品牌烤箱快递运输包装设计研究 本文关键词：烤箱，包装设计，快递，运输，品牌
品牌烤箱快递运输包装设计研究 本文简介：【摘要】基于缓冲包装六步法分析以快递运输为主的、流通环境较为苛刻的某品牌烤箱的缓冲包装。在设计时通过对缓冲包装进行挠度、恢复性以及强度校核，更加明确具体缓冲设计的量化指标，为包装设计人员提供更明确的方案优化方向。【关键词】缓冲包装；EPE；瓦楞纸箱1前言随着国家邮政局发布“绿色模式”的新公告，越来越
品牌烤箱快递运输包装设计研究 本文内容：
【摘要】基于缓冲包装六步法分析以快递运输为主的、流通环境较为苛刻的某品牌烤箱的缓冲包装。在设计时通过对缓冲包装进行挠度、恢复性以及强度校核，更加明确具体缓冲设计的量化指标，为包装设计人员提供更明确的方案优化方向。
【关键词】缓冲包装；EPE；瓦楞纸箱
1前言
随着国家邮政局发布“绿色模式”的新公告，越来越多的快递企业与电商企业将注意力投向到产品包装。通过以快递为运输方式的企业的产品进行包装的设计优化，一方面为流通环境苛刻的快递运输包装提供设计参考，另一方面更是实现了资源的节约、企业发展的降本增效。
2产品的参数和流通环境
2.1流通环境分析
通过调研分析得到该产品的流通过程。在装卸搬运环节：该产品重量轻、体积小，据调研可知主要为人工装卸，存在随机抛仍包装件的现象，且因产品较轻，跌落高度相对也较高，因此，跌落冲击产生损坏的可能性也越大。在运输环节：该产品的销售范围主要分布于国内，运输方式以快递运输为主，其中配送为公路运输。公路配送的方式主要依赖于路况，运货车的启动与掣动、车速、载重量和装货方式等。该产品流通环境复杂，存在非常长距离运输（大于2500km）且在运输过程中横跨多种气温带，因而，存在冲击、振动以及各种气象及生物、化学、机械活性物质对包装件的影响，产品极易损坏。在储存环节：该产品以快递运输的方式为主，所以存在堆码相对较高，货物堆码混乱，间歇过大等问题，因此，在流通中增加了倒塌，反复碰撞的可能性。尤其最上层货物发生水平碰撞和翻滚跌落的可能性大。
2.2产品易损分析
根据调研可知，该产品的损坏形式主要有腔体变形、边角变形等。部分损坏形式如图2所示。
2.3产品参数
该产品原包装件尺寸为432×315×260mm，重量为3.44kg，烤箱主要由钢化玻璃面板、镀锌背板、镀锌内胆、以及镀铝烤盘组成。具体参数：烤箱主机尺寸381×282×209mm，重量为2.6kg。烤盘269×186×6mm，重量为0.17kg。产品主机三维图，如图3所示。
2.4跌落高度的确定
参考GB/T1019-2008家用和类似用途电器包装通则[1]以及GB/T4857.17-2017包装运输包装件基本试验第17部分：编制性能试验大纲的通用规则[2]，且根据该产品流通环境恶劣，包装件重量3.44kg，并结合易损分析可知，发生跌落冲击的高度高。所以，设计包装时跌落高度选为760mm。
2.5产品脆值的确定
为了获得产品的脆值有三种方法：一是通过破坏性试验得到跌落脆值或者振动脆值；二是通过单自由度振动模型估算法、非线性缓冲包装系统估算法、经验估算法以及类比法得到脆值；三是计算机仿真法。本文采用经验估算法、类比法进行脆值计算[3]。经验估算法：由于烤箱在流通过程中一般受中等冲击，产品脆值为：GC=αW-β=203×3.44-0.306=139g式中，GC为包装件经受到的最大加速度（g），W包装件的重量（kg），α、β为经验参数。由三菱包装技术中心得到的脆值：GS=102.223.44-0.40=101g式中，GS为包装件经受到的最大加速度（g）。类比法：经过大量的试验测定得出了不同产品的脆值推荐范围，如表1、表2[4]所示。因产品主要为快递运输的方式，综合考虑可选取烤箱的脆值为G=90g。
3缓冲包装设计方案
综合考虑各种缓冲包装材料的缓冲性能、环保性，选取密度为为17.5kg/m3的EPE作为缓冲包装材料[5]。为保护产品在运输、装卸搬运以及储存过程中的安全性和价值性，根据产品的脆值、跌落高度、和缓冲材料的缓冲特性曲线，来设计缓冲衬垫的面积和厚度。并进行挠度校核和恢复性校核，确定最终的缓冲厚度，设计缓冲衬垫结构。
3.1缓冲衬垫尺寸计算
烤箱底面的面积为：A=381×282=107442mm2=1074.42cm2因此，运用公式可得静应力：根据图4[6]可知，静应力σs与脆值G=90g交于缓冲曲线左侧，证明静应力过大，没有必要用整个底面进行全面缓冲包装保护。因此，对烤箱进行局部缓冲设计。在图4中取G=90g作一条水平线，与T=40mm曲线相交两点（2.25，90）、（5.1，90）两点。由缓冲曲线特性可知，取最低点（3.8，82.5）进行设计最安全，取（5.1，90）为最省材料的方案。
3.2缓冲衬垫校核
缓冲结构与尺寸的设计除了考虑动态缓冲性能和脆值确定的厚度外，还应该对缓冲衬垫的弯曲强度进行校核，包括挠度校核和恢复性校核[7]。3.2.1挠度校核缓冲衬垫较厚时容易挠曲，从而导致缓冲能力降低，承载能力也下降。因此，在设计缓冲包装时，采用克斯特拉经验公式进行挠度校核：3.2.2恢复性校核缓冲材料在长期静压作用下，其塑性变形会随时间增大，造成蠕变，这种蠕变使得衬垫尺寸变小，衬垫和外包装箱间出现间隙，造成产品表面的擦伤或磨损，缓冲效果变差。因此，在设计缓冲衬垫时需要附加一个蠕变补偿值。衬垫尺寸附加蠕变补偿值校核如下：经过以上校核，并对厚度取整，最终确定缓冲衬垫的厚度T=50mm。
3.3缓冲方案结构设计
设计的缓冲衬垫主体由上下两个EPE（发泡聚乙烯）泡沫组成，并设计专门的附件摆放位置，提高了产品包装开箱的视觉体验感。图5为此款烤箱的缓冲底面设计，采用EPE缓冲材料，衬垫厚度选择5cm，因烤箱重心偏置且腔体背面属于薄壳结构，在流通过程中容易受到冲击发生损坏。因此，在后侧面对烤箱腔体给予缓冲支撑，与此同时，在底部设计圆孔，方便产品支撑。在后侧同时设计电源线卡槽，避免因包装不当造成使用接触不良的现象，两边侧楞面处的凹槽为了方便产品与衬垫的装配。图6为此款烤箱的缓冲顶面设计，在衬垫上侧设计了放置烤盘的凹槽和横栏，解决了附件摆放凌乱的问题，提高了用户的开箱体验感，在顶面衬垫的背面，设计了烤箱腔体上缘的缓冲保护卡位，减少烤箱腔体变形的问题。同时，在衬垫上设计了专门的烤箱门把手位置。
4瓦楞纸箱设计
参考GB/T16606.2-2018快递封装用品第2部分：包装箱，并考虑到此款烤箱的总价格价位适中，产品主机高度H=209cm，运输方式为快递，主要销售市场为国内市场。综合设计选择，楞型为BC型；箱型为：0201型。
4.1内尺寸
计算式中，Xi为纸箱内尺寸（mm），Xmax内装物最大外尺寸（mm），k"为修正系数（mm）。查阅相关文献，取纸箱长、宽、高内尺寸的修正系数k"=3mm，经计算内尺寸为484mm×385mm×312mm。
4.2制造尺寸
计算为本文采用的是BC楞瓦楞纸箱，查阅文献及相关资料可知，KL1=8mmm，KL2=8mm，KB1=8mm，KB1=5mm，KH=14mm，Xf=5mm，J=45mm；则纸箱最大制造尺寸为：492mm×393mm×326mm。摇盖制造尺寸为：199mm，双瓦楞纸箱接头尺寸为：45mm。
4.3外尺寸
计算式中，X0为瓦楞纸箱外尺寸（mm），Xmax为纸箱最大制造尺寸（mm），查阅文献修正系数k=7mm，经计算瓦楞纸箱最大外尺寸为491mm×392mm×319mm。
4.4手孔设计
该品牌烤箱在装卸搬运环节采用人工搬运。与此同时，考虑到最后配送时，顾客需自己将产品带回家中，为了方便工人、顾客搬运，需在瓦楞纸箱两端面开手孔。考虑到该产品的流通环境较为苛刻，为了不降低纸箱强度，提手孔在冲压成型时并不完全切断，使提手控上线改为压痕线，在使用时只需将提手控折入瓦楞纸箱内侧[8]。这样既保证了纸箱强度也方便了工人、顾客搬运。同时，综合考虑手孔尺寸为宽度b=100mm，高h=30mm。
4.5瓦楞纸箱强度计算
4.5.1耐破强度式中，P为瓦楞纸箱耐破强度（Kpa），PZ为箱纸板耐破强度（Kpa）。根据运输方式为快递运输，并考虑到产品质量2.6kg、最大综合尺寸491mm，最终选用纸箱代号为BD-1.1。纸板代号为D-1.1的瓦楞纸箱。查表可知该代号瓦楞纸板耐破强度P=800Kpa，面衬纸和底衬纸都选A级。根据公式可知箱纸板耐破强度PZ=421Kpa。4.5.2环压强度由公式：式中，Q为纸板定量（m2/g），r为耐破指数（Kpa⋅m2/g）。查表可知r=3.3Kpa⋅m2/g，综合考虑面衬纸的定量为Q1=160m2/g、底衬纸的定量为Q2=160m2/g。对于双瓦楞纸箱来说：R1+R2+R3=γ1×0.152Q1+γ2×0.152Q2+γ3×0.152Q3Rm1C1+Rm2C2=γ4×0.152×Q4×C1+γ5×0.152×Q5×C2式中，Px为瓦楞纸板原纸的综合环压强度（N/cm2），Rn为面纸环压强度测试值（N/0.152m），Rm为瓦楞芯纸环压强度测试值（N/0.152m），C为瓦楞收缩率，即瓦楞芯纸原长度与面纸长度之比。经查表、计算可知：γ1=8.6N⋅m/g、γ2=8.6N⋅m/g、γ3=γ4=γ5=6.8N⋅m/g、C1=1.361、C2=1.477、Q3=Q4=Q5=120g/m2。则R1=209N、R2=209N、R3=Rm1=Rm2=124N，综合计算得出PX=58.81N/cm2。4.5.3抗压强度由凯里卡特公式式中，PC0201为瓦楞纸箱抗压强度（N），Z为瓦楞纸箱周长（cm），aXZ为瓦楞常数，J为纸箱常数。经计算与查表可知：Z=1766mm=176.6cm、aXZ=11.1、J=1.08，则PC0201=4468N。所以，综上所述，瓦楞纸箱的耐破强度、环压强度、抗压强度都满足设计需求。
5结论
本文运用缓冲包装六步法，分析了流通环境、产品的脆值以及缓冲结构，其中对缓冲结构进行了挠度、恢复性的校核，对外包装箱进行了强度校核，初步完成了包装设计的构架。在很多设计细节方面还需要综合其他方面来完善整体结构。针对流通环境严苛的快递运输方式来说，此次包装设计实现了保护产品，解决了依靠经验来设计的不合理的弊端，对于其他以快递运输为主的同类型产品的包装设计具有一定的指导意义。
参考文献
[1]GB/T1019-2008,家用和类似用途电器包装通则[S].北京:中国标准出版社,2008.
[2]GB/T4857.17-2017,包装运输包装件基本试验第17部分:编制性能试验大纲的通用规则[S].北京:中国标准出版社,2017.
[3]王冬,任工昌.液力变矩器的运输包装设计[J].制造业自动化,2015(3):111-113.
[4]彭国勋,郭彦峰.物流运输包装设计[M].北京:印刷工业出版社,2014.
[5]吴晔斐.现代缓冲包装材料性能及设计方法研究[D].上海大学,2008.
[6]杨帅.EPE缓冲性能的研究[D].天津科技大学,2015.
[7]孙聚杰,任艳玲,郝笑梦.Lenovo3000G430A笔记本电脑缓冲包装设计[J].包装学报,2010(4):23-26.
[8]成世杰,刘功,孙诚.折叠纸盒的方便性结构[J].中国包装工业,2003(12):62-65.
作者：李志强 王羽星 单位：陕西科技大学
品牌烤箱快递运输包装设计研究 来源：网络整理
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