日化用品瓦楞紙箱 優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

武麗麗

運(yùn)輸包裝是以運(yùn)輸儲(chǔ)存為主要目的，其具有保障產(chǎn)品安全、方便儲(chǔ)運(yùn)裝卸、加速交接等作用。對(duì)于日化用品而言，主要的運(yùn)輸包裝容器是瓦楞紙箱，以瓦楞紙箱為基礎(chǔ)的運(yùn)輸包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一個(gè)多目標(biāo)多變量的問(wèn)題。在運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)時(shí)，要想做到強(qiáng)度最佳、成本最低的恰好設(shè)計(jì)，需要了解產(chǎn)品流通環(huán)境、合理利用包裝材料與包裝技術(shù)，綜合考慮各種因素，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)驗(yàn)證，最終選擇最優(yōu)方案。

日化用品包裝大多以玻璃瓶、塑料瓶為主。本文將以PE瓶為例，詳細(xì)介紹其運(yùn)輸包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，PE瓶的形狀及外形尺寸如圖1所示。由于0201型瓦楞紙箱應(yīng)用最廣，具有省料、易加工、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，故將瓦楞紙箱箱型確立為0201型。

瓦楞紙箱尺寸設(shè)計(jì)

首先需確定內(nèi)裝物數(shù)量及排列方式，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求和實(shí)際操作（包括流通和生產(chǎn)搬運(yùn)）的要求，單件運(yùn)輸包裝的重量應(yīng)不超過(guò)18kg，日化用品裝箱后總重量應(yīng)不超過(guò)15kg，數(shù)量應(yīng)為12的倍數(shù)或約數(shù)。該P(yáng)E瓶尺寸為94mm×54mm×248mm，容量為600g，瓶重約30g，因?yàn)橐话闫垦b產(chǎn)品為液體，只能豎立擺放，不考慮側(cè)放或平放，這樣高度較高，因此高度方向只能擺放一層。

1.尺寸比例約束條件

（1）紙板用量：長(zhǎng)寬比例在2∶1左右的箱型，其材料用量最節(jié)省。

（2）抗壓強(qiáng)度：長(zhǎng)寬比例選擇 1.2～1.6范圍內(nèi)，可以使瓦楞紙箱達(dá)到最佳的保護(hù)。

（3）堆碼及標(biāo)準(zhǔn)化研究：根據(jù)常用托盤(pán)規(guī)格1200mm×1000mm，以及組合分割和模數(shù)分割相結(jié)合的方法來(lái)制定標(biāo)準(zhǔn)化尺寸系列，確定常使用的比值有3/2、4/3、5/4、6/5、17/12等。由于最終的堆碼譜為磚堆狀，上下左右均有聯(lián)系，可有效彌補(bǔ)整數(shù)分割堆碼譜易倒塌的不足。

（4）美學(xué)因素：黃金分割點(diǎn)0.618是公認(rèn)的最具美感的比例。

（5）安全原則：除了特殊或大型的商品外，一般瓦楞紙箱的外形尺寸應(yīng)有所限制。在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中，作業(yè)者（人體）與作業(yè)對(duì)象和工作環(huán)境之間的協(xié)調(diào)性愈發(fā)重要，根據(jù)人體工程學(xué)原理，不合理的物體外形會(huì)導(dǎo)致人體作業(yè)疲勞和發(fā)生損傷。根據(jù)人體雙手平行前伸時(shí)兩臂寬度，以及人體搬箱時(shí)上臂環(huán)抱空間的尺度范圍，可推算出適合人體的瓦楞紙箱尺寸范圍。

男性：L≤4 5 0 m m，L + B≤850mm，L+B+H≤1200mm。

女性：L≤4 0 0 m m，L + B≤750mm，L+B+H≤1050mm。

2.設(shè)計(jì)尺寸計(jì)算方法

（1）接頭尺寸

瓦楞紙箱通過(guò)釘合或黏合劑黏合接頭成型時(shí)，接頭尺寸一般根據(jù)瓦楞層數(shù)及工廠的工藝水平而定。三層瓦楞紙板的接頭尺寸為35～40mm，五層瓦楞紙板的接頭尺寸為45～50mm，七層瓦楞紙板的接頭尺寸為50mm。本例中所使用的瓦楞紙板統(tǒng)一規(guī)定為BC五層瓦楞紙板，根據(jù)實(shí)際情況，其接頭尺寸定為45mm。

（2）對(duì)接搖蓋尺寸

在瓦楞紙箱搖蓋對(duì)接封合的箱型中，搖蓋寬度制造尺寸理論值應(yīng)為箱寬或箱長(zhǎng)的1/2 ，但是由于搖蓋的回彈作用，必然在搖蓋對(duì)接處產(chǎn)生間隙，使封箱不嚴(yán)造成內(nèi)裝物被灰塵污染。因此，對(duì)接搖蓋寬度制造尺寸應(yīng)加上一個(gè)修正值。對(duì)于常用的開(kāi)槽箱型0201型紙箱，A型楞三層瓦楞紙板的修正值為2～3mm，AB型楞五層瓦楞紙板的修正值為4～5mm，BC型楞的五層瓦楞紙板的修正值為3～4mm。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，確定裝箱數(shù)量，按照一般瓦楞紙箱設(shè)計(jì)計(jì)算方法，計(jì)算各方案瓦楞紙箱尺寸及長(zhǎng)寬比例，具體結(jié)果如表1所示。

按照上述尺寸約束比例條件限制，選擇方案3、4、5、8進(jìn)行初步方案比較，如表2所示。

評(píng)價(jià)結(jié)果：①這4種方式碼垛效果相差不大；②方案8托盤(pán)利用率最高，儲(chǔ)運(yùn)成本最??；③方案3每箱瓶數(shù)越多，紙板平均使用量越小，原材料成本最低；④每箱瓶數(shù)越少，裝箱數(shù)量越多，工藝角度人工成本略有增加。 綜合以上分析，方案3成本最低且基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，因此選用方案3作為初步確定方案。

下面，以方案3的瓦楞紙箱尺寸為對(duì)象，對(duì)瓦楞紙箱進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)。

瓦楞紙箱強(qiáng)度設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品高度確定堆碼層數(shù)Nmax=H÷h（取整數(shù)）=2.5÷0.28= 8（層）。

根據(jù)堆碼層數(shù)估算堆碼強(qiáng)度Ps=G×（Nmax-1）=15.12×7=105.8kg。

安全系數(shù)K的選擇：內(nèi)裝物不能承受任何載荷的安全系數(shù)為7；內(nèi)裝物能承受1～2倍載荷的安全系數(shù)為5；內(nèi)裝物能承重3倍以上載荷的安全系數(shù)K為3。該內(nèi)裝物為尺寸較規(guī)則的塑料瓶，經(jīng)測(cè)試其垂直載荷強(qiáng)度為30kg，每箱瓶數(shù)為24瓶，總承載能力720kg，大于3倍載荷105.8×3=317.4kg，因此安全系數(shù)K取3。

計(jì)算抗壓強(qiáng)度P：P=Ps×K=105.8×3=317.4kg=3111N

根據(jù)邊壓強(qiáng)度公式ECT=P÷（5.874×T×C），其中T表示紙板厚度，C表示紙箱周長(zhǎng)，則可確定邊壓強(qiáng)度為7048N/m。根據(jù)已有的紙板強(qiáng)度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，選擇ECT>7048N/m的瓦楞紙板。

根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法確定出理論尺寸，制作樣箱裝箱，并進(jìn)行驗(yàn)證，主要包括以下幾方面：

（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行瓦楞紙箱外觀、尺寸檢驗(yàn)，一般主要檢驗(yàn)尺寸、釘合方式、搖蓋、印刷質(zhì)量等。

（2）根據(jù)瓦楞紙箱強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)空箱及其材質(zhì)的物理性能進(jìn)行測(cè)試，如紙板耐破度、邊壓強(qiáng)度及瓦楞紙箱抗壓強(qiáng)度的測(cè)試，其反映了瓦楞紙箱內(nèi)在強(qiáng)度質(zhì)量，也是運(yùn)輸包裝的主要考核指標(biāo)。

（3）瓦楞紙箱裝入商品后，進(jìn)行破壞性模擬試驗(yàn)，如跌落試驗(yàn)、運(yùn)輸模擬試驗(yàn)等，具體試驗(yàn)方法可根據(jù)相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

（4）需對(duì)所確定方案進(jìn)行工藝驗(yàn)證，確保該方案對(duì)裝箱效率、封箱設(shè)備等的適應(yīng)性。

總結(jié)

綜上所述，瓦楞紙箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的步驟如下：

（1）確定內(nèi)裝物的排列方向。

（2）計(jì)算內(nèi)裝物長(zhǎng)寬高尺寸排列數(shù)據(jù)。

（3）考慮瓦楞紙箱強(qiáng)度、堆碼狀態(tài)和美學(xué)等因素，選擇2組以上較適合內(nèi)裝物排列方向的方案。

（4）綜合比較各方案的結(jié)果，選擇一個(gè)最優(yōu)的瓦楞紙箱結(jié)構(gòu)尺寸。

（5）根據(jù)已確定的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計(jì)校核，并確定紙板等級(jí)用紙。

（6）若現(xiàn)有紙板標(biāo)準(zhǔn)不能滿(mǎn)足理論強(qiáng)度要求，根據(jù)實(shí)際情況更改所選方案或增加紙板材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)。

（7）根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果制作樣箱，并進(jìn)行驗(yàn)證。endprint