包装工艺设计讲解.pdf
武汉理工大学课程设计 学号： 0121204930822 课 程 设 计 2015 年09 月14 日 题目 面粉、水、板蓝根、产品包装工艺流程设计 学院机电工程学院 专业包装工程 班级包装 zy201 班 姓名韩启星 指导教师黄丰云 武汉理工大学课程设计 目录 绪论.1 1 产品包装的尺寸计算 1 1.1 包装袋的尺寸 1 1.1.1 需包装的物料体积计算 1 1.1.2 包装袋尺寸计算 1 1.2 纸箱尺寸计算 1 1.3 托盘的选择与计算 5 2 包装膜的选用 6 2.1 面粉包装膜的选用 6 2.1.1 面粉包装材料性能分析 6 2.1.2 四层聚乙烯复合膜的保质期计算6 2.2 水的包装材料的选用 7 2.2.1 水包装的保质期的分析 7 2.3 板蓝根包装材料的选用 7 2.3.1 板蓝根包装材料的性能分析7 2.3.2 药品包装保质期计算 7 3 产品的包装工艺设计 8 3.1 产品包装工艺流程的制定8 3.1.1 产品包装工艺路线的拟定8 3.1.2 各工序的工作的工作内容8 3.1.3 各工序部套及主要部件的选择9 3.2 输出产品的检验 11 课程设计小结 12 参考文献 12 武汉理工大学课程设计 2 包装工艺设计说明书 绪论 本次课程设计为产品（面粉、水、板蓝根）的包装工艺流程设计，即为产品从原料到成 品的整个工艺过程。结合尚威当前的产品，要求完成从选膜包装工程工艺储存（装箱） 运输的整个工艺流程设计和相关的参数计算与分析。这次课程设计的主要任务为熟悉、掌 握整个包装工艺流程，尤其又结合企业实际情况，对以后的学习与工作意义极大。 1 产品包装的尺寸计算 1.1 包装袋的尺寸 1.1.1需包装的物料体积计算 （1）面粉 M=20g ，=0.52g/cm 3，则面粉体积V=M/ =38.5ml ； （ 2）水 V=20ml （ 3) 板蓝根 M=15g ，=1.20g/cm 3，则 V=12.5ml 1.1.2包装袋尺寸计算 袋尺寸与体积关系表：三边封、四边封 三边封袋尺寸与体积关系表 X（mm ）60 70 80 90 Y（mm ）80 95 110 125 V（ml) 9 20 31 50 表 1-1 四边封袋尺寸与体积关系表 X（mm ）60 70 80 90 100 Y（mm ）80 95 110 125 140 V（ml）8 16 25 36 52 表 1-2 （注：袋子尺寸应选比物料体积大的，方便充填） （1）面粉袋子尺寸选择：三边封90*125 （mm ）；四边封100*140 （mm ） （2）水袋子尺寸选择：三边封80*110（ mm ）；四边封80*110（mm ） （3）板蓝根袋子尺寸选择：三边封70*95（mm ）；四边封70*95（ mm ） 1.2 纸箱尺寸计算 武汉理工大学课程设计 3 用户要求96 袋/ 箱，则采用4*3*8 的排列方式，包装后的袋子厚为10（mm ）。包装产品 为三种，共四种袋形尺寸，则做四种尺寸的纸箱(02 箱型）。 （1）袋尺寸70*95（mm ）。 1）瓦楞纸箱的内部尺寸 Xii kTnnxX)1( max 式中，Xi是瓦楞纸箱某一方向内部尺寸（mm ）; xmax是单个被包装商品某一方向最大外 形尺寸（ mm ）；n 是沿瓦楞纸箱某一方向的排列数目; 是被包装商品尺寸变动系数（mm ）; kXi是瓦楞纸箱内部尺寸修正系数（mm ）;T 是衬格或缓冲件厚度（mm ）。取 =1（mm ）；缓 冲衬垫 T=5（mm ）。 纸箱内部尺寸修正系数（mm ） kLi kBi kHi 小型箱中型箱大型箱 37 37 1334 57 表 1-3 取 Kl=Kb=3（mm ）； Kh=1（mm ） 则箱内部尺寸 Li=95*3+2*1+5+3=295（mm ） Bi=70*4+3*1+5+3=291（mm ） Hi=10*8+7*1+5+1=92(mm) 2）瓦楞纸箱的制造尺寸 Xi kXX 式中，X是瓦楞纸箱长、 宽或高的制造尺寸 （mm ） ; Xi是瓦楞纸箱某方向的内部尺寸（mm ） ； kX是瓦楞纸箱制造尺寸修正系数（mm ）； 02 类纸箱制造尺寸修正系数见表2 02类纸箱制造尺寸修正系数（mm ） 楞型L1 L2 B1 B2 H F A 6 6 6 3 9 4 武汉理工大学课程设计 4 B 3 3 3 1 6 1 C 4 4 4 2 8 3 AB 9 9 9 6 16 6 BC 8 8 8 5 14 5 表 1-4 注：表中l2和 B2是瓦楞纸箱接合部分两侧面的长和宽，l1和 B1是瓦楞纸箱另外两侧面 的长和宽，一般有l1l2，B1B2。 由于纸箱内包装物不重，则选厚度稍薄的A型瓦楞纸板。 则箱子制造尺寸为： L1=L2=295+6=301（mm ） B1=291+6=297（mm ） B2=291+3=294 (mm) H=92+9=101(mm) F=（B1+xf ）/2=150.5 （mm ） J=35（mm ） 3）瓦楞纸箱的外部尺寸 瓦楞纸箱的外部尺寸计算公式为： 00X kXX 式中，X0是瓦楞纸箱某一方向的外部尺寸（mm ） ； X是瓦楞纸箱某一方向的制造尺寸（mm ） ； kX0是瓦楞纸箱外部尺寸修正系数（mm ）。 瓦楞纸箱外部尺寸修正系数（mm ） 楞型A B C AB BC K 5-7 3-5 4-6 8-12 7-11 表 1-5 取 K=5（mm ）。 则箱子外尺寸： L0=301+5=306(mm) 武汉理工大学课程设计 5 B0=297+5=302(mm) H0=101+5=106(mm) （2）袋尺寸80*110（mm ） 计算方法同袋尺寸70*95 1）内尺寸 Li=110*3+2*1+5+3=340（mm ） Bi=80*4+3*1+5+3=331（mm ） Hi=10*8+7*1+5+1=92(mm) 2) 箱子制造尺寸 L1=L2=340+6=346（mm ） B1=331+6=337（mm ） B2=331+3=334 (mm) H=92+9=101(mm) F=（B1+xf ）/2=170.5 （mm ） J=35（mm ） 3）箱子外尺寸 L0=346+5=351(mm) B0=337+5=342(mm) H0=101+5=106(mm) （3) 袋尺寸 90*125 （mm ） 计算方法同袋尺寸70*95 1）内尺寸 Li=125*3+2*1+5+3=385（mm ） Bi=90*4+3*1+5+3=371（mm ） Hi=10*8+7*1+5+1=92(mm) 2) 箱子制造尺寸 L1=L2=385+6=391（mm ） B1=371+6=377（mm ） B2=371+3=374 (mm) H=92+9=101(mm) 武汉理工大学课程设计 6 F=（B1+xf ）/2=190.5 （mm ） J=35（mm ） 3）箱子外尺寸 L0=391+5=396(mm) B0=371+5=376(mm) H0=101+5=106(mm) （4）袋尺寸100*140 （mm ） 计算方法同袋尺寸70*95 1）内尺寸 Li=140*3+2*1+5+3=430（mm ） Bi=100*4+3*1+5+3=411（mm ） Hi=10*8+7*1+5+1=92(mm) 2) 箱子制造尺寸 L1=L2=430+6=436（mm ） B1=411+6=417（mm ） B2=411+3=414 (mm) H=92+9=101(mm) F=（B1+xf ）/2=210.5 （mm ） J=35（mm ） 3）箱子外尺寸 L0=436+5=441(mm) B0=417+5=422(mm) H0=101+5=106(mm) 各尺寸纸箱CAD图，见最后附图。 1.3 托盘的选择与计算 纸箱重量：（1）面粉 M=2kg （2）水 M=2kg （3）板蓝根 M=1.8kg 武汉理工大学课程设计 7 纸箱最大尺寸为441*422*106 （mm ），按 4*4 排列， 则选用 2000*1800（mm ）的托盘即可。 常用的托盘为： 木质托盘、 塑料托盘、 金属托盘。 成本由高到低分别为：金属、 塑料、 木质。 承重能力由高到低分别为：金属、塑料、木质。由于产品质量并不重，所以三种托盘均可。 但是金属托盘成本太高不予考虑。 现在考虑两种选择：木质托盘，优点：价格便宜，方便维修，环保；缺点：不宜受潮， 重复利用性差于塑料托盘。塑料托盘，优点：可重复利用性强；缺点: 价格稍贵，不太环 保。俩个方案均可，依据实际情况选择。 2 包装膜的选用 2.1 面粉包装膜的选用 2.1.1面粉包装材料性能分析 面粉为粉剂，密度0.52g/cm 3。包装要求防虫、防面粉潮湿结块、发霉等。现在市场上面 粉包装袋主要为塑料编织袋，有少数塑料复合膜，纸塑复合材料。 初步考虑塑料编织袋、塑 料复合膜、无纺布三种材料。 塑料编织袋。塑料编织袋目前应用很多，透气透湿性能良好，力学性能良好，无毒无害， 成本低廉，可回收再利用，不可降解。但是塑料编织袋密封性不好，在包装、储存、运输过 程中有损失； 塑料编织袋适用于大袋、中袋包装， 不适用小袋包装； 塑料编织袋封口为缝口， CDS180并不能完成；塑料编织袋包装面粉时，储存条件要求干燥，中低温，避免暴晒。 无纺布袋。无纺布是比较新的材料，由聚丙烯树脂（PP ）为主要原料，是无需纺织的纺 织布料。无毒无害，无污染，可回收再利用，也可自然降解；透气透湿性良好，有拒水性、 抗菌性，力学性能良好；质量轻，密封性良好；成本低廉，稍高于塑料包装袋。适用各种尺 寸袋子包装， 可热封， 但是热封效果不如超声波封的好。储存条件中低温，干燥， 避免暴晒。 聚乙烯（ PE ），涤纶树脂（PET ），聚酰胺（PA ），铝（ Al ）复合膜。从内到外分别为 PE/PA/Al/PET 。无毒无害，可回收利用性差；有良好的阻隔性（透湿透氧性差），力学性能 良好，质量轻；价格低廉；使用于中小型袋，可热封。储存要求，中低温，避免暴晒。 塑料编织袋、无纺布阻湿性能差，且热封性弱于聚乙烯复合膜；无纺布则最环保；塑料 编织袋价格最低，无纺布与聚乙烯复合膜差不多少。由于热封型为必要条件，且聚乙烯复合 膜符合包装要求，价格低廉。故选用聚乙烯4 层复合膜作为面粉的包装材料。 2.1.2四层聚乙烯复合膜的保质期计算 在一定条件下，聚乙烯复合膜透氧透湿使得袋内的氧气与湿度（水蒸气）达到客户规定 武汉理工大学课程设计 8 所需的时间即视为面粉的保质期。客户要求此次产品保质期最低为六个月。 KhhAQ CCW t )( 10)( 2140 2 12 式中： K是塑料薄膜在不同温度下的系数；A是包装的总面积，m 2 ; W是包装件的质量， g； (C2-C1) 是包装件的含水率差； （ h1-h2） 是相对湿度差。 Q40是温度 40 0C下的透湿率， g/m2.24h 。 经计算透湿率不大于92（g/m2·24h）的材料均可。经查表透湿率为25（g/m2· 24h）， 厚度为 0.03mm的聚乙烯薄膜满足要求。复合膜厚度根据供膜厂的膜厚度选择，在满足聚乙 烯薄膜的厚度0.03mm和力学性能合理的基础上选择便宜的复合膜。 2.2 水的包装材料的选用 水包装在市场上已经很成熟，但多为瓶装。 这次包装材料就选用市场上常见的食品包装复 合膜聚乙烯复合膜，同面粉包装复合膜，即聚乙烯 （PE ），涤纶树脂 （PET ），聚酰胺（PA ）， 铝（ Al ）复合膜。 2.2.1水包装的保质期的分析 水不同于面粉， 水的变质原因主要为细菌的滋生。当包装产品内含细菌数达到一定程度即 视为变质， 则这经过的时间就是其保质期。细菌多少和水本身的纯净程度有关，和薄膜上附 着的细菌数有关。保质期就要视物料本身的性质而定，做相关的细菌检测后，再确定。 2.3 板蓝根包装材料的选用 2.3.1板蓝根包装材料的性能分析 药品包装材料的要求更高，要求高的阻隔性，安全性。市面上药品包装多为铝箔复合膜。 双向拉伸聚丙烯、镀铝未拉伸聚丙烯复合膜（BOPP/MCPP），双向拉伸聚丙烯、镀铝双向拉 伸聚酯、聚乙烯复合膜（BOPP/BOPET/PE ），玻璃纸、铝箔、聚乙烯复合膜（PT/Al/PE ）， 应用居多。 这三种材料的性能基本相同，达到的包装效果也基本一样。前两种为镀铝复合膜，后一种 为铝箔复合膜；后两种PE为内层膜，前一种镀铝未拉伸聚丙烯为内层膜。镀铝复合膜的成 本低于铝箔复合膜，前两种复合膜大大减少了铝的用量，成本较低； 后两种复合膜内层为聚 乙烯加大了复合膜的阻隔性，膜的密封性变好。综上，选用双向拉伸聚丙烯、镀铝双向拉伸 聚酯、聚乙烯复合膜（BOPP/BOPET/PE ）。 2.3.2药品包装保质期计算 同 1.1.2 武汉理工大学课程设计 9 无论何种复合膜在包装产品之前都应该进行细菌有毒有害物质等检测，这样能保证包装产 品的安全与质量。 3 产品的包装工艺设计 3.1 产品包装工艺流程的制定 3.1.1产品包装工艺路线的拟定 CDS180 包装机自动完成成型、制袋、剪切、充填、封口、产品输出等包装工艺过程，如 图所示。 其工艺流程具体可细分为：放膜膜成型色标检测底封双联袋竖 封竖封切撕裂线冲易撕口剪切牵袋? 开袋 ? 吹气 ? 充填下料 ? 展袋 ? 上封 ? 产品输出 ? 装箱 ? 码垛。（注： 四边封时才有底封装置，三边封 时无；充填下料根据不同的原料选择合理的下料装置） 图 2-1 （ CDS180水平包装机工艺过程） 3.1.2各工序的工作的工作内容 武汉理工大学课程设计 10 工序工作内容 放膜 膜在气涨轴上张紧，经过一系列滚筒将膜展平，并且将膜限 制在合适的位置 膜成型膜经过膜成型架，折叠为双层，初步成袋 色标检测光电检测器检测色标，为自动修正带宽采集信号 底封封块将袋子底部热封 双联袋竖封完成双联袋中间竖封 竖封完成双联袋两侧竖封 切撕裂线虚刀延双联袋中间切出撕裂线 冲易撕口在包装袋侧冲出易撕口 剪切将双联袋之间剪开 牵袋牵袋抓将剪切后的袋子牵向小车 开袋袋两侧吸盘抽真空将袋子拉开 吹气经气管向袋子内吹气，将袋子撑开 充填下料由下料装置经下料口将物料充填至袋子中 展袋充填后的袋子不平整，将袋子展平 上封封块将袋子顶部热封 产品输出产品经出料槽输出 装箱产品输出后进行装箱，人工或机械将产品放在纸箱里 码垛产品装箱后规则得码在托盘上 表 2-2 （注：四边封才有底封装置，三边封则无） 3.1.3各工序部套及主要部件的选择 放膜装置。 放膜电机的选择：由于放膜形式为间断放膜（为快速启停），并非持续放膜，放膜速度 应与包装机各部套工作步调一致，且膜卷的半径随放膜时间减小。要求电机起步快，可控性 强。故选交流伺服电机。 武汉理工大学课程设计 11 生产速度V=100 袋/ 分 最大袋宽B=100mm 最小膜卷半径R=38mm 则所需电机转速 n=V·B/R=264r/min 色标检测装置。 利用光电传感器检测色标。光电传感器主要有：漫反射、 回程反射、 对射、距离型几种。 漫反射型光电传感器成本低，安装简单， 但是精度不高。 回程反射型光电传感器可检测透明 物体、亮度高物体，安装方便，精度、成本稍高。 对射型光电传感器精度高，成本相应也高，但安装不方便。距离型光电传感器，安装方便， 不受灰尘影响。由于检测色标，精度不需太高，且考虑安装与成本，选用最简单，便宜的漫 反射型光电传感器。 ? 底封、竖封、上封装置。 封块材料：铝、铜、不锈钢。三种材料的封块都可以，铝封块为标准配置。价格由高到 低；不锈钢，铜，铝；强度由高到低：不锈钢，铜，铝。三种选择都可以，但是不锈钢性能 最好。 用户根据自己使用时间和封块工作条件选用，封块报废也可选择更换，建议用不锈钢 材料的封块。 牵袋装置。 两种选择： （ 1）伺服橡胶筒牵袋。 （2）牵袋爪牵袋。 两者都能完成牵袋动作。 一个由伺服电机带动橡胶滚筒，通过对伺服电机的控制完成牵袋。一个利用凸轮， 用机械方 式进行牵袋。前者安装简单，后者安装稍微复杂。前者成本高于后者。 ? 充填下料装置。 （1）固体下料装置 （面粉、 板蓝根） 。固体下料装置可用伺服螺杆式充填和量杯式充填， 螺杆下料装置比较简单，成本低，量杯则稍复杂。由于精度要求为±3%,二者皆满足要求。 其中螺杆下料装置适用于均匀的粉末和不怕搅拌的颗粒；量杯适用于颗粒（易碎）。面粉则 选用螺杆式充填装置，板蓝根不可搅拌故选用量杯式下料装置。因为双联袋双出，则需要两 套下料装置。（注：下料装置材料必须满足安全要求，304 或者 316 不锈钢；下料装置零件 表面要光滑，不可与物料有粘连） （2）液体下料装置（水）。液体下料装置的选择较多。重力自流式下料装置、磁力泵下 料装置，活塞泵下料装置等。重力自流下料装置比较简单，成本低，依靠物料自身重力，通 过对阀开闭的控制完成下料，适用于流动性好的物料。磁力泵相对于其他水泵优点在于密封 性好，不会造成物料泄漏，可靠性也比较强，价格也不贵，特别适用于酸碱类、油等液体下 武汉理工大学课程设计 12 料。活塞泵下料装置，类似于注射器，利用压力将物料压出，完成下料，适用粘度大，流动 性差的物料；如果密闭性好，也可以用于流动性好的液体的下料。下料精度为±3%,三者皆 满足要求。本次物料为水，流动性好，酸碱度为弱碱（中性），故选用最简单的重力自流下 料装置。因为是双联双出袋，则需要两套下料装置，料筒可用一个。 料位传感器。 由于下料时不知道料筒内物料的多少，需在料桶内加一个物料传感器。物 料在桶内高度低于某一规定的高度时，传感器发出信号，此时应向料筒内加料。料筒内物料 满了，传感器也要发出信号，停止向其中加料。 ? 产品输出。 （1) 如流程简图中的出料槽+传送带。产品有一定重量，可顺着出料槽滑下，可承受轻 度摔落冲击，面粉、水可以选用这种输出方式。 （2）机械手 +传送带。板蓝根重量比较轻，不能用出料槽，怕摔碎颗粒，则采用此种输 出方式。机械手上装有真空吸盘，产品完成上封后，由机械手搬到传送带上，从而避免震动 或者摔落。 以上为个别主要部件的选择分析，由于各个部套有的为自制件，有的为外购件， 自制件 的则没有分析。 3.2 输出产品的检验 （1）封口质量检验。封口质量检验在试机时就应该进行，合格标准：用手用力撕扯不 会打开袋子即可；且不可有泄漏。在袋子装完物料封口后仍需检测，面粉、水在跌落时为防 止摔爆需要检测，即对包装好的产品进行跌落试验，板蓝根则不需要。 （2）产品的重量检测。产品封口完成后应进行称重测试，误差± 3% 即可。进行抽样检 测，样本总量不小于50。 武汉理工大学课程设计 13 课程设计小结 这次课程设计是老师与尚威的工程师一起商讨决定的，没有脱离实际， 是一次真正的课 程设计。 首先要感谢尚威公司给了我们这样得条件与机会，让我们完成这个课程设计。这次 课程设计是根据实际的客户需求，工厂的实际情况完成的。通过对包装袋子、纸箱、托盘的 设计到包装材料的选择，再到包装的工艺流程，加上对包装工序的分析和主要部件的选用， 完成从生产指令单到产品的包装与输出这样一个整个的流程。通过自己实际的设计，了解了 产品从无到有这样一个过程。这次课设虽没有涉及到具体的机械方面的设计，但给了我们一 个思路怎样完成一个包装机的设计。在这次课程设计中遇到了许多困难和问题，但是尚 威的工程师很热心的帮我们解答，加上我们在一起实习的同学一起讨论，还是解决了。 课程 设计中需要很多资料要查，武汉理工大学的图书馆里面有资源库，平时用的不多， 这次发现 里面有很多文献和科学杂志，加上公司里的工具书，还有网上的一些资料，这次算是利用上 了一切可利用资源。每一次课设都是对自己的一个检验，发现自己欠缺的知识，发现了自己 需要哪方面的知识。因为这样的实际性的课设以前没有做过，这次完成的也不会是完美的， 希望老师予以批评指正，争取下一次做的更好。 武汉理工大学课程设计 14 参考文献 1 潘松年 . 包装工艺学 M. 北京：印刷工业出版社，2004. 2 马桃林 . 包装技术 M. 武汉：武汉测绘科技大学出版社，1999. 3 彭文生，李志明，黄华梁. 机械设计 M. 北京：高等教育出版社， 2008. 4 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理 M. 北京：高等教育出版社， 2006. 5 吴波 . 包装结构设计 M. 北京：化学工业出版社，2001. 6 彭国勋 . 运输包装 M. 北京：印刷工业出版社，1999. 7 林学瀚等 . 包装技术与方法 M. 长沙：湖南大学出版社,1998,12. 8 张学金等 . 实用包装技术 M. 北京：国防工业出版社,1989. 9 彭华安 . 商品包装学 M. 沈阳：辽宁人民出版社,1988. 10 唐志祥等 . 包装材料与实用包装技术 M. 北京：化学工业出版 社， 1996. 11 赵淮 . 包装机械选用手册 M. 北京：化学工业出版社，2000. 12 王强，彭辉，杨根福. 印刷媒体色彩变换方法的研究 J. 中国印 刷与包装研究， 2009，（ 1）： 60-64. 13 DRAGO F, MYSZKOWSKI K, ANNEN T, et al.Ad aptive logarithmic mapping for dispiaying high contrast scenes J. Computer Graphics Form, 2002, 22(3):419-426. 14王倩 . 无纺布环保袋的性能测试与应用前景. 中国纤检2005.7 15武文斌 .面粉防潮包装设计与应用. 粮油仓储科技通讯2014.2 武汉理工大学课程设计 15
