手工叠纸盒

折叠纸盒结构设计及CAD

包装工程

一

PACKAGINGENGINEE

折叠纸盒结构设计及CAD

(陕西机械学院西安710048)

89

.己

[捕婪】:简述了国内外纸盒设计的现状与发展趋势,修正了纸盒盒片结构

尺寸的计算式.提出了腔帖式插入式,锁底式折叠纸盒的设计原则;编写了折

叠纸盒结构ZHCAD软件及盒片图形库,可方便地选择,组台,设计纸盒结构盒

片图.优化排科绘制模切排料图.印版,背衬加工轮廓图,保证了精度.为纸

盘cAM提供了必要条件?而且便于实现纸盒包装自动化?

L/

关■词:折叠纸盒结构设计CAD/CAM/CIM

1国内外现状与发展趋势

近年来,工程技术领域中发展最迅速,

最引人注目的计算机辅助设计(CAD),计

算机辅助制造(CAM)技术巳成为工业生产

现代化的重要标志.美国,日术,德国等工

业先进国家巳经l从CAD/CAM进入柔性制

造系统(FM8)及计算机集成生产系统

(CIM)的研究阶段,在有些工业部门巳开

始推广应用.图1—1表示了CIM与CAD,

CAM,销售,质量控制及管理之间的关

系.

CAp.裳

由于其它行业的促进作用及手工业的巨

大波动,加之运输工作量的不断增加,手工

包装的速度和精度远远不能满足市场需求.

因此,发展包装CAD/CAM的迫切性越来

越犬.为了提高纸盒的模切精度和效益,美

国的ATLA88TEELRULEDIE公

司,首先为激光技术引入摸版的切割,并于

1970年成功地研制了"激光切割模版系统",

1971年德国的MARBACH公司也成功地研

制了欧卅【第一台"激光切割专用设备.1981

年,德国的ELCEDE,DO88MANN等

公司也先后开发了包装纸盒CAD/CAM系

统,其中,EDELMANN药品折叠纸盒

包装公司开发的CAD/CAM系统}优化了

生产流水线,并为印版工序提供轮廓图,保

证了印刷模切的一致性,太t大提高了包装

产品的精度.1985年MARBACH公司又成

动地研制了"人机会话型——包装纸盒CAD

系统,使激光模切按术得到了有效地推广

和应用.在l986年的印刷纸张博览会

(Drupa)上,德国的L氍8公司所展示的"纸

图1—1CIM系统构成示意图收稿日期}1992—11—11

%

R

许文才折叠纸盘结构设计及CAD

盒样品切割仪",引起了极大的关注,成为

当时包装纸盒CAD/CAM的典型产品,计

算机辅助设计之后,经"切割仪压痕,藏

切,可迅速为用户提供高质量的纸盒样品,

躏时为印刷工序提供图形软片.同年ERPA

公司研制了包装纸盒立体图CAD系统,在

屏幕上显示纸盘的展开,闭台过程,井能从

各个角度对设计的纸盒进行观察,为用户选

择纸盒形状提供了方便.

到目前为止,国外已推出T数百种一包

装纸盒(纸箱)CAD/CAM系统软件,

市场上比较流行的有:ELCEDE,

KRUSE,CAPE,ERPA,MARB

ACH,SERVO,OVATION,BACH?

ER,CSG,KONGSBERG等.利用计

算机可迅速绘制印耐背衬加工轮廓图,盒

片排料棋切图.井用计算雕刻背衬,激光切

割模版,实现了纸盒样品的CAM,满足r

纸盒包装自动化(给料,开盒,装填,封闭)

目条件.

我国一些f究单位和企业在包装GAD/

CAM技术的研制与开发方面,已做出了成

绩.如上海玩具研究所研制的"ZSFCAD

系统,天津上海激光研究所开发的"激

光切割模版系统".目前大多数中,小型纸

盒厂仍采用手工绘制印刷,背衬加工轮睇

圈,盒片模切排科图,手i锯切(或半机械

加32)模版,雕刻背衬,周期长,效率低,

雎以保证尺寸精度,盒杯成型不精美,直接

影响了商品的销售及市场竞争力.加之在设

计纸盒结构"既无标准,又无没计依据,

结构参数不台理,糊盒时易出现废品,更谈

不上纸盒包装自动化.

由此可见,很有必要探讨纸盒结构参数

的设计原则,开发推广多种形式,多种功

能的纸盒CAD/CAM系统,促进产品的更

新换代,以提高市场竞争力.

2盒片加工尺寸计算式的修正

设计纸盒盒片结构尺寸时,首先应按照

产品的外形尺寸和纸板厚度求出符台运输包

装尺寸规格的纸盒外形尺寸,然后根据纸板

的压瘫宽度(或折叠弯曲尺寸),计算出盒

片的主要加工尺寸.现以最简单的盒体为例

加以说明.如煳2一l所示:

,占,(日)为盒套的内径尺寸I

,占,(日)为盒套的外形尺寸I

,占,(日)为盒套的加工尺寸.

我国目前使用如下公式计算盒片尺寸:

r+26+

{占一B+2d+K,(2—1)

L日一日+26+,

式中,6为纸板厚度,伪加工余置.

由图可明显看出,此式中除<,外,

占>占,(日>H,)是不台理的,影响了纸

盒的设计/制造精度.因此必须进行修正.

从图2-1申可看出,纸盒的外形尺寸应

为:.

:+36(忽略粘结边腔的厚度)

{

,_占+26(2-2)

每一折叠弯曲处的压痕宽度;6+K,

由此可得盒片的加工尺寸:

,=十+I=+26+K

)B=丑:+2,=B++K,

lAz=A+=;++^,

L占:≤B～6

A2B一

^.

B2

F

图2-1盒套模切尺_r

,

包装工程PACKAGINGENGINEERING"VoI.14№21993

同样有盒盖,盘底时应有:

,HH:+2a

{(2-3-2),

HH+6+K

古并式(2—3—1),(2—3—2)后并修正为:

,

+2d十K

lB=B:+6+K

H一日+6十(2—3)

IBz≤B一6

,

2=-4—6

显然,纸盒的外形尺寸小于盒片的加工

尺寸,即:

f<

{B<B(2—4)

IH<H,

从国外纸盒行业来看,所采用的计算式

fA=A+1.5d

{B—B+6(2-5)

tH=H+6

中也存在关系式<.B<B,H<H.

计算式(2--~),既符合蚝盒结构尺寸关

系,又考虑了盒片的加工模切余盈.经某纸

盒厂验证,币仅能提高盒片的加工精度,降

低自动蝴盒的废品率,而且有利于纸盒包装

固a)脏牯式

自动化.

为了克分利用纸箱及运输:[具赞箱的堆

码空间,降低运输成本,在计算机辅助计

纸盒外形尺寸时,还要依据标准纸箱和货箱

的内径尺'寸调正纸盒的主要结构尺寸,以

得到最佳的装载堆码方案.也可在产品的形

体设计阶段,用CAD软件模拟设计纸盒尺

寸,任不影响产品功能的前提下协调产品形

体尺寸与纸盒(箱)尺寸之间的关系,以降

低产品的包装和运输成本.

3折叠纸盒的盒片结构设计

印有商标图案的薄纸板经高速模切机

裁切,压痕,自动糊盘机折叠,粘边后形成

一

种韧性的折叠纸盒.其最大特点是以折叠

状盒片储存供货,因而犬大节省了仓储空

问和运费}也适台于自动包装,使用时可在

自动包装机上完成开盒成形,装填.封口

等工序}同时,也便于销售和陈列,印刷适

碰性强,有利于商品的宣传和推销}具有易

于加工,成本低b生产效率高等优点,被

广泛应用于食品,药品,玩具及日用百货的

包装.就拿美国来说,1.990年仅折叠纸盒总

b)插^代

e】自薪式(锁1毵式)

图3—1折叠纸盘曲基本封口式

许文才折叠纸盘结构设计及CAD

产值超过了46亿美元,据估计到1995年,总

产值可望接近60亿美元.

折叠纸盘的结构形式很多,从封口的结

构形式可分为胶粘式,插入式插叉式插

缝式,及自折镇底式折叠纸盒,如图3-1所

示.下面以插入式盒盖和自折锁底式盒底为

例说明纸盒盒片的结构设计原则.

(1)插入式盒盖(底)的设计:盒盖

的主要结构尺寸有盒盖宽插舌深,'防

尘侧盖长度g和紧固边高如图3_2所示.

①为了便于插入,盒盖宽8应夺于盒

片尺寸B,即口<B:通常取g=日一d.

②盒盖插舌深,应先按B值大小选

取,然后根据值大小加以适当修正.当

日≤16ram时,取,=10,当l6<B~30mm

时,取,=12,当3O<B~3Bmm时,取,=

14,当>36ram时,取,=18,当100<

≤300时,取,=,+(s-,-,8)j>$00时,取

,=30.

③防尘侧盖长度g原则上应小于A/2

即可,为了优化排列盒片摸切图应取g=

(口+,+x1)/2.对于反搭口插入式折叠纸

盒,可以实现排列废料最少的模切排料图,

如图4-3所示.裁切样品时,既省时省料,

又可减少切刀的磨损.

④紧固边高的大小与尺寸有关,

值愈大剐自应选犬些.(值范围s一8mm).

@为了满足自动包装帆的要求,设计

插舌时,应使其两边为过渡圆弧状,以避免

装填商品时损坏商品.插舌圆弧半径为

(,+2),插舌的主要形式有四种,如图3—3

所示.

⑩为了避免商品在流通过程中遗露,

或未经允许,被他人随便开盒等现象,在设

JI.

.

.

'

一-,--l抖一一M2

{口IiI★

lI『J

ii?yI—一^2～一I.一—_.一L一一B2——?B

—

i

}广]!f

图3-2折叠纸盒盒片碧构图

图3—3插舌的主要结构形式

●

l

屯l装工程旦INEIN—GVoI-110..…一9,3

计插盖(底)时,最好在结构上作一些改

进,即带有"自锁扣装置.对于微型纸盒

(≤t8mm),职=4,对于中型纸盒职

=

5—6,对于稍大的纸盒(>150ram),

取=10ram.锁扣高度4mm}锁扣留量

VI=0.7一1.2,插肩缩进量如=d十0.2.

①由于普通侧盖闭合后压痕线附近易

出现凸包,造成开盒难,闭盒难,不便于自

动机包装.为了避免这些现象,可设计带有

槽口装置的侧盖结构.ⅢI=2.5,m2=4—

6ram)"=4ram.

(2)盒体尺寸计算:

纸盒的内径尺寸(,B:,H)取决于

商品的外形尺寸,而盒体结构尺寸又取决于

纸盒内径尺寸,纸板厚度d以及加工崇量

.即:

,A=A:十2d十

IB=B+d十

H=日十6十

I=A--~

,B:≤B一6

充填量l—d.

粘结边宽c主要取决于纸板厚度6.即:

,10当d≤0.55

c一(12当0.55<d≤0.7

5当d>0.7

对于比较大的纸盒,当十B>250ram,且

C<12ram时,应取C一12.

(3)盒底结构尺寸的设计:

①如图3-2所示的盒底结构尺寸应由

下式求得:

fl=A/2

JD=(+1一I)/2

1日F一0.6B+8

HL=0.1B+D+6≤/2

@如图3-4所示的锁底结构尺寸,应

由下式计算:

rHF=0eB+8

ts:152

4折叠纸盒结构CAD软件功能

一

个完善的CAD系统应具有下基本

功能:a).快速计算,生成图形,b).存储

大量程序和数据信息,并可实现快速检索I

c).有人机交互通讯的操作功能Jd).输入

图形的形状尺寸.设计参数的手段}e).输

出数据信息及图形.

依据上述营本要求,我们编制了折叠纸

盒结构计算机辅助设计软件ZHCAD.

(1)盒片结构形式的选择:

通过调用标准纸盒盒片图形库,用户可

以菜单方式选择符合自己要求的盒片结构形

式然后输入盒体尺寸长,宽,高和纸板厚

度后,可立即显示或打印盒片结构图,也可

在指定的幅面尺寸上进行优化排料,输出盒

片模切排料图.

(2)自由设计:

利用软件的基本图形命令设计任意形状

的纸盒结构,便于发挥设计者的创造性,开

发新颖的纸盒结构.首先应按前面的设计原

2

圈3纸盒的锁底结构

一～～..一一

兰塑一妻聱曼一一一一一一～

则,求出盘片各个尺寸,其次职方向和方

向的各摸切边及压痕边的坐标变量为L和

lyi,并写珀相应的关系式,然后设计.绘制

盒片图

(0j变形设计:

从标准图形库中调出相应的结构图形,

调整或改变主要参数(,,)和局部尺

寸,取迅速得到改进后的盒片缩构图.

(4)组台设计:

从盒片图形库串选择理想的盒盖,盎底

与盒体拚接,组合新的纸盒结构.

(5)放缩功能:

—

日

/

:5的I

图4-1局部结构的放大

G470

利用比例命令菜单对整个圆j爹竣局部图

形进行放大,缩小-以便清晰观察其细静结

构.如图4一!所示.

(6)优化排料:

台理进行盒片摸切排料,不仗能节省纸

板原料,还能减少不必要的重复模仞,缩短

加lf:时间,延长机器寿命.

如图4-2所示的盒片结构尺寸,ft

254.90,2—158.60,j.=90.80-在幅面

尺寸为780×54,0的薄纸扳上排料?(取印刷

25490——————.——.—.—一一

广.厂]

lU营1.....一

』———,

匿4-2盘片结构尺寸

圈4-3播^式盒片排料方案

色

鬃

】

焉

J童

包装工程PACKAGINGENGINEERINGVoI.14№2199395

咬口12ram).

(a)若上下排不重叠,排数只有9

个,所占面积为:3lX3l2=764.7x4758.

(b)若上下排完全重叠,但币相交,

(即排料间隙为0)在g=(口+,+)/2条

件下,排科数可达15个,如图4—3所示,所

占面积为2,11X(4L+2)一764.7X521.8纸

板利用率为:(764.7X521.8)/(780X54O)

一

94.7呖由此可知,方案b)比a)多排料6个,

即相当于纸板利用率提高了f15—9/9

=

6667%

在一定纸板幅面上排科,方式不同,排

到个数也不…样,如图4一{所示:采用形式

a),d)可排9个采用b),c)形式排料,最

多只能排6个盒片.

设计盅片排料时,只要输入纸板檀面尺

寸和排料间隙,便可迅速显示输出优化排

料方案,排料个数,纸板利用率以及有关设

计参数.

图4.4自折锁底式盒片排料方案

5结束语:

利用计算机设计纸盒盒片结构,绘制印

版,背衬加工轮廓图,模切排料图,既缩短

了周期,又保证了精度,并为纸盒的计算机

辅助制造提供了必要条件,而且便于实现纸

睁包装自动化.本文所研制的ZHCAD软

件,使用简单方便,用户既能迅速选择最

佳盒片结tO,优化排料方案,又能进行自

由,变形组合设计任意结构形式的盒片模

切图.

●考文献(略)

许文才折叠纸盒结构设计及CAD

TheStructuralDesignandCADofFoldedCarton

XuWencai

(ShanxiMachineryInstitute)

ThispaperfflvJews/hestatusofthecRrtondesignbothathomeandabroadand

itstendencyinfuture.

Thenitmodifiesthecomputingformulaforthesize—strueture

clostyle

andautomaticfoldbottomelosostyle.

twareCADandpackTWO-

DIMENSIONALDRAWINGhasbeengiven

geywords:foldedcarton,structuraldesign,CAD/CAM/CIM

水溶性农药包装薄膜L//

英国帕拉格安公司生产了一种能在水中溶解的新型聚乙烯薄膜.巳被用作准确定

量的农药在兑水使用前

的包装.这种包装薄膜无毒无害,能抗静电可用热封台还能着色和印上花纹图案甚

至使其带上香味.

它为一次性使用物品可以非常有散地保证包装内_柏气体不外溢,并能抵抗各种

化学农药的腐蚀.

几天内完全降解的生物包装材料

牵惠萍译

英国巴泰菜公司研翩成一种新型的能完全辟解的生物包装材料.这种包装材料的

主要原料是淀粉,它

在正常的干燥条件下不会分解.但是在水里或潮湿的土壤中微生物在几天内就把

它分解成二氧化碳和承

新材料适明,柔软,很容易制成所需要的包装形状.在包装行业具有广泛的用途.

更正

李惠萍译

《包装工程》1992年革6新.目次中.武器维修器材包装系列研究(9)——包装尺

寸…"李宪栋王福

泰等应为.武器维修器材包装系列研究(6)——包装尺寸……王福泰杨连喜等,274

页276页278页书履

中.李宪檐等,应为:王福泰等;299页1992年包装工程总目次,武器维修器材包装系

列研究中(6)——包装

尺寸"李宪栋等应为;(6)——包装尺寸……王福泰等.

●,

包麓薯舞|I