基于单因素法的纸箱脱封分析及优化研究

高艳飞 吴霖华 张毅 蒋耀东

摘要：为了解决用于某机电产品包装的瓦楞纸箱易爆开现象，提出了单因素法，对封箱脱开原因进行了封箱胶机、封箱带、纸箱尺寸等关键因素的逐步计算与理论分析，并且结合国家纸箱标准测试了其初粘性和持粘性。结果表明，纸箱尺寸因素是导致纸箱包装易脱封的主要原因。基于最优纸箱结构设计原则，对纸箱厚度和尺寸进行了重新设计，优化方案经过测试可实现标准条件下不脱封，为纸箱的优化设计提供了新的实践指导。

关键词：纸箱；脱封；结构设计；内尺寸

中图分类号：TB48 文献标识码：A 文章编号：1400 （2022） 03-0021-05

Carton Unsealing Analysis and Optimization Study Based on Single Factor Method

GAO Yan-fei， WU Lin-hua， ZHANG Yi， JIANG Yao-dong（Zhongshan Torch Polytechnic， Zhongshan 528436， China）

Abstract： To solve the easy unsealing of corrugated cartons for packaging of an electromechanical product， a single factor method was proposed to carry out the step-by-step calculation and theoretical analysis of the key factors for the unsealing of cartons， such as tape sealing machine， sealing tape and carton dimensions； besides， the initial adhesion and lasting adhesion of tape were tested in combination with national carton standards. The results showed that carton dimensions are the main cause of the easy unsealing of cartons. The thickness and dimensions of cartons were re-designed by the principle of the optimal structural design of cartons. The test showed that the optimized scheme ensures that cartons will not get unsealed under standard conditions and provides new practical guidance for the optimal design of cartons.

Key words： carton； unsealing； structural design； inside dimension

包装作为服务型制造业，其应用领域涵盖产品、物流等环节。包装的主要功能是保护产品、方便流通。作为机电产品的包装结构设计，其设计原则首先是防护性，即包装设计需对机电产品起保护作用，包括封箱是否合格，运输过程中是否保护产品不损坏等。其次是便捷性，经过包装的机电产品搬运、装卸是否方便，即包装是否有合适的提手位、大件产品是否将托盘设计纳入包装设计模块等。

在机电产品流通过程中，包装作为其一部分，主要出现的问题可能有包装结构不合理导致纸箱压溃、解体、变形等物理变化，均会导致内装物受到损坏。纸箱脱封也是现象之一，但是目前国内并无相关文章研究此现象，主要是企业通过经验判断脱封原因并且加以改进。

单因素实验是只对一个因素进行实验，而将其他因素都固定。此实验方法主要用于各因素之间无影响关系的背景下，在实验过程中，每次针对一个因素进行实验。

单因素法在该案例中需要分析的因素主要有以下部分：封箱机、封箱胶带粘合强度、纸箱物料原因。此三项因素相互之间影响性几乎可以忽略。

1 项目背景

现有一批机电产品，包装方式为PE袋+EPE缓冲结构+瓦楞纸箱。该产品在包装两天后，高频率出现封箱带脱开的情况，如图1所示。

2 实验和材料

对于制造业而言，任何生产物料使用前，都必须依循流程操作。首先要有图纸和明确的信息对物料进行定义，然后是样品试用，再到每批物料入库前的抽检。而封箱胶带属于辅助材料，并没有完善的检验制度。所以，首先对设备和胶带进行调查。

2.1 封箱机因素分析

封箱机工作原理：（装箱）输箱—夹抱—盖板折弯—压箱—封箱。即产品经过自动化、半自动化、人工装箱后，通过输送带进入输箱环节，由两侧面的夹箱皮带夹住纸箱并且向前输送，后短舌在纸箱进入封箱机托辊时，有一检测讯号（光电讯号）通知打舌气缸动作，由打舌架将其折弯[1]，随着前后两片短板陆续完成折彎，纸箱继续向前运动，左右两片长板经过导向杆自动向中间折弯动作，压箱机构压住纸箱顶部，封箱结构拉动胶带完成封箱动作。

对于自动包装机而言，与胶粘强度有关的主要是封箱机的压力值。设备压力值为机器校准后的固定值。通过调研该压力值无调整，该值在生产过程中属于正常。

2.2 封箱带粘合强度因素分析

检查胶带本身是否存在质量问题，通过初粘测试与持粘测试，结果如图2。

参照QB/T 2422封箱用BOPP压敏胶粘带对胶带物理指标规定：

1）初粘性要求≥13号钢球

2）持粘性≤3mm/h

对比测试报告数据，该胶带初粘性最大为9号球。

持粘性平均位移为0.48mm/h。

尽管初粘性不符合标准要求，但考虑本次问题多暴露在包装后两天，因此可以判定初粘強度并不是本次问题的主要原因，而持粘性符合标准要求。基于纸箱结构和材质并不具备其它特异性，属于市场流通性要求，所以胶带的持粘性也不存在不足，可以判定胶带本身并非本次问题的根本原因。

2.3 物料原因因素分析

检查物料发现纸箱高度不符合图纸要求，而造成高度不足的原因是供应商与物料检验缺乏，对内尺寸判断错误。

图3是一张标准的FEFCO 0201纸箱图形。作为标准产品，绝大部分客户端（即纸箱的使用方）为了简洁明了只会在图纸上用简图表明需要的箱型，材质印刷要求和尺寸要求。

图4为问题纸箱图纸，图纸本身信息相对详细，明确印刷、材质、内尺寸要求。内尺寸为485（±2.5） x435（±2.5） x265（±1.5）mm。

事实上，很多人在检测纸箱内尺寸时都使用了错误的计算方法，如本案例中纸箱成型后测出的内尺寸高度为264mm，符合图纸要求，如图5所示。

3 纸箱内外尺寸设计优化和脱封测试分析

3.1 正确的测量方法

正确的纸箱内尺寸应该是上下两面内摇盖间的距离。通过正确的检测方法，实际内尺寸高度只有256mm，而内包装物高度有260mm，如图6所示。

测量的时候，长短边摇盖必须重叠再进行测量。这是因为在实际生产时很多工厂并不会特意使用高低压痕线的工艺进行设计纸箱刀版。

3.2 高低压痕线对纸箱尺寸的影响

所谓高低压痕线，即为长摇盖的压痕线要高于短摇盖压痕线约一个纸板厚度t。

对于内尺寸高度，如果不折长边摇盖进行测量，对于没有使用高低压痕线工艺的纸箱，根据折一次损失半个壁厚的理论，内尺寸高度在实际测量时，长边摇盖折与不折的实际测量尺寸约有半个壁厚即t/2的差异。

4 包装结构设计理论

4.1包装结构尺寸设计理论

纸包装设计过程中有制造尺寸、内尺寸、外尺寸三个尺寸。其中制造尺寸是指生产尺寸，即设计图纸上的标注尺寸，也即模切板尺寸，是生产制造的依据，该尺寸影响包装的内尺寸与外尺寸。内尺寸是指包装盒折叠成型后的容积尺寸，是包装与产品内装物是否配合的重要指标。外尺寸是纸包装折叠成型后的外部尺寸，是包装占用空间大小的重要数据，也是包装仓储运输堆码的计算依据。

制造尺寸、内尺寸、外尺寸之间的差别主要是纸厚的影响，在设计时有两种方式，一是根据产品内装物尺寸确定内尺寸，从而确定制造尺寸。二是根据集装箱、托盘、周转箱等尺寸确定外尺寸，从而确定制造尺寸，同时也务必满足内装物尺寸需求。

本案例产品包装项目，客户未提出仓储物流需求，故首要考虑产品内装物尺寸，从而绘制结构图。

4.2修改后的产品包装使用情况

5 结论

本文主要针对机电产品瓦楞纸箱脱封现象，采用单因素法对封箱机、封箱胶带粘合强度、物料等纸箱制造与封合工艺因素进行了详细分析，确定了物料因素是导致所述机电产品纸箱包装脱封的主要原因。为此，基于内尺寸、外尺寸、制造尺寸等瓦楞纸箱厚度与尺寸设计原则，依据现有包装产品特性进行了瓦楞纸箱内外尺寸优化设计。测试结果表明，所提方案能够有效改善其脱封问题，为瓦楞纸箱封箱工艺提出了可推广的分析方案与优化策略。

参考文献：

[1] 史旭东等.自动化拆装箱流水线设计[J].电子软件与软件工程，2016，5（4）：152-153