1、浙江科技學院 輕工學院包 裝 工 藝 學課 程 設 計 說 明 書設 計 題 目 液晶顯示器緩沖包裝設計專 業 班 級 包裝072 組 號 8 學 號 107141057 學 生 姓 名 齊 濟 指 導 教 師 孫耀宇 2010年 6 月 25 日包裝工藝學課程設計任務書學生姓名： 齊 濟 專業班級： 包裝072 指導教師：孫耀宇、徐曉娟 部 門 ：包裝工程教研室 題 目: 液晶顯示器產品包裝保護與包裝工藝設計 初始條件：液晶顯示器產品，要求采用內包裝形式與重量或體積，保質期48個月；年產量4萬臺等。要求完成的主要任務: 1液晶顯示器包裝保護的基本要求與包裝方案設計1.1液晶顯示器包裝保護的基

2、本要求1.2 液晶顯示器包裝保護方案設計1.3 液晶顯示器包裝的保存期計算2 液晶顯示器包裝保護的結構設計與設計計算2.1銷售包裝容器的設計與設計計算2.2 運輸包裝容器的設計與設計計算3 液晶顯示器包裝工藝設計3.1 液晶顯示器包裝工藝規程的制訂 3.2 液晶顯示器包裝工藝過程分析4、課程設計說明書的內容與要求1）按照設計內容與步驟寫出設計說明書，應不少于12000字；設計繪圖用A4幅面的紙打印，所繪設計圖必須符合國家制圖標準（含尺寸標注完整、技術要求全面、標題欄填寫完整、制圖符合國家標準等）2）說明書最后列出參考文獻不少于10篇；3）課程設計說明書全部用A4紙打印。時間安排：2010年6月

3、28日2010年6月29日：方案設計；2010年6月30日2010年7月 2 日：具體內容的設計工作與寫出課程設說明書；2010年7月 3 日：設計答辯與資料驗收； 指導教師簽名： 2010年 6月 25 日 系主任（或責任教師）簽名： 2010年6月 25 日目 錄引言.11 液晶顯示器及其特點.11.1.21.2 液晶顯示器的包裝的標志、標簽和包裝 .41.3顯示器的存放、運輸環境及其可能所造成的損害.5運輸環境.51.3.2對破裂的設想.7關于振動.82 液晶顯示器的包裝設計方案.102.1 緩沖材料的選擇.10泡沫塑料.102.1.2.102.2 設計條件確定12流通環境.13產品脆值

4、分析.13產品可緩沖部位.13產品理論緩沖面積.152.4 結構設計15緩沖單元的設計.15緩沖墊的結構設計.163 優化設計.173.1 緩沖墊外表面的優化.173.2 優化EPS的工藝參數與密度.183.3 原包裝件的確定.183.4 緩沖包裝的跌落測試.184 結論.21參考文獻 .22液晶顯示器緩沖包裝設計引言21世紀是高科技的時代，人們的生活越來越離不開電腦，而電腦的普及推廣很大程度上得益于液晶顯示器的發明和液晶技術的發展。由于液晶顯示器屬于精密電子產品， 長期以來，液晶顯示器的破損現象在其流通過程中時有發生，它不僅直接造成經濟上的損失而且影響著產品的市場競爭力 面對產品激烈的市場競

5、爭，設計合理的電視機包裝結構巳經成為各電視機廠家不可回避的一十重要課題。實踐中液晶顯示器結構強度和包裝抗沖擊性能的不足是導致機殼破裂的主要原因。緩沖墊作為電視機包裝中的重要組成部分它的設計直接影響著整個包裝的抗沖擊能力。目前，一般采用在結構上多加肋、加厚來提高液晶顯示器結構強度或者簡單增加緩沖墊的厚度等方法來提高液晶顯示器包裝的抗沖擊性。雖然這些方法能夠解決大多數的實際問題但通常會造成結構和包裝的過分設計，增加生產制造成本這是生產廠家所不愿意看到的。因此，本文希望通過緩沖墊的性能分析來優化緩沖墊結構設計從而降低材料成本并提高緩沖性能1 液晶顯示器及其特點由于液晶顯示器屬于精密電子產品，它在運輸

6、過程中，對于環境的要求特別高，電磁，靜電，路面，運輸工具，天氣環境等這些因素都有可能導致液晶顯示器在運輸過程中受到損壞，無法正常使用，增加運輸成本，因此，在運輸過程中的防護包裝就顯得尤為重要。這里我們列出了液晶顯示器在運輸過程對緩沖包裝的幾點技術要求:1.2 液晶顯示器包裝的標志、標簽和包裝包裝箱外應標有制造廠名稱、產品型號，并噴刷或貼有“小心輕放”、“怕濕”、“向上”等運輸標志，運輸標志應符合GB191的規定。產品的其它標識應符合國家有關規定。包裝箱外噴刷或粘貼的標志不應因運輸條件和自然條件而退色、變色、脫落。包裝箱應符合防潮、防塵、防震的要求，包裝箱內應有裝箱明細表、檢驗合格證、備附件及有

7、關的隨機文件。   包裝后的產品應能以任何交通工具，運往任何地點，在長途運輸時不得裝在敞開的車廂和船艙中，中途轉運時不得存放在露天倉庫中，在運輸過程中不允許和易燃、易爆、易腐蝕的物品同車（或其它運輸工具）裝運，并且產品不允許經受雨、雪或液體物質的淋濕與機械損傷。 產品貯存時應放在包裝箱內，存放產品的倉庫環境溫度為040,相對濕度為30%85%。倉庫內不允許有各種有害氣體、易燃、易爆的產品及有腐蝕性的化學物品，并且應無強烈的機械振動、沖擊作用。包裝箱應墊離地面至少100mm，距離墻壁、熱源、冷源、窗口或空氣入口至少500mm。若無其他規定時，貯存期一般應為六個月。若在生產廠存

8、放超過六個月時，則應重新進行交收檢驗。1.3 顯示器的存放、運輸環境及其可能所造成的損害若因某種原因需長期(如幾年)存儲時，我們推薦以下的方式：1、裝入聚乙烯口袋(最好有防靜電涂層)并將口密封2、放置暗處，避免強光照射3、決不能在表面壓放任何物品4、嚴格避免在超過極限溫度、濕度條件的環境中存放1.3.1 運輸環境運輸環節是指產品從出廠到顧客手中所有的承受力的環節，包括汽車、火車、庫的裝卸、堆碼等。每一個環節都使產品承受不同的力，使產品產生不同的響應、振動或沖擊等。不同的運輸環節， 緩沖減震設計中著重點就不同。比如t產品的運輸環節是裝卸次數多，緩沖減震設計首先是考慮沖擊破損問題，相反，裝卸次數少

9、的長途運輸，首先是在設計中考慮堆碼條件下的運輸中的共振問題。據測，火車運輸中有明顯的周期激振力存在，如果設計不周，就會使產品發生共振將造成很大損失。汽車上的產品也有共振問題， 由于卡車本身結構原因，尤其是裝于汽車后部產品， 在運輸中， 也往往會引起產品的共振，造成產品破損。據統計， 汽車運輸中， 約有6O 的產品破損發生在卡車后韶 據測量，汽車(指一用卡車)在較好路面行駛， 車速每秒2O米時， 一階、二階、三階、四階，振動固有頻率皆在15HZ以下， 國外進口汽車也不超過25HZ在設計中，一定要避開這個頻率范圍， 以免在運輸中發生共振。在長途汽車運輸中，還要適當地考慮到產品的疲勞破損問題，關于這

10、個問題， 可參考拙作公路運輸中自行車的隨機激勵振動(包裝工程 ，1990年一期)。總之，在考慮運輸環節的設計中要想到： 沖擊、共振、疲勞三個大的破損基因，但不同環節， 著重點要有所區剮若條件允許，還應考慮一下運輸環境， 因包裝材料大部是紙箱或塑料薄膜， 它們都因玲熱， 風， 雨.會在性能上發生變化。以下是液晶顯示器的各種環境適應性：1.3.2 對破裂的設想破裂，根據形狀可分為三種： 完全破裂，分散為幾塊； 有裂縫，但不分散；介于 和 之間的狀態。現在家電廠家的基本想法是， 不行，還可以， 要根據具體情況決定。其根據是在 的情況下，要搬運或堆垛就可能損壞產品。常用的塊狀發泡苯乙烯，無論是靜壓遼是

11、動壓，壓縮到變形超過85 仍看不出發生破裂現象而角墊那樣具有兩面以上受壓面積的成型品如果只有一面受力時，壓縮變形超過60時即出現裂縫或硬傷。如圖l，對L型或角墊狀緩沖材料的某一面按箭頭方向加力時，其他面就要向加力的一面傾倒。但由于有產品的阻擋而不能動、受壓面和直角的面起了阻止受壓面厚度減小的作用，于是一部分就會出現撕裂樣的硬傷。其大小、深度取決于加壓速度，所加的力、粒子的大小和厚度。為了減少其損害，圖2的方法可以說是一種對策。這種破裂發生的最大原因，是由于水平面也對緩沖材料上加的力有干涉作用而引起的。為了防止這一點可以考慮使受壓面互相獨立， 以避免它們相互牽扯。溝槽的深度，從理論上講最好是厚度

12、的50 60 左右為宜。寬度有5ram就足夠了。這種方法的優點是能充分利用緩沖材料的性能，但是不易脫模，恐怕成型行業不愿采用。這種形狀和以往的成型品相比，作用力緩和， 有充分的受壓面積，能減少靜載重和潛移， 有希望在落下時得到接近設計值的G值。把其他角、棱做成圓形和落下狀態也有關，外箱的瓦楞紙箱的剛性，也有很大影響。貨物形狀l0 的差別是不可忽視的數值。當然，要滿足的各種條件是一樣的。以往，縮小受壓面積，增大厚度的設計方法，潛移在第 2次、第3次落下時，和厚度的減少很多相反。充分利用受壓面積，在滿足容許G值的范圍 t內減小厚度的方法在設計上還是很難的。只有掌握容許G值、達到質量管理標準的廠家才

13、能采用。 1.3.3 關于振動對運輸中的振動也需要研究。一般情況下，外力的振動數和包裝貨物的固有振動數之比是2時，傳遞率是J，其比值在05l之間一般能顯示出最大值其比值大干2時，傳遞事會迅速減小。用MIL HDBK304記錄各種緩沖材料的傳遞率曲線表明，發泡苯乙烯是25倍、d0倍我們最多使用的沒有50倍、60倍的。用分別進行試驗是投法求得的。靜載重25.4mm50.8mm76.2mm101.6mmg/(cm*cm)Hz倍Hz倍Hz倍Hz倍5253*551*851*9.539*8.48050*3.533*431*5.735*613730*3.430*628*7.324*6從上表可以看出靜載重52

14、v,cm 、厚度25，4ram 的震動傳遞率最大的振動數是53Hz、達到所加力的5倍時震動就會傳給內裝物厚度是508ram時震動數是52Hz，所加的力會達到8倍。通常運中所受的外力貨物列車會因鋼軌的接縫和車速而發生變化，卡車的震動匾取決于一般道路、高速道路，行駛速度和發動機轉數倒如，卡車夜間在高速公路上行駛，發動機轉速是30003600轉時，震動數就是5060I-!z，受到震動就是0103G左右假設緩沖材料的厚度是50ram，倍事是d0時，那么受到的外力是O，824(3(52I"·8倍)從行駛時間來考慮，落下沖擊等肯定不止一次，連續反復受力是發生大的損傷的原因。緩沖設計不僅

15、僅決定于緩沖材料的厚度和面積，還要研究保管期間因潛移引起的厚度減小以及震動特性等。在測定沖擊值時要用加速度計。加速度計過于靈敏時，沖擊波中很多的高次諧波就會重疊，這種高次諧波除了特殊目的之外都是不必要的與其斷開，不如不做錯誤判斷更有利，應該好好考慮使用方法。例如，要算出G值，只考慮渡高值就不夠。由基礎部分的長度可知沖擊時間，將沖擊波形細分，通過積分，使用抽計算機還可以算出G值以及角固有震動數、固有震動數，吸收能量、變形等只根據沖擊波形進行各種計算，也有一些問題。加速度計是安在產品上的，位置不同時有時會出現沒有意義的值。由于產品自身因不同的緩沖材料也受到緩沖，所以常是收不到基本沖擊波5倍以上的高

16、次諧波。產品內有因沖擊引起震動軟弱的部分和作為高次諧波的沖擊波形重臺如看到這個高次諧波的頂點、就可讀到比實際發生G值大的值 為了防止這一點 要參考由基礎部分算出來的沖擊時間。為了減少這些錯誤，就要有效地利用濾波器了解其它基本事項 如不見到沖擊波形是難以分析真實的數據的。2 液晶顯示器的包裝方案2.1 緩沖材料的選擇挑選包裝及緩沖材料時要注意哪些性能呢? 一般說來要考慮到： 材料的隔振性能、緩沖性能 受載后的變形性能， 卸載后的恢復性能，材料的強度、剛度以及材科的強度剛度隨濕度、溫度等條件變化情況等等。當然，還要注意到不同的兩個根據挑選材料時之著重點不同。經過調研，挑選的材料又滿足兩個根據要求，

17、其成本價格又令人滿意， 這是必須做的工作。液晶顯示器包裝主要由紙箱和緩沖墊組成，它的作用主要是保護液晶顯示器免受過量沖擊而造成破損，其中緩沖墊作為主要的舟質層由于其特有的材料特性 整十包裝中占有重要的位置2.1.1 泡沫塑料泡沫塑料是一種應用廣泛的材料,它以塑料為基本成分,含有大量氣泡是一種以氣體為填料的復合材料。由于它質輕、比強度高、吸收沖擊載荷的能力強、隔熱和隔音性能好,被廣泛應用于農業、建筑、航空、運輸、包裝等行業。單一材料緩沖包裝一般采用聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、聚乙烯泡沫塑料（EPE）等單一緩沖材料作為包裝原材料.由于平板顯示器外觀一般為異型和復雜曲面結構，而EPE襯墊采用平面板材

18、加工制成，要保證兩者之間良好的配合難度較大。若配合不良，將出現嚴重影響液晶顯示器性能，因此EPE襯墊的結構必須巧妙，可以采用小面多點、緩沖筋條等結構簡化與整機的配合難度，優化襯墊各部件空間架構，使零件的數量少，加工簡單，便于組裝。而組合顯示產品使用單一緩沖材料包裝都存在不足之處，給生產和使用帶來了較大的不便。通過多種包裝材料的緩沖防震性能試驗研究證明，運用多種材料組合緩沖包裝更實用有效。根據液晶顯示器的形狀可以選用兩種組合方案，第一種是EPS和紙蜂窩板組合包裝方案，該方案包裝具有良好的緩沖、防震、抗壓性能，滿足中小屏幕顯示器對包裝的要求，成本比使用EPE、EPP緩沖襯墊低，適用于大批量生產。采

19、用紙板/泡沫塑料的組合襯墊的緩沖包裝，能充分利用紙角撐強度好、對棱角抗沖擊作用強的特點，也利用了EPE具有良好的柔韌性、防震性、耐沖壓性和較高的回復性能等特點。由以上內容得出，采用瓦楞紙板和塑料泡沫組合的緩沖包裝最適合液晶顯示器運輸防護2.3 設計條件確定需要包裝的物件有：液晶顯示器機體、說明書。在包裝時，可以將顯示器機體作為包裝的主體；說明書放在一個PE塑料袋中，然后再放置在機器的合適部位，用膠帶固定即好。客戶給出的產品在紙箱中的裝配尺寸見圖1。從圖一中可以看到，緩沖墊的緩沖厚度為：頂面30mm、底面30mm、左面28mm、右面28mm、前面33mm、后面50mm。圖1 包裝件尺寸圖客戶給出

20、的此款液晶顯示器的包裝箱尺寸、堆碼與裝柜尺寸圖2（單位mm）。按照客戶所給定的包裝件及其托盤單元包裝設計，雙排紙箱堆碼層為7。根據計算得到20與40貨柜的裝箱數分別為224箱和462箱，裝柜體積利用率分別僅為80.8%和82.1%。圖2 紙箱、堆碼與裝柜圖2.3.1 流通環境依據產品的流通環境等相關因素，采用卡車運輸，叉車裝卸。按照客戶有關規定，包裝可靠性驗收的試驗跌落高度為760mm，并按照一角、三棱、六面的跌落順序進行試驗。堆碼試驗與振動試驗的要求，客戶已經做過分析，在此不予考慮。2.3.2 產品脆值客戶提供的產品質量為10.5kg，脆值為75。客戶沒有給出產品沖擊響應譜的邊界曲線，緩沖包

21、裝設計按照6個方位的沖擊加速度都應小于75g進行。 相關計算公式：靜應力S=W/A W為重力，A為承載面積； 脆值 Gc=Ac/g Ac最大加速度，g重力加速度；加速度 a=2gh/T h為下落高度，T為緩沖厚度；W=10*9.8=98（N）靜應力S=W/A*104=0.0031*105(Pa)2.3.3產品可緩沖部位根據對產品結構的分析，確定產品可緩沖6個方位的部位見圖3中白色噴涂的部位，這些部位的強度與剛度都較高。圖3 緩沖部位示意圖表1 產品緩沖面積及其相應的靜應力與加速度方位T/mmA0/mm2S0/(kg.cm-3)G0/gA1/mm2S1/(kg.cm-3)G1/g45底面4554

22、8680.019076358940.03054頂面131764250.013184245740.03934前面33245820.061462185640.0735后面50215640.058040895440.15045左面28285610.047067198640.06468右面28285610.047067198640.06468圖3中可緩沖面積及其相應的靜應力S0見表1。實測的EPS的緩沖性能曲線見圖4，白色噴涂部位的緩沖面積A0過大，對應的靜應力偏小，不在優選范圍。對應的加速度值超出客戶給出的脆值范圍；此外，為了節省緩沖材料，有必要對緩沖面積進行優化調整。圖4 最大加速度-靜應力曲線2

23、.3.4 產品理論緩沖面積從圖3的6個可緩沖面積中，沿產品剛度較高的4角選出實線與剖面線圈定的部位作為實際的緩沖部位，其相應的緩沖面積A1及其厚度T也位列于表1內。根據圖4所選的EPS緩沖性能數據，優化調整后的緩沖厚度T與內緩沖磨面積A1，表1列出了計算出的對應靜應力S1和加速度G1，能完全滿足沖擊加速度小于80g的客戶要求，而且還留有相當的富余度。2.4 結構設計2.4.1 緩沖單元的設計由優化設計確定的A1與T數據，可以畫出理想緩沖單元的示意圖見圖5。圖5 理想緩沖包裝示意圖2.4.2 緩沖墊的結構設計如此分散的眾多緩沖單元，無法再產品與瓦楞紙箱之間定位，而且不便包裝操作與管理。考慮到緩沖

24、墊的耐沖擊強度、模具制造、手孔以及客戶的特殊要求等因素，用合理的結構將圖5的多個緩沖單元連成2個整體的緩沖墊，見圖6。圖6 緩沖襯墊連接示意圖表2 襯墊緩沖面積及其相應的靜應力與加速度方位T/mmA2/mm2S2/(kg.cm-3)G2/gA3/mm2S3/(kg.cm-3)G3/g底面451414790.0077159361850.029955頂面1311745860.0060184301690.034736前面331689540.0072190395460.029869后面501301440.0093139345860.034254左面281345210.0086164354120.037

25、868右面281345210.0086164354120.0378683 優化設計3.1 緩沖墊外表面的優化由實測的EPS的緩沖性能曲線可知，圖6中的緩沖墊外表面（白色表示部分）的緩沖面積過大，見表2中的A2數據，對應的靜應力S2值太小，反推出來的加速度值G2遠遠超出客戶給出的脆值范圍，因此必須對6個方位的緩沖面積進行優化調整，方法與第4步相同。緩沖墊外表面優化調整的緩沖面積A3示意圖見圖7中的白色部分。圖7 液晶顯示器及其緩沖包裝結構示意圖所設計的緩沖墊的緩沖效果，可能介于內外緩沖面計算結果之間，可以似認為是2者的平均。表3中T表示緩沖厚度，A13表示緩沖墊A1與A3的平均緩沖面積，S13為

26、對應A13的靜應力，G13為對應S13的加速度。表3 包裝件緩沖面積及其相應的靜應力與加速度方位T/mmA13/mm2S13/(kg.cm-3)G13/g底面4536039.50.030154頂面13128910.00.036734前面3328548.00.041260后面5022022.00.055039左面2825384.50.044867右面2825384.50.0448673.2 優化EPS的工藝參數與密度EPS緩沖墊的產生工藝參數與密度改變后，圖4所示的緩沖性能曲線也將隨之變化。采用改變了工藝參數與密度的EPS緩沖性能數據，重復上述計算，從中優選最佳的結果。密度改變后，還應對緩沖墊的

27、壓穩定、壓縮強度與剛度、隔振等問題進行校核。3.3 原包裝件的確定完成全部優化設計后，繪制正式的緩沖墊設計圖，并制作原型包裝件，供試驗用。3.4 緩沖包裝的跌落測試根據客戶的要求，對該緩沖包裝的樣件進行一角、三棱、六面的760mm高度跌落試驗，實驗設備見圖8.圖8 自由落體跌落試驗設備以上試驗完成后，對包裝件外部和內部進行檢查，如果產品完好無損，包裝的破損在允許范圍之內，表明該包裝件的設計通過測試，上述緩沖包裝的優化設計是合理也是安全可靠的。采用上述優化設計的方法實現了在滿足產品保護功能的前提下，包裝材料大幅減少，做到了恰到好處的包裝。為企業帶來明顯的經濟與社會效益，滿足綠色包裝的要求。從表3中加速度G13數據可以看出，G13還有優化調整的余地，因此還可運用此方法優化調整緩沖墊的緩沖厚度，從而優化包裝箱的尺寸，有可能進一步提高產品的裝柜體積利用率在90%以上，進一步達到優化物流包裝的目的。此外，如果客戶能提供產品的沖擊響應譜邊界曲線，還可以降低包裝的安全富余度，進一步節約包裝與物流的成本。以下是我們小組所設計得出的緩沖包裝襯墊以及顯示器紙箱包裝的平面圖以及立體結構圖：緩沖單元結構圖緩沖包裝襯墊示意圖瓦楞外包裝箱的平面尺寸圖4   結論課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對