包装工艺课程设计

笔记本电脑的运输包装系统设计

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目录

一、目录-----------------------------------------第1页

二、设计说明的中英文摘要-----------------第2页

三、课程设计任务书--------------------------第3页

四、正文-----------------------------------------第4页 a 、 设计内容的整体概述

b 、 设计方案的确定

c 、 缓冲设计计算与校核

d 、 外包装容器设计计算

e 、 包装技术经济核算

五、结论------------------------------------------第26页

六、参考文献------------------------------------第28页

摘要：

利用缓冲包装设计" 六步法", 研究惠普笔记本电脑的包装结构设计问题。通过分析惠普产品的流通环境和产品本身特性，选择合适的缓冲包装材料纸浆模塑制品，进行缓冲衬垫的尺寸计算和结构设计，并进行校核，完成缓冲包装设计。运输包装设计选用适当的瓦楞纸箱箱型，并计算尺寸和强度。集合包装设计进行集装箱的选用和利用率计算。最后计算成本，并对成本进行分析和整体的总结。

Abstract :

The use of cushioning packaging design of the "six step" to study the packaging structure of HP's notebook design. Hewlett-Packard products by analyzing the flow characteristics of the environment and the product itself, select the appropriate cushioning packaging material pulp molding products, carried out the size of cushion calculation and structural design, and conduct verification, completed a cushion packaging design. Transport package design using appropriate corrugated box, and calculate the size and strength. Collection of packaging design for container selection and utilization calculations. Final calculation of costs, and cost analysis and the overall summary.

《运输包装》课程设计任务书

一、

电子仪器等）的运输包装系统设计

二、 设计任务：

1. 完成产品缓冲包装设计的整体论述 ，包括流通环境的确定、产品特性、材料选择等。

2. 完成缓冲设计的计算与结构设计及相应校核。

3. 完成缓冲衬垫结构设计图纸与缓冲包装装配图（A3图2～3张）及技术文件。

4. 设计并绘制纸箱展开图、外装潢设计以及三维立体效果图。（需标注尺寸和运输包装标志）

5. 选择集合包装容器(托盘和集装箱) ，并计算码盘率和装箱率（要求不得低于85%）。

6. 完成设计说明书（约30页），内容包括：

⑪ 目录

⑫ 设计说明书的英文摘要、中文摘要（约200字） ⑬ 课程设计任务书

⑭ 正文

a. 设计内容的整体概述

b. 设计方案的确定方法（流通环境、产品特性、

材料选择、缓冲包装方法等）

c. 缓冲设计计算与校核

d. 外包装容器设计计算

设计题目：机电产品（主机、显示器、电视机、打印机、

e. 包装技术经济核算

⑮ 结论（存在的问题与收获）

⑯ 参考文献

正文：

a 、 设计内容的整体概述

1. 目的与要求

笔记本电脑的运输包装综合了运输包装课程所学基础理论与专业技术技能，通过课程设计环节，学习商品在流通环节中如何通过对产品和流通环境的分析、材料与包装技术的选择与应用，利用缓冲包装技术方法解决保护产品的技术问题，并对包装件进行技术测试与评价，对运输包装课程中所学知识进行综合运用，使理论和实践相结合，增强分析问题、解决问题的能力，提高动手能力，培养作为科技工作者和工程设计人员应有的严谨求实、团结协作和敢于创新的精神。

对设计内容进行调研，参照相应标准对设计内容进行计算、校核、完成有关实验，完成图纸及技术文件，完成任务书规定的各项工作。

2. 研究背景和意义

近几年来, 电子信息产业已成为我国各工业部门中发展速度最快、产业规模最大、外贸出口最多、效益位居前列的重要支柱产业, 并为我国包装行业赢来了新的发展机遇①。随着我国国民经济持续快速增长，人均可支配收入迅速增加，消费者的购买能力增加，计算机尤其是笔记本电脑的市场需求呈现出了前所未有的强劲态势。过去人们关注的重点放在笔记本电脑的配置、功能、品牌、质量、服务等方

面，但是随着环保意识的提升，人们对于笔记本电脑的包装也越来越重视，开始追求绿色，追求“零包装”。一些笔记本电脑开始淘汰EPS 、EPE 等发泡类材料，转而采用具有环保特色的材料作为起缓冲包材。在这种情况下，具有环境亲和力、可降解的纸浆模塑制品受到了人们的青睐。 3. 市场调研

笔记本电脑包装实例调查

（一） 目的

近年来，笔记本电脑在居民生活中的使用率越来越高，生产笔记本的企业也越来越多。每个企业所应用的包装形式不尽相同，其目的，都是为保证产品在出厂到销售物流过程中免受损坏，并且吸引消费者购买本公司的产品，刺激消费者的购买欲望等。了解各个笔记本品牌的销售包装和缓冲衬垫形式，为毕业设计确定设计方案。

（二） 地点

颐高附近

（三） 时间

2009年12月1日-2009年12月24日

（四） 调查表

据统计，使用纸浆模塑制品作为缓冲衬垫的占调查总数的30%，使用纸浆膜作为缓冲衬垫的占调查总数的70%。使用普通0201型瓦楞纸板的销售包装占调查总数的100%。

（五）结论

纸浆模塑制品十分环保，能回收利用，在提倡绿色包装的今天，应该提倡使用。纸浆模塑是制品使用一定浓度的纸浆，加入适当的化学助剂在带有滤网的模具成型机种中通过真空或加压的方法使纤维均匀地分布于模具表面，从而得到具有拟定形状的湿纸模坯，再经过脱水、脱模、干燥和整饰而形成的缓冲包装制品②。

b 、设计方案的确定方法

1. 确定流通环境

笔记本电脑的流通环境主要包括储运、运输和装卸三个环节，其间笔记本电脑要经受各种环境因素及载荷的影响，而载荷是导致产品受损的主要原因。笔记本电脑在流通过程中受到的载荷主要包括静压、震动和冲击，其中对电脑危害最大的载荷以冲击为主，故冲击试验是各大笔记本电脑厂商必须要做的测试内容之一，其测试结果是评价缓冲包装能否充分保护笔记本电脑的重要依据。

（一） 产品的流通区间

产地：上海

目的地：全国各地

（二）产品的主要运输方式

铁路和公路运输

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 ，二次共振频率范围为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 频带内。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 出的峰值为全频带内最大值，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 。运输过程中所产生的具体冲击与振动值见书P56。

（三）装卸与搬运

装卸作业包括人工与机械两种方式。按常规产品的跌落高度定为60cm

（四）贮存环节

采用一般仓库贮存，堆码高度2～3m ，堆码层数多层。

（五）流通环境的气象条件

由于产品在上海，销售范围为全国各地，从华北到全国含盖了几个气候带，虽然温度随地域的变化，变化较平缓，但产品包装件常常在短时间内经历较剧烈的温度变化。计算机显示器为电子产品，为了防止包装内产生结露现象，应严格控制包装材料的含水量，并用塑料薄膜对产品进行包裹并放入干燥剂。

2. 确定产品特性

笔记本电脑是由主板、光驱、显示屏、网卡、按键等一系列电子元件组装而成的精密电子产品，体积小、质量轻，属于典型的平面显示产品。

（一）主要性能

显示屏

尺寸/重量

鼠标/键盘

接口

USB 接口 4×USB2.0

电源描述

（二）产品重心

位于笔记本的中部。

（三）易损件

笔记本电脑中最重要的物质是液晶屏，液晶（Liquid Crystal）即液态结晶物质的简称，兼具有液态和固态的双重特性，受到外界冲击易于受损。液晶屏中含有很多玻璃的和灵敏的电子元件，受到强烈冲击会导致屏幕以及CFL 单元受损，并且液晶屏表面也不能承受压力。在进行缓冲包装结构设计时，要特别注意包装对液晶屏的保护性能③。

（四）产品的脆值

脆值是产品经受振动和冲击时表示其强度的定量指标，又称产品的易损度，是设计产品缓冲包装中的最重要的参数。在实际生产中，一般要通过实验来测定产品的脆值，但在课程设计中我们只能通过查资料、比较同类产品的脆值来确定。通过比较日本、英国同类产品的脆值，本产品脆值取[G]=50g。

（五）产品的固有频率

产品的固有频率也设缓冲包装设计中的重要参数，应通过实验测得。合理的缓冲包装应该能够包装件的固有频率远离产品得固有频率，使其免受共振。

3. 选择缓冲包装材料

缓冲包装材料种类繁多，但它们的缓冲作用都是通过自身形变来吸收包装件在流通过程中由于振动和冲击产生的能量。选择适当的缓冲材料，测试材料的缓冲特性曲线，根据设计跌落高度计算衬垫的面积和厚度，而后根据振动环境对衬垫作振动校核，式设计出来的缓冲包装既经济又安全。

本设计选用的缓冲包装材料是纸浆类材料，纸、瓦楞纸板、纸浆模塑垫都以纸浆为原料，所以将其统称为纸浆类材料。纸浆模塑制品的优点是废纸来源广泛、质轻、储运方便、成本低；有一定的强度、刚度和缓冲性能用来作为工；可模塑成与产品轮廓一样的形状，集缓冲、定位、防碰于一身；有良好的透气性和吸潮性；易回收利用，环保。由于纸浆模制作受干燥、能耗等因素影响，厚度受到限制，因而不能用于重型产品的缓冲包装。纸浆模塑制品基本生产工艺过程是：浆料制备、模塑成型、干燥。纸浆模塑制品其成型是利用凹凸膜吸附作用④, 吸附形成具有一定厚度的均匀腔体结构。在纸浆模塑制品成型的过程中, 进行吸附的一侧由于网模的原因, 表现在纸模上是较为光滑、平整的侧。而在另一侧, 纸膜表面较为不平整。生产过程中, 凸、凹模都可作为吸附成型模, 一般笔记本电脑包装的纸塑是以凸模作为吸附模, 即放置产品的一侧较为光滑。虽然经过热压整形, 即利用高温及高压力将产品表面热压平整。但整形后无网膜吸附的一侧还是较为粗糙[4]。这一性质将会在本文的缓冲设计将利用到。

C 、缓冲设计计算与校核

1. 衬垫尺寸的初步确定 根据纸浆模的缓冲系数与最大应力曲线，使用最小缓冲系数法，在纸浆模的缓冲系数与最大应力曲线中作一条水平切线，切点的纵坐标对应最小缓冲系数C min ，横坐标对应一

个最大应力σm , 由公式T=CH/G,可以求出衬垫厚度T ，由公式A=WG/σ

可以求出衬垫面积A 。

m

已知产品重2.27Kg ，脆值为50g ，等效跌落高度为80cm 。采用最小缓冲系数法，可得C min =2，σm =2kg/ cm2。根据公式T=CH/G和

A=WG/σm 可得：

T=CH/G=2×80/50=3.2 cm

A=WG/σm =2.27×9.8×50/2=55.62cm2

缓冲衬垫校核

（1）挠度校核。

当衬垫的面积与厚度之比超过一定厚度时，衬垫容易挠弯或变弯，大大降低衬垫的负重能力。为了避免挠弯，衬垫的最小承载面积A min 与厚度之比应符合以下规定：

Amin /（1.33T ）2＞

1

55.62/2/（1.33×3.2）2＞1 可知符合挠度要求。

（2）蠕变量校核。缓冲材料在长时间的静压力作用下，其塑性变形量会随时间的增加而增加，这种蠕变使衬垫厚度变小，缓冲能力下降，所以设计衬垫尺寸应加一个蠕变补偿值，称为蠕变增量Cr 。 Tc=T(1+Cr)

式中：Tc ——修正后的厚度cm

T——原设计厚度cm

Cr——蠕变系数%（这里取10%）

Tc=T(1+Cr)=3.6（1+10%）=3.52cm

经过各项较核后，且定最后衬垫尺寸为T=3.6cm，A=56cm2

2. 缓冲衬垫的结构设计

纸浆模塑制品作为缓冲包装已出现和应用多年, 其突出优点就是环境友好性, 因此被普遍认为是对环境造成很大污染的EPS 类缓冲包装材料的理想替代产品。然而纸浆模塑制品的缓冲机理与传统的缓冲材料存在较大差异, 而目前对于其缓冲特性的研究很少, 这些原因导致了纸浆模塑制品的缓冲包装设计缺乏必要的实验数据和理论指导, 处于盲目的经验式设计之中, 设计周期长、成本高, 严重制约了纸浆模塑工业的发展。目前纸浆模塑制品在笔记本电脑上的应用还在探索阶段, 结构设计比较单一, 仅仅是依靠纸托的厚度来达到达到缓冲作用, 对制品的结构的研究并不多。目前正在使用的纸托主要有:

1) 单层纸托。单层纸托结构采用一体成型, 包装时直接左右夹住电脑, 为达到保护作用, 这种纸托的厚度至少3mm 以上, 并且为使衬垫

更好的保护产品, 需要设置一些辅助加强筋或辅助缓冲材料。这种纸托能达到良好的固定, 成型要求, 但是纸托本身较硬, 在运输、搬运过程中会刮伤电脑表面, 且纸托较厚, 不能实现快速干燥, 耗费较多能源。

2) 双层纸托。基于单层纸托的缺点, 双层纸托改善了以上不足, 双层纸托可以是两层具有缓冲结构纸托堆叠而成, 即内外纸托相互配合, 内纸托的外尺寸小于相应位置外纸托的内尺寸。也可以是折叠的, 及纸托一体成型, 通过向内折叠而成的两层结构。折叠后的纸托, 两面都非常光滑, 外观较为美观。这两种纸托现在应用较多, 美中不足的是用材较多, 成本高, 且为了达到两层纸托的固定作用, 需要用一定的双面胶在上下两层间进行粘合, 人工耗费较多。

为了使用最少的缓冲材料取的最好的缓冲效果，降低包装成本，所以本设计选用局部缓冲包装方法对该产品进行包装，根据电脑显示屏的承载部位和易损部位，设计缓冲衬垫的结构。

由于电脑的重心位于中部，所以缓冲衬垫的主要承载部分在前部；易损件显示屏也位于前部，又因为显示屏的外形和重量均左右对称，所以缓冲衬垫也设计成左右对衬结构，从两侧对笔记本电脑进行保护。电脑的外形是规则几何结构，要通过缓冲衬垫的结构设计使其能够在外包装箱内稳定。缓冲衬垫的厚度合成在面积，按照校核后的数值，但是要实现使其在外形不规则地情况下在外包装箱内固定，必须使用多于理论计算的缓冲材料，承载面积也必定大于理论值。

d 、外包装设计计算

1. 外包装容器设计

考虑到产品的自身特点，本设计的外包装容器采用单层双面瓦楞纸板箱，选用缓冲能力和刚性较强的C 楞纸板；箱型选用02类纸箱；接头采用强度较高的粘合剂粘接，封口用胶带粘结。

（一）内尺寸的计算

式中：Xi= Xmax nx + d（n x -1）+ T + K’

Xi ——纸箱内尺寸（mm ）

Xmax——内装物最大外尺寸（mm ）

nx ——内装物排列数目

d——内装物公差系数（mm ）

T——衬格或缓重建总厚（mm ）

K’——内尺寸修正系数（查表）

Li=Lmax +T+ K’=338+36×2+5=415mm

Bi=Bmax +T+ K’=35+36×2+5=112mm

Hi=Hmax +T+ K’=246.4+36×2+3=321mm

（二）制造尺寸计算

X=Xi+k

式中：X ——瓦楞纸箱长、宽、高的制造尺寸mm

Xi——纸箱内尺寸mm

K——制造尺寸修正系数mm （查表）

L1=415+4=419mm

L2=415+4=419mm

B1=112+4=116mm

B2=112+2=114mm

H=321+8=329mm

摇盖宽度F= B1/2 +Xf Xf ——02类纸箱摇盖伸长系数mm

F=58+3=61mm

粘合襟片查表取40mm ，开槽宽度取2倍纸板厚4mm

（三）外包装尺寸

3. 运输包装外箱外尺寸的确定。由外寸公式：

X0 = Xmax + K

式中： X0─纸箱外尺寸，mm

X max ─纸箱最大制造尺寸，mm

K─纸箱外尺寸修正系数，mm

其中修正系数根据查表14 取K = 5mm。

所以外箱外尺寸为：

L 0＝L max ＋K ＝419＋5＝424mm

B 0＝B max ＋K ＝116＋5＝121mm

H 0＝H max ＋K=329＋4＝333mm

表14 瓦楞纸箱外尺寸修正系数K

2. 集合包装设计

惠普4411s-426产品实例

（一）托盘

1. 托盘的选择

（1）选择的依据是托盘的表面利用率要高。由前一节可知瓦楞纸箱的外尺寸为：l 0×b0×h0＝424×121×333mm 。根据我国联运平托

盘外部尺寸系列（GB2934-1982）选择双面使用型（S 型）联运托盘，公称尺寸L×B＝1100×1100 mm，叉孔高度为100 mm。

（2） 瓦楞纸箱在托盘上的排列方式。排列方式选择R 型即为h 0∥L ；b 0∥B 。托盘L 方向上排列瓦楞纸箱的数目为3；B 方向上排列

瓦楞纸箱的数目为9。

（3）瓦楞纸箱在托盘上的堆码方式采用平齐重叠堆码方式：该方式使瓦楞纸箱的四个角上下对应，故承载能力大，强度高而且稳定性也好。

（4）该托盘包装的固定用压敏胶带并加抗滑夹层的方式加以固定。

2. 托盘的表面利用率

表面利用率＝b 0×h0×3×9/(1100x1100)×100％

＝121X333×9×3/1100x1100×100％ ＝89.91％

3. 单个托盘包装的外尺寸

L 0＝1100 mm

B 0＝1100mm

H 0＝424+36=460mm

4. 托盘的校核

（1）货物伸出托盘的长度为：-11 mm

（2）托盘上货物堆跺高度为： 460

（3）单个托盘上的货物重量：W ＝9×3×2×2.27Kg ＝122.58kg ，满足重量要求。

（二）集装箱

1. 集装箱的选择

已知托盘包装件的最大外尺寸为L 0×B0×H0＝1100×1100×460

mm 。由于该托盘包装外尺寸的高度为460 mm ，堆码五层。（GB1413-78）

2. 托盘包装在集装箱里的排列

排列方式为Q 型：在L 方向上的数目为10；在B 方向上的排列数目为2。

3. 利用率计算

空间利用率为：

1100×10×1100×2×460×5/11998×2330×2350=85.1%

4. 单个集装箱的载重

W＝W 托盘包装件×N托盘包装件的个数

＝10×2×1122.58＝2451.6kg 满足重量的要求。

e 、包装技术经济核算

使用瓦楞纸箱的面积是（424+121）×333×2=296370mm, 大约费用是RMB1.5元（根据已知事实合理推出）

1. 包装件的实验

参照惠普公司运输包装测试指南, 进行试样的处理和试验。按照指南规定, 确定跌落高度为80cm, 然后进行两组角跌落、两组棱跌落和6组面跌落。跌落顺序按照编号逐一进行, 首先进行角跌落, 接着进行棱跌落, 最后进行面跌落。每次跌落完毕后, 都要开箱检查电脑外观及包装的破坏程度, 同时保包装技术经济核算存传感器收集到的数据文件⑥。

2. 设计结论

综上所述, 纸浆模塑衬垫经过合理设计完全可以替代EPE 或EPS 衬垫作为笔记本电脑产品的缓冲包装, 而双层组合衬垫具有更好的综合性能, 尤其适合于高档商品的缓冲包装。

五、 总结

包装件的安全问题愈来愈受到人们的关注, 缓冲包装材料已成为包装业中的重点发展领域, 而且绿色包装要求也给我国的商品出口带来了挑战和机遇⑦, 这些都要求缓冲包装材料不仅要有良好的缓冲防护能力, 还必须具备环保方面的特性。因此研究开发新型缓冲包装材料具有十分重要的现实意义, 如再生泡沫塑料、可降解泡沫塑料、纸浆模塑制品、发泡植物纤维等。纸浆模塑制品的缓冲性能及原理与传统的缓冲包装材料存在一定差别, 要采用这些新材料设计合理的缓冲包装结构, 使其同时具备环保特性、良好的缓冲特性以及经济特性, 就必须首先研究测试这些缓冲材料的缓冲性能。纸浆模塑制品作为一种绿色缓冲包装材料, 人们希望其成为EPS 的替代品, 但由于其缓冲作用原理与传统的缓冲材料不同, 目前缺乏有关缓冲性能等方面的实验数据和理论, 其制品的应用目前仅限于重量轻的产品上⑧。

在当今社会，绿色设计已经成为笔记本电脑包装设计的基本出发点。纸浆模塑作为一种绿色包装材料，在未来几年的笔记本电脑包装设计中势必得到更加广泛的应用⑨。纸浆模塑制品作为缓冲包装已出现和应用多年，其突出优点就是环境友好性，因此被普遍认为是泡沫塑料类缓冲包装材料的理想替代产品⑩。然而纸浆模塑制品的缓冲机理与传统的缓冲材料存在较大差异，而目前对于其缓冲特性的研究很少，这些原因导致了纸浆模塑制品的缓冲包装设计缺乏必要的实验数据和理论指导，处于盲目的经验式设计之中，设计周期长、成本高、可靠性差，严重制约了纸浆模塑工业的发展⑾。

通过此次的惠普4411s-426产品的运输包装的设计，使得自己在运输包装的课程有更加深入的系统的了解，对于自己在运输包装的认识更加深刻，对于自己在物流方向的运输包装有更加宏观的把握，为自己以后的发展奠定了良好的基础，同时也给自己一个更加广阔的空间，一个物流领域的全新认识和了解。同时在此次的设计过程中通过对惠普产品的走访和调查，提高了自己的实际操作能力。

在设计过程中，我意识到自己在某些方面的不足，例如资料的收集、整理，实际操作能力有待提高。做完课程设计，使我了解到很多专业方面的知识，为之后的学习和研究的领域和方向奠定了基础。 参考文献：

① 金国斌, 徐兰萍; 纸浆模塑件生产工艺方法综合研究[J];包装工程;2004年03期。

② 王宏涛，骆光林。纸浆模塑包装缓冲特性研究【J 】. 中国包装，2007，

（3）：79-91。

③ 叶柏彰. 我国纸膜制品在电子产品包装上应用状况分析【J 】. 中国包装，2004，（3）：86-89。

④ 金国斌, 徐兰萍. 纸浆模塑件生产工艺方法综合研究[J] .包装工程，2008。

⑤ 陈海燕, 杨斌. 纸浆模塑制品工艺及其模具设计. 广东印刷,2007。

(2):39-42.（2）；71-73.

⑥ 宋姝妺, 陈永铭, 陈甘霖，张新昌。笔记本电脑纸浆模塑衬垫的对比试验。中国包装，2008。

⑦周明砚, 张峻岭. 缓冲包装设计理论的发展及趋势[ J].机电信 息, 2004, 65(5): 18-20.

⑧耿东伟, 许文才, 曹国荣. 环保型缓冲包装材料的现状及发展前 景[J].包装工程, 2004, 25(4): 11-13.

⑨ 黄丽飞，克智王。笔记本电脑用纸浆模塑缓冲包装设计形式的研究。中国包装，2009

⑩ 冯瑞乾 胶版印刷原理及工艺【M 】北京:印刷工业出版社， 2000.

⑾ 夏军. 如何掌握印刷压力[J」. 印刷杂志，2002，(7):38一4D.