汽車車身大件的出口包裝設(shè)計

陳春宇 杜盈臻 趙仲前

摘 要：在存在運輸環(huán)境惡劣，運輸時間長并且需要長時間室外存儲的情況下，針對車身大件總成等體積較大的汽車零部件，在分析其產(chǎn)品特征和運輸環(huán)境的基礎(chǔ)上設(shè)計出一種用木制封閉料箱與EVA相結(jié)合的綠色包裝緩沖方案。共采取防銹膜、防銹油、干燥劑和控制料箱含水率等四種方式來防止零件生銹。通過使用木箱代替鐵質(zhì)料箱、利用零件形狀把零件疊加來提高裝箱率等措施以降低包裝成本。經(jīng)過試驗驗證，取得良好效果。

關(guān)鍵詞：車身大件;緩沖包裝;降低成本;防銹

1 汽車零件包裝設(shè)計的意義

全球采購、系統(tǒng)設(shè)計、模塊化供貨成為國際汽車工業(yè)潮流。在汽車生產(chǎn)全球化的背景下，為了保證整車質(zhì)量和降低成本，許多汽車廠家開展零部件全球采購。全球采購的特點是整車廠可充分利用世界范圍內(nèi)的零部件競爭優(yōu)勢，獲取市場的最新技術(shù)，適應(yīng)匯率波動以及集團采購的批量效果，得到最佳質(zhì)量、最佳服務(wù)、最合理價格的配套產(chǎn)品。因此，實施全球采購戰(zhàn)略，擴大外購率，減少自購率，以達到最佳的經(jīng)濟效益和最好的產(chǎn)品質(zhì)量，成為當(dāng)今世界汽車工業(yè)的發(fā)展趨勢[1]。汽車零部件的包裝是整個汽車零部件物流體系中極為重要的一環(huán)，零部件的包裝涉及到公司的形象、產(chǎn)品的純正以及運輸安全的保證，所以歷來為各大汽車企業(yè)所關(guān)注。

保護產(chǎn)品在流通過程中免遭沖擊、振動等機械載荷損壞的最有效的常用方法，是在包裝中添加緩沖材料。緩沖材料可以大量吸收沖擊能量，也可以起到隔振作用，避免內(nèi)裝物因沖擊振動引起損傷。本文針對汽車車身大件提出一種包裝解決方案，并按照相應(yīng)測試規(guī)范進行小批量驗證，獲得了較為滿意的結(jié)果。

2 包裝概念設(shè)計

2.1 流通環(huán)境分析

本包裝件為批量發(fā)送，單個料箱內(nèi)不可以混裝兩種零件。在集裝箱中與其他零部件料箱混裝運輸，存在堆碼，沖擊，人工跌落等潛在風(fēng)險。在約1個月的運輸周期中，有汽車和輪船兩種運輸方式，其中大部分時間是海運，物流環(huán)境比較苛刻。表1至表2所示分別為公路運輸，輪船震動加速度，綜合這些因素，我們設(shè)計其緩沖性能需滿足0.8g。另外，因為客戶方面沒有足夠的室內(nèi)倉儲空間，貨物可能會在地中海氣候條件下室外存放最多三個月的時間。

按照商品生命周期觀點，產(chǎn)品包裝件只有經(jīng)受住一切外部危險因素（運輸條件、氣候條件、生物化學(xué)條件等）的考驗而完好抵達目的地，才能實現(xiàn)其功能，體現(xiàn)其社會經(jīng)濟效益。通過總結(jié)流通環(huán)境可以知道我們主要做好如下四個方面的工作：（1）在流通過程中野蠻裝卸有可能使內(nèi)裝物受到不同程度的損壞，主要是對內(nèi)裝物沖擊過載損壞;（2）干式集裝箱，內(nèi)部處于密閉狀態(tài)，箱內(nèi)空氣狀態(tài)隨外界溫度或太陽輻射熱的變化而變化，若貨物或包裝材料的含水量適當(dāng)，極有可能發(fā)生內(nèi)部結(jié)露。另外流通區(qū)域的大溫差會引起封閉包裝件內(nèi)產(chǎn)生水汽凝結(jié)現(xiàn)象，加速內(nèi)部產(chǎn)品的受潮和腐蝕。車身大件這些有銹蝕風(fēng)險的鋼鐵件應(yīng)采取措施避免這些情況發(fā)生;（3）車身大件的有較大的重量，而且在集裝箱內(nèi)及外部倉儲時會存在堆垛，所以料箱必須具有足夠的強度;（4）包裝件在較長時間的儲存過程中，堆放于戶外地面上，如果外包裝破損，使內(nèi)裝物外露，將不能繼續(xù)保護內(nèi)裝物。

2.2 產(chǎn)品特點

文中所涉及的零部件是國內(nèi)某汽車公司生產(chǎn)的頂蓋總成，發(fā)動機罩總成，前地板焊合總成，后地板焊合總成，尾門總成等車身大件，這些零件體積與重量較大，有較高強度，易生銹。同時這些零部件外形不規(guī)則，部分零部件有一些突出的部位。

當(dāng)包裝件被簡化為一個線形單自由度系統(tǒng)進行分析時，產(chǎn)品受到?jīng)_擊后的響應(yīng)是簡諧振動，其固有頻率

式中：k—緩沖墊的彈性系數(shù);m=內(nèi)裝物的質(zhì)量。（k=24.5，m=6.08）

包裝件碰撞底面瞬間的最大加速度a產(chǎn)生動載荷ma應(yīng)與彈性反力平衡，由此可以導(dǎo)出：

假設(shè)零件在30cm高度墜落，得出G=0.497。

由此可知，當(dāng)包裝件的等效質(zhì)量m和緩沖彈性系數(shù)k都已知時，沖擊加速度G與跌落高度h有一定的關(guān)系。

由于上述計算做了無阻尼和線形系統(tǒng)的假定，計算成果是偏保守的。如果與此加速度對應(yīng)的動載荷在易損件上產(chǎn)生的應(yīng)力達到其材料的破損極限，即為該易損件的沖擊脆值。

現(xiàn)以左前側(cè)圍總成為例進行說明：

2.3 包裝方案的設(shè)定

包裝設(shè)計要求：（1）因為車身大件的重量大，強度和結(jié)構(gòu)設(shè)計必須得到加強，防止產(chǎn)品在運輸過程中發(fā)生貨損;（2）由于零件數(shù)量很多，需要包裝工藝簡單，易于快速有效的包裝;（3）采取有效的防銹措施滿足惡劣運輸與存儲環(huán)境;（4）成本控制[2]。

2.3.1 料箱的選擇

考慮到料箱要在外部較長時間存放及堆垛等因素，為防止零件生銹及損壞，應(yīng)選用鐵質(zhì)料箱或者封閉木箱，兩者之中，鐵質(zhì)料箱比較堅固，能夠承受更多的重量，而木箱具有可就地取材，制作簡單，強度高，耐久性好，有一定的彈性，能承受沖擊及振動，價格比較便宜等優(yōu)點，為降低成本，在保證強度的前提下選擇使用木質(zhì)料箱。

根據(jù)包裝箱空間利用率大于90%的原則，根據(jù)零件尺寸對各種標(biāo)準(zhǔn)箱進行了篩選，每批零件包裝單元30，利用左前側(cè)圍總成零件的特點將其5個疊加在一起，分6組，零件在料箱內(nèi)使用傾斜設(shè)計，采用專用包裝箱1480×1140×1670，設(shè)計時長度方向為1140（是根據(jù)集裝箱寬度為2350來設(shè)計），長度方向可擺放2個，有效地利用了集裝箱空間。 必須避免木材木節(jié)和裂紋等缺陷，否則會降低木材強度和破壞木材的整體性。 封閉木箱的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3.2 防銹措施

共采取以下四種措施防銹：（1）防銹油。氣化性防銹的優(yōu)點：防止污染、處理簡便、不需浸泡及清潔處理，易于包裝、儲存及運輸，氣化后防銹粒子可以進入包裝物內(nèi)部各個細(xì)微角落，可以處理其他防銹產(chǎn)品無法覆蓋區(qū)域;（2）干燥劑;（3）防銹膜。它是一種具有揮發(fā)性的腐蝕抑制劑，簡稱為氣化性防銹產(chǎn)品。當(dāng)用氣化性防銹產(chǎn)品包裝好被包裝物以后，防銹產(chǎn)品的防銹粒子氣化，在金屬表面形成保護膜，切斷金屬離子與水、氧氣接觸的可能性，從而達到防銹效果。（4）控制含水率。選用含水率在20±3%的木材作為包裝材料，含水率的高低直接影響著木材的強度，過高會降低其抗彎、抗拉性能、制作的木箱干燥后，會喪失大部分釘固力，出現(xiàn)大的間隙。含水率過高的全封閉木箱，木材會向箱內(nèi)散發(fā)蒸氣，不利于箱內(nèi)產(chǎn)品的防水和防潮。 木質(zhì)方條的含水率在10%以下，盡量將木質(zhì)方條安排在防銹膜外部。

2.3.3 包裝過程

運輸過程中的殘酷的物流環(huán)境，需要采用緩沖性能較好的材料如EVA，EPP，PU，EPE等。EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物橡塑制品，是近年來發(fā)展起來的新型環(huán)保包裝材料，具有良好的使用性能，如緩沖隔震性能好、回彈性與抗張力高、韌性強、隔熱、防潮、耐腐蝕、無毒、不吸水、成型加工容易等等，最典型的應(yīng)用是要求能長期使用的包裝。它的密度一般為0.11g/cm3，拉伸強度約2.6MPa，拉伸率大于235%，壓縮回彈大于80%，在70°下加熱24小時的收縮率僅1.5%?；贓VA這些優(yōu)異性能，結(jié)合零件脆值及物流運輸環(huán)境，我們選用了EVA與木質(zhì)方條結(jié)合的方式進行設(shè)計[3]。

在包裝設(shè)計中，采取下面三種方式來保證緩沖性能的實現(xiàn)：（1）EVA的上部用木質(zhì)方條固定后貼在零件表面，使EVA有了支撐，有較強的抗跌落沖擊能力。（2）為防止零件在運輸過程中移動，四面皆需固定，而且EVA經(jīng)過開槽，以增強其握緊力。（3）為了防止零件的外板在運輸途中磕碰劃傷，零件的間隔定位用鋸齒型膠條，零件之間最小距離20mm。

包裝步驟如下：（1）在料箱底面固定木質(zhì)方條與EVA組合;（2）將防銹膜鋪入料箱內(nèi);（3）將零件放入料箱內(nèi);（4）將其他方條EVA組合按照圖示固定;（5）在料箱內(nèi)放置干燥劑（干燥劑在防銹膜內(nèi)）;（6）用防銹膜將零件包裹成型;（7）噴射防銹霧劑入包裹內(nèi);（8）封箱。

3 實驗驗證

3.1 噴淋試驗

試驗方法：根據(jù)《GB/T 4857.9-1992 運輸包裝件噴淋試驗方法》調(diào)整噴頭高度，使其與試樣的垂直距離大于2m，開啟噴頭，調(diào)節(jié)噴水量及場地溫度，待系統(tǒng)達到穩(wěn)定且符合標(biāo)準(zhǔn)后，將樣品放入試驗場地，按預(yù)定時間持續(xù)進行試驗，試驗后檢查被試包裝件及其內(nèi)裝物是否出現(xiàn)防水性能下降或滲水現(xiàn)象。試驗結(jié)果：無滲水現(xiàn)象，防水性能沒有下降。

3.2 堆碼試驗

試驗方法：該包裝箱設(shè)計可承受500Kg的重量，所以將試樣置于水平面，將加載用500Kg包裝件置于試樣頂面中心。試驗保持預(yù)定的持續(xù)時間或直至包裝件損壞。試驗結(jié)果：經(jīng)過3個月持續(xù)堆碼，沒有發(fā)現(xiàn)損壞。

3.3 跌落試驗

試驗方法：找一相同的廢損配件按上文所述的方法包裝后進行角、棱、面模擬跌落試驗，從300mm 高度自由跌落至硬質(zhì)地面， 檢查包裝容器和配件的損壞情況，以確定包裝是否需要修改。試驗結(jié)果：通過全部試驗， 產(chǎn)品無破損及明顯變形。

3.4 沖擊試驗

試驗方法：如圖所示將試樣放在臺車上使其加速至0.8～1.2g的范圍內(nèi)，沖擊后查看包裝及零件是否受損。試驗結(jié)果：沖擊試驗后包裝及零件均沒有損壞。

4 結(jié)語

我們通過采用緩沖包裝設(shè)計及多種防銹措施來滿足運輸和倉儲需要，選擇可回收的EVA作為整個緩沖包裝的包裝材料， 經(jīng)過噴淋試驗來驗證其防銹性能，沖擊試驗、跌落試驗驗證其滿足苛刻條件下的裝載，堆碼試驗驗證耐壓能力，為汽車車身大件的包裝提供了一種解決方案。

參考文獻：

[1] 李紀(jì)珍，賈永軒.汽車零部件整合[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2] 彭國勛.物流運輸包裝設(shè)計[M ].北京：印刷工業(yè)出版社，2006.

[3] 許煒峰，舒童.汽車配件的緩沖包裝設(shè)計[J].包裝工程，2007（11）：101-102.