指標(biāo)的。對于這類問題，在緩沖包裝設(shè)計之前，首先要知道緩沖包裝材料的,已知 要求在幾種緩沖材料中選出一種，使緩沖效果最佳。,（1）緩沖面積可靈活選擇 具體的設(shè)計過程為： 選擇所有曲線中的最小值C，查出對應(yīng)的,求出緩沖面積,求出緩沖墊厚度,2. 選擇緩沖包裝材料,曲線。同樣，在設(shè)計時也會碰到兩種情況：緩沖面積可以靈活選擇和有特殊要求。,確定對應(yīng)的材料,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-5 質(zhì)量為5kg的一電子產(chǎn)品，用圖6-3所示的第2種緩沖材料做襯墊，在運輸過程中，產(chǎn)品能承受的最大加速度為30（g），跌落高度為50cm，試設(shè)計緩沖包裝材料的接觸面積和承壓厚度。,圖6-3 緩沖系數(shù)與最大靜應(yīng)力曲線,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,解：整理已知條件:W=5kg，Gm=30，H=50cm，指定緩沖材料，查圖6-3得：最大應(yīng)力,=7.0kPa時，緩沖系數(shù),最小C=4.2。則緩沖面積和襯墊厚度：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,在 圖中，經(jīng)過這個求出的最大允許應(yīng)力,求出最大允許應(yīng)力,根據(jù)確定的C，求緩沖墊的厚度,（2）緩沖面積已給定,值，作垂直線，查出最低交點C；,設(shè)計過程為：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-6 產(chǎn)品質(zhì)量15kg，易損度30（g），產(chǎn)品面積為2000cm2，跌落高度85cm，擬采用全面緩沖包裝，在圖6-3中的五種緩沖材料中選用一種，并求出所需厚度。 解：這屬于緩沖面積已給定的情況 求出最大允許應(yīng)力,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,在,圖中，經(jīng)過這個求出的最大允許應(yīng)力,值，作垂直線，查出最低交點,C=5.4；確定使用材料4；,根據(jù)確定的C，求緩沖墊的厚度,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,已知產(chǎn)品的重量W，跌落高度H，易損度Gm，緩沖材料的,曲線，緩沖面積A及緩沖材料厚度T，欲求最大沖擊力Pm和最大加速度Gmax，并校核緩沖包裝是否符合要求。 一般來說，包裝產(chǎn)品所受到的最大沖擊力可以表示為：,又根據(jù)緩沖材料跌落過程中能量守恒定律，則：,3最大沖擊力Pm和最大加速度Gmax,最大加速度為：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-7 被包裝物質(zhì)量為10kg，易損度G=30，跌落高度H=80cm，采用全面緩沖，且緩沖面積 緩沖材料的 曲線如圖6-4所示，材料厚度T=20cm。試求最大作用力和最大加速度 ，并校核緩沖包裝設(shè)計。,圖6-4 緩沖材料 曲線,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,在圖6-4上作曲線 ，與原曲線交于B點，查出B點的坐標(biāo)值：,解：由式（6-5）得,則得,所以該緩沖包裝符合設(shè)計要求。B點離曲線最小值點較近，表明緩沖效果好。,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,二、最大加速度與靜應(yīng)力曲線的應(yīng)用,主要問題有三類：（1）緩沖面積已定，要求選取襯墊的厚度； （2）優(yōu)化緩沖包裝材料用料； （3）求解產(chǎn)品跌落沖擊時的最大加速度。,已知產(chǎn)品質(zhì)量W、脆值Gm、跌落高度H及緩沖材料的,（1）計算靜應(yīng)力：,（2）從相應(yīng)跌落高度H下的某材料,曲線圖中查取,（3）找出相應(yīng)的曲線； （4）選定合適的襯墊厚度。,1.設(shè)計襯墊厚度,曲線，對全面緩沖而言，由于緩沖面積已經(jīng)確定，只需求出厚度T。 具體設(shè)計步驟為：,與指定產(chǎn)品Gmax的交點；,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-8 一質(zhì)量為15.5kg，脆值為55的產(chǎn)品，擬用全面緩沖包裝，裝入底面積為2525cm2的包裝箱內(nèi)，設(shè)計跌落高度取60cm，采用的聚苯乙烯緩沖材料，圖6-5是H=60cm時 曲線，要求選定合適的襯墊厚度。,圖6-5 聚苯乙烯的最大加速度-靜應(yīng)力曲線,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,解：計算靜應(yīng)力：,從圖6-5中查取 與Gm=55的交點B；本例中B點正好落在T=5cm的曲線上，則求選定緩沖襯墊的合適厚度T=5cm。,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,2. 優(yōu)化緩沖包裝材料用料,（1）以Gmax值在,（2）找出水平線與每根曲線的交點，得一T值對應(yīng)有兩個,（3）取,中較大者計算承壓面積,（4）計算緩沖材料體積V=AT； （5）對與Gm對應(yīng)水平線相交的每根曲線重復(fù)（3）、（4）計算出一組V； （6）選其中最小的V值，再按襯墊組合完成局部緩沖設(shè)計。,圖中畫一水平線；,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-9 某產(chǎn)品質(zhì)量M=10kg，脆值G=73，底面積為3535cm2，包裝件的設(shè)計跌落高度H=90cm，選用的緩沖材料的 如圖6-6所示。試問該產(chǎn)品更適用于全面緩沖還是作局部緩沖？,圖6-6 曲線的使用方法,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,在圖6-6上，作直線 和直線 ，它們的交點F落在給定曲線族之外。這表示，即使厚度T=12.5cm，也不能保證產(chǎn)品的安全。若堅持作全面緩沖設(shè)計，則襯墊厚度還要大大增加，經(jīng)濟(jì)上是不合理的。,解：對產(chǎn)品作全面緩沖時，襯墊靜壓力為,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,若采用局部緩沖，可按本節(jié)介紹的(1)-(6)步驟計算。本例中T=5cm，它的 曲線最低點 的縱坐標(biāo)恰好等于該產(chǎn)品的脆值，此時的靜應(yīng)力 ，故襯墊面積可取為,采用四個等面積支承墊，則每個墊的面積為,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,最后作襯墊的穩(wěn)定性校核：,以上計算表明，局部緩沖可大大減小襯墊的厚度和面積，所以，對于這個產(chǎn)品和指定材料，局部緩沖方案明顯優(yōu)于全面緩沖。,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,點靜應(yīng)力小，所需襯墊面積大；點 靜應(yīng)力大，襯墊面積小。為節(jié)省材料而選用,例6-10 產(chǎn)品質(zhì)量 ，脆值 包裝件的跌落高度,采用圖6-6所示材料作局部緩沖，試求襯墊的厚度與面積。,解：圖6-6中,水平直線與T=7.5cm的曲線交于 、,點，此時靜應(yīng)力為,計算襯墊面積,采用四個面積相等的腳墊，則每個腳墊的面積為,襯墊的穩(wěn)定性校核：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,解：在圖6-6上作水平直線 ，鄰近曲線有兩條，一條T=5cm，一條T=7.5cm，T=5cm的曲線在 之上，若取T=5cm，則必有GmG，不安全。T=7.5cm的曲線最低點離,例6-11 產(chǎn)品質(zhì)量m=25kg，脆值Gm=65，包裝件的設(shè)計跌落高度H=90cm，采用圖6-6所示材料作局部緩沖，試求襯墊的厚度與面積。,太遠(yuǎn)，若取T=7.5，則襯墊太厚，太不經(jīng)濟(jì)。因此設(shè)想有一條未知曲線，如圖中虛線，其最低點的,計算所求的襯墊面積與厚度。,恰好等于65，,（1）按T=5cm曲線最低點計算 根據(jù)T=5cm曲線最低點的,與T的乘積為常量，即,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,未知曲線最低點,，T待定，且,故所求襯墊厚度為,根據(jù)T=5cm曲線最低點的,與,的乘積為常量，即,未知曲線最低點,，則故待定的襯墊靜應(yīng)力,為：,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,因此襯墊面積為,（2）按T=7.5cm曲線最低點計算 同理：T=7.5cm，襯墊面積為A=881（cm2）,由此可見，按上下兩條鄰近曲線求得襯墊面積與厚度非常接近，說明這種計算方法是合理的。,第三節(jié) 緩沖包裝襯墊設(shè)計,例6-12 m=20kg的某產(chǎn)品采用 曲線如圖6-5所示的緩沖材料，襯墊面積 ，厚度T=4.5cm，包裝件的跌落高度H=60cm，試求產(chǎn)品跌落沖擊時的最大加速度。,對于已經(jīng)完成緩沖設(shè)計的包裝件，產(chǎn)品質(zhì)量