完整版包装工艺毕业课程设计案例Word文件下载.docx
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因此，奶粉的包装必须考虑到防止受潮、氧化、阻止细菌的繁殖以及避免紫外线的照射等因素。
1.1.3现有奶粉包装的形式
奶粉的包装品种较少，主要是金属容器（高档包装）和塑料复合袋，以及最近新出的纸盒包装。
奶粉塑料复合包装袋按结构形式可分为透明复合包装袋、铝箔复合包装袋和真空镀铝复合包装袋等。
普通的BOPPPE透明塑料复合包装袋由于奶粉保质期较短已经逐步被市场淘汰，而铝箔复合包装袋由于成本相对较高，所占的市场份额也不大；
真空镀铝复合包装袋因其优越的性能。
低廉的成本而成为袋装奶粉包装的主流形式。
但是塑料膜隔热、隔光性能差，奶粉容易变质，只能满足短期储藏的需要；
而且塑料薄膜脆而易折，容易造成破损。
金属罐包装以其更好的密闭性、阻隔性和外表美观的特点被大多数奶粉生产厂家用作高档次的奶粉包装形式。
其具有档次高、使用方便、保质期长（2年以上）等优点。
三片罐包装一般都采用真空充氮包装。
但是充氮包装的产品到了高原地区，由于高原空气稀薄，气压小，内外压力失衡，容易导致铝箔被内压冲破。
可以通过改进铝箔设计，很好的解决这一难题。
最近美国惠氏公司在华全面推出盒装奶粉，主攻中档价格奶粉市场。
纸盒包装具备安全卫生、成本低等优点。
但包装工艺尚不成熟。
1.2奶粉保护方案设计
1.2.1奶粉销售包装定位
奶粉包装主要有以下几种形式：
复合塑料膜包装、金属罐包装和纸盒包装。
金属罐包装以其良好的密闭性、阻隔性和外表美观的特点被大多数奶粉生产厂家用作高档次的奶粉包装形式，并大多数用于婴幼儿奶粉包装。
进口奶粉包装内容较进口奶粉丰富得多，有重要声明、注意事项、喂哺表、奶具消毒方法、营养成分表、生产日期、保质日期、厂址等各种材料，同时为产品配备了专用量匙。
1.2.2奶粉的保护包装方案
干燥的奶粉，其含水率相当低，而且金属罐的透湿率为零，因此其是不容易发生水解酸败的。
则听装奶粉最重要的是避免与氧气接触，防止氧化，保护奶粉的营养成分和组成状态。
目前通过改变包装内气氛来延长产品保存期的办法有脱氧剂封存包装、真空包装和充气包装。
脱氧包装、充气包装和真空包装的比较如下表所示。
表1脱氧包装、充气包装和真空包装的比较
项目
脱氧包装
真空包装
充气包装
原理
化学除氧
抽真空除氧
将包装内空气置换为有利于产品保存的气体
除氧率
几乎达到100%
除氧不完全
除氧率低，通常剩余
2%～4%的氧
操作及所用设备
无须特殊设备，操作简便
设备昂贵
设备复杂，工作量大，效率低
缺点
吸氧产生负压，不能抑制厌氧菌和酵母菌的生长
不适宜于真空状态下易破碎、易变形产品的包装
多孔性物质内部的气体不易被置换
据此拟定以下三种包装保护方案
包装保护方案Ⅰ—添加抗氧化剂：
抗氧化剂NDGA的最适宜用量相当于奶粉中卵磷脂含量的0.001％一0.01％。
它可选用甲硫基丁氨酸、抗坏血酸和柠檬酸等酸类作为增效剂。
当奶粉的pH值为6.5时，抗氧化效果最好。
不过，这类增效剂当奶粉贮存九个月以后，其作用会逐渐地减弱。
同时抗氧化剂对奶粉的包装容器提出了严格的要求，应该尽量避免产品直接与金属接触，哪怕是由于金属容器内表面涂层不完善，也会促进产品的氧化酸败。
考虑到奶粉是用铁听装，金属容器内表面涂层的不完善会影响储存期，同时奶粉的消费者大多数为婴幼儿，应尽量少添加化学物质。
因此不选用此包装保护方案。
包装保护方案Ⅱ—真空包装：
将奶粉装入气密性包装容器，然后抽去容器内部的空气，造成一定的真空度，再进行密封封口。
一般来说，将奶粉进行真空包装时，真空度越高，包装效果越好，保质期也越长。
马口铁罐密封非充氮包装保存期为1年。
此听装奶粉的储存期要求18个月，因此不选用此包装保护方案。
包装保护方案Ⅲ—真空充氮包装：
奶粉装入金属罐，抽真空后再充入保护性气体氮气，然后将包装密封。
充氮包装是使用半自动或全自动的真空充氮封罐机，在称量装填之后抽成真空以排除奶粉及罐内的空气，然后立即充以纯度为99％以上的氮气再进行密封。
这是目前奶粉密封包装最好的方法之一。
表说明了充氮包装对奶粉储存期的影响。
同时实验表明，充氮包装的全脂乳粉在24℃下保存时，贮藏9个月后，其风味基本不变；
而不充氮包装的全脂乳粉，贮藏4个月后，其风味就会发生变化，质量明显下降。
全脂乳粉采用500g铁罐充氮密封包装，保藏期可达3～5年。
一般情况下，马口铁罐密封充氮包装保存期为2年。
表2干燥奶粉处理方法对其质量的影响
热处理规范
贮存温度
（℃）
包装方法
保持时间（天）
贮存时间延长百分率
温度℃
时间（分）
真空法
脱氧法
79
85
71
30
10
20
37
含空气
充氮
255
126
130
84
75
325
168
181
180
138
31.0
33.0
39.0
118.0
84.0
奶粉要求的保质期为18个月，因此保护方法选用真空充氮包装
1.3奶粉包装保存期的计算
实验表明，听装奶粉充以纯度为99％以上的氮气再进行密封包装，保存期可达2年。
2奶粉包装保护的结构设计与设计计算
2.1销售包装容器的设计与设计计算
2.1.1包装容器类型
听装奶粉的包装材料为镀锡薄钢板，俗称马口铁。
马口铁主要由钢基材、锡铁合金层、锡层、氧化膜和油膜组成，其各层的主要成分、厚度范围及性能特点如下表。
听装奶粉选用三片罐。
表3镀锡薄钢板（马口铁）
结构名称
厚度范围
主要成分
性能特点
热浸镀锡板
电镀锡板
油膜
20mgm2
2~5mgm2
棕榈油
棉籽油或癸二酸二辛酯
润滑和防锈
氧化膜
3~5mgcm2
（单面）
1~3mgm2
氧化亚锡
氧化锡
氧化铬
金属铬
电镀锡板表面钝化膜是经化学处理生成的，具有防锈、防变色和防硫化斑作用
锡层
22.4~44.8gm2
5.6~22.4gm2
纯锡
美观、易焊、耐腐蚀，且无毒害
锡铁合金层
5gm2
小于1gm2
锡铁合金结晶
耐腐蚀，如过厚加工性和可焊性不良
钢基板
制罐用
0.2-0.3mm
0.2~0.3mm
低碳钢
加工性能良好，制罐后具有必要的强度
图2马口铁截面示意图
1—钢基板2—锡铁合金层3—锡层4—氧化膜
2.1.2包装容器尺寸
小容器密封包装的规格有454克、500克、1135克、2270克四种。
市面上销售的听装奶粉的规格一般为900克。
此听装奶粉的规格为1200克，查相关标准，奶粉密度约为0.5gcm3,则奶粉的体积为
V=1200g（0.5gcm3）=2400cm3
表4奶粉用圆形罐的公称直径
公称直径mm
738399127153165189
被包装物的填装率为85%～95%，则奶粉罐容积为2526ml～2824ml，市面销售900克罐装奶粉罐体直径为127mm，则1200克奶粉罐公称直径选153mm。
设罐高为H，则有
Hπ*（D2）2=2526～2824cm3
解得，H=13.8～15.3取H1=15cm
查表，罐内径为153.2mm，罐底尺寸D1=153.4+18.0=171.4mm
罐底和上缘部分高度均为3.3mm，盖上塑料盖后高度增加约5mm，则
H=150+2*3.3+5=161.6mm
2.1.3包装容器结构设计
现有包装容器存在问题：
（1）国产奶粉多为杠杆开启罐，开启需借助特殊工具，不方便；
（2）非易拉式铝箔封口的听装奶粉开启方法为：
开罐前应检查开启工具是否完好无损，是否洁净；
3开启后，应该将所有的铝箔撕干净，不要残留在罐上。
正确的开启方法是：
使用完整无损且锋利的剪刀或割刀，开封前，用干净的无纤维纸或布不重复轻轻擦拭刀刃表面，观察无纤维纸是否有金属屑和刀刃是否有毛边或凹痕。
开罐时，请用割刀或剪刀在铝箔中部不重复轻轻划开，用手捏紧开口的一端，沿罐壁撕开，尽量用力均匀防止铝箔破损脱落铝箔碎屑。
消费者在实际开启过程中一般不会完全按照要求的开启方式进行开启，并且不能保证开启工具的洁净无菌。
（3）量匙在搬运、装卸、运输过程中受冲击振动而沉入奶粉底部，用户开启后找不到量匙，造成食用上的不便。
考虑罐装奶粉的密封性、安全性和易开启性，选用易拉式铝箔封口，同时模仿八宝粥的勺子存放形式，将量匙卡在塑料盖内。
如下图所示
1-拉环2-铝箔图4外塑料盖内部结构图
3-镀锡薄钢板圈4-连接处
图3易开盖
2.1.4绘制包装容器结构设计图
见附图
2.2运输包装容器的设计与设计计算
2.2.1运输包装容器类型
我国,乳品外包装箱大多采用纸箱包装,而瓦楞纸箱作为乳品的外包装具有自己的一些优势：
首先,瓦楞纸箱对于商品来说具有较强的保护性能，它优良的抗压、抗戳穿和防潮性能都是其他包装所不能与之相的。
其次,瓦楞纸箱在颜色和图案上可以灵活多变，它可以应用预印或覆面技术，来赋予纸箱比较精美的图案，使之拥有强大的销售功能。
再次,瓦楞纸箱有很好的密闭性，对于长途运输的商品来说能起到很好的保护作用。
最后,与塑料周转箱相比,虽然,塑料周转箱可以经回收后重复使用,但在外观上是比较脏的，而纸箱却是干净美观的。
因此听装奶粉运输包装选择瓦楞纸箱。
听装奶粉的档次较高，为了提高对商品的保护性，一箱装六听奶粉，查圆柱体运输包装尺寸系列标准（GBT），选择B04型包装单元排列方式，如下图所示
图5铁听排列方式
内装物重量W=nw=6*1.2kg=7.2kg
内装物综合尺寸
L0＝nD1+（n-1）△=3*171.4+（3-1）*1=516.2mm
B0＝nD1+（n-1）△=2*171.4+（2-1）*1=343.0mm
H0=H=161.6mm
L0+B0+H0=516.2+343.0+161.6=1020.8mm
查GB，选择纸板代号为S-1.3；
因为马口铁罐较硬，因此选择平压强度高的B型瓦楞纸板。
2.2.2运输包装容器尺寸
（1）内装物外廓尺寸
被包装商品尺寸变动系数为：
具有可压缩性的针棉织品Δ=±
3mm打，中包装纸盒Δ=±
1～2mm个；
不可压缩性商品，如玻璃瓶罐，Δ=1～2mm个。
听装奶粉属于不可压缩商品，取Δ=1mm个
（2）纸箱内尺寸
表5纸箱内部尺寸修正系数（mm）
kLi
kBi
kHi
小型箱
中型箱
大型箱
3～7
1～3
3～4
5～7
长度和宽度方向修正系数取5mm，高度方向取2mm
纸箱内尺寸：
L’＝L0+△X0＝516.2+5=521.2mm
B’＝B0+△X0＝343.0+5=348.0mm
H’＝H0+△X0＝161.6+2=163.6mm
（3）纸箱制造尺寸
表602型纸箱内尺寸伸放量（mm）
A
B
E
AB
L1
L2
B1
B2
H
6
4
3
9
2
1
5
18
查表选取B型瓦楞在长宽高方向尺寸的伸放量，单瓦楞纸板接头尺寸为35～40mm，接头尺寸取40mm，摇盖伸放量取2mm，则纸箱的制造尺寸为
L1＝L’+△X’＝521.2+3=524.2mm
L2＝L’+△X’＝521.2+2=523.2mm
B1＝B’+△X’＝348.0+3=351mm
B2＝B’+△X’＝348.0+2=350mm
H＝H’+△X’＝163.6+6=169.6mm
F＝（B12）+△X’＝3512+2＝177mm
J＝40mm
（4）纸箱外尺寸
B型单瓦楞纸板的外尺寸加大值△X=3～5mm，故瓦楞纸箱外尺寸为
L’’＝L1+△X＝524.2+3=527.2mm
B’’＝B1+△X＝351+3=354m
H’’＝H+△X＝169.6+5=174.6mm
2.2.3运输包装容器结构设计
由于瓦楞纸箱较小，因此无须手孔设计，选择应用最广泛的0201型箱。
2.2.4绘制运输包装容器结构设计图
图6瓦楞纸箱平面展开图
2.2.5运输与堆码中强度计算
（1）确定堆码层数
一般仓库堆码高度为3～4m，汽车内堆高限为2.5m，火车内堆高限为3m，远洋货船舱舱内堆高限为8m考虑奶粉为内销产品，则堆码高度为4m，堆码层数
N=
（5）初选箱板纸和瓦楞芯纸
面纸和芯纸的选配：
听装奶粉为贵重物品，外面纸选用A等和B等的箱板纸，其中A等作外面纸，B等作内面纸；
芯纸选用B等。
同时为了降低成本，选用低克重高强度的面纸和高克重高强度的芯纸。
等级
定量gm2
环压指数N*mg
外面纸
200
8.4
内面纸
250
芯纸
7.1
（6）计算纸板的环压强度
查表B型瓦楞的展开系数为1.37，
瓦楞纸板的综合环压强度PX＝∑rQ+∑crMQM
PX＝∑rQ+∑crMQM=200*8.4+250*8.4+1.37*7.1*200=6649Nm=66.49Ncm》57.25Ncm
满足条件
3奶粉包装工艺设计
3.1奶粉包装的包装工艺路线的拟订
3.1.1拟订奶粉包装工艺路线
图7奶粉包装工艺路线图
铁听包装奶粉的工艺为：
理罐、吹扫杀菌、翻罐、计量充填、封罐、罐底喷码、压塑料上盖、装箱码垛。
3.1.2主要包装设备的选用
（1）充填设备的选择
奶粉的年产量为3万吨，产量较大，并且充填精度越高越好，因此选用双龙60高速充填设备，其巧妙地将容积法与称重法相结合，采用两次加料的形式，实现高速度、高精度的计量充填。
主要技术参数如下表所示
表8双龙60高速充填设备技术参数
型号
双龙60
最大充填体积
6000ml
称重控制精度*
±
1.5g
最大充填速度**
60次分钟
机器重量
1500Kg
电源和功耗
AC380V±
5%,50Hz,6KW
设一年的工作日为300天，一班工作八小时，每天三班倒，则年生产率为
300*8*24*60*1.2==4.15万吨＞3万吨
因此选用此设备满足需要的生产率。
（2）真空充氮设备的选择
奶粉易氧化变质，为了延长奶粉保质期，要求残氧量小于等于1%。
根据铁听罐的高度、直径以及其速度应大于等于双龙60高速充填设备，选择U571抽真空充氮封罐设备。
其技术参数如下表所示
表9U571抽真空充氮封罐设备技术参数
U-571
适用范围
铁罐（听）、全自动抽真空、充氮、封口
罐（听）规格
直径：
73～171ｍｍ 高度：
50～190ｍｍ
运行速度
根据不同的产品，约为9～10罐分钟头
残氧量
根据不同要求，可低于0.5％
气源气压
≥0.6MPa
耗气量
0.1L罐
电源
单相220V±
11V50HZ
功率
4Kw
主机重量（Kg）
375Kg
3.1.3奶粉包装工艺过程简表
表10包装工艺过程简表
工序
工步
工序内容及要求
包装设备与工艺装备
包装产品
名称
数量
包装准备
准备无菌奶粉
环境消毒
验收马口铁罐
7
8
11
充填
罐的供给
理罐
吹扫杀菌
翻罐
定量充填
预封罐
抽真空、充氮、封罐
喷码
压盖
输送带
理罐机
翻罐、吹洗杀菌机
双龙60高速充填设备
封罐机
U571抽真空充氮封罐设备
激光喷码设备
翻罐器
压盖器
易拉罐盖
塑料盖
检验
对包装等采取抽样方法进行抽验
装箱
6罐箱
测重
封口
打印日期
ZXP-01自动装箱机
堆码
在托盘上堆码8层
MH-DM-1600A堆码机
拉伸包装
缠绕式拉伸包装机
LLDPE拉伸薄膜b=500
入库
叉车
高速全自动听装线包括：
理罐机→翻罐、吹洗、杀菌机→变道输送带→双龙60高速充填设备→U571抽真空充氮封罐设备→链板输送带→喷码机→翻罐器→链板输送带→压盖器→装箱平台
全自动包装生产线简图如下图所示
1.翻罐机2.理罐、吹洗、杀菌机3.变速输送带4.双龙60高速充填设备
5.封罐机（预封）6.U571抽真空充氮封罐设备（抽真空、充氮）7.封罐
8.输送带9.喷码机10.翻罐机11.链板输送带12.压盖机13.工作台
图8罐装设备流程示意图
3.2包装工艺过程分析
3.2.1包装工序分析
包装工艺过程分为前期工作、灭菌处理和包装三部分。
包装的前期工作包括选择罐体材料，设计铁听罐结构图，并进行装潢设计，然后交付包装材料专业工厂按照装潢设计的图案、文字和色彩进行印刷，按结构设计生产铁听罐，最后将铁听罐、易拉结构封口和塑料封盖运入奶粉厂。
包装前后要对车间的环境进行灭菌处理，并保持车间环境内的气压高于外界大气压，以阻止外界空气进入车间，减少细菌和污物的侵袭。
包装工作阶段主要工序分析
（1）充填。
充填是整个包装工艺过程中最重要的工序，充填方法有容积式、称重式和计数式。
选用的双龙60高速充填设备巧妙地将容积法与称重法相结合，采用两次加料的形式，实现高速度、高精度的计量充填。
其选用两套大小不同的充填单元，确保充填高速度与高精度；
三部伺服电机的使用，确保机构动作准确到位；
四套秤重单元，确保高合格率与高精度智能化的两种工作模式，同时确保整个系统运行无需人为干预，不产生因充填重量不合格而造成的不合格品；
双龙60高速充填设备拥有全封闭充填设计和完善的除尘系统，确保现场更清洁。
（2）真空充氮和密封。
U571抽真空充氮封罐设备集抽真空、充氮、封口为一体，设备在单一工位就能完成抽真空、充氮和封口整个过程；
罐内气压可根据实际需求调整，完全解决了奶粉充填过程中经常用到的胀罐之顽症；
独特的真空室设计和抽真空方法有效的解决了以往设备中抽真空速度与飞粉的矛盾；
独有的真空吸附送盖技术，确保罐盖的平稳到位及准确可靠；
轨道安装式的压轮机构定位准确可靠，间隙调整方便，保证了封口的完整和美观；
集抽真空、充氮和带负压封口为一体，封罐的所有工序一次完成，确保整套工艺都在可控范围内完成；
特有的带负压封口功能，且可根据用户不同的需要调整负压程度，以满足不同的要求。
与U571抽真空充氮封罐设备相似的还有瑞士Ferrum公司的封口设备。
瑞士Ferrum产品的优势在于其将封口过程中的预封、抽真空、充填氮气、封口、置换外部空气、出产等多个独立的环节在同一台设备上进行了整合，所有工序在12头或16头的同一腔内完成。
同台整合的技术可以为客户带来诸多优势：
比如占地面积小；
消除了独立包装过程中充填氮气至封口过程中氮气的压力降低，避免了氮气资源的消耗及损失；
可以对每一步真空度、氮气充填量以及压力进行严格的控制；
负压的封口技术尤其适合于在高原地区完成包装等。
整合、连续式的封口完成过程同时使得包装进程更加快速，可以实现50罐以上分钟的封口速度，并且实现真空度10~30mbar，氧气残留量0.2%~0.6%的完美封口质量。
由以上比较知国产的U571抽真空充氮封罐设备在残氧量上差于瑞士Ferrum公司的封口设备（U571抽真空充氮封罐设备的残氧量低于1%，而瑞士Ferru
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