农夫山泉包装工艺设计课设文档格式.docx
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农夫山泉选取天然的优质水源,仅对原水做最小限度的、必要的处理,保存了原水中钾、钠、钙、镁、偏硅酸等对人体有益的矿物元素,pH值为7.3±
0.5,呈天然弱碱性,适于人体长期饮用。
矿泉水受直射或高温会变质,必须细心使用、保存。
避光:
保存于光线不足以及隐蔽的地。
光线易使矿泉水的色调发生变化,尤其是太阳直射光,会造成变质。
置于温度适中的环境中。
度温过高也会使矿泉水中的营养成分遭到破坏,而且会使瓶的空气压强升高,引起爆瓶。
温度太低,会让矿泉水凝固为固态,使其体积增大,也有可能会出现爆瓶现象。
如果在运输过程中的振动过大,会使包装箱跌落,致使包装瓶出现裂纹等损坏的状况。
为了保证矿泉水的口味和品质,因此选用的包装材料应该具有较好的阻热性,防振性,耐压性,密封性,而且在矿泉水灌装和包装过程中都应该尽量在无菌的环境中进行。
以达到对矿泉水包装的防潮,防震,隔热,耐压,密封性能好的目的。
2.3流通的基本环节
流通过程的基本环节有:
装卸搬运环节、运输环节、贮存环节。
装卸搬运环节:
在装卸搬运环节中,由于农夫山泉矿泉水销售遍及全国,其销售围非常的广泛,所以既可能有短流程运输也可能包括较长流程的运输。
装卸作业中既可能有人工装卸也有机械装卸,所以要中和考虑到抛掷、堆垛倒塌、起吊脱落、装卸机的突然启动和过急的升降都会造成产品的跌落损害。
装卸搬运是物流每一项活动开始及结束时必然发生的活动,因而有时常被人忽视,有时被看做其它操作时不可缺少的组成部分。
应选择连续装卸,主要是同种大批量散装或小件杂货通过连续输送机械,连续不断地进行作业,中间无停顿,货间无间隔。
在装卸量较大、装卸对象固定、货物对象不易形成大包装的情况下适用采取这一方式。
运输环节:
主要运输方式:
铁路运输和公路运输
由于产品销往全国各地,既有长途运输又有短途运输。
一般产品从出厂到发货火车站使用汽车运输,从发货站到全国各地的代理商使用火车运输,而从各地代理商到零售商和从零售商到消费者手中多使用汽车运输。
汽车运输的冲击,主要取决于路面状况,车辆的启动和制动,货物重量及装载稳定性。
汽车运输振动加速度的大小也与路面状况、行驶速度、车型和载重量有关,但主要因素为公路的起伏和不平。
汽车运输是包装件的共振频率一般小于25HZ,实验测得,汽车运输发生二次共振时其基频为8.2~8.5HZ,二次共振频率围为17.3~18HZ,共振加速度增大为外界激励的18倍。
汽车运输的随机振动加速度垂直方向最大,汽车运输振动能量绝大部分分布在0~200HZ,其中能量最集中处于0~50HZ频带。
汽车运输随机振动功率谱密度在2HZ和10HZ左右各有一个较大峰值。
通常2HZ出的峰值为全频带最大值,所以公路运输包装件的固有频率应避开这两个频率值。
铁路运输时产生的冲击有两种。
一种是车轮滚过钢轨接逢时的垂直冲击,在普通路轨上为80~120次/分,加速度最高为1g;
另一种是火车在挂钩撞合时产生的水平冲击,加速度可达2~4g。
若速度为14.5km/h时作溜放挂钩,车体撞合瞬间可能产生18g的冲击加速度。
火车驶过钢轨时受到冲击,以正常速度70km/h驶过钢轨时,垂直方向加速度峰值为5~8g。
贮存环节:
储存是商品流通链中重要的一环。
储存方法、堆码重量、堆码高度、储存周期、储存地点、储存环境等,会直接影响产品的流通安全性。
在储存时,为节省占地面积、常需将货物堆高,堆码后底部货物包装件将承受上部货物的重压。
这种重载压力会导致包装容器变形,影响包装外观及其动态保护性能。
据调查,一般仓库堆码高度为3~4m,汽车堆码高限为2.5m,火车限为3m,远洋货船舱堆高限为8m。
因此,设计时还须校核包装容器的堆码承压强度,以确保货物在运输和储存时的安全。
3.包装材料的选择及性能分析
3.1矿泉水瓶材料的选择
(1)玻璃瓶。
玻璃的主要成分是二氧化硅,玻璃质地硬且脆,是一种无色的透明材料,并可添加各种成分制成茶色玻璃、淡墨色玻璃、钴蓝色玻璃等。
做为包装材料,玻璃具有非常可贵的特性:
透明,坚硬耐压,良好的阻隔性,耐蚀性,耐热性和良好的光学性能。
玻璃材料丰富,价格低廉,且具有回收再利用的功能。
玻璃的化学性质较稳定。
玻璃的耐酸腐蚀性较高,而耐碱腐蚀性较差。
玻璃长期受大气和雨水的侵蚀,会在表面产生磨损,失去表面的光泽。
尤其一些光学玻璃仪器易受到周围介质的作用,破坏玻璃的透光性,在使用和保存中应加以注意。
玻璃瓶的耐冲击性较差、易碎,灌装成本高,成型加工较复杂,限制了玻璃瓶的应用。
尽管如此,为了与金属罐、塑料瓶等包装材料竞争,玻璃瓶也在不断地提高其生产技术,使产品质量更好、外观更美、成本更低。
(2)有机材料PET瓶(聚对苯二甲酸乙二酯)
优点:
高度透明,重量轻,启封后可再次密封,价格合理。
缺点:
保气性差,在存放过程中,CO2逐渐减少。
增添涂层能改善保气性,但贮存时间也不能太长。
不能预先抽空或巴氏杀菌,需采用特殊的灌装程序,以避免摄入空气和污染杂菌。
PET瓶包装方式所用的材料表面平滑有光泽,透明度高且能够防紫外线,稳定性好,不易于其他物质发生反应,而且在很宽的温度围都具有优良的物理机械性能,对气体,水分等物质的阻隔性能也很好,最重要的是无毒,卫生安全性能好。
PET瓶的成型主要是采用注塑成型加工法,因此能够制造出形状较复杂,容积较大的包装容器。
主要适合于大体积的饮品包装。
综合上面几种包装的优缺点和矿泉水包装要求的考虑,对550ml农夫山泉矿泉水采用塑料瓶的包装形式,将会具有较好的安全卫生,耐热,耐压以及密封等性能。
相对来说,塑料瓶包装会对矿泉水的风味和质量达到最好的保护性。
3.2外包装的选择
(1)瓦楞纸板箱
又称波纹纸板。
形状像瓦楞的纸板。
一面或两面粘有一层盖面纸,具有较好的弹性和延伸性。
主要用作纸箱的夹心以及易碎商品的包装材料。
用土法草浆和废纸经打浆,制成类似黄纸板的原纸板,再机械加工使轧成瓦楞状,然后在其表面用硅酸钠等胶粘剂与普通包装纸粘合而成。
瓦楞纸板的瓦楞波纹好像一个个连接的拱形门,相互并列成一排,相互支撑,形成三角结构体,具有较好的机械强度,从平面上也能承受一定的压力,并富于弹性,缓冲作用好;
它可根据需要制成各种形状大小的衬垫或容器,比塑料缓冲材料要简便、快捷;
受温度影响小,遮光性好,受光照不变质,一般受湿度影响也较小,但不宜在湿度较大的环境中长期使用,这会影响其强度。
由瓦楞机压成不同形状瓦楞的瓦楞芯纸与牛皮箱纸板间隔排列,用胶黏剂黏合在一起的纸板。
可分为单面瓦楞纸板、双面瓦楞纸板或多层瓦楞纸板。
具有极高的挺度、耐压性、抗冲击性、抗震性能,较好的弹性和延伸性。
瓦楞胶黏剂有硅酸钠、玉米淀粉(同时加入脲醛树脂、间苯二酚-甲醛树脂等,以提高其耐水性)、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯、沥青等。
用于制作各种物品的包装纸箱、纸盒等。
(2)EPS塑料包装箱
聚苯乙烯是由苯乙烯单体(SM)聚合而成的,可由多种合成方法聚合而成,目前工业上主要采用本体聚合法和悬浮聚合法。
聚苯乙烯的英文名称为Polystyrene,简称PS(以下或简称PS)。
PS是一种热塑性非结晶性的树脂,主要分为通用级聚苯乙烯(GPPS、俗称透苯)、抗冲击级聚苯乙烯(HIPS、俗称改苯)和发泡级聚苯乙烯(EPS)。
A.聚苯乙烯(PS)的特性
防潮防水,不会锈蚀,可回收再加工,使用温度20—600C
容易产生应力开裂,对材料加工要求严格,其与货物相容性机理复杂,对食品可能有潜在的危害。
B.PS的应用
通用级聚苯乙烯,可用于日用品、电气、仪表外壳、玩具、灯具、家用电器、文具、化妆品容器、室
外装饰品、果盘、光学零件(如三棱镜、透镜)透镜窗镜和模塑、车灯、电讯配件,电频电容器薄膜,高频绝缘材料、电视机等集装箱、波导管,化工容器等。
悬浮聚合树脂可制成不同密度的泡沫塑料,用作绝热、隔音、防震、漂浮、包装材料,软木代用品,预发泡体可作水过滤介质及制备轻质混凝土,低发泡塑料可制成合成木材做家具等。
高抗冲击级聚苯乙烯(HIPS)可注塑或挤塑成各种制品,适合家电产品外壳,电器用品、仪器仪表配件、冰箱衬、板材、电视机、收录机、机壳体、文教用品、玩具、包装容器、日用品、家具、餐具、托盘、餐具、结构泡沫制品等。
C.聚苯乙烯(PS)的成型加工
聚苯乙烯流动性好,加工性能好,易着色,尺寸稳定性好。
可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件。
特别适用于注塑成型,注塑成型时物料一般可不经过干燥直接使用。
但为了提高制品质量,可在55℃~70℃鼓风烘箱预干燥1~2h。
具体加工条件大致为:
料筒温度200℃左右,模具温度60~80℃,注塑温度170℃至220℃,注塑压力比为1.6~4.0。
成型后的制品应在红外线灯或鼓风烘箱,于70℃恒温处理2~4h。
(3)两箱的比较
综上所述,结合环保及诸多生产因素,瓦楞纸板是比较合理的包装箱材料。
4.矿泉水包装结构设计和计算
4.1销售包装容器结构的设计
由于矿泉水就以纯净的水为原料,销售包装的包装瓶应该具有很好的透明性,PET塑料瓶具有这一优点。
因为销售此次销售包装的体积为550ml,比与普通饮品的中等体积一样,所以将PET瓶身设计为下圆柱形,上漏斗形的结构,能够比较容易的注塑成型,而且在下瓶身上还设计有凹槽,来增加瓶身与手之间的摩擦力。
在瓶子的底部设计有凹槽,也是为了便于成型,同时能够使瓶子比较容易的放平稳,其示意图如图2。
图2PET瓶的示意图
4.2包装容器结构尺寸设计
4.2.1瓶身主要尺寸的设计和计算
包装容器的瓶身如图2设计为下圆柱,上漏斗状的形式,设瓶身上部分的高为h1,下部分的高为h2,上部分瓶口的半径为r1,下部分瓶身的半径为r2,瓶身上部漏斗状部分的母线水平面的夹角为α则
(1)
根据市场上面现有的PET瓶的形状,取h2=4h1,α=60°
,r1=15mm,而且
(2)
联立
(1)
(2)两式可以求出r1=12mm,r2=30mm,h1=70mm,h2=140mm。
4.2.2其他尺寸的设计与计算
参考市场上的PET塑料瓶,瓶口的高度h3=20mm。
下半部分的瓶身上,瓶底凹槽的深度为4mm,半径为29mm。
根据行业标准确定PET瓶的瓶身厚度为0.2mm。
4.3缓冲材料设计
对于PET饮料瓶来说,由于它本身就有一定的防震吸振功能,不需要在箱设计特定的衬结构在固定它的位置,只需要将饮料瓶均匀紧密的排列在一起,就具有一定的缓冲效果。
4.4销售包装结果设计及装潢图
由于矿泉水成本较低且大众化,上述包装容器即为销售包装,尺寸与包装容器尺寸一致。
销售包装只需在瓶身上贴上一周销售标签。
销售标签装潢如下
方案一:
图3销售包装装潢图(方案一)
方案二:
图4销售包装装潢图(方案二)
5.矿泉水运输包装结构设计和计算
5.1运输包装结构设计
此次设计采用6*3的形式,即每一竖排放6瓶,每一横排放3瓶,每一箱包装18瓶。
结合前面瓶身设计过程中最终的尺寸,所以,一箱饮料瓶的
总长L=2r2×
6=2×
30×
6=360mm
总宽B=2r2×
3=2×
3=180mm
总高H=h1+h2+h3=70+140+20=230mm
考虑到产品在实际制造的时候会不可避免的产生制造误差,所以考虑到允许围的误差,该产品装物的外廓尺寸为370×
190×
235mm。
0201型瓦楞纸箱是目前用得最多的瓦楞纸箱之一,此箱型上下都有摇盖,箱坯在纸箱厂钉合或者粘合接头,空箱作为货物运输或者回收的时候,可以折叠平放,大大的减小了所占用的空间,在产品装箱的时候,只需从中间将箱体开即可进行装箱。
结合本产品的实际尺寸和产品重量,选用0201型一页箱的单瓦楞纸箱。
(1)纸箱尺寸的计算
查《包装结构设计》课本表5-7,取尺寸修正系数kL’=5,kB’=5,kH’=4,d=1
查《包装结构设计》课本得瓦楞纸箱尺寸计算公式
式中
——纸箱尺寸,mm
——装物最大外尺寸,mm
——装物排列数目,mm
d——装物公差系数,mm
——尺寸修正系数,mm
带入上式,得
Li=370+1(3-1)+5=377
Bi=190+1(2-1)+5=196
Hi=235+1(3-1)+4=241
(2)纸箱制造尺寸的计算
查《包装结构设计》课本表5-9,取制造尺寸修正系数kL1=6,kL2=6,kB1=6,kB2=3,kH=9,xf=4
查《包装结构设计》课本表5-10,取J=40
查《包装结构设计》课本得制造尺寸公式:
式中,
-瓦楞纸箱制造尺寸
-纸箱尺寸
-制造尺寸修正系数
L1=377+6=383
L2=377+6=383
B1=196+6=202
B2=196+3=199
H=241+9=250
F=(202+4)/2=103
J=40
(3)纸箱外尺寸的计算
查《包装结构设计》课本表5-19,取外尺寸修正系数K=6
查《包装结构设计》课本得瓦楞纸箱外尺寸,
-纸箱外尺寸
-纸箱最大制造尺寸
-纸箱外尺寸修正系数
Lo=383+6=389
Bo=202+6=208
Ho=241+6=247
5.2运输包装结构展开图
运输包装展开图如图4所示。
图5运输包装展开图
5.3运输包装装潢图
运输包装装潢图如下图:
图6运输包装装潢图
6.矿泉水包装工艺设计
6.1包装工艺规程的制定
6.1.1包装工艺路线的拟定
矿泉水在包装加工过程中,应该尽量做到要在无菌环境中进行,因此所有的包装设备和包装品都应该在使用前灭菌消毒,然后才能进去灌装工序。
灌装好的饮料要接受技术人员的检验,确认没有问题才能进行后面的销售包装步骤,以及装箱,堆码和入库。
矿泉水的工艺路线图:
包装准备→制瓶→清洗,消毒→灌装→压盖→检验→贴标→喷码→装箱→堆码→入库
6.1.2包装工艺设备
给定的年产量为2万t,550ml的瓶装矿泉水矿泉水质量为0.72kg。
因此:
年产罐数为2×
108/0.72=277777778(罐);
平均每分钟生产罐数为277777778/(365×
24×
60)=528(罐/分)=31680(罐/小时)
在选择包装生产线上的机械设备时,每部分设备的生产能力都应该大于或者等于528罐/分。
如果一台设备的生产能力达不到要求,可以用多台设备一起生产,来达到包装线的生产要求。
考虑到生产中的换班,停机检修等消耗的时间,确定设备时最好选择生产能力比528罐/分高出一些的设备。
包装过程中需要用到的机械设备以及主要参数和功能如下:
(1)注射吹塑机
选用型号为SCZ0.8x3注射吹塑机,其主要参数如下表:
表1注射吹塑机的参数
可成型制品的容积围
0.015-0.8L
可成型制品的髙度
≤200ml
可成型制品的直径
≤100ml
回转装置
水平三工位
吹塑模开启行程
120mm
注射模开启行程
螺杆转速
10-235r/min
(2)杀菌消毒机
由于PET瓶不能承受太高的温度,否则会发生变形。
因此在杀菌消毒的时候应该选用低温处理的方法,在食品包装领域中,常采用的是紫外线灭菌法。
因此选用紫外线灭菌机。
(3)灌装机
选用GFP-18型全自动负压灌装机,采用真空灌装,速度快,无瓶供给或瓶子破损不灌装,减少料液损失。
而且可以很精准的控制灌装液体的液位高度,误差在±
1mm之。
其具体参数如下表
表2灌装机的参数
生产能力
10000-50000瓶/小时
适用瓶高
100-400mm
适用瓶颈
16-34mm
灌装头数
36
灌装量
100-900ml
(4)压盖机
对灌装完成后的饮料品进行压盖,封口操作,也可以起到一定的防伪功能。
由于在包装工艺中,大多数设备都是采用气动式的,比较干净卫生,因此选用型号为QDX-450的台式气动旋盖机。
它的主要参数如下:
瓶盖直径:
Φ10~Φ50MM
旋盖速度:
20~40次/分钟
适用瓶高:
40~200MM
因为包装机的生产能力为528罐/分,所以要选择的压盖机的数量应该为
n=528/40=13.2(台)
考虑到其他因素,为了适应整台机器的生产能力,选用14台压盖机同时对灌装完成之后的饮料瓶进行压盖操作。
(5)翻罐器
适用围:
对饮料瓶进行旋转,在罐装工序中需用到。
结构组成及参数:
(1)由直径8mm不锈钢条结构,全程360度旋转
(2)支承件为不锈钢材料。
(6)自动清洗机
对从制瓶工序中制作出来的瓶子进行清洗,除掉里面的残留物。
(7)贴标机
将印有农夫山泉销售包装图案的卷筒包装材料按一定的长度切断,然后贴在封口完成后的瓶身部位。
(8)喷墨机
将产品的生产日期以一定的方式,印在瓶盖的密封位置处。
(9)堆码机
将封合完成后的纸箱以交错排列的形式在托盘上堆码整齐,方便入库。
6.1.3包装品的确定
注射吹塑过程中需要PET流体塑料,清洗过程中的碱液和纯净水,灌装过程中需要矿泉水,压盖过程中需要瓶盖,贴标过程中需要印有销售包装图案的卷筒膜包装材料,喷墨过程中需要墨粉,装箱过程中要瓦楞纸箱的箱胚,堆码过程中需要托盘。
瓶装矿泉水的包装工艺规程卡片如下
表3瓶装矿泉水的包装工艺规程卡片
工序
工步
工序容及要求
包装设备与工艺设备
包装产品
名称
数量
1
2
3
包装准备
准备无菌矿泉水
验收卷筒包装材料
检查纸箱
4
5
制瓶
型坯芯棒插入注射模
注射塑料流体
型坯和型棒转移至吹塑模
通入压缩空气进行吹塑
开模取出瓶子
SCZ0.8x3注射吹塑机
PET塑料
6
7
清洗,消毒
进罐
碱液冲洗30s
纯净水冲洗30s
倒立排水
通入压缩空气吹干
用紫外线杀菌15s
出罐
自动清洗机
紫外线灭菌机
PET瓶
碱液
纯净水
灌装
将容器翻转90°
上升到灌装工位
灌装矿泉水
下降离开灌装工位
翻罐器
GFP-18型全自动负压灌装机
压盖
QDX-450台式气动旋盖机
瓶盖
检验
贴标
纸卷上料
包装纸成筒状
切断,粘贴
高温无菌空气吹干包装纸
贴标机
塑料薄膜
8
喷码
自动喷墨机
墨粉
9
装箱
箱坯撑开成箱
排列产品,6*3=18
封箱
装箱机
瓦楞纸箱
胶带
96
10
堆码
在托盘上堆码8层,交错排列
堆码机
托盘
11
入库
叉车
6.2包装工艺过程分析
6.2.1矿泉水包装工艺过程的分析
矿泉水在生产过程中,除了要保证环境无菌之外,还应该要保持温度的恒定。
由于机器在运转过程中都会产生热量,因此,生产的时候要保证设备产生的热量能够及时的排除,损坏水的品质。
最重要的一点就是各个部分的生产速度都要保持同步,不然就会使机器发生故障,影响生产效率。
(1)制瓶工艺
在制瓶工艺过程中,最重要的一点就是原材料的温度,特别是将型坯从注射模转向吹塑模的时候要严格控制时间,否则就会吹塑失败,一般以50℃为宜。
在吹塑过程中也要掌握好气体的速度,不然就会出现壁厚不均匀的情况。
(2)清洗,消毒工艺
在此过程中,应该保证将碱液清洗干净了,并且瓶应该保持干燥,不能有液滴。
紫外线杀菌消毒过程中要掌握好时间,太快杀菌不完全,太慢了对瓶子的材料有损伤,以15s为宜。
(3)灌装与压盖工艺
灌装与封口在两个设备上进行,有36个灌装阀,14台个压盖机。
灌装压盖共有8个工步:
①将储液缸抽真空;
②容器上升;
③将容器瓶抽真空;
④液体流入容器⑤液位上升致预定位置;
⑥自动停止灌装;
⑦容器下降;
⑧压盖。
(4)贴标和喷码工艺
卷筒包装材料的输送速度,还有打印生产日期的速度都应该和矿泉水瓶的供送速度一致,否则就会出现贴标错位和生产日期打印不上的情况。
(5)装箱工艺
装箱过程首先要用吸盘装置造成负压,撑开瓦楞纸箱,并要保证矿泉水瓶能够平稳的放入瓦楞纸箱中,不能出现太大的冲击。
瓶子之间应该保持紧密的接触。
以每18瓶为一箱进行装箱作业。
(6)堆码工艺
纸箱在堆码过程中应该交错排列,而且每层纸箱中不能出现空位等不合理的排列方式,堆码的高度不宜过高,以8层为宜。
6.2.2包装件的检验
对流水线上的包装件采用定时和随机抽查相结合的检验方式。
整台机器正常运转起来后,对于压盖工序后的饮料瓶,定时抽查,按照每1h抽查一次的方式进行,每隔6个瓶抽查一个,每次抽查6个瓶。
对于装箱后的包装件,随机抽查一箱饮料的包装性能。
对于矿泉水瓶的抽查,需要检验以下几个容:
第一步要看抽查出来的容器里是否有灌装水,如果没有成功灌入矿泉水,说明瓶身存在裂缝,要对制瓶工序进行调查。
第二步要观察瓶的矿泉水是否有沉淀物,如果发现有异物,应该对矿泉水的生产线进行检查。
第三步要检查瓶口的密封程度是否良好,将抽取出来的矿泉水瓶颠倒过来,倒置1分钟,如此反复3次,观察瓶口是否有漏液的现象,如果有,就要对压盖工序进行检查。
对于包装件的抽查,需要检验以下几个方面:
(1)垂直冲击试验。
由检验人员将包装箱举到一定的高度,让其自由下落,每个面都重复3次,观察瓦楞纸箱有无破损现象
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