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        基于緩沖曲線的液晶電視包裝設(shè)計(jì)方法

        2016-11-17 02:21:39國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局機(jī)械發(fā)明審查部
        電子世界 2016年20期
        關(guān)鍵詞:液晶電視襯墊熱熔膠

        國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局機(jī)械發(fā)明審查部 劉 毅

        基于緩沖曲線的液晶電視包裝設(shè)計(jì)方法

        國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局機(jī)械發(fā)明審查部 劉 毅

        論述了基于緩沖曲線的緩沖包裝設(shè)計(jì)方法的原理、推導(dǎo)以及計(jì)算過(guò)程,并提出了液晶電視的EPE緩沖包裝設(shè)計(jì)方案。

        緩沖包裝;緩沖曲線;液晶電視;EPE

        液晶電視由于其不失真、不閃爍、成像效果好、體積小等優(yōu)點(diǎn),逐漸取代了傳統(tǒng)CRT電視,成為市場(chǎng)上的主流。然而,由于液晶電視特殊的結(jié)構(gòu),使其受沖擊易收損壞。液晶電視在流通過(guò)程中的損壞給廠家和消費(fèi)者帶來(lái)了巨大損失,因此液晶電視的緩沖包裝設(shè)計(jì)有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

        緩沖包裝設(shè)計(jì)的常用方法是“緩沖包裝設(shè)計(jì)六步法”和“基于緩沖曲線的包裝設(shè)計(jì)法”。本文將對(duì)后者進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

        1 緩沖曲線

        假設(shè)包裝件從高度H處跌落,包裝件落地后,產(chǎn)品沖擊襯墊做功,根據(jù)功能原理,襯墊的彈性變形能等于沖擊力P對(duì)襯墊所做的功,即:

        單位體積彈性變形能稱為彈性比能u, 即:

        C稱為緩沖系數(shù),是最大應(yīng)力與彈性比能u的比值。有應(yīng)力應(yīng)變曲線可看出,緩沖系數(shù)等于最大應(yīng)力與其對(duì)應(yīng)的曲邊三角形的面積之比,因此,緩沖系數(shù)不是常數(shù),而是最大應(yīng)力的函數(shù),這個(gè)函數(shù)的曲線即是緩沖系數(shù)/最大應(yīng)力曲線(曲線)。

        緩沖系數(shù)能反映材料的緩沖性能,緩沖系數(shù)越小,材料的緩沖性能越好。在選擇包裝材料時(shí),應(yīng)選擇緩沖系數(shù)較小的緩沖材料,以便減少材料的用量。

        包裝件處于平衡時(shí),襯墊在產(chǎn)品重力W作用下的應(yīng)力稱為靜應(yīng)力,即:

        而包裝件跌落時(shí)的最大應(yīng)力:

        經(jīng)過(guò)推導(dǎo)(推導(dǎo)過(guò)程略),可以得出:

        1.3緩沖襯墊尺寸設(shè)計(jì)

        由式(1-7)得襯墊厚度為:

        由這兩個(gè)式子可知,想要確定A和h必須先確定最大應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的緩沖系數(shù)。

        可以推出:

        1.4校核

        因產(chǎn)品的質(zhì)量、形狀和尺寸不同,可將緩沖包裝的襯墊結(jié)構(gòu)分為全面緩沖包裝、局部緩沖包裝和懸掛式緩沖包裝。

        全面緩沖包裝法是在產(chǎn)品與紙箱之間填滿緩沖材料,如紙屑、木屑、棉花、塑料絲、紙漿發(fā)泡塊等。局部緩沖包裝法是采用預(yù)成型的緩沖材料對(duì)產(chǎn)品的角、楞、側(cè)面或易損關(guān)鍵部位等處提供緩沖。懸掛緩沖包裝結(jié)構(gòu)是采用8根金屬?gòu)椈?,把包裝箱的8個(gè)角吊掛在剛性外包裝箱的內(nèi)壁上。

        若緩沖襯墊面積太小,厚度太大,在產(chǎn)品沖擊力的作用下會(huì)產(chǎn)生彎曲變形,引起應(yīng)力加大而破壞,因此要采用克斯特拉經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行校核。采用全面緩沖不必作這項(xiàng)校核。采用局部緩沖時(shí),A要分成幾塊,Amin是各分塊中最小分塊的面積。h為襯墊厚度。

        2 液晶電視緩沖包裝設(shè)計(jì)

        目前,對(duì)液晶電視主要進(jìn)行緩沖包裝設(shè)計(jì),市場(chǎng)上使用的緩沖包裝材料主要是EPE,另有少量的EPS、EPP等。

        EPE具有優(yōu)良的緩沖吸震性能以及緩沖復(fù)原性。此外,EPE的環(huán)境適應(yīng)性以及抗化學(xué)性能都非常好,在環(huán)保方面也很有優(yōu)勢(shì),其廢料可以100%回收利用。

        EPS緩沖襯墊具有良好的緩沖吸震性能,能夠很好地保護(hù)產(chǎn)品。其加工工藝很成熟,成本較低。在環(huán)保性方面,EPS雖然也可以回收再利用,但回收率較低(50%)。隨著環(huán)保的要求越來(lái)越高,體積大且不易回收的EPS作為緩沖材料的市場(chǎng)將越來(lái)越小。

        EPP有彈性、不易開裂或斷裂,具有良好的緩沖性能和多次保護(hù)能力,但是加工工藝復(fù)雜,成本高,設(shè)備投資大。

        比較幾種材料的優(yōu)劣勢(shì),采用EPE作為液晶電視緩沖材料。

        2.1液晶電視緩沖包裝設(shè)計(jì)步驟

        (1)確定液晶電視在流通過(guò)程中的沖擊振動(dòng)條件或安全性測(cè)試條件。

        (2)確定液晶電視的性能參數(shù),如脆值、最大外圍尺寸、質(zhì)量等。

        (3)根據(jù)“基于緩沖曲線的包裝設(shè)計(jì)方法”對(duì)液晶電視進(jìn)行緩沖襯墊的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)。

        (4)制作出原型包裝件并對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)、沖擊、壓縮試驗(yàn),如果不合格重新設(shè)計(jì),知道合格為止。

        2.2確定液晶電視性能參數(shù)、測(cè)試條件

        表2-1是國(guó)內(nèi)某電視生產(chǎn)廠家提供的某一型號(hào)的液晶電視性能參數(shù):

        表2 -1 某品牌液晶電視性能參數(shù)

        圖2 -1 某品牌液晶電視外形

        2.3結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)

        根據(jù)經(jīng)濟(jì)、體積小的原則,首先考慮局部緩沖,在電視機(jī)的各個(gè)角或棱增加緩沖襯墊。若緩沖襯墊未通過(guò)校核,或設(shè)計(jì)出的尺寸與實(shí)際不相匹配則考慮全面緩沖。

        已知某種EPE材料的緩沖特性曲線如圖2-2所示。

        圖2 -2的EPE曲線[1]

        材料密度為0.037g/cm3,最低點(diǎn)處C=3.8,=160kPa=16N/cm2。

        垂直于屏幕方向:

        左右側(cè)面,考慮用全面緩沖:

        對(duì)應(yīng)緩沖曲線上的C為4.1,因此:

        上下側(cè)面,采用全面緩沖:

        對(duì)應(yīng)緩沖曲線上的C為3.8,因此:

        由于EPE無(wú)法模塑,廠家出售的EPE只有固定厚度的幾種片材,如果需要特殊厚度的片材,必須向廠家定制,造成生產(chǎn)周期加大,增加成本等。因此將各個(gè)方向的EPE襯墊厚度均設(shè)定為4cm。

        因?yàn)橐壕щ娨暺聊徊荒艹惺軌毫?,并且為了安放并固定附件袋,必須使襯墊尺寸使之配合,要適當(dāng)加大襯墊厚度。擬將附件袋安放在電視機(jī)右側(cè)。附件袋尺寸為:,電視機(jī)厚度為,因此若要使附件袋能固定在右側(cè)必須使電視機(jī)和襯墊的總厚度等于附件袋的寬度,即,因此。

        最終確定的EPE緩沖襯墊結(jié)構(gòu)圖為:

        圖2 -3 EPE緩沖襯墊裝配圖

        圖2 -4 EPE緩沖襯墊結(jié)構(gòu)示意圖

        2.4工藝設(shè)計(jì)

        由于EPE是片材,因此如果要想使其成為立體的緩沖包裝襯墊,就必須將片材粘合在一起。因此工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要就是粘合問(wèn)題。

        目前粘合的方法有3種:嵌合、電燙板粘合和熱熔膠粘合。通過(guò)以下例子可以看出不同方法的優(yōu)劣。

        假設(shè)1立方米的EPE價(jià)格為800元,1千克熱熔膠的價(jià)格為20元,粘合一平方米EPE所用的熱熔膠為0.3kg,而電燙板所融EPE厚度為0.005m,那么,用熱熔膠粘合EPE的費(fèi)用為6元/m2,而用電燙板粘合的費(fèi)用則為4元/m2。

        另外,由于粘合的難易性以及粘合的次數(shù)會(huì)影響到粘合的速度,也就是說(shuō)二者會(huì)影響到包裝的成本。

        據(jù)此可得幾種方法的優(yōu)劣對(duì)比:熱熔膠粘合,成本較高,精度控制較好;電燙板粘合,成本較低,精度控制較差[2]。本EPE包裝對(duì)于精度的要求不高,因此沒有必要選用電燙板粘合。而嵌合設(shè)計(jì)較難,不是任何緩沖結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn),所以最終選擇熱熔膠粘合。

        3 總結(jié)

        基于緩沖曲線的包裝設(shè)計(jì)方法操作建議,只需要測(cè)試并繪制出材料的緩沖特性曲線,根據(jù)推導(dǎo)的公式就可以計(jì)算出緩沖墊的尺寸,因此非常有實(shí)用價(jià)值。

        由于條件有限,沒有做出原型包裝件,后續(xù)研究應(yīng)制作出原型包裝件,根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全性測(cè)試,若不合格則改進(jìn)。

        [1]彭國(guó)勛.物流運(yùn)輸包裝設(shè)計(jì)[M].北京:印刷工業(yè)出版社,2006:117.

        [2]張波濤,葉梁玉,劉朝陽(yáng),彭國(guó)勛.EPE緩沖包裝優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].包裝工程,2006,27(6):211-212.

        [3]蘇遠(yuǎn),湯柏森.緩沖包裝理論基礎(chǔ)與應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,教材出版中心,2006.

        劉毅(1977—),男,山東人,碩士,現(xiàn)為國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局機(jī)械發(fā)明審查部專利審查員,副調(diào)研員,主要從事機(jī)械領(lǐng)域的專利審查工作。

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