28.5瓦楞纸箱强度设计

瓦楞纸箱强度设计流通环境对纸箱抗压强度的需求抗压强度条件（8）式中，Pc——纸箱的抗压强度，NK——安全系数G——包装件的重量，Nh——包装件高度，cmH——堆码高度，cm确定安全系数一般有两种方法：▲经验法—储存期少于30天，K=1.6储存期30～100天，K=1.65储存期在100天以上，K=2▲计算法—取决于产品的价值、环境条件、堆码时间、堆码尺寸、印刷开孔状况、装卸与搬运次数等。hhHGKPc抗压强度计算公式为其中ai——安全影响因子1iKa例：某产品出口，其纸箱的内尺寸：500mm×350mm×250mm，产品及内衬的总质量19kg，堆码9层，库存时间10天，库存时最高湿度75%RH，采用柱形错位堆码，采用1200*800托盘集装，托盘有间隙，纸箱有手孔，小面积印刷。试计算纸箱在贮存期间所需的抗压强度。预计纸箱质量1kg，堆码载荷为：P=（19+1）*（9-1）*9.81=1569N安全系数：则纸箱抗压强度Pc=K*P堆码=6432.9N1.49.09.08.09.09.074.063.011iaK第一节瓦楞纸板的抗压机理第二节瓦楞纸箱的抗压强度第三节影响瓦楞纸箱抗压强度的因素第四节瓦楞纸箱的抗压强度计算第五节瓦楞纸箱的抗压强度设计举例瓦楞纸箱强度设计一、瓦楞纸板的抗压机理材料本身结构的影响一、瓦楞纸板的抗压机理-材料的影响面纸——箱板纸：普通箱纸板，牛皮挂面箱纸板，牛皮箱纸板普通箱纸板，牛皮挂面箱纸板分三级：优等品：适于制造重型、贵重、精细及冷藏物品包装用的瓦楞纸板；一等品：适于制造一般物品包装用的瓦楞纸板；合格品：适于制造轻载瓦楞纸板。牛皮箱纸板分：优等品和一等品，适用于制造重型、贵重、精细及冷藏物品包装用的瓦楞纸板一、瓦楞纸板的抗压机理-材料的影响芯纸——瓦楞原纸：分为优等品、一等品和合格品。优等品：为国际先进水平；AAA：瓦楞芯纸优等品中的最高水平；AA：瓦楞芯纸优等品中的第二等级；A：瓦楞芯纸优等品中的第三等级；一等品：为国际一般水平；合格品：为国内合格水平；一、瓦楞纸板的抗压机理-材料的影响原纸环压性能：环压指数（N.m/g）=环压强度（N/m）/试样定量（g/m2）则：环压强度=环压指数*试样定量纸板耐破度：耐破指数r(kPa.m2/g)=耐破度pz(kg/cm2)*100/试样定量Q(g/m2)则：耐破度pz=r*Q/100（kg/cm2）瓦楞纸板耐破度：p=0.95∑pz一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响设瓦楞半径为r，面纸厚度δ1，底衬纸厚度δ2，芯纸厚度δ3，由图可知，瓦楞高度h=2r，瓦楞宽度b=4r，根据惯性矩的概念可知20AxIydA其中，A为横截面积一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响一个瓦楞宽度的横截面积为因为，所以1232Abbr42brh12312322Abbrb将A代入中，有20AxIydA2221203331233123221122111228AxhhIbbydAhhrh一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响瓦楞的形状及特性：从瓦楞纸板横截面看到的波形就是瓦楞的形状。瓦楞纸板的抗压强度与瓦楞的形状有直接关系。▲U形：伸张性好，富有弹性。加工时楞辊磨损慢。不会出现楞辊切断芯纸的现象。缺点是粘合剂用量大。▲V形：楞形不易变形，抗压强度较大。粘合剂用量少。缺点是当外力超过其承受限度，楞形被破坏并不可恢复。楞辊磨损快，质量不稳定。▲UV形：是上述二者的结合，耐压强度高，承载能力强，粘接强度好。当外力超过其承受限度，楞形未被全部破坏并可基本恢复。一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响瓦楞纸板的楞型及特性瓦楞高度以及每30cm长度上的瓦楞个数，称为瓦楞纸板的楞型。常用的楞型有：A型（大）、B型（细）、C型（中）、E型（特细）。另有国际上普遍使用的楞型有：K型（特大）、F型（超细）以及微型瓦楞和组合瓦楞。一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响▲A型：瓦楞高而宽，富有弹性，缓冲性能好。垂直抗压强度高，平压强度差。▲B型：瓦楞低而密，有良好的印刷性能。平压和平行强度高，缓冲性能差。▲C型：介于A与B型之间，防振性接近A型，平压性接近B型，原纸消耗比B型少，是欧美国家采用最多的楞型。▲E型：是常用中最细的一种楞型，可适应胶版印刷，平压强度好，垂直抗压强度与平行抗压强度接近，可代替硬纸板用于销售包装。★各种楞型组合可得到高强度的瓦楞纸板，其优点是：①外层为E型的纸板，有良好的双向强度，减少冲击和翘曲②内层为B型的纸板，有足够的刚性和平压强度。③中间层为A型的纸板，有良好的弹性，缓冲性能好。一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响▲K型：为特大型瓦楞，楞高一般在6.6～7.0mm，具有良好的缓冲和耐冲击、耐捆扎性能，尤其适合制作箱衬隔板。▲微型瓦楞：有F型（楞高0.75mm）、G型（0.5mm）、N型（楞高0.46mm）、O型（楞高0.3mm）。具有瓦楞纸板和硬纸板较佳的物理特性和印刷品质的双重效果。其优点是：①耐破度和挠伸性能极佳，且质轻板薄。②有优良的堆码强度和衬垫保护作用，并能进行高精度的图案印刷。③具有比E型楞更平滑、更好的印刷适应性，加工性能良好，材料成本低一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响瓦楞纸板的层数及特性▲单面瓦楞纸板（二层纸板）▲单瓦楞纸板（三层纸板）▲双瓦楞纸板（五层纸板）一般由A型和B型楞组合，也有AC型、BC型、BE型，广泛用于运输包装。▲三瓦楞纸板（七层纸板）通常楞型组合有BAB型、BAA型、CAC型、BAC型用于重型产品包装。一、瓦楞纸板的抗压机理-结构的影响各种楞型对来自不同方向的压力，其承压能力不同一、瓦楞纸板的抗压强度的有限元分析楞型楞高样品重量第一种约束方式第二种约束方式屈曲载荷克重材料抗压效率屈曲载荷克重材料抗压效率A5mm28.256g243N8.6N/g488N17.3N/gC4mm27.816g157N5.6N/g449N16.2N/gB3mm26.888g85N3.2N/g397N14.8N/g瓦楞纸板种类（GB/T6544-2008）GB-T6543-2008运输包装用单瓦楞纸箱和双瓦楞纸箱二、瓦楞纸箱抗压强度二、瓦楞纸箱抗压强度瓦楞纸箱的强度主要指的是抗压强度和耐破度，它们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。1.抗压试验：经过纸箱抗压试验，可得到压力—变形量的关系曲线。纸箱抗压试验机二、瓦楞纸箱抗压强度由图可以看到：①曲线A段为预加负荷阶段，以确保纸箱与抗压机压板接触；②曲线B段为横压线被压下阶段，当负荷略有增加时，变形量变化很大；③曲线C段为纸箱侧壁受压阶段，当负荷增加时，变形量增加缓慢；④曲线D段为纸箱压溃点，此时纸箱被完全破坏。2.抗压强度评价应包括以下几方面：▲最大负荷▲变形量▲测试值的离散程度三、影响瓦楞纸箱强度的因素客观因素：取决于材料的先天条件，不可避免。⒈原纸质量——原纸环压强度——纸板抗压强度⒉瓦楞纸板的结构——瓦楞形状、楞型、层数、种类⒊原纸含水率主观因素：取决于后期设计、制造，可避免⒈箱型——垂直于瓦楞方向承受压力的能力大，抗压强度大——受力的纸板层数越多，抗压强度越大——多层纸板之间粘结比不粘结强度要高三、影响瓦楞纸箱强度的因素⒉纸箱的形状：①纸箱的周长：理论上周长越长，抗压强度越好。但试验证明，两者的增加不成比例。②纸箱的高度：在瓦楞纸箱周长一定的情况下，当纸箱的高度限定在一定范围内时，纸箱的高度越高其抗压强度越低；但当高度超出了一定的限定范围后，随着纸箱高度的增加抗压强度下降的趋势不明显。三、影响瓦楞纸箱强度的因素③纸箱的长宽比RL：一般箱角处的抗压强度最大，离箱角越远，抗压强度越低。试验证明，抗压强度的峰值出现在RL=1.4附近。⒊纸板、纸箱的制造工艺：影响最大的主要是瓦楞制作成型引起的纸板厚度的变化。三、影响瓦楞纸箱强度的因素⒋流通条件：①储存时间：仓储时间越长，抗压强度损失越大。②大气湿度：大气相对湿度的变化影响纸箱的吸潮量；而纸板的含水量影响纸板的收缩和膨胀。三、影响瓦楞纸箱强度的因素5手孔与通风孔：一般手孔尺寸为100mm×（30～40）mm的腰圆孔，有半切型和全切型。通风孔一般为腰圆孔或圆孔，尺寸为10×65mm或φ20mm。手孔和通风孔的形状、数量、大小、位置会影响纸箱抗压强度。四瓦楞纸箱的抗压强度经验公式4.1凯利卡特公式（K.Q.Kellicutt）（1）FPZJZaXPPxzx3/2)]4/[(其中:P——瓦楞纸箱的抗压强度，NPx——瓦楞纸板原纸的综合环压强度，N/cmaXz——瓦楞常数Z——瓦楞纸箱周边长，cmJ——纸箱常数F——综合系数（2）其中:Px——瓦楞纸板原纸的综合环压强度N/cm;Rn——面纸、里纸环压强度N/cm;Rm——瓦楞原纸环压强度N/cm;C——瓦楞展开系数;注意：单位的控制mnxCRRP四、瓦楞纸箱的抗压强度经验公式单瓦楞纸板的综合环压强度：(3)其中，Px——瓦楞纸板原纸的综合环压强度，N/cmRo——面纸环压强度，N/cmRi——里纸环压强度，N/cmRm——瓦楞原纸环压强度，N/cmC——瓦楞展开系数imoxRRCRP四、瓦楞纸箱的抗压强度经验公式如果选用的是双瓦楞纸板（如AB楞），则综合环压强度为：（4）其中，Px——瓦楞纸板原纸的综合环压强度，N/cmRo——面纸环压强度，N/cmRc——中纸环压强度，N/cmRi——里纸环压强度，N/cmRmA、RmB——瓦楞原纸环压强度，N/cmCA、CB——瓦楞展开系数如果选用其它楞型及组合的纸板，综合环压强度可类似求出。imBBcmAAoxRRCRRCRP四、瓦楞纸箱的抗压强度经验公式综合系数（5）aXz——瓦楞常数J——纸箱常数Z——瓦楞纸箱周边长，cm，Z=2*（L’+B’）L’——纸箱长度外部尺寸，cmB’——纸箱宽度外部尺寸，cmF——综合系数只要求出综合环压强度Px与综合系数F,便可得出纸箱抗压强度：(6)ZJZaXFz3/2)]4/[(FPPx四、瓦楞纸箱的抗压强度经验公式上述各式中的aXz、J、C等值可查下表四瓦楞纸箱的抗压强度经验公式4.2马基公式若已知瓦楞纸板的边压强度测定值时，0201型纸箱的抗压强度可采用马基公式计算：（3）其中：Pc为纸板的边压强度测定值（N/cm）；Z为纸箱周长（cm）；t为纸板厚度（cm）。4.3沃福公式：以瓦楞纸板的边压强度和厚度作为瓦楞纸板的参数，以箱体周边长、长宽比和高度作为纸箱结构参数计算纸箱抗压强度：式中：Pw为利用沃福公式计算的抗压强度（N）；Pc瓦楞纸板边压强度（N/m）；t瓦楞纸板厚度（㎜）；Z纸箱周边长（㎝）；RL纸箱长宽比；HO纸箱外高度尺寸（㎝）041.02100)11217.03228.0(1772.1oLLcwHRRtZPP508.0492.0784.5tZPPcm某长宽比系列纸箱抗压强度计算值与测试值的比较11.21.41.61.822.22.42.62.8305001000150020002500300035004000RL(AspectRatio)Compressivestrength(N)datalinePtPmPkPw四、瓦楞纸箱的抗压强度经验公式利用瓦楞纸箱抗压强度计算公式的运算方法有两种：校核：按预定条件计算出瓦楞纸箱的抗压强度，看其是否能满足要求；设计：根据所定的抗压强度要求来选择一定的瓦楞纸板，进而选择一定的瓦楞原纸。根据试验证明：增加瓦楞原纸克重，瓦楞纸板的边压强度会随之增加，但对耐破强度影响甚微；而增加面纸克重时，瓦楞纸板的边压强度和耐破强度都会有所增加。故应先采用低克重的瓦楞原纸，而主要靠增加里、面纸的克重来增加瓦楞纸板的强度。五、瓦楞纸箱校核实例某一产品要出口，外包装容器为单瓦楞纸箱（0201箱型），包装件质量为18kg，纸箱的内尺寸