最新瓦楞纸箱尺寸和强度设计.docx
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最新瓦楞纸箱尺寸和强度设计
瓦楞纸箱尺寸和强度设计
瓦楞纸箱
一、瓦楞纸箱的尺寸设计
瓦楞纸箱由三个尺寸组成:
内尺寸,制造尺寸,外尺寸。
制造尺寸是确定箱坯上切断、开槽、压线位置的尺寸。
1、瓦楞纸箱的内尺寸
以内壁为基准,箱内三个方向上的有向尺寸称为纸箱的内尺寸。
(1)内尺寸确定的因素:
①内装物最大外尺寸;②内装物排列方式;③内装物公差系数;④内装物隔衬与缓冲件的相关尺寸。
(2)内尺寸计算公式
除错列排列的圆柱形内装物以外,其他内装物的瓦楞纸箱内尺寸计算公式如
下:
式中:
――纸箱内尺寸,mm
――内装物最大尺寸,mm
――内装物排列数目
――内装物公差系数,mm
――衬格或缓冲件总厚度,mm
――内尺寸修正系数,mm
上式中如果
=1,
=0,则:
=
+
这是单件内装物的瓦楞纸箱内尺寸计算公式。
内装物公差系数
如下取值:
中包装盒:
±(1~2)mm/件;针棉织品:
±3mm;硬质刚性品:
+(1~2)mm/件。
确定纸箱内尺寸的原则是,既要保证产品能顺利地装入箱内,又不使产品在
箱内有明显的移动空间。
因此通常情况下纸箱内尺寸都应稍大于内装物外轮廓尺寸。
内尺寸修正系数
取值件表:
瓦楞纸箱内尺寸修正系数
(单位:
mm):
小型箱
中型箱
大型箱
3~7
3~7
1~3
3~4
5~7
2、瓦楞纸箱的制造尺寸
制箱时的下料尺寸称为纸箱的制作尺寸。
制造尺寸以展开的箱坯上的压痕线
为度量的基准。
分切机上的压痕棍在压线位置上压出的是一条沟,压线是这条沟槽的中心线。
(1)、纸箱长、宽、高的制造尺寸。
用
表示内尺寸的修正系数,可将纸箱长、宽、高的制造尺寸表示为:
由于箱坯加工难免有些误差,而且压线后纸板有些收缩,因此实际的修正系数稍大于纸板的厚度,如表所示为常用的开槽箱型0201型瓦楞纸箱的修正系数取值(表中
为接头所在边,
为与接头接合边,考虑到纸板折叠时产生的厚度,它们均取较小值):
02类开槽箱型制造尺寸修正系数
(单位:
mm)
名称
楞型
E
2
1
2
1
3
B
3
2
3
2
6
BC
8
5
8
5
14
AB
9
6
9
5
16
(2)、纸箱接头的制造尺寸。
接头J的尺寸根据瓦楞层数和生产工艺水平确定。
三层瓦楞纸板为35~40mm,五层瓦楞纸板为45~50mm,七层瓦楞纸板为50mm。
(3)、纸箱摇盖的制造尺寸。
由于内、外盖不在同一平面,外摇盖对接时会出现一定间隔,因此摇盖长度也有适当的伸放量。
对于常用的开槽箱型0201型纸箱,A型楞三层瓦楞纸板的伸放量为2~3mm,AB型楞五层瓦楞纸板的伸放量为4~5mm,BC型楞的五层瓦楞纸板的伸放量为3~4mm。
3、瓦楞纸箱的外尺寸
纸箱箱面上的标志尺寸是它的外尺寸,箱体体积也是按照外尺寸计算的。
纸
箱的外尺寸大于制造尺寸,这个大出的尺寸称为外尺寸修正系数。
用
表示,纸箱外尺寸与制造尺寸的关系为:
一般来说,外尺寸长度和宽度方向的修正系数值为1个纸板厚度,高度方向的修正系数值为2个纸板厚度。
以纸板厚度为基础,在考虑纸箱棱角的突出误差,就可以定出外尺寸修正系数
。
常用楞型的瓦楞纸箱外尺寸修正系数
值如表所示:
瓦楞纸箱外尺寸修正系数
(单位:
mm)
楞型
E
B
BC
AB
2~4
3~5
7~11
8~12
根据瓦楞纸箱尺寸设计的实际经验,已知最大内装物尺寸为
,可以简便地算出瓦楞纸箱的外尺寸:
为综合尺寸修正系数,常用楞型的瓦楞纸箱综合尺寸修正系数
值如下
表所示:
综合尺寸修正系数
(单位:
mm)
楞型
E
B
BC
AB
度量方向
长、宽
高
长、宽
高
长、宽
高
长、宽
高
6~13
8~14
8~15
12~18
15~26
24~32
16~28
27~35
的取值大小根据实际情况来确定,在内装物的可压缩性较强的情况下,
通常取较小值。
如山特的机器一般都有缓冲材(EPS,EPE)的包装保护,考虑到缓冲材的压缩变量,在设计纸箱尺寸时
可取较小值,使缓冲材与纸箱配合紧凑,这有利于提高纸箱的抗压强度,并且防止机器在包装箱内晃动和二次冲击的产生。
二瓦楞纸箱的强度设计
瓦楞纸箱的抗压强度既是评价瓦楞纸箱的重要指标,又是设计瓦楞纸箱的重要条件。
影响瓦楞纸箱强度的因素可以分为两类:
一类是无法避免的基本因素,也就是决定瓦楞纸箱强度的主要因素,包括:
①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);②瓦楞楞型——A、B、C、E等;③双面、双芯双面、三芯双面等;④瓦楞纸板含水率;⑤流通领域中外界环境的影响。
另一类是在设计与制造瓦楞纸箱过程中人为影响的可变因素,在设计与制造过程中可以设法避免,包括:
①箱型与箱形;(尺寸比例)②印刷面积与开孔位置;③瓦楞纸箱制造技术;④制箱设备缺陷;⑤质量管理。
1、原纸强度
原纸强度是原纸质量的技术指标,而原纸质量的波动,不仅会影响瓦楞纸板
的横向环压强度,而且在制箱时与各种不良因素叠加,势必大大降低纸箱的强度。
所以要选用质量高且稳定的原纸,以保证瓦楞纸箱的必要强度。
2、瓦楞楞型
瓦楞楞型对纸板强度的影响,见下表:
瓦楞楞型对纸板强度的影响
楞型
特性
A
B
C
E
楞型
特性
A
B
C
E
端压强度
最劣
优
劣
最优
抗压强度
最优
劣
优
最劣
平压强度
最劣
优
劣
最优
压缩变形量
最大
小
大
最小
从表中可以看出,抗压强度与变形量的排列顺序都为:
A>C>B>E
所以在设计瓦楞纸箱时,如果B型瓦楞抗压强度足够,就应优先选取变形量小的B型楞,而不要选取A、C型楞。
3、瓦楞纸板
瓦楞纸板种类不同,强度也就不同。
一般情况下,瓦楞层数越多,纸板强度
也就越大。
由于粘合剂可以赋予瓦楞纸板更大的强度,所以与单层垂直箱面或几层非粘合组合垂直箱面相比较,两层以上垂直箱面粘合,其强度和刚度就可以提高。
如果单瓦楞纸板的强度为1,则两层非粘合单瓦楞纸板的合成强度为2,而两层粘合单瓦楞纸板的强度可以提高导2.39。
另外,涂蜡箱面强度可提高70%。
4、纸箱压痕线
纸箱压痕线特别是横压线的宽度对强度影响较大。
设无横压线的箱框抗压强度指数为100%,随着横压线宽度的增加,纸箱的变形量增大,抗压强度指数降低。
有横压线的纸箱比无横压线的纸箱箱框抗压强度大约下降20%~30%。
5、含水率
瓦楞纸板在湿度较高的环境中,可以吸湿;而在湿度较低的环境中,可以放湿。
这种湿度的变化将影响导瓦楞纸箱强度的变化。
随着瓦楞纸板含水率的增加,不管瓦楞原纸的材料如何,纸箱强度成比例下降。
所以,在设计瓦楞纸箱时,必须注意所使用的时间、季节、期限和去向,环境因素随时影响着纸箱的抗压强度。
含水率与瓦楞纸箱抗压强度的关系,可用下式表示:
式中:
——瓦楞纸箱抗压强度,N
——瓦楞纸板含水率,%
——含水率0%时的纸箱抗压强度,N
6、流通领域内的因素
(1)堆码方式。
因为纸箱的受力主要是由它的棱角来承担的,所以平齐堆码比交错堆码强度要高(平齐堆码比交错堆码稳定性要差)。
但在原木栈板运输时,由于木条间距的影响,平齐堆码强度确比交错堆码强度要低,而当包装件伸出栈板时,任何堆码强度都要降低。
纸箱堆码有少许的偏差,强度也将大大降低。
例如三层平齐堆码,纸箱强度大约降低10%左右,而仅有12mm的偏差则要降低29%以上。
(2)瓦楞纸箱在栈板上的位置。
针对原木栈板而言,瓦楞纸箱箱角不要位于栈板木板的空隙处,因为这时纸箱不是四壁平均受力,而由悬空边角承担了过多的负荷。
利用原木栈板时,一般有以下原则:
①纸箱长边与木条平行,且纸箱两侧均位于木条上方,则强度最好;②纸箱长边与木条平行,但纸箱两侧悬空在木条间隙处,则强度次之;③纸箱宽边与木条平行,且纸箱两端均位于木条上方,则强度较差。
④纸箱宽边与木条平行,但纸箱两端悬空在木条间隙处,则强度最差。
⑤如果栈板为整板结构(如胶合板栈板),则无论纸箱位置如何强度都将超过①。
原木栈板的木条间距一般应小于100mm,以70mm为佳,间距加大,强度降低。
(3)负荷时间。
一般瓦楞纸箱由于运输、搬运、储存、堆码等流通领域内的作业而造成强度的降低,其剩余的大小随负荷时间的延长而递减。
7、印刷面积与印刷设计。
在瓦楞纸板单面机或联合机上,加工工序是先生产出瓦楞纸板,然后在瓦楞纸板上印刷。
所以,在使用一般油性油墨印刷时,印刷压力能将瓦楞压溃,从而降低纸箱强度。
因为纸箱的抗压强度主要依靠四个棱角来支持,距棱角越远,支撑力越小。
端面两棱角间距小,支撑力比侧面大,所以受影响的变化也大。
比如端面全印刷的抗压强度比无印刷约低34.9%,而侧面全印刷只降低26%,这就说端面印刷对纸箱强度的影响较侧面大。
一般来说,随着印刷面积的增加,纸箱强度按比例下降。
全印刷约下降
40%。
横向带状印刷,在中心幅宽50mm,约下降35%;在下沿幅宽50mm,约下降30%;在上下两边各印宽52mm,约下降37%。
而在纸箱侧面、端面中心部均纵向印刷50mm,则只约下降5%。
8、开孔面积与开孔位置。
水果及其他需要通风保鲜的运输纸箱、或需方便搬运的运输纸箱以及运输销售两用纸箱的开窗结构,由于通风孔、提手孔与开窗孔的瓦楞被切断,所以纸箱的强度降低。
在设计开孔面积和开孔位置时,应掌握以下的原则:
①同一开孔形状,同一开孔位置,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,纸箱强度降低越大;③开孔位置越接近箱棱箱角,纸箱强度降低越大;④开孔位置越接近箱面中心线,纸箱强度降低越小⑤开孔位置越接近箱面中心点,纸箱强度降低越小⑥同一开孔位置,同一开孔面积,切断瓦楞棱数越小,纸箱强度降低越小;⑦作为⑥的特例,矩形开孔,其长度若平行于楞向,较垂直于楞向纸箱强度降低小;⑧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。
总之,在开孔结构中,纸箱强度的降低与开孔位置、开孔面积、开孔形状等因素有关。
不论是在仓库还是在运输途中,货物都要向上堆码,因此上面的货物对最底层的纸箱产生一定的压力,这个压力称为堆码荷载。
纸箱能承受的最大压力称为它的抗压强度。
为了保证底层的货物不被压坏,纸箱的抗压强度必须大于堆码荷载,而且要有一定的安全系数,这一要求称为瓦楞纸箱的堆码强度条件。
既经济,又安全,堆码强度条件是对这一设计原则的科学表达。
影响瓦楞纸箱抗压强度的因素:
捆扎带,加厚纸板,粘合双层面纸。
9、瓦楞纸箱的抗压强度设计:
(1)堆码载荷。
产品装箱后形成包装件,包装件又称为货物。
货物向上堆码时,最底层纸箱承受的堆码荷载为:
(a)
式中W为每件货物(包装件)的重量,H为纸箱的高度,h为堆码高度。
(2)堆码强度条件。
为了保护箱内产品,纸箱的抗压强度必须大于堆码荷载,而且要有合理的安全系数。
这一要求称为堆码强度条件,其表达式为:
(b)
式中K为安全系数。
将式(a)代入(b),可将堆码强度条件写为:
(c)
(3)安全系数。
安全系数是由货物的储存期和储存条件决定的:
储存期少于30天K=1.6
储存期30~100天K=1.65
储存期100天以上K=2
另外考虑到其他不可预料的恶劣运输条件,K可适当加大取值。
瓦楞纸箱结构优化设计
设计步骤:
1.计算纸箱结构尺寸;2.选择最佳箱型;3.计算抗压强度,优化瓦楞纸板的配料方案;4.箱坯图设计;5.输出箱坯图和纸板配料方案。