基于單因素法的紙箱脫封分析及優(yōu)化研究

高艷飛 吳霖華 張毅 蔣耀東

摘要：為了解決用于某機電產(chǎn)品包裝的瓦楞紙箱易爆開現(xiàn)象，提出了單因素法，對封箱脫開原因進行了封箱膠機、封箱帶、紙箱尺寸等關(guān)鍵因素的逐步計算與理論分析，并且結(jié)合國家紙箱標準測試了其初粘性和持粘性。結(jié)果表明，紙箱尺寸因素是導致紙箱包裝易脫封的主要原因。基于最優(yōu)紙箱結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，對紙箱厚度和尺寸進行了重新設(shè)計，優(yōu)化方案經(jīng)過測試可實現(xiàn)標準條件下不脫封，為紙箱的優(yōu)化設(shè)計提供了新的實踐指導。

關(guān)鍵詞：紙箱；脫封；結(jié)構(gòu)設(shè)計；內(nèi)尺寸

中圖分類號：TB48 文獻標識碼：A 文章編號：1400 （2022） 03-0021-05

Carton Unsealing Analysis and Optimization Study Based on Single Factor Method

GAO Yan-fei， WU Lin-hua， ZHANG Yi， JIANG Yao-dong（Zhongshan Torch Polytechnic， Zhongshan 528436， China）

Abstract： To solve the easy unsealing of corrugated cartons for packaging of an electromechanical product， a single factor method was proposed to carry out the step-by-step calculation and theoretical analysis of the key factors for the unsealing of cartons， such as tape sealing machine， sealing tape and carton dimensions； besides， the initial adhesion and lasting adhesion of tape were tested in combination with national carton standards. The results showed that carton dimensions are the main cause of the easy unsealing of cartons. The thickness and dimensions of cartons were re-designed by the principle of the optimal structural design of cartons. The test showed that the optimized scheme ensures that cartons will not get unsealed under standard conditions and provides new practical guidance for the optimal design of cartons.

Key words： carton； unsealing； structural design； inside dimension

包裝作為服務(wù)型制造業(yè)，其應用領(lǐng)域涵蓋產(chǎn)品、物流等環(huán)節(jié)。包裝的主要功能是保護產(chǎn)品、方便流通。作為機電產(chǎn)品的包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計，其設(shè)計原則首先是防護性，即包裝設(shè)計需對機電產(chǎn)品起保護作用，包括封箱是否合格，運輸過程中是否保護產(chǎn)品不損壞等。其次是便捷性，經(jīng)過包裝的機電產(chǎn)品搬運、裝卸是否方便，即包裝是否有合適的提手位、大件產(chǎn)品是否將托盤設(shè)計納入包裝設(shè)計模塊等。

在機電產(chǎn)品流通過程中，包裝作為其一部分，主要出現(xiàn)的問題可能有包裝結(jié)構(gòu)不合理導致紙箱壓潰、解體、變形等物理變化，均會導致內(nèi)裝物受到損壞。紙箱脫封也是現(xiàn)象之一，但是目前國內(nèi)并無相關(guān)文章研究此現(xiàn)象，主要是企業(yè)通過經(jīng)驗判斷脫封原因并且加以改進。

單因素實驗是只對一個因素進行實驗，而將其他因素都固定。此實驗方法主要用于各因素之間無影響關(guān)系的背景下，在實驗過程中，每次針對一個因素進行實驗。

單因素法在該案例中需要分析的因素主要有以下部分：封箱機、封箱膠帶粘合強度、紙箱物料原因。此三項因素相互之間影響性幾乎可以忽略。

1 項目背景

現(xiàn)有一批機電產(chǎn)品，包裝方式為PE袋+EPE緩沖結(jié)構(gòu)+瓦楞紙箱。該產(chǎn)品在包裝兩天后，高頻率出現(xiàn)封箱帶脫開的情況，如圖1所示。

2 實驗和材料

對于制造業(yè)而言，任何生產(chǎn)物料使用前，都必須依循流程操作。首先要有圖紙和明確的信息對物料進行定義，然后是樣品試用，再到每批物料入庫前的抽檢。而封箱膠帶屬于輔助材料，并沒有完善的檢驗制度。所以，首先對設(shè)備和膠帶進行調(diào)查。

2.1 封箱機因素分析

封箱機工作原理：（裝箱）輸箱—夾抱—蓋板折彎—壓箱—封箱。即產(chǎn)品經(jīng)過自動化、半自動化、人工裝箱后，通過輸送帶進入輸箱環(huán)節(jié)，由兩側(cè)面的夾箱皮帶夾住紙箱并且向前輸送，后短舌在紙箱進入封箱機托輥時，有一檢測訊號（光電訊號）通知打舌氣缸動作，由打舌架將其折彎[1]，隨著前后兩片短板陸續(xù)完成折彎，紙箱繼續(xù)向前運動，左右兩片長板經(jīng)過導向桿自動向中間折彎動作，壓箱機構(gòu)壓住紙箱頂部，封箱結(jié)構(gòu)拉動膠帶完成封箱動作。

對于自動包裝機而言，與膠粘強度有關(guān)的主要是封箱機的壓力值。設(shè)備壓力值為機器校準后的固定值。通過調(diào)研該壓力值無調(diào)整，該值在生產(chǎn)過程中屬于正常。

2.2 封箱帶粘合強度因素分析

檢查膠帶本身是否存在質(zhì)量問題，通過初粘測試與持粘測試，結(jié)果如圖2。

參照QB/T 2422封箱用BOPP壓敏膠粘帶對膠帶物理指標規(guī)定：

1）初粘性要求≥13號鋼球

2）持粘性≤3mm/h

對比測試報告數(shù)據(jù)，該膠帶初粘性最大為9號球。

持粘性平均位移為0.48mm/h。

盡管初粘性不符合標準要求，但考慮本次問題多暴露在包裝后兩天，因此可以判定初粘強度并不是本次問題的主要原因，而持粘性符合標準要求。基于紙箱結(jié)構(gòu)和材質(zhì)并不具備其它特異性，屬于市場流通性要求，所以膠帶的持粘性也不存在不足，可以判定膠帶本身并非本次問題的根本原因。

2.3 物料原因因素分析

檢查物料發(fā)現(xiàn)紙箱高度不符合圖紙要求，而造成高度不足的原因是供應商與物料檢驗缺乏，對內(nèi)尺寸判斷錯誤。

圖3是一張標準的FEFCO 0201紙箱圖形。作為標準產(chǎn)品，絕大部分客戶端（即紙箱的使用方）為了簡潔明了只會在圖紙上用簡圖表明需要的箱型，材質(zhì)印刷要求和尺寸要求。

圖4為問題紙箱圖紙，圖紙本身信息相對詳細，明確印刷、材質(zhì)、內(nèi)尺寸要求。內(nèi)尺寸為485（±2.5） x435（±2.5） x265（±1.5）mm。

事實上，很多人在檢測紙箱內(nèi)尺寸時都使用了錯誤的計算方法，如本案例中紙箱成型后測出的內(nèi)尺寸高度為264mm，符合圖紙要求，如圖5所示。

3 紙箱內(nèi)外尺寸設(shè)計優(yōu)化和脫封測試分析

3.1 正確的測量方法

正確的紙箱內(nèi)尺寸應該是上下兩面內(nèi)搖蓋間的距離。通過正確的檢測方法，實際內(nèi)尺寸高度只有256mm，而內(nèi)包裝物高度有260mm，如圖6所示。

測量的時候，長短邊搖蓋必須重疊再進行測量。這是因為在實際生產(chǎn)時很多工廠并不會特意使用高低壓痕線的工藝進行設(shè)計紙箱刀版。

3.2 高低壓痕線對紙箱尺寸的影響

所謂高低壓痕線，即為長搖蓋的壓痕線要高于短搖蓋壓痕線約一個紙板厚度t。

對于內(nèi)尺寸高度，如果不折長邊搖蓋進行測量，對于沒有使用高低壓痕線工藝的紙箱，根據(jù)折一次損失半個壁厚的理論，內(nèi)尺寸高度在實際測量時，長邊搖蓋折與不折的實際測量尺寸約有半個壁厚即t/2的差異。

4 包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計理論

4.1包裝結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計理論

紙包裝設(shè)計過程中有制造尺寸、內(nèi)尺寸、外尺寸三個尺寸。其中制造尺寸是指生產(chǎn)尺寸，即設(shè)計圖紙上的標注尺寸，也即模切板尺寸，是生產(chǎn)制造的依據(jù)，該尺寸影響包裝的內(nèi)尺寸與外尺寸。內(nèi)尺寸是指包裝盒折疊成型后的容積尺寸，是包裝與產(chǎn)品內(nèi)裝物是否配合的重要指標。外尺寸是紙包裝折疊成型后的外部尺寸，是包裝占用空間大小的重要數(shù)據(jù)，也是包裝倉儲運輸堆碼的計算依據(jù)。

制造尺寸、內(nèi)尺寸、外尺寸之間的差別主要是紙厚的影響，在設(shè)計時有兩種方式，一是根據(jù)產(chǎn)品內(nèi)裝物尺寸確定內(nèi)尺寸，從而確定制造尺寸。二是根據(jù)集裝箱、托盤、周轉(zhuǎn)箱等尺寸確定外尺寸，從而確定制造尺寸，同時也務(wù)必滿足內(nèi)裝物尺寸需求。

本案例產(chǎn)品包裝項目，客戶未提出倉儲物流需求，故首要考慮產(chǎn)品內(nèi)裝物尺寸，從而繪制結(jié)構(gòu)圖。

4.2修改后的產(chǎn)品包裝使用情況

5 結(jié)論

本文主要針對機電產(chǎn)品瓦楞紙箱脫封現(xiàn)象，采用單因素法對封箱機、封箱膠帶粘合強度、物料等紙箱制造與封合工藝因素進行了詳細分析，確定了物料因素是導致所述機電產(chǎn)品紙箱包裝脫封的主要原因。為此，基于內(nèi)尺寸、外尺寸、制造尺寸等瓦楞紙箱厚度與尺寸設(shè)計原則，依據(jù)現(xiàn)有包裝產(chǎn)品特性進行了瓦楞紙箱內(nèi)外尺寸優(yōu)化設(shè)計。測試結(jié)果表明，所提方案能夠有效改善其脫封問題，為瓦楞紙箱封箱工藝提出了可推廣的分析方案與優(yōu)化策略。

參考文獻：

[1] 史旭東等.自動化拆裝箱流水線設(shè)計[J].電子軟件與軟件工程，2016，5（4）：152-153