瓦楞纸箱结构设计.ppt

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1、瓦楞纸箱是一种十分重要的包装容器，其用量一直名列榜首,一、原纸（一）原纸种类（二）原纸之性质二、瓦楞纸箱（一）瓦楞的类型与形状（二）瓦楞纸板的厚度（三）瓦楞纸箱箱坯构造（四）瓦楞纸箱箱型结构三、瓦楞纸箱结构设计（一）瓦楞纸箱尺寸设计（二）瓦楞纸箱强度设计（三）瓦楞纸箱材料选择,一、原纸,1、牛皮纸板,2、瓦楞芯纸,3、白卡,(一)原纸种类,1、基重,2、厚度,4、环压强度,抗张强度、耐折度、挺度、透气度、撕裂强度、防水性能等,3、破裂强度,(二)原纸之性质,一、原纸（一）原纸种类（二）原纸之性质二、瓦楞纸箱（一）瓦楞的类型与形状（二）瓦楞纸板的厚度（三）瓦楞纸箱箱坯构造（四）瓦楞纸箱箱型结构三

2、、瓦楞纸箱结构设计（一）瓦楞纸箱尺寸设计（二）瓦楞纸箱强度设计（三）瓦楞纸箱材料选择,(一)瓦楞的类型与形状,二、瓦楞纸箱,、瓦楞种类及主要性能,、瓦楞的形状,(二)瓦楞纸板的厚度,瓦楞纸板厚度是瓦楞纸箱设计中一个非常重要的因素，一般是原纸厚度与瓦楞高度之和。,瓦楞纸板厚度计算公式如下：,t瓦楞纸板厚度（mm）；t1外面纸厚度（mm）；t2内面纸厚度（mm）；tm瓦楞芯纸厚度（mm）；fh瓦楞辊高度（mm）；d瓦楞纸板制造过程中的厚度损失（mm）。,t=t1+t2+tm+fh-d,影响值的主要因素有：a.双面粘贴时出现的楞高损失；b.瓦楞不正。,瓦楞纸板厚度,瓦楞纸板只有经过分切、压痕、开槽开

3、角以后，才能制成瓦楞纸箱箱坯。箱坯结构主要包括纵压（痕）线，横压（痕）线，开槽和接头。,(三)瓦楞纸箱箱坯构造,按压痕线方向与瓦楞楞向的不同关系，压痕又可分为：,纵压线与横压线,a.纵压线：与瓦楞楞向平行的压痕线。b.横压线：与瓦楞楞向垂直的压痕线。,压痕的主要作用，是使瓦楞纸板按预定位置准确地弯折，以实现精确的纸箱内尺寸。,压痕的作用,是指在瓦楞纸板上切出便于折叠的缺口，其宽度一般为纸板厚度再加1mm。开槽中心线要尽量与压痕中心线对齐，前后左右的偏差要越小越好。,2、开槽,3、接头,接头的接合方式与封箱方式一样，都有三种形式；胶带粘合、粘合剂粘合和金属钉钉合。,胶带粘合。粘合剂粘合。金属钉接

4、合。,瓦楞纸箱箱型结构，在国际上通用由欧洲瓦楞纸箱制造商联合会（FEFCO）和瑞士纸板协会（ASSCO）联合制定的国际纸箱箱型标准。,按照国际纸箱箱型标准，纸箱结构可分为基型 和组合型两大类。,、国际纸箱箱型标准,1、基本型,一般用四位数字表示，前两位表示箱型种类，后两位表示同一箱型种类中不同的纸箱式样。,(四)瓦楞纸箱箱型结构,02开槽型纸箱。,03套合型纸箱。,04折叠型纸箱。,05滑盖型纸箱。,06固定型纸箱。,07自动型纸箱,09内衬件。,表示方法：上摇盖/下摇盖,即0204/0215,2、组合型,组合型是基本型的组合，即由两种以上基本箱型所组成，用多组四位数字或代号来表示。,例 瓦楞

5、纸箱上摇盖用0204型，下摇盖用0215型图。,我国国家标准GB654386（瓦楞纸箱）参考国际箱型标准系列规定了运输包装用单瓦楞纸箱和瓦楞纸箱的基本箱型，其箱型代号如表所示。,国家标准箱型,、非标准瓦楞纸箱,1、包卷式纸箱,包卷式纸箱结构,2、分离式纸箱,改进型分离式纸箱,a.顶面连接方式；b.粘合剂粘合方式；c.连接板插入方式；d.连接板间隙固定方式；,该结构具有如下特点：连接工序可用手工操作。,新型分离式纸箱,有N型包卷式纸箱和F型包卷式纸箱。,(五)瓦楞纸箱之物理性能,1、厚度2、边压强度3、耐破强度4、粘合强度5、定量6、戳穿强度7、水分8、抗压强度,一、原纸（一）原纸种类（二）原纸

6、之性质二、瓦楞纸箱（一）瓦楞的类型与形状（二）瓦楞纸板的厚度（三）瓦楞纸箱箱坯构造（四）瓦楞纸箱箱型结构三、瓦楞纸箱结构设计（一）瓦楞纸箱尺寸设计（二）瓦楞纸箱强度设计（三）瓦楞纸箱材料选择,、内装物排列方式,在进行瓦楞纸箱尺寸设计时，必须对内装物排列方式、理想尺寸比例进行全面考虑。,1、排列数目,内装物在瓦楞纸箱内的排列数目用下式表示：,（一）瓦楞纸箱尺寸设计,三、瓦楞纸箱结构设计,式中 n 单个瓦楞纸箱内装物总数；nL瓦楞纸箱长度方向上排列内装物数目；nB瓦楞纸箱宽度方向上排列内装物数目；nH瓦楞纸箱高度方向上排列内装物数目。,2、排列方向,对于内装物来说，按其本身的长度、宽度与高度（l、

7、b、h）和瓦楞纸箱的长度、宽度与高度（L、B、H）的相对方向，同一排列数目可以有6种排列方向。,n=nLnBnH,例：某牙膏选用0201型瓦楞纸箱作外包装，内装中包装24盒，中包装外尺寸为，试选择合适的排列方法。,分析：牙膏软管在中包装盒内只能平放或侧放。,lhLB 或 bhLB,而中包装盒则选择立放为最佳。,将中包装盒的长度、宽度与高度分别乘以倍数,nl nb nh1 190 140 1202 380 280 2403 570 420 3604 760 560 4805 950 700 6006 1140 840 7207 8,寻找相应的L与B。,距1.5:1:1相差甚远，故舍弃。,高度方向

8、排列两层，先考虑432,可以发现只有 4b2l3h 560380360 方案最接近目标。,因此，选定排列方式为：,、理想尺寸比例与最佳尺寸比例,1、尺寸比例,对于直角六面体瓦楞纸箱来说,尺寸比例定义如下：L:B:H,或者，RL=L/B RH=H/B,式中 RL瓦楞纸箱长宽比；RH 瓦楞纸箱高宽比；L瓦楞纸箱长度尺寸（mm）B瓦楞纸箱宽度尺寸（mm)H瓦楞纸箱度度尺寸（mm）。,Q型：nLnBnH=4b2l3h,当RL、RH一定时，纸箱的形状也就一定。决定瓦楞纸箱形状的仅仅是长、宽、高三个尺寸之间的比例关系。,2、理想尺寸比例,最佳的尺寸比例，则由纸板用量、强度因素、堆码状态乃至美学因素所决定。

9、,3、理想尺寸比例的单项决定因素,纸板用量,同一容量，当然纸板用量越少，尺寸比例越理想。,设0201型纸箱容积为V，纸板用量为S。,由（2）H=V/LB,代入（1）S=2(L+B)(V/LB+B)=2(V/B+V/L+LB+B2),设V为定值，求S的一阶偏导数,S=2(L+B)(H+B)V=LBH,S/L=2(BV/L2),S/B=2(L+2BV/B2),（3）代入（4），得,即 VL3+2V2L6=0,解之，得,L+2V/L2L4/V=0,2V=L3,L3=V（舍去）,所以，,即同一容量，纸板用量越少的尺寸比例：L:B:H=2:1:2,抗压强度,a.RL对抗压强度的影响：,从理论上讲，为1的

10、纸箱抗压强度最大。,抗压强度是综合平衡中最重要的决定因素，由上图可发现，当RL=1.4时，纸箱抗压强度最高。,b.RH对抗压强度的影响：,在一定范围内，RH的增大使抗压强度降低，但超过一定范围后，与抗压强度没有多大关系。,a.RL对堆码状态的影响 有两类堆码形式，一类是平齐堆码（或重叠堆码），一类是交错堆码。从最佳堆码状态考虑，以采用为1.5的尺寸比例为理想。,堆码状态,美学因素,当代造型美学常用比例有：,a.黄金分割比例：,尺寸比例 L:H=1.618:1(1:0.618),b.RH对堆码状态的影响：,一定条件下，增大可以提高纸箱堆码强度。,b.整数比例：,这种比例是以正方形为基础而派生出的

11、边长为1:1，2:1，3:1n:1之整数比例的矩形。,e.直角比例,这种比例依次为,4、最佳尺寸比例,0201型箱的最佳尺寸比例应为：L：W：L=1.5:1:1。,、瓦楞纸箱的尺寸设计,1、内尺寸,内尺寸确定的因素,a.内装物最大外尺寸；b.按内装物形式确定的公差系数；c.内装物排列方式；d.内装物隔衬与缓冲件的相关尺寸。,内尺寸计算公式,式中 Xi 纸箱内尺寸（mm）xmax内装物最大外尺寸（mm）nX内装物在纸箱内某一方向的排列数目；d内装物公差系数（mm）K纸箱内尺寸修正系数（mm）T衬格或缓冲件总厚度（mm）,Xi=xmaxnX=d(nX-1)+k+T,内尺寸修正系数见表,瓦楞纸箱内尺

12、寸修正系数（mm）,2、制造尺寸箱体长度、宽度、高度制造尺寸计算公式,式中 X 瓦楞纸箱长度、宽度或高度制造尺寸（mm）；Xi纸箱内尺寸（mm）；t瓦楞纸板厚度（mm）。,在实际生产中要根据具体情况加适当修正常数，X=Xi+t+k,在实际设计中，纸板厚度t再加上13（mm）的修正系数而合并成一个常数，仍用k表示。,X=Xi+t,X=Xi+k,式中 X 瓦楞纸箱制造尺寸（mm）；Xi纸箱内尺寸（mm）；k 纸箱制造尺寸修正系数（mm）。,02类瓦楞纸箱制造尺寸修正系数值（mm）,k值的大小与纸箱的具体尺寸有关。,所以 KL1KL2 KB1KB2,接头尺寸,接头J的尺寸一般根据瓦楞层数及工厂的工艺

13、水平而定,瓦楞纸箱接头制造尺寸（mm）,接头一般应与LH面连接。,对接摇盖制造尺寸。,摇盖伸长系数，用 xf 表示。,F纸箱对接摇盖长度（mm）；B1纸箱非接合箱面宽度制造尺寸（mm）；xf摇盖伸长系数（mm）。,02类纸箱摇盖伸长系数（mm）,F=B1/2+xf,3、外尺寸,外尺寸计算公式如下：,将后两项常数合并，仍用K表示,式中,X0=X+t+K,X0纸箱外尺寸（mm）；X纸箱制造尺寸（mm）K纸箱外尺寸修正系数（mm）。,瓦楞纸箱外尺寸修正系数（mm）,X0=X+K,一、原纸（一）原纸种类（二）原纸之性质二、瓦楞纸箱（一）瓦楞的类型与形状（二）瓦楞纸板的厚度（三）瓦楞纸箱箱坯构造（四）瓦

14、楞纸箱箱型结构三、瓦楞纸箱结构设计（一）瓦楞纸箱尺寸设计（二）瓦楞纸箱强度设计（三）瓦楞纸箱材料选择,（二）瓦楞纸箱强度设计,瓦楞纸箱的抗压强度，是评价瓦楞纸箱的重要指标，是设计瓦楞纸箱的重要条件。,、抗压强度,1、抗压强度,指在压力试验机均匀施加动态压力至箱体破损时的最大负荷及变形量。,正确评价瓦楞纸箱的抗压强度，要包括以下几个方面：,a.最大负荷；b.变形量；c.测试值偏差。,2、影响瓦楞纸箱抗压强度的因素,基本因素,a.原纸强度内面纸、外面纸、瓦楞芯纸的环压强度（RCT）或瓦楞芯平压强度（CMT）；b.瓦楞楞型A、B、C、E；c.瓦楞纸板种类双面、双芯双面、三芯双面等；,d.瓦楞纸板含水

15、率：,含水率与瓦楞纸箱抗压强度的关系：,其中：P瓦楞纸箱抗压强度，Nx瓦楞纸板含水率。%P0含水率为0%时的纸箱抗压强度，N,P=0.9xP0,e.在流通领域中外界环境的影响。,相对湿度 50%60%70%80%90%100%,下降百分比 0%10%20%32%52%85%,b.仓储时间的影响,空箱长期堆放仓储，抗压强度变化不大，但包装货物后，纸箱强度因疲劳会随堆放时间的增加而下降。,堆放时间 10天30天90天180天,下降百分比 37%40%45%50%,c.堆码方式的影响,堆码型式 单层放置正常堆积十字堆积错边堆积中间堆积井字堆积,下降百分比 0%(15-20)%(60-70)%(40-

16、50)%(错边1cm)(50-60)%(错边3cm)(40-50)%(50-60)%,堆码的影响,堆码的影响,a.箱型箱形（尺寸比例）；b.印刷面积与印刷设计；c.开孔面积与开孔位置(见下图）；,可变因素,1.同一开孔形状，同一开孔面积越大，纸箱强度降低越大；2.开孔位置越接近纸箱上下两边或箱棱箱角，纸箱强度降低越大；3.开孔位置越接近纸面中位线或中心点，纸箱强度降低越小；4、同一开孔位置，同样开孔面积，分散开孔比集中开孔纸箱强度降低小。,d.纸箱的制造技术问题；e.制箱机械的缺陷；f.质量管理问题。,3、瓦楞纸箱抗压强度计算,一类根据瓦楞纸板原纸，即面纸和芯纸的测试强度来进行计算，另一类则直

17、接根据瓦楞纸板的测试强度进行计算。,凯里卡特（K.Q.Kellicutt）公式,a.凯里卡特公式,P=Px(4aXz/Z)2/3ZJ,P 瓦楞纸箱抗压强度（N）；Px 瓦楞纸板原纸的综合环压强度（N/cm）；aXz 瓦楞常数；Z 瓦楞纸箱周边长（cm）；J 纸箱常数。,瓦楞纸板原纸的综合环压强度计算公式如下,Rn 面纸环压强度测试值（N/0.152m）Rmn瓦楞芯纸环压强度测试值（N/0.152m）C 瓦楞收缩率，单瓦楞纸板来说,Px=(RnCRmn)/15.2,Px=(R1+R2+RmC)/15.2,P=Px(4aXz/Z)2/3ZJ,双瓦楞纸板,公式中的15.2(cm)为测定原纸环压强度时

18、的试样长度。,Z值计算公式,Z 纸箱周边长（cm）；L0纸箱长度外尺寸（cm）；B0纸箱宽度外尺寸（cm）；,aXz、J、C值可查表,Px=(R1+R2+R3+Rm1C1+Rm2C2)/15.2,Z=2(L0+B0),双瓦楞纸箱凯里卡特常数值,单瓦楞纸凯里卡特常数值,例 计算瓦楞纸箱的抗压强度，其中面纸横向环压强度为360N/0.152m，瓦楞芯纸横向环压强度为150N/0.152m,B楞.,已知：R1=R2=360N/0.152m Rm=150N/0.15m L0=580mm B0=398mm,求：P,解：Z=2(L0+B0)=195.6(cm),查表 aXz=5.00 J=1.27 C=1

19、.361,代入公式,Px=(R1+R2+RmC)/15.2=62.5(N/cm),代入公式,P=Px(4aXz/Z)2/3ZJ=3395(N),b.凯里卡特简易公式：,P瓦楞纸箱抗压强度（N）Px瓦楞纸板原纸综合环压强度（N/cm）F凯里卡特简单常数。,F=(4aXz/Z)2/3ZJP=PxF,P 瓦楞纸箱抗压强度，NPm瓦楞纸板边压强度，N/mDx 瓦楞纸板纵向挺度,MNmDy 瓦楞纸板横向挺度,MNm Z 纸箱周长，cm,马基简易公式(为了简化起见，又有将纸板厚度代替挺度）：,P=0.02028Pm0.75(DxDy)1/2*0.25Z0.5,P=0.05874Pm(tZ)1/2,马基（M

20、akee）公式,P 瓦楞纸箱抗压强度，NPm瓦楞纸板边压强度，N/mt 瓦楞纸板厚度，mmZ 纸箱周长，cm,、堆码强度,1、堆码强度,堆码强度,指仓库储存的瓦楞纸箱包装在静态压力之下于堆垛行将坍塌之前所能承受的负荷。,安全系数,是纸箱在实际堆码情况下可以得到的安全程度。,K瓦楞纸箱堆码安全系数；P空箱抗压强度（N）；Ps最大堆码负荷（N）。,根据经验数据，安全系数一般为25.,K=P/Ps,Ps=9.81G(Nmax-1),K=1/(1-)(1-)(1-),Ps最大堆码负荷（N）。G单个纸箱毛重（kg）；Nmax 最大堆码层数。,2、最大堆码层数,无托盘堆码的最大堆码层数,Nmax最大堆码层

21、数；Hw仓库最大有效堆码高度（mm）H0瓦楞纸箱高度外尺寸（mm）。,P=9.81KG(Nmax-1),Nmax=Hw/H0,P纸箱抗压强度（N）；K纸箱安全系数；G单个纸箱毛重（Kg）；Hw仓库最大有效堆码高度（mm）。H0 纸箱高度外尺寸（mm）。,P=9.81KG(Hw/H0-1),托盘堆码的最大堆码层数,主要取决于下列因素：,Hw仓库最大有效堆码高度（mm）。T托盘高（厚）度(mm)n每码垛的包装托盘层数；hmax 托盘包装的最大高度（mm）；H0瓦楞纸箱高度外尺寸（mm）。,a.nmax=(hmax-T)/H0,nmax单个托盘包装中最大纸箱堆码层数,b.nmin=Hw/hmax,n

22、min仓库最大有效堆码高度下可装载最少的托 盘包装的层数,c.H0-max=Hw-nminT,H0-max纸箱可占取的最大净高（mm）,d.Nmax=H0-max/H0,Nmax仓储中纸箱可能的最大堆码层数,e.n=Nmax/nmax,n仓储堆码可能的托盘包装层数,f.N=nmaxn,N可以考虑的堆码层数,NNmax，而Nmax 又不是3、5、7、11、13、17、19、23（除其本身与1外无其他约数），则可以考虑在每个托盘包装上减去一层瓦楞纸箱而重新组合成一个新增加的托盘包装以提高仓储空间的利用率。,一、原纸（一）原纸种类（二）原纸之性质二、瓦楞纸箱（一）瓦楞的类型与形状（二）瓦楞纸板的厚度（三）瓦楞纸箱箱坯构造（四）瓦楞纸箱箱型结构三、瓦楞纸箱结构设计（一）瓦楞纸箱尺寸设计（二）瓦楞纸箱强度设计（三）瓦楞纸箱材料选择,瓦楞纸箱所需纸板或原纸的选择有两种途径:,(三)瓦楞纸箱材料选择,其一，根据瓦楞纸箱尺寸和内装物重量，查表选取一定技术指标要求的瓦楞纸板；,其二，通过抗压强度或堆码强度计算公式逆向求之。,第一步，确定纸箱尺寸；第二步，计算堆码时最底层所承受的压力；第三步，计算堆码安全系数，推算必要耐压强度；第四步，将上列资料代入凯里卡特公式，求出综合环压强度；第五步，根据综合环压强度选择原纸。,