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缓冲包装设计规范要点

Q/WHXXX.XXX－20XX缓冲包装设计规范（初稿）

武汉虹信通信技术有限责任公司发布

Q/WHXXX.XXX—20XX目次

目次...............................................................................I前言.............................................................................III

缓冲包装设计规范......................................................................1

1范围................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3定义和缩略语........................................................................1

3.1定义...............................................................................1

3.2宿略语.............................................................................1

4一般要求............................................................................2

4.1缓冲包装设计目的...................................................................2

4.2缓冲包装设计应考虑的基本因素.......................................................2

5详细设计............................................................................2

5.1缓冲设计的基本依据.................................................................2

5.1.1冲击和振动.......................................................................2

5.1.1.1冲击............................................................................2

5.1.1.1.1冲击强度......................................................................3

5.1.1.1.2冲击谱........................................................................4

5.1.1.2振动............................................................................5

5.1.1.2.1火车..........................................................................5

5.1.1.2.2卡车..........................................................................5

5.1.1.2.3飞机..........................................................................5

5.1.1.2.4轮船..........................................................................5

5.1.2产品的脆值.......................................................................6

5.1.2.1脆值评定........................................................................6

5.1.2.2部分产品脆值参考................................................................6

5.1.3不规则结构.......................................................................7

5.1.4缓冲系统.........................................................................7

5.1.4.1缓冲............................................................................7

5.1.4.2减振............................................................................8

5.2缓冲设计程序.......................................................................8

5.3产品的特点.......................................................错误！

未定义书签。

5.4流通环境.........................................................错误！

未定义书签。

5.4.1冲击...........................................................错误！

未定义书签。

5.4.2振动...........................................................错误！

未定义书签。

5.4.3产品跌落高度...................................................错误！

未定义书签。

5.5缓冲材料厚度、面积计算...........................................错误！

未定义书签。

6缓冲衬垫结构设计....................................................................8

6.1缓冲衬垫的宽度和高度设计...........................................................9

6.2缓冲衬垫与设备配合面的设计.........................................................9

I

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6.3缓冲衬垫与设备配合楞、角的设计.....................................................9

6.4减轻孔的设计......................................................................10

7附录A：

机柜产品运输包装缓冲设计案例...............................................11

7.1设计基本条件（假定数值）..........................................................11

7.1.1产品基本属性....................................................................12

7.1.2包装发运要求....................................................................12

7.2缓冲设计..........................................................................12

7.2.1缓冲材料厚度选择................................................................12

7.2.2详细设计........................................................................15II

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前言

本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。

标准结构的说明，标准代替的全部或部分其他文件的说明，与国际文件、国外文件关系的说明，有关专利的说明。

本标准由武汉虹信通信技术有限责任公司科研管理部提出并归口。

本标准主要起草和解释部门:

武汉虹信通信技术有限责任公司科技发展部。

本标准主要起草人:

彭长伟、汤翼、李雪峰。

III

Q/WHXXX.XXX—20XX缓冲包装设计规范

1范围

本规范介绍了缓冲衬垫设计的基本知识、运用缓冲曲线方法设计的基本方法、衬垫结构设计等。

本规范适用于产品EPE缓冲衬垫的设计，也可作为其他材料（如EPS、EPP等）的缓冲衬垫设计参考。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T8166-1987缓冲包装设计方法

GB/T12339防护包装用内包装材料

3定义和缩略语

下列定义和缩略语适用于本标准。

3.1定义

失效：

又叫严重破损，指产品丧失使用功能且不可逆转。

失灵：

轻微破损，指产品功能虽已丧失，但可以恢复。

商业性破损：

指不影响产品使用功能而仅在外观上造成的破损,虽可使用，但也降低商品的价值。

脆值:

指产品不发生物理损伤或功能失效的情况下所能承受的最大加速度，以Gm表示。

许用脆值:

根据产品的脆值，考虑产品的价值、强度偏差、重要程度等因素而规定产品许用最大加速度值，以[G]表示。

等效跌落高度:

为了比较货物在流通过程中产生的冲击强度，将冲击速度看作自由落体的末速度，并由此推算的自由跌落高度，以符号h表示。

静应力:

静止状态下缓冲材料单位面积的负荷，以符号s表示。

最大应力:

单位面积缓冲材料所受外力的最大值，以符号m表示。

3.2宿略语

1

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缩略语缩写

A

m

d

4一般要求英文全称CushioningareaMassofpackCushioningthickness中文全称缓冲面积包装产品质量缓冲厚度

4.1缓冲包装设计目的

a）

b）

c）

d）

e）

f）

g）

4.2缓冲包装设计应考虑的基本因素

a产品及其包装件所绞受的自然环境和诱发环境;

b产品的性能，例如脆值、材料和表面状态，以及设计特点:

C缓冲包装系统防止产品在运输、装卸、贮存过程损坏的能力。

5详细设计

5.1缓冲设计的基本依据

5.1.1冲击和振动

5.1.1.1冲击

冲击是物体或系统所受到的一种突然的、剧烈的非周期愤的激励。

冲击脉冲可能十分简单，也可能很复杂。

在运输过程中由于装卸而产生不同类烈的冲击（见图1）。

简单冲击波形分为半正弦波、锯齿波或矩形波等。

复杂冲击波形的特点是加速度——时间曲线明显的不规则。

产品所受到的冲击力F的大小与其本身的质量m和速度的变化率即加速度成正比，即:

F=ma或F=mdV\dt

当产品以一定速度与其他物品相碰撞时，其速度变化很大，有时产品还会即刻停止运动甚至以反向速度回弹，这时产品会受到很大的冲击力。

更为常见的情况是产品在运输过程中的跌落现象。

若设跌落碰撞前，产品的瞬时速度为V。

2减少传递到产品上的冲击、振动等外力。

保护产品在流通中的安全分散作用在产品上的应力;保护产品的表面及凸起部分防止产品的相互接触;防止产品在包装容器内移动保护其它防护包装的功能。

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若把产品的跌落过程看作是自由落体，那末产品碰撞前的速度V与其跌落高度h有关，即:

v=√2gh

（g：

重力加速度9.8m/s2）

在碰撞前的一刹那，产品的速度很快降为零，产品将承受很大的冲击力，这对产品的安全带来极大的危害。

对于缓冲包装来说，就是增加冲击的时间，使一的值减小，使冲击Dv\DT的值减小,使冲击力减小，从而可以保证产品在一定跌落高度内免遭损坏。

5.1.1.1.1冲击强度

在所有的运输方式中都存在冲击因素。

不正确的装卸作业（见图1）是主要的冲击因素，这类冲击强度超过在主运输过程中所遇到的所有其它类型的冲齿强度。

图1一些产生冲击的运输实例

在设计缓冲包装时，根据产品的结构特点和产品流通环节的具体情况，确定合理的跌落高度h。

产品的跌落高度h值可以理解成人为的因素，合理的跌落高度h值，本质上就是该值能够比较符合流通环节的实际情况。

若将产品的跌落高度h值定得过低，说明对人为的条件要求较为苛刻，而实际运输条件

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并不能做到，这样危及产品的安全；若将产品的跌落高度h值走得过高，说明对人为的条件要求放松，在实际的运输过程中，产品的安全也更有保证。

但这必然增加缓冲包装的缓冲厚度，增加缓冲包装的成本和体积。

将h值定得过高会给缓冲包装的设计带来困难；

跌落高度随包装件体积和重量而变化，另外还要考虑的另一重要因素是跌落撞击时包装件的方位问题。

例如，小件、轻量的包装件很可能要经受侧面、棱和角的自由跌落:

由轻型或重型设备装卸的较大、较重的包装件很可能要经受一端着地而另一端跌落（底部旋转跌落）。

表1跌落高度的平均值

表2跌落面的发生率

5.1.1.1.2冲击谱

*括号内是根据JISZ0201对包装件各面的编号。

任何一个产品，不管它的刚性如何都具有相对于一个固定参考系进行振荡的一些基本单元。

当冲击发生时，这些基本单元以其固有频率振动，直至阻尼使运动停止。

在此期间，一个或若干个基本单元会出现破坏或失效的情况。

对外界冲击的响应，主要用这些基本单元的最大加速度和最大相对位移来描述。

对任何一个特定的加速度——时间脉冲来说，作为系统频率的函数所描绘的一组单自由度系统（阻尼或非阻尼）的最大加速度响应的分布状态就称作该脉冲的"冲击谱".除另有规定外，假设系统是非阻尼的。

沟击谱不是描述冲击波形，而是表示冲击波的潜在破坏能力。

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冲击谱这个概念在包装缓沟设计中尚未直接采用，因为它很不直观，但是，与出冲击试验设备所产生的冲击脉冲波的特性要求一起广泛应用于设备，以保证其工作可靠性。

5.1.1.2振动

振动一般分为随机的和周期的两种，撞机振动那其振幅只能以概率来规定的振动;周期振动即相等的时间间隔重复某一特定的波形的振动。

当以某一特定形式运输时，传给包装件的振动一般认为是离散频率的准周期性振动与随机噪杂背景的结合。

在缓冲包装设计中，对运输振动条件的认识是设计缓冲系统的先决条件，该系统应在包装内不发生共振并不产生破坏。

共振使输入应力及位移放大，因而会大大提高对包装件和内装产品的损坏概率。

一般认为.垂直振动比横向或纵向振动更重要。

产品在实际运输过程中，难免会受到颠簸。

例如在汽车、火车、轮船等的运输过程中，飞机在飞行和着陆滑行过程中，产品被装进这些运输工具，都将受到振动。

若产品有缓冲性好的包装，就不仅能减少冲击力，也具备了防振的作用。

当然，不可能通过缓冲包装将振动的能量全部吸收，但是缓冲包装能够通过它的变形而起到阻尼的作用，使产品免受振动的危害。

5.1.1.2.1火车

在铁路运输巾，车轮在轨道上运行主要产生垂直或横向振动。

横向振动主要由于车轮在轨上摇摆所引起的;垂直振功是由于轨道的弹性、轨道表面的不规则性、相邻轨道之间的间隙、车轮上的扁平疵点及轮子的不平衡而引起的。

所产生的振动随车速有明显的变化并通过车体、车的减振系统传递到车厢底板上。

车身加上负载的重量构成带有车体减振系统的总弹性系统的质量。

该系统的固有频率取决于车身和负载的重量，在2.5~7.5Hz范围内变化。

5.1.1.2.2卡车

在卡车击运输过程中，传递到包装件上的振动由多种条件造成，最普遍的是不同速度的轮子相对地面凸凹不平的碰撞、轮子的跳动、发动机的振动以及减振系统的不平衡性。

在一般公路条件下，较明显的振动输入一般在5~7Hz范围内，分别代表卡车的减振系统和轮始的固有频率。

5.1.1.2.3飞机

飞机飞行时，传递给货物的振动是由于多种原因造成的.例如.螺旋桨的不平衡、螺旋桨叶片和飞机其它部件受空气流动影响产生的绕性振动以及发动机部振动等。

此外，还包括在滑行、起飞及着路过程中，轮胎与地表面凸凹不平处的碰撞所产生的振动。

滑行过程中，在1~3Hz频率范围内最大垂直加速度可达0.2~0.5G。

5.1.1.2.4轮船

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轮船可以看作是具有多种常态振动形式始复杂的自出浮粱。

螺旋桨叶片转动引起的力场对船体的碰撞、螺旋桨操纵输的不平衡以及船体的流体阻力，是航行过程中轮船振动产生的主要来源。

由于传递到货物的振动特性大部取决于货量在对输入振动的挠性响应，因此，货物的位置是很重要的。

5.1.2产品的脆值

产品的脆值是特定产品在破损和发生功能失效前在任何方向所能承受的最大加速度。

但是，由于一次冲击的再放大现象可能会使产品不同单元产生不同的最大加速度。

因此，决定产品的脆值单元是非常重要的。

产品脆值是缓冲包装设计的依据，科学的缓冲包装设计必须从产品脆值着手，当产品出现破损时，首先应分析产品的结构，提高产品的脆值。

由于产品在整个物流过程中将可能遭遇各式各样的冲击，因此，了解产品的自身的许用脆值（通常指冲击脆值：

采用冲击方法测量所得），也就是说，充分了解产品自身究竟能承受多大的冲击，把握产品自身对各种冲击因素适应程度的可靠性非常必要。

产品的许用脆值越高，产品的抗冲击能力就越强，产品的包装整体防护要求就可以适当降低；反之，产品的许用脆值越低，产品的抗冲击能力就越弱，产品的包装整体防护要求就需要适当提高。

5.1.2.1脆值评定

一般脆值评定有两种方法：

试验法和估算法。

脆值评定的最精确方法是对产品进行试验，直至发生损坏。

但是这个成本过高，尤其是对高附加值的精密仪器，一般企业难以承受；

另外一种就是估算法，为进行缓冲设计，需考虑确定合理脆值约产品试验，由于在试验中很难得到足够精确的试验和记录设备;另外对于运输约少数贵重产品进行精确的缓冲设计所带来约节约与进行脆值试验的花费相比毫无意义，所以采用相同产品过去曾进行过的跪值试验的记录来估计脆值。

5.1.2.2部分产品脆值参考

以下是部分产品的脆值，设计中可做参考

表1为产品许用脆值的参考表。

表3：

产品许用脆值参考表

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注释：

1.上表中的“G”为一个重力加速度，数值通常为：

9.8m/s2，“15G”表示重力加速度的15倍；

2.上表中示例为大致分类，不代表准确的划分。

具体脆值数据可通过产品的脆值测试试验进行测试确定。

了解产品的（许用）脆值，一方面为产品的包装设计提供了基础数据，同时还能发现产品结构设计的薄弱环节，这将有助于产品结构设计的改善，提高产品自身强度，实现产品可靠性提高与产品包装成本降低的平衡。

5.1.3不规则结构

产品的结构合理性是产品机械性能对环境适应能力的重要影响因素。

其中，主要结构特征包括产品的脆值和不规则结构两个要素。

随着产品外观造型、使用方式的变化，产品在外观结构上不可避免的出现部分不规则结构。

因此，对于这些不规则结构，在产品的包装设计应遵循以下基本原则：

原则一：

尽量避免结构件的外部突起、尖锐等异形结构形式。

对于可拆卸的配套零部件，在随产品进行包装时，尽量拆卸后，作为附件与产品共同进行包装设计；

原则二：

保持产品外观结构的封闭整体性。

对于不可拆卸的异形零部件，以及整体不封闭的产品，应通过局部避让、填补或封闭措施后，再进行包装设计。

5.1.4缓冲系统

5.1.4.1缓冲

缓冲桥料缓冲能力取决于缓冲材料的动态压力——变形转性、阻足特性、装载率及产品的重量。

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5.1.4.2减振

在缓冲包装设计中，尽管强调的重点放在使产品免受冲击上.但缓冲系统也必须使产品免受运输过程中的振动，稳态运输振动加速度振幅一般约等于或小于0.1G。

这个等级的瞬间冲击输入不会引起产品损坏。

但是，这些相对低等级的稳态振动输入当其频率接近或达到产品某单元或部件的固有频率时，就会引起产品损坏。

在这种情况下，共振会增大部件的加速度和位移，使其达到破坏水平。

当振动输入条件使产品一缓冲系统在其固定频率上产生振动时，也可起间接破坏作用。

在这样的条件下，缓冲材料就会失去缓冲作用.从而使冲击输入可能达到破坏的水平。

解决包装防振问题的实际分析方法思很复杂的，一般采用综合分析和经验解决振动问题。

常

缓冲设计中适当增加缓冲厚度，能增加其缓冲效果和减振性能。

在保持原先的缓冲厚度时，若适当增加筋条或肋板的数量（缓冲面积保持原先的数值）缓冲包装的防振性也将得到增强。

由于受到成型工艺和模具制造等各方面条件的限制，缓冲包装设计的筋条或肋板数量要根据材料的特性和产品的外形酌情采用。

5.2缓冲设计程序

缓冲设计程序分以下几个步骤：

步骤

（1）确定所有有关的要素，它们包括产品的特性、重量、脆值、尺寸及其它特点（如凸起部分或非支承表面等）、产品的数量、预计的运输环境条件（尤其是跌落高度、包装容器冲击部位、大气条件、以及运输方式等）。

步骤

（2）确定防护产品的最经济的缓冲包装材料及方法，包括:

a）确定哪种缓冲材料及应用方法能提供足够的保护;

b）确认所考虑的材料是杏满足最起码的性能要求，如恢复能力、破碎粉化性、拉伸强度、温湿

稳定性等等;

c）计算最经济的缓冲材料及应用方法。

步骤（3）计算或估算需要用来补偿蠕变的缓冲衬垫的厚度余量。

步骤（4）如果在步骤2（c）中没有计算，则按包装容器的外部尺寸进行计算。