1、学 号： 0121308900326实践大作业课程名称 包装系统设计题 目 产品系统缓冲包装设计学 院 机电工程学院专 业 包装工程班 级 包装 ZY1301姓 名 张雨燊指导教师 卢杰武汉理工大学包装系统实践作业任务 12年 月 日目 录1.市场调研 31.1 产品简介31.2 包装要求42.流通环境及脆值的确定 42.1 流通环境分析42.2 产品特性分析52.3 产品脆值确定63.缓冲垫结构设计及校核 63.1 缓冲材料的选择63.2 缓冲衬垫尺寸计算及校核63.3 缓冲衬垫结构设计8参考文献10武汉理工大学包装系统实践作业任务 131.市场调研1.1 产品简介Mate 系列一直是华为终
2、端产品中主打性能和体验的高端旗舰系列，而作为华为终端本年度压轴旗舰产品的 Mate 9，将带给消费者以革命性的安卓智能手机体验。Mate 9 采用 1080P 分辨率的 5.9 英寸屏幕，全金属机身设计，造型上采用符合人体工学的背面弧度及四周圆角设计，拥有更好的握持感。Mate 9 搭载麒麟 960 处理器，性能全面升级，并且内置了基于 Android 7.0 的 EMUI 5.0 定制系统，同时使用了 4000mAh 更高密度的大容量电池和智电 5.0 技术，支持 Super Charge 快充技术，Mate 9 采用 1200 万像素彩色和 2000 万像素黑白的第二代徕卡双摄像头组合，首
3、次采用内置于 SOC 的深度 ISP 图像处理芯片。华为同时还推出了 Mate 9 Porsche Design 限量版，该机型外观汲取了保时捷911 车型的设计灵感，全对称设计机身、黑色竖向发丝纹理、石墨金属质感均体现出了Mate 9 Porsche Design 限量版精致、时尚、华丽的产品气质。武汉理工大学包装系统实践作业任务 14电池类型 Li-Polymer 锂聚合物电池电池容量最大支持 5A 大电流充电，4000mAh（典型值） 3G 通话：最长可达 30小时； 4G 网页浏览：最长可达 20 小时 ；视频播放：最长可达 20 小时 ；音频播放：最长可达 105 小时 ；待机时间：
4、最长可达 21 天 ；充电时间：约 90 分钟。 * 以上均为华为功耗模型测试数据，实际待机时间和使用时间取决于网络等多种因素。电池更换 手机内置，不支持充电时间 约 90 分钟数据线接口 Type-C USB耳机接口 3.5mm 耳机接口SIM 卡类型 Nano SIM 卡；卡槽 2（外卡槽）支持 Nano SIM 和 Micro SD 二选一软件升级 HOTA 在线升级设备控制 音量键、电源键软件名称 华为终端智能设备人机交互通信软件 V2.0工作温度 工作温度：035 ；存储温度：-2045整机充放电温度 放电：-20-60；充电：0-50 。电池单体规格书中充电温度范围为 0-60武汉
5、理工大学包装系统实践作业任务 15机身尺寸 156.978.97.9mm机身重量 约 190g（含电池）包装清单：手机（含内置电池）x 1，5A 大电流华为 Super Charge 充电器 x 1，5A USB 数据线 x 1，金属半入耳式线控耳机 x 1，快速指南 x 1，三包凭证 x 1，取卡针 x 1，Micro USB 转 Type C 转接头 x 1， 雾面保护壳 x 11.2 包装要求运输区间：深圳市-武汉市，整个运输过程中，有空运，汽车运输等。在运输过程中，运输包装能承受装卸、跌落、起吊、堆码等外力作用而无损坏，且要保证在整个流通过程中具有防水、防潮、防晒等保护功能，确保产品完
6、好无损。缓冲包装要减少各种冲击、震动对产品的影响。在包装达到各种标准的基础上，要尽可能的减少包装成本。2.流通环境及脆值的确定2.1 流通环境分析 2.1.1 产品的流通区间产地：深圳 目的地：全国各地2.1.2 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
7、不平。汽车运输是包装件的武汉理工大学包装系统实践作业任务 16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 8.28.5HZ，二次共振频率范围为 17.318HZ，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 0200HZ，其中能量最集中处于 050HZ 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 8012
8、0 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 24g。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 58g。2.1.3 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 90cm。2.1.4 贮存环节采用一般仓库贮存，堆码高度 2.5m，堆码层数 1 层。2.1.5 流通环境的气象条件由于产品在深圳，销售范围为全国各地，从华南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
9、烈的温度变化。手机为电子产品，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。用标准化的环境条件，该产品的运输条件可表示为 2K2/2B1/2S1/2M1。2.2 产品特性分析产品外形尺寸：156.978.97.9mm 产品重量：190g（含电池）武汉理工大学包装系统实践作业任务 17产品重心：位于手机的中部。易损件：屏幕表面正中位置垂直方向为易损部位。也就是显示器内部的显像管和玻璃屏幕。显像管位于显示器的内部，是显示器的核心部件，受到剧烈振动或冲击可能会造成显像管脱落；而屏幕也是显示器功能主体部件，有意破损的玻璃构成，所以屏幕也是显示器包装的重点保护对象；底座连接装置位于显示器的底部
10、，安装使用时与底座连接，属于凸出部件，缓冲设计时也应考虑到，不能够承载，并要与外包装容器离有一定的距离，以免冲击是受损。2.3 产品脆值确定在进行缓冲包装设计时，必须先确定产品的冲击脆值。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。脆值的计算的方法有振动模型估算法、非线形缓冲包装系统估算法、经验估算法、类比法和冲击响应谱法，确定方法有扫荡振动实验法、疲劳曲线反求法和随机振动实验法。脆值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，在课程设计中我们只能通过比较同类产品的脆值来确定。通过查阅相关资料，取手机脆值Gm=90g。3.缓冲垫结构设
11、计及校核3.1 缓冲材料的选择当前电子产品最常用缓冲包装材料是泡沫塑料：聚乙烯泡沫塑料（EPE）、聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、聚氨酯泡沫塑料（PU）、发泡聚乙烯等。其次是纸制品，包括瓦楞纸板、蜂窝纸板和纸浆模等。本次设计直接从以上材料中选择。发泡聚苯乙烯（EPS）特性:EPS 材料的优点是轻质、透明、强度大、防潮、耐腐蚀。最大弱点是用后不能自行分解，从而其废弃物如果不回收处理则会适合对环境的大量污染。此外，它还有材料体积较大，堆置空间等缺点。武汉理工大学包装系统实践作业任务 18聚氨酯泡沫塑料（PU）特性:聚氨酯泡沫塑料，英文缩写 PU，俗称海绵。可制成软质、半硬质和硬质发泡材料。聚氨酯材料的
12、特点：密度小；具有一定的机械强度，可承受压缩变形小；受冲击振动后回弹性好；能防霉、防潮；使用方便、成型简单。它是一种理想的缓冲包装材料。综合考虑到华为 MATE9PRO 的规格 156.978.97.9mm，重量 190g，脆值为 90g；还有充电器，规格 704230mm,质量 100g；耳机，质量 15g。选用聚氨酯泡沫塑料作为缓冲材料。3.2 缓冲衬垫尺寸计算及校核根据聚氨酯泡沫塑料的缓冲系数与最大应力曲线，使用最小缓冲系数法，在聚氨酯泡沫塑料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 Cmin，横坐标对应一个最大应力 m，取等效跌落高度 H=90cm。由公式
13、 T=CH/G，可以求出衬垫厚度 T，由公式 A=WG/m 可以求出衬垫面积 A。已知产品重 190g，脆值为 85g，等效跌落高度为 90cm。选取 C=3.3，对应的m=0.6105Pa。则有，A=WG/m=0.199.890104/(0.6105)=27.93cm2T=CH/G=3.390/90=3.30cm.武汉理工大学包装系统实践作业任务 19挠度校核：衬垫尺寸的面积与厚度之比小于一定厚度时，衬垫容易挠曲或变弯，大大降低衬垫的负重能力。为了避免挠曲，其中承载面积 Amin 与厚度之比应符合以下规定Amin/(1.33T)2127.93(1.333.3)2=1.141 可知符合挠度要求
14、。跌落姿势的校核：在衬垫基础设计中所引用的一系列试验特性曲线和数据。都是以假定的理想姿态(试验平直，底面着地)为前提的，但衬垫的实际工况远非标准姿态。实际的流通过程中,受力情况变化较大,因而有必要对基本设计尺寸作相应的调整。由于面着地时其对产品的冲击能力最大，因此需对面着地进行校核。当面着地时，承载面积为此衬垫的三个缓冲面在水平面上的投影面积计算此面积可通过以下公式： 式中 Ae等效投影面积；L产品的长；b产品的宽；d产品的高；k系数；这里取 k 值为 1；由公式（4）得纸箱在进角跌落时的承载：A=182.2cm2 武汉理工大学包装系统实践作业任务 110此时静应力：r=W/Ae=0.06(k
15、g/cm2),结合图 2 得，静应力为 0.06kg/cm2 对应的最大加速度定小于产品的脆值 70g，因此基于面跌落设计的缓冲垫满足角跌落的要求，只要通过了角冲击校核，就一定能满足棱冲击的要求，所以整个设计过程中没有进行缓冲击校核。蠕变校核：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，所以设计衬垫尺寸时应加一个蠕变补偿值，称为蠕变增量。设计尺寸为：Tc=T(1+Cr)式中： Tc修正后的厚度 cm；Cr蠕变系数%，取 10%；T 原设计厚度 cm；Tc=T(1+Cr)=3.30（1+10%）=3.63cm经过各项较核后，衬垫尺寸为
16、T=3.63cm，A=27.93 cm2.3.3 缓冲衬垫结构设计考虑到华为 MATE9 作为贵重的电子产品，所以采用缓冲衬垫结构设计采用全面缓冲包装法。全面缓冲衬垫是在产品与纸箱之间填满缓冲材料，如纸屑、木屑、棉花、塑料丝、纸浆发泡块、纸纤维成型材料等。全面缓冲包装由于产品与缓冲材料之间接触面积大，静应力小、缓冲厚度小，因而可以缩小包装件尺寸，降低物流成本。但是，这种结构缓冲材料的部位也用了同样厚度的缓冲材料，浪费了贵重的缓冲材料，包装成本较大。局部缓冲包装法是采用预成型的缓冲材料对产品的角、楞、侧面或易损坏部位等处提供缓冲，不同部位提供与之脆值相对应的缓冲厚度，可以大大节约缓冲材料降低包装
17、成本和物流成本。武汉理工大学包装系统实践作业任务 111图 4-1 缓冲垫立体图(b)武汉理工大学包装系统实践作业任务 112图 4-2 缓冲垫三视图本设计采用全面缓冲。此外对于易损件，要通过缓冲衬垫的结构设计使其能够在外包装箱内稳定，并且保证易损部件和底座连接装置不能承载。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。参考文献1彭国勋. 运输包装M. 印刷工业出版社, 1999.82吴 波. 包装结构设计M.化学工业出版社,2001.73宋宝峰. 包装容器结构设计与制造M.印刷工业出版社,1999.84杨宗魁. 包装造型设计M.北京：中国青年出版社，1998:2045王章旺. 包装分类设计-设计基础M.北京：中国轻工业出版社，2001:1856唐志祥. 包装材料与实用包装技术M.北京：化学工业出版社，1996:900
