武漢理工大學包裝系統實踐作業任務1學 號： 0121308900326實踐大作業課程名稱 包裝系統設計題 目 產品系統緩沖包裝設計學 院機電工程學院專 業包裝工程班 級包裝ZY1301姓 名張雨燊指導教師盧杰年月日目 錄1.市場調研 31.1產品簡介31.2包裝要求42.流通環境及脆值的確定 42.1流通環境分析42.2產品特性分析52.3產品脆值確定63.緩沖墊結構設計及校核 63.1緩沖材料的選擇63.2緩沖襯墊尺寸計算及校核63.3緩沖襯墊結構設計8參考文獻101.市場調研1.1產品簡介Mate系列一直是華為終端產品中主打性能和體驗的高端旗艦系列，而作為華為終端本年度壓軸旗艦產品的Mate 9，將帶給消費者以革命性的安卓智能手機體驗。Mate 9采用1080P分辨率的5.9英寸屏幕，全金屬機身設計，造型上采用符合人體工學的背面弧度及四周圓角設計，擁有更好的握持感。Mate 9搭載麒麟960處理器，性能全面升級，并且內置了基于Android 7.0的EMUI 5.0定制系統，同時使用了4000mAh更高密度的大容量電池和智電5.0技術，支持Super Charge快充技術，Mate 9采用1200萬像素彩色和2000萬像素黑白的第二代徠卡雙攝像頭組合，首次采用內置于SOC的深度ISP圖像處理芯片。華為同時還推出了Mate 9 Porsche Design限量版，該機型外觀汲取了保時捷911車型的設計靈感，全對稱設計機身、黑色豎向發絲紋理、石墨金屬質感均體現出了Mate 9 Porsche Design限量版精致、時尚、華麗的產品氣質。電池類型Li-Polymer 鋰聚合物電池電池容量 最大支持5A大電流充電，4000mAh（典型值） 3G通話：最長可達30小時； 4G網頁瀏覽：最長可達20小時 ；視頻播放：最長可達20小時 ；音頻播放：最長可達105小時 ；待機時間：最長可達 21天 ；充電時間：約90分鐘。 * 以上均為華為功耗模型測試數據，實際待機時間和使用時間取決于網絡等多種因素。電池更換手機內置，不支持充電時間約90分鐘數據線接口Type-C USB耳機接口3.5mm 耳機接口SIM卡類型Nano SIM卡；卡槽2（外卡槽）支持Nano SIM和Micro SD二選一軟件升級HOTA 在線升級設備控制音量鍵、電源鍵軟件名稱華為終端智能設備人機交互通信軟件V2.0工作溫度工作溫度：035 ；存儲溫度：-2045整機充放電溫度放電：-20-60；充電：0-50 。電池單體規格書中充電溫度范圍為0-60機身尺寸156.978.97.9mm機身重量約190g（含電池）包裝清單：手機（含內置電池）x 1，5A大電流華為Super Charge充電器x 1，5A USB數據線x 1，金屬半入耳式線控耳機x 1，快速指南x 1，三包憑證x 1，取卡針x 1，Micro USB轉Type C轉接頭x 1， 霧面保護殼x 11.2包裝要求運輸區間：深圳市-武漢市，整個運輸過程中，有空運，汽車運輸等。在運輸過程中，運輸包裝能承受裝卸、跌落、起吊、堆碼等外力作用而無損壞，且要保證在整個流通過程中具有防水、防潮、防曬等保護功能，確保產品完好無損。緩沖包裝要減少各種沖擊、震動對產品的影響。在包裝達到各種標準的基礎上，要盡可能的減少包裝成本。2.流通環境及脆值的確定2.1流通環境分析 2.1.1 產品的流通區間產地：深圳 目的地：全國各地2.1.2產品的主要運輸方式鐵路和公路運輸由于產品銷往全國各地，既有長途運輸又有短途運輸。一般產品從出廠到發貨火車站使用汽車運輸，從發貨站到全國各地的代理商使用火車運輸，而從各地代理商到零售商和從零售商到消費者手中多使用汽車運輸。汽車運輸的沖擊，主要取決于路面狀況，車輛的啟動和制動，貨物重量及裝載穩定性。汽車運輸振動加速度的大小也與路面狀況、行駛速度、車型和載重量有關，但主要因素為公路的起伏和不平。汽車運輸是包裝件的共振頻率一般小于25HZ，實驗測得，汽車運輸發生二次共振時其基頻為8.28.5HZ，二次共振頻率范圍為17.318HZ，共振加速度增大為外界激勵的18倍。汽車運輸的隨機振動加速度垂直方向最大，汽車運輸振動能量絕大部分分布在0200HZ，其中能量最集中處于050HZ頻帶內。汽車運輸隨機振動功率譜密度在2HZ和10HZ左右各有一個較大峰值。通常2HZ出的峰值為全頻帶內最大值，所以公路運輸包裝件的固有頻率應避開這兩個頻率值。鐵路運輸時產生的沖擊有兩種：一種是車輪滾過鋼軌接逢時的垂直沖擊，在普通路軌上為80120次/分，加速度最高為1g；另一種是火車在掛鉤撞合時產生的水平沖擊，加速度可達24g。若速度為14.5km/h時作溜放掛鉤，車體撞合瞬間可能產生18g的沖擊加速度。火車駛過鋼軌時受到沖擊，以正常速度70km/h駛過鋼軌時，垂直方向加速度峰值為58g。2.1.3裝卸與搬運裝卸作業包括人工與機械兩種方式。按常規產品的跌落高度定為90cm。2.1.4貯存環節采用一般倉庫貯存，堆碼高度2.5m，堆碼層數1層。2.1.5流通環境的氣象條件由于產品在深圳，銷售范圍為全國各地，從華南到全國含蓋了幾個氣候帶，雖然溫度隨地域的變化，變化較平緩，但產品包裝件常常在短時間內經歷較劇烈的溫度變化。手機為電子產品，為了防止包裝內產生結露現象，應嚴格控制包裝材料的含水量。用標準化的環境條件，該產品的運輸條件可表示為2K2/2B1/2S1/2M1。2.2產品特性分析產品外形尺寸：156.978.97.9mm 產品重量：190g（含電池）產品重心：位于手機的中部。易損件：屏幕表面正中位置垂直方向為易損部位。也就是顯示器內部的顯像管和玻璃屏幕。顯像管位于顯示器的內部，是顯示器的核心部件，受到劇烈振動或沖擊可能會造成顯像管脫落；而屏幕也是顯示器功能主體部件，有意破損的玻璃構成，所以屏幕也是顯示器包裝的重點保護對象；底座連接裝置位于顯示器的底部，安裝使用時與底座連接，屬于凸出部件，緩沖設計時也應考慮到，不能夠承載，并要與外包裝容器離有一定的距離，以免沖擊是受損。2.3產品脆值確定在進行緩沖包裝設計時，必須先確定產品的沖擊脆值。脆值是產品經受振動和沖擊時表示其強度的定量指標，又稱產品的易損度。脆值的計算的方法有振動模型估算法、非線形緩沖包裝系統估算法、經驗估算法、類比法和沖擊響應譜法，確定方法有掃蕩振動實驗法、疲勞曲線反求法和隨機振動實驗法。脆值是設計產品緩沖包裝中的最重要的參數。在實際生產中，一般要通過實驗來測定產品的脆值，在課程設計中我們只能通過比較同類產品的脆值來確定。通過查閱相關資料，取手機脆值Gm=90g。3.緩沖墊結構設計及校核3.1緩沖材料的選擇當前電子產品最常用緩沖包裝材料是泡沫塑料：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）、發泡聚乙烯等。其次是紙制品，包括瓦楞紙板、蜂窩紙板和紙漿模等。本次設計直接從以上材料中選擇。發泡聚苯乙烯（EPS）特性:EPS材料的優點是輕質、透明、強度大、防潮、耐腐蝕。最大弱點是用后不能自行分解，從而其廢棄物如果不回收處理則會適合對環境的大量污染。此外，它還有材料體積較大，堆置空間等缺點。聚氨酯泡沫塑料（PU）特性:聚氨酯泡沫塑料，英文縮寫PU，俗稱海綿。可制成軟質、半硬質和硬質發泡材料。聚氨酯材料的特點：密度小；具有一定的機械強度，可承受壓縮變形小；受沖擊振動后回彈性好；能防霉、防潮；使用方便、成型簡單。它是一種理想的緩沖包裝材料。綜合考慮到華為MATE9PRO的規格156.978.97.9mm，重量190g，脆值為90g；還有充電器，規格704230mm,質量100g；耳機，質量15g。選用聚氨酯泡沫塑料作為緩沖材料。3.2緩沖襯墊尺寸計算及校核根據聚氨酯泡沫塑料的緩沖系數與最大應力曲線，使用最小緩沖系數法，在聚氨酯泡沫塑料的緩沖系數與最大應力曲線中作一條水平切線，切點的縱坐標對應最小緩沖系數Cmin，橫坐標對應一個最大應力m，取等效跌落高度H=90cm。由公式T=CH/G，可以求出襯墊厚度T，由公式A=WG/m可以求出襯墊面積A。已知產品重190g，脆值為85g，等效跌落高度為90cm。選取C=3.3，對應的m=0.6105Pa。則有，A=WG/m=0.199.890104/(0.6105)=27.93cm2T=CH/G=3.390/90=3.30cm.撓度校核：襯墊尺寸的面積與厚度之比小于一定厚度時，襯墊容易撓曲或變彎，大大降低襯墊的負重能力。為了避免撓曲，其中承載面積Amin與厚度之比應符合以下規定Amin/(1.33T)2127.93(1.333.3)2=1.141可知符合撓度要求。跌落姿勢的校核：在襯墊基礎設計中所引用的一系列試驗特性曲線和數據。都是以假定的理想姿態(試驗平直，底面著地)為前提的，但襯墊的實際工況遠非標準姿態。實際的流通過程中,受力情況變化較大,因而有必要對基本設計尺寸作相應的調整。由于面著地時其對產品的沖擊能力最大，因此需對面著地進行校核。當面著地時，承載面積為此襯墊的三個緩沖面在水平面上的投影面積計算此面積可通過以下公式： 式中Ae等效投影面積；L產品的長；b產品的寬；d產品的高；k系數；這里取k值為1；由公式（4）得紙箱在進角跌落時的承載：A=182.2cm2 此時靜應力：r=W/Ae=0.06(kg/cm2),結合圖2得，靜應力為0.06kg/cm2對應的最大加速度定小于產品的脆值70g，因此基于面跌落設計的緩沖墊滿足角跌落的要求，只要通過了角沖擊校核，就一定能滿足棱沖擊的要求，所以整個設計過程中沒有進行緩沖擊校核。蠕變校核：緩沖材料在長時間的靜壓力作用下，其塑性變形量會隨時間的增加而增加，這種蠕變使襯墊厚度變小，緩沖能力下降，所以設計襯墊尺寸時應加一個蠕變補償值，稱為蠕變增量。設計尺寸為： Tc=T(1+Cr) 式中： Tc修正后的厚度cm； Cr蠕變系數%，取10%； T 原設計厚度cm； Tc=T(1+Cr)=3.30（1+10%）=3.63cm 經過各項較核后，襯墊尺寸為T=3.63cm，A=27.93 cm2.3.3緩沖襯墊結構設計考慮到華為MATE9作為貴重的電子產品，所以采用緩沖襯墊結構設計采用全面緩沖包裝法。全面緩沖襯墊是在產品與紙箱之間填滿緩沖材料，如紙屑、木屑、棉花、塑料絲、紙漿發泡塊、紙纖維成型材料等。全面緩沖包裝由于產品與緩沖材料之間接觸面積大，靜應力小、緩沖厚度小，因而可以縮小包裝件尺寸，降低物流成本。但是，這種結構緩沖材料的部位也用了同樣厚度的緩沖材料，浪費了貴重的緩沖材料，包裝成本較大。局部緩沖包裝法是采用預成型的緩沖材料對產品的角、楞、側面或易損壞部位等處提供緩沖，不同部位提供與之脆值相對應的緩沖厚度，可以大大節約緩沖材料降低包裝成本和物流成本。圖4-1緩沖墊立體圖(b)圖4-2緩沖墊三視圖本設計采用全面緩沖。此外對于易損件，要通過緩沖襯墊的結構設計使其能夠在外包裝箱內穩定，并且保證易損部件和底座連接裝置不能承載。緩沖襯墊的厚度合成在面積，按照校核后的數值，但是要實現使其在外形不規則地情況下