筆記本電腦的紙質包裝設計研究范文

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1瓦楞紙板緩沖襯墊

瓦楞紙板緩沖襯墊是將瓦楞紙板經過模切、壓痕工序后，再經折疊、插裝、組合、黏結等方法，使其從二維變成三維結構的緩沖包裝襯墊。結構分為組合式和一體折疊式2種。折疊型瓦楞紙板制成的襯墊結構主要包括:護楞襯墊、護角襯墊、護槽襯墊、護板襯墊、雙角襯墊、腳槽襯墊和雙槽襯墊等。綜合考慮電腦機身特性和緩沖要求、瓦楞紙板特性及包裝成本，采用護楞和護角襯墊結合的局部緩沖包裝形式，即2個襯墊體沿電腦機身左右兩邊和4個角將其卡緊，起到緩沖保護作用。

2設計過程

2．1設計步驟

瓦楞紙板緩沖包裝與泡沫塑料緩沖包裝不同，它沒有像泡沫塑料設計一樣有理論依據(如六步法)可循。其設計步驟如下所述。1)分析產品特性，根據其結構、性能和緩沖要求，結合Pro/E軟件設計出幾種可行的緩沖結構和實體建模。2)方案比較，優化選擇。選定最優設計，調整和定位尺寸，進一步優化。3)配材的選擇。根據產品的性能指標和緩沖要求，選擇瓦楞紙板的齒形、楞型、里紙、面紙及芯紙，依據配材的邊壓強度、耐破度或撕裂強度等性能參數進行選擇。4)安全性測試。利用Ansys軟件對選定的緩沖結構進行靜態壓縮、模態、跌落等安全性測試，或者按照結構圖紙打樣，在實驗室里進行實物測試。若安全性測試未通過，則調整結構或配材等重新測試。若測試通過，即可定案。該步一般是依靠測試結果或經驗判斷。

2．2產品特性分析

該型號筆記本電腦的參數:機身質量m=2．2kg;產品長L=340mm，寬B=242．6mm，厚度H=33．6mm;內裝物有筆記本電腦機身、說明書、保修卡、驅動光盤、數據線、電源適配器等。筆記本電腦機身作為緩沖襯墊包裝的主體，其他部件作為附件，附件的總質量為1．1kg。筆記本電腦機身主要部件有外殼、液晶屏、硬盤、主板等，易損件為硬盤和液晶屏，其質量分布均勻，重心在其形心位置，故設計結構要求在L，B和H等3個方向上都要有定位和緩沖。筆記本電腦屬于電子設備，根據該品牌筆記本電腦的型號和性能參數，查詢中國機械標準化研究所的產品脆值標準，進行類比，確定其脆值G=60g。根據筆記本電腦的質量，查相關標準，確定其在運輸過程中的跌落高度h=80cm。

2．3緩沖襯墊承載面積及厚度

由于緩沖襯墊結構為異形緩沖結構，李志強指出當瓦楞紙板結構設計較復雜時，其緩沖性能接近于EPS。緩沖系數反應了緩沖襯墊的材質、結構和尺寸，廣泛用于局部緩沖結構設計。由此，瓦楞紙板緩沖襯墊應以復雜紙板結構的緩沖系數－最大靜應力曲線為依據，采用最小緩沖系數法進行尺寸設計。1)筆記本電腦機身的重量:W=21．56N。2)緩沖襯墊最小承載面積和厚度。由EPS的緩沖系數－最大靜應力曲線(密度為0．029g/cm3)可知，最小緩沖系數C=2．4，對應的應力σm=0．7MPa，則筆記本電腦機身襯墊最小承載面積A=Wh/σm×104=24．64cm2，襯墊厚度T=Ch/G=3．20cm。由于瓦楞紙板緩沖襯墊的承載面積、厚度和襯墊具體的結構形式、所選配材的性能有關，由此，在配材選定后可根據具體的結構形式和產品特性調整確定最后的承載面積和厚度。

3緩沖襯墊的結構設計

根據以上分析，利用Pro/E軟件設計出以下3套結構方案，通過分析比較，確定一套最優方案進行后續的安全性測試分析。

3．1方案1(組合式)

緩沖襯墊由a，b部件組裝而成。部件a起支撐作用，部件b起緩沖作用，由此其瓦楞方向與部件a的瓦楞方向相反，即部件b主要靠瓦楞紙板的橫向邊壓支撐。部件a的結構是中間用三處折疊復U型結構和側面U型結構使其在L，B，H等3個方向定位和B，L方向緩沖，中間三處折疊U型結構起到H方向的緩沖作用，中間空出的結構不折疊，加強H方向的定位。部件b是在H方向上由折疊成長方形和2個三角型的結構組成，正方形結構插入襯墊時，一個面起到B方向的定位加強作用，將此面設計成m型，方便筆記本裝入。三角形結構位于產品中部，屬于較穩定結構，增強了部件a的穩定性。通過左右2個襯墊的配合，將左右2個邊和4個角卡緊可實現前后上下4個方向的定位與緩沖。附件盒盛裝附件的同時和外箱配合，可以對電腦機身包裝件的6個方向定位，增加緩沖襯墊的緩沖面積和緩沖厚度，使瓦楞紙板結構組合襯墊的緩沖保護性能更佳。

3．2方案2(組合式)

緩沖襯墊由部件a，b和c組裝而成。部件a的H方向由原有的U型改成近M型，可以對L，H方向定位和緩沖，還可以為L方向機身裝入留有余量。部件b和部件c起到加強H方向定位和緩沖作用。部件b可以固定M結構，其固定部位是U型，給M型留有一定活動空間，便于尺寸調節。部件c和部件a相互吻合，起到固定M結構和B方向定位的作用。

3．3方案3(一體折疊式)

襯墊整體結構，由1張瓦楞紙板折疊而成。襯墊由0947型瓦楞襯墊改裝而成，0947型瓦楞襯墊提供了L，H方向上的定位，H方向上的緩沖，改裝后增加了B方向的定位和L，B方向的緩沖。首先加長了L方向上2個回旋折疊結構，使之在L方向具有緩沖作用。其次在B方向，襯墊兩邊增加2個回旋折疊結構，達到B方向的定位及緩沖。0947型為對稱結構，由于筆記本包裝箱內需要裝有附件的內附盒，可以達到一些緩沖效果，所以位于內附箱面的尺寸可酌情減小。

3．4方案選擇

從結構上分析，對于筆記本電腦來說，其質量較輕，3種方案均采用局部緩沖就可以保證其安全。方案1因為有穩定的三角形支撐，結構的緩沖性能最好，且結構簡單美觀。從工藝上考慮盡量選擇組合式瓦楞紙板緩沖襯墊。方案1和方案2均為組合式緩沖包裝，方便進行尺寸設計、生產加工，但是需要進行折疊組裝。方案3為一體折疊式，雖無需組裝，但在尺寸設計和三維建模時較麻煩，尺寸精度不高。從成本上分析，3個方案所需要的原料，經過估算相差不多，而且每個方案都有優化余地。綜上所述，從結構、工藝、成本，尤其是緩沖性能上考慮，最終選擇方案1。

3．5瓦楞紙板的配材

常用的瓦楞紙板有A，C，B，E及BC型，根據產品規格及實際經驗判定，采用抗壓強度高、彈性好的UV齒形B型瓦楞紙板。

3．6襯墊結構的安全性分析

利用Ansys軟件進行選定襯墊的安全性仿真分析。靜態壓縮仿真與模態(振動特性)仿真分析使用WORKBENCH模塊，跌落分析使用Ansys/LS－DYNA模塊。b加襯墊(上)和不加襯墊(下)的等效應力云圖對比可知，不加襯墊時電腦機身受到的最大應力為6687Pa，最小應力為2137Pa。加上襯墊后，襯墊受到的最大應力為305680Pa，所受應力多數分布在6369Pa以下，配材的耐破強度為1024000Pa，襯墊完全可以承受所受的應力。電腦機身所受應力多數分布在2152Pa以下，大部分應力較小且都被緩沖襯墊所吸收，緩沖效果明顯。模態分析用于確定設計結構的振動特性(固有頻率和振型)，它們是承受動載荷結構設計中的重要參數，同時，也是瞬態分析、諧響應分析、譜分析的基礎。模態分析是一種線性分析，任何非線性均被忽略。對電腦以及襯墊進行模態分析，材料屬性及網格劃分等操作同靜態分析一致。如圖5c，f對x，y，z等3個方向平動和轉動進行六階模態分析，可以得出其六階最大固有頻率，且沒有共振發生。d和e是模擬跌落過程的等效應力云圖和加速度曲線圖，可以看出包裝件的加速度峰值約為28g，比產品的脆值60g小很多，滿足要求。通過以上測試分析，證明該襯墊結構設計合理，緩沖作用明顯。也可利用打樣機打樣得到包裝樣品，在振動臺、沖擊試驗機和跌落試驗機上進行安全性測試。

3．7附件包裝盒設計

根據附件的大小和襯墊尺寸，用B型瓦楞紙板做0212型包裝紙盒，制造尺寸為300mm×100mm×60mm，尺寸控制到剛好與外箱、緩沖結構襯墊完美配合。

4結語

瓦楞紙板緩沖結構襯墊通過仿真和實物相結合的安全性測試分析，能夠完全滿足筆記本電腦的緩沖要求，且相比泡沫塑料緩沖襯墊易加工成型且成本低廉，代表了未來綠色包裝的發展方向。通過該實例證明，只要瓦楞紙板的緩沖結構設計合理，且所選配材合適，完全能夠滿足筆記本電腦及類似電子設備的綠色緩沖包裝要求。隨著瓦楞紙板緩沖包裝理論的建立和完善，瓦楞紙板緩沖材料將會在未來的包裝市場發揮更大的作用。

作者：邢月卿陳滿儒孫德強單位：陜西科技大學