电子产品缓冲包装件的设计方案方法文档格式.docx
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样质量量kg
<
10
≥10-<
20
≥20-<
30
≥30-<
40
≥40-<
50
≥50
面跌落
跌落高度mm
800
600
500
400
300
200
跌落面
如图2所示按3-2-5-4-6面次序向下跌落
棱、角跌落
100
跌落棱
跌落棱为跌落角的三条棱
跌落角
跌落角应为样品正面下边的任一角
跌落次数
各一次
图1
6
42
3
5
3--底面2正面1顶面
4.5.6----三个侧面
2.初估电视机的脆值。
产品在碰到冲击过载破坏、疲倦破坏等因素的影响而产生的特点,称为产品的易损性;
定量描述这种特点的量值称为脆值,用G表示。
不同样的产品有完好不同样的破坏模式,与随机特点的流通环境条件有很大关系。
因此产品的脆值其实不是产品的固有特点,而是拥有统计意义的描述产品承受外界载荷作用后临界破坏状态的一个胸襟值,用于谈论产品在流通环境下耐破坏的能力。
引起冲击过载破坏的主要原因,是产品碰到较大动载荷的作用,使内应力高出许用极限。
产品不发生物理破坏或功能无效所能承受的最大加速度(没有缓冲资料保护)与重力加速度g的比值被称为产品的脆值GC,即
GC=AC/g
(1)
考虑到产品的价值,要有安全系数n,因此缓冲包装设计时,采用产品的许用脆值[G]作为依照,即
[G]=GC/nn>
1
(2)
包装件跌落时,冲击传达到产品的最大加速度Amax不但与跌落高度相关,还与缓冲包装结构、资料性能相关(因此在设计包装件时要考虑资料与结构的合理性)。
将Amax与重力加速度g的比值Gmax应小于许用脆值[G],即
Gmax=Amax≤[G](3)
按脆值定义的要求,要做大批的试验才能获取产品的脆值,而缓冲包装件的设计要在脆值获取后才能进行;
因此按这样的程序将会提高产品的开发成本,同时也会拉长开发时间。
为认识决以上问题,用初估法获取电视机的脆值G,详尽方法以下:
2.1.经验估计法
经过对包装件在流通环境中实测的大批现场数据的数理统计解析,估计产品脆值有以下经验关系式:
Gc=αW-β(4)
其中:
Gc-包装件经碰到的最大加速度(g);
W-包装件的重量(KG);
α、β经验参数,有三重数据:
A.强烈冲击现象α=801,β=0.704
B.中等冲击现象α=203,β=0.306
C.较弱冲击现象α=53.2,β=0.1
三菱包装技术中心依照该公司各种电气电子产品的脆值试验结果。
经过最小二乘法回归办理,得产品脆值Gc与其重量W的经验公式为:
Gc=102.22W-0.4(5)
此结果与B项凑近。
2.2类比法
先进的工业化国家多年来已经对多种产品的脆值进行过大批的试验测定,并拟定出若干参照标准,缓冲包装设计时,能够经过类比,采用作为参照依照。
下边给出不同样资料本源介绍的产品脆值范围。
表2-1美国军用手册《MIL-HDBK-304》
G值
产品种类
15~24
导弹导航系统、精美校准仪器、惯性导航台、陀螺
25~39
机械测量仪表、电子仪器、真空管、雷达
40~59
航空隶属仪表、电子记录装置、固体电路、精美机械、示波器
60~84
电视机、航空仪器、某些固体电路
85~110
电冰箱、一般机电设备
>110
一般机械、航空部件、液压传动装置、控制台
表2-2美国MTS公司
15~25
导弹导航系统、精美校准仪器
26~40
机械测量仪表、电子仪器
41~60
航空附件、电子打印装置、办公室电子设备
61~85
电视机
86~115
洗衣机、电冰箱
>115
一般机械设备
表2-3日本防卫厅规范NDS20010
等级
A
<10
大型电子计算机
10~20
导弹导航器、高级电子仪器、晶体振荡器、精美测量仪器
21~40
大型电子管、变频装置、一般电子仪器、一般测量仪器
B
飞机部件、小型电子计算机、自动记录仪、大型电讯装置
61~90
电视机、录音机、照相机、光学仪器、搬动无线电、航空用品
C
91~120
便携式无线电、电冰箱、一般仪器
>120
机械产品、小型真空管、一般器具
表2-4中国机械标准化研究所
25~40
冰箱压缩机
40~60
彩色电视机、显示器、鸡蛋
60~90
黑白电视机、电冰箱
90~120
光学经纬仪、荧光灯、陶瓷器皿、单放机、电动玩具
表2-5日本三菱电气公司公司
序号
产品名称(型号)
重量,kg
体积,×
103cm3
1
榨汁机(JE-1700)
72
4.1
11.9
2
烤箱(Bo-1100)
108
9.7
52.4
3
黑白电视机(14PS-4030)
8.7
39.6
4
黑白电视机(12PS-3190)
47
5.5
34.4
彩色电视机(14PS-101)
38
13.6
63.3
6
彩色电视机(14CTS-156)
43
16.5
73.0
7
彩色电视机(14CP-196)
16.0
65.7
8
彩色电视机(14CT-303)
75
19.8
85.3
9
彩色电视机(14CT-313)
63
18.0
88.4
彩色电视机(18CT-B64W)
41
28.1
168.7
11
彩色电视机(20CT-B88W)
37.1
182.9
12
立体声扩音机(DA-U550)
93
7.7
15.2
2.3确定脆值
液晶电视机(LC-32X5A)该机型重21.4Kg,约为47英镑。
经过式(4)与式(5)估计及表2-1至表2-5数据初步确定该电视机的脆值:
G=50~70,为了方便缓冲资料厚度的采用在这里就初步用G=50(6)
3.电视机的包装资料采用及包装结构的设计
3.1外包装箱瓦楞纸板(corrugatedfiberboard)采用
瓦楞纸板由箱纸板和经过起楞的瓦楞原纸粘合而成的,用与制造瓦楞纸箱的一种复合纸板。
按物理强度将瓦楞纸板各分为4种见下表:
表3-1(GB/T6544-1999的表1)
种类
优等品
一等品
合格品
代号
耐破度kPa
边压强度kN/m
代号
耐破度(kPa)
边压强度(kN/m)
边压强度(kN/m)
单瓦楞纸板
S-1.1
S-1.2
S-1.3
S-1.4
638
785
1177
1570
4.5
5.0
6.0
7.0
S-2.1
S-2.2
S-2.3
S-2.4
410
686
980
1373
4.0
S-3.1
S-3.2
S-3.3
S-3.4
392
588
784
3.5
双瓦楞纸板
D-1.1
D-1.2
D-1.3
D-1.4
1961
6.5
8.0
9.0
D-2.1
D-2.2
D-2.3
D-2.4
1765
7.5
D-3.1
D-3.2
D-3.3
D-3.4
瓦楞纸板的楞型结构几尺寸要求应吻合表3-2的要求,其瓦楞形状均为UV型。
表3-2(GB/T6544-1999的表2)
楞型
楞高,mm
楞数,个/300mm
A
4.5~5.0
34±
3.5~4.0
38±
2.5~3.0
50±
E
1.1~2.0
96±
不同样的等级价格差很多,因此设计时即不要过设计也不要安全系数太低。
以下举一个例子,液晶电视机LC-32X5A的外包装箱纸质的采用过程:
一般电视机的外包装箱用双瓦楞纸板,又要满足表层印刷的要求在表层要用细瓦即B型、E型。
A型的抗压是最好的,细瓦中B型抗压也是最好的,在此选AB型其厚度为8.0mm,箱型0201(纸板的利用率较高)。
瓦楞纸箱的抗压强度,0201型纸箱的抗压强度可采用以下马基公式进行计算:
Pc=5.874PmZ0.492t0.508(7)
其中Pm为纸板的边压强度测定值(N/cm),Z为纸箱周长(cm),
t为纸板厚度(cm)。
纸箱的堆码强度
堆码强度是纸箱设计的重要指标,是指仓储的瓦楞纸箱包装在一准时间的静态压力下堆码立刻倒塌从前所能承受的载荷。
依照所示纸箱的抗压强度能够估计纸箱的堆码强度,Ps(N),计算公式为
Ps=9.81G(Nmax-1)(8)
其中G(kg)为单个纸箱包装的毛重,Nmax为最大堆码层数。
纸箱空箱的计算抗压强度Pc与Ps之比即为安全系数K:
K=Pc/Ps=Pc/9.81G(Nmax-1)(9)
安全系数由与蠕变相关的储蓄期、流通环境的湿度、堆码方式、装卸条件、纸箱的印刷与开孔等因素相关。
表3-3给出了估计安全系数的参照数据。
表3-3估计安全系数的参照数据
抗压强度损失
乘子ai
载荷下堆放时间
10天-损失37%
0.63
30天-损失40%
0.60
90天-损失45%
0.55
180天-损失50%
0.50
载荷下相对湿度RH(RH周期性的变化会进一步加剧损失)
50%-损失0%
1.0
60%-损失10%
0.9
70%-损失20%
0.8
80%-损失32%
0.68
90%-损失52%
0.48
100%-损失85%
0.15
托盘码垛方式
高质量箱
低质量箱
柱型,对齐
损失忽略
柱型,错位
9-15%损失
0.85
互锁式
40-60%损失
0.6
0.40
高出托盘
20-40%损失
托盘板缝隙
9-25%损失
野蛮装卸
9-40%损失
印刷与开孔
9-20%损失
于是,安全系数可按下式估计:
(10)
G(kg)包装的毛重
21.4KG
Nmax为最大堆码层数
纸箱长,cm
92.0
纸箱宽,cm
29.2
周长(cm)
242.4
厚度(cm)
0.8
堆码强度Ps(N)
用公式(8)
算出Ps=629.8
AB瓦边压Pm(N/cm)
70
(D-1.2)
80
(D-1.3)
90
(D-1.4)
75(D-2.3)
纸箱抗压Pc(N)
用公式(7)算出
Pc=5469.81
6296
7093
5902.5
安全系数K
8.68
9.996
11.26
9.37
在相当严酷的情况下K环
=6.95
6.95
K/K环
1.25
1.44
1.62
1.34
表3-4LC-32X5的外包装箱瓦楞板材的采用。
从表3-4中可已看选D-2.3最合理也最经济。
3.2缓冲资料采用及缓冲结构件的设计
3.2.1缓冲资料采用
缓冲资料可衰减有害的振动,调整包装系统的频率远离产品重点件的
固有频率,减少动应力,有利于延长其疲倦寿命。
电视机常用的缓冲资料有两种:
EPS、EPE。
详尽用哪一种资料先看资料的特点。
A)EPS聚苯乙烯泡沫塑料(EPS-ExpandedPolystyrene)
可模塑可大批量生产,蒸气透过率和吸水率低,绝缘优异,圆滑而微弹性表面不会磨损产品,可模塑成复杂形状,压缩到75%还有很大回复能力,静压蠕变低,压缩强度高,可浸泡阻燃剂和抗静电剂,食品相容好,耐酸、碱和脂肪族化合物,但不耐溶剂与矿物油;
扭转、波折和伸长能力有限,回收成本很高,被欧盟列为禁入。
适合低脆值产品
B)聚乙烯泡沫塑料(EPE-ExpandedPolyethylene)可模切能大批量生产,
软而无磨损,耐多次冲击,低Tr,阻尼大,机械强度高,耐酸碱和溶剂,低吸水率(<
1%),绝热,-51-85℃范围内有耐变形的高弹性,断裂伸长约50%,拉伸强度:
30mg/cm3时172KPa;
80mg/cm3时448KPa,蠕变不如EPS;
简单回收属于环保资料。
适合重、贵、易碎品即适合低脆值产品。
总之,EPE比EPS有以下优点:
拉伸强度高,缓冲性能好,能耐多次冲击,不易掉渣,动向变形小,更环保。
其缺点是贵。
因液晶电视是销外国的LC-32X5A其包装资料必定是环保的,因此缓冲资料选EPE。
以下就谈论如何合理的进行EPE缓冲件的结构设计。
3.2.2计算缓冲资料所需的厚度。
3.2.2.1缓冲系数
缓冲资料之因此能起到保护内装物,是由于缓冲资料碰到冲击时变形吸取能量即变形能。
单位厚度吸取的变形能为E/t,此值与外力F之比定义为该缓冲资料的缓冲效率:
(11)
缓冲效率诚然能反响缓冲资料的缓冲性能,但在缓冲包装设计过程中常用的参数是它的倒数,称之为缓冲系数C,即
(12)
注:
t为缓冲资料所需的厚度,F为外力,EC变形能
设计缓冲包装时,应选择缓冲系数较小的缓冲资料,以便减少缓冲资料的用量。
缓冲系数C与F、t、Ec三个参数相关,对于不同样的缓冲资料有不同样的缓冲系数,平时需经过试验测定。
依照试验方法的不同样,有静态缓冲系数和动向缓冲系数之分。
静态缓冲系数
当质量为m的包装件从h高度处跌落时,忽略机械耗费等次要因素,能够认为所有的位能mgh均转变成缓冲资料的变形能,考虑到ε=x/t,σ=F/A,有
(13)
其中E0=Ec/At为缓冲资料体积的变形能。
若是跌落时产生的使产品不发生破坏的脆值为Gc,这时的加速度则为a=Gcg,外力变成F=mGcg,并定义缓冲资料所受静应力σm=mg/A,代入上式经整理可得缓冲资料的厚度
(14)
其中只有比值σm/E0与缓冲资料的缓冲性能和结构尺寸相关,定义为静态缓冲系数C=σm/E0
动向缓冲系数
在设计物流过程中冲击产生的变形速度决非静态方式。
冲击过程中缓冲资料的阻尼将吸取一部分冲击能。
因此,静态缓冲系数与实质情况有必然差异,是偏保守的,而需采用动向试验方法来测定更吻合实质情况的动向缓冲系数。
经过试验可求得缓冲资料的Gm-σs曲线。
而该曲线在设计缓冲包装时起着很重要的理论指导作用。
以以下出EPE板材在12、18、24、36英寸等4种跌落高度,1、2、3、4英寸等四种缓冲厚度;
第一次、第二次、第三次跌落的结果、以及第二到第五次跌落的平均结果。
图3.1
图3.2
图3.3
注:
图3.1、图3.2、图3.3均为单层EPE即1/2英寸厚度
缓冲资料的厚度t
板材的厚度
图3.4
图3.5
图3.5均为多层EPE
3.2.2.2其他因素
缓冲结构与尺寸的设计除了考虑按缓冲系数和脆值确定厚度外,还应校核缓冲垫的压缩桡曲。
厚度t较厚的缓冲垫简单桡曲,使承载能力下降。
缓冲设计时,平时采用以下克斯特那经验公式进行校核:
Amin/(1.33t)2>1(15)
其中Amin为最小承载面积。
3.2.2.3依照需要缓冲包装的内装物的外形设计出基本的缓冲包装件的原形。
详尽用LC-32X5A为例:
经过该原形确定缓冲资料的静应σs=MG/A;
又知脆值G=50;
因重量为21.4Kg由表1.2可知跌落高度面为500mm,楞、角为400mm
由于楞、角是单薄地址,设计时跌落高度一致取500mm,即H=500mm,为方便用表格3-5表示各个数值。
图3.6
4(后侧面)
7(角)
2(正面)6(右侧面)
1(顶面)3(底面)、5(左侧面)、7(角)、8(2与6的交棱)
9(1与2的交棱)、10(1与6的交棱)
设计的(LC-32X5A缓冲计算)第一方案
表3-5(依照-图3-5EPE板材的缓冲性能曲线图估计出缓冲资料厚度)
方向
长(inch)
板材厚度(inch)
面积(inch2)
重量(lb)
应力(psi)
厚度T(inch)
A/(1.33T)2>
45.57
1.57
71.59
0.656
1.47
18.8
25.9
1.81
1.77
4.7
52.9
83.07
0.567
1.67
16.84
11.32
17.78
2.64
2.2
2.01
12.9
20.253
2.32
1.95
3.01
15.5
24.33
1.93
1.87
3.93
35.39
55.56
0.845
1.27
19.47
5.81
9.1
5.16
3.2.3确定最后的设计方案。
从表3-5中还有一些需要调整的,其中方向10是不合理的必定更正。
详尽如
图3.7
更正前更正后
从图3.7能够看出更正后比更正前在表3-5中的方向10处多加一条保护筋,缩短长度,去掉了在方向2、方向4贡献不大的加强筋。
并将所有的板材的板厚改为1.18inch。
在底座的垫子可经过如图3.8的办理可节约资料1/3。
图3.8
更正后的(LC-32X5A缓冲计算)第二方案详尽以下表
表3-6(依照-图3-5EPE板材的缓冲性能曲线图估计出缓冲资料厚度)
21.53
1.18
25.4
1.85
1.67
5.1
25.5
30.1
1.56
1.55
7.08
28.9
34.1
1.37
1.47
8.92
19.42
22.91
2.05
1.83
3.86
17.9
21.12
2.22
1.9
3.32
20.5
24.19
1.94
1.78
4.31
41.7
1.12
1.28
14.38
18.35
21.65
2.1
由与脆值为G50,从图3-5能够看出静应力在1.5psi到2psi区间能够省材
料,从表3-6看出表中的静应力基本分布与该区间。
且方案二比方案一从资料
上可节约1/3,约人民币20元。
因此就用方案二为最后方案。
4.制作缓冲包装原形,制作完后就是进行试验。
5.试验考据该设计方案的可行性。
详尽以一试验报告加以说明。
厦门合兴包装印刷有限公司测试中心
跌落冲击试验报告试验编号:
200600401001
表5-1
客户名称
厦华
试样名称
厦
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- 电子产品 缓冲 包装 设计方案 方法