包装工艺学课程设计Word下载.docx
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果汁中保留有水果中相当一部分营养成分，例如维生素、矿物质、糖分和膳食纤维中的果胶等，所以在流通过程中对饮品质量影响影响最大的是温度，对包装瓶影响最大的是压强，此外还有振动，气体粉尘以及微生物等其他影响因素。
微生物过多，会分解果汁中的营养成分，加快果汁的变质速度，损坏果汁的风味。
温度过高也会使果汁中的营养成分遭到破坏，而且会使瓶内的空气压强升高，引起爆瓶。
温度太低，会让果汁凝固为固态，使其体积增大，也有可能会出现爆瓶现象。
如果在运输过程中的振动过大，会使包装箱跌落，致使包装瓶出现裂纹等损坏的状况。
气体粉尘进入也会破坏果汁的风味，使果汁口感下降。
为了保证果汁的口味和品质，因此选用的包装材料应该具有较好的阻热性，防振性，耐压性，密封性，而且在果汁灌装和包装过程中都应该尽量在无菌的环境中进行。
以达到对果汁包装的防潮，防震，隔热，耐压，密封性能好的目的。
2.2饮品包装保护方案
2.2.1销售包装的定位
果汁中含有很多的维生素，矿物质，果胶等营养物质，适合于各个年龄段的人群使用，相对于碳酸型的饮料，在消费者群体方面具有很大的优势。
参考450ml鲜橙多的价格，将600ml鲜橙多的价格定在3.5元到4元之间比较合理。
现在的鲜橙多果汁在大型超市、零售店、自动贩卖机等地方都有出售，考虑到经常到这种地方消费的主要是年轻人和中年人士，所以对这款果汁的包装定位于中等档次的包装中添加一些突出的，吸引人眼球的元素。
2.2.2包装方案的确定
现在市面上的鲜橙多果汁包装形式主要有以下几种，如图1所示
图1鲜橙多的包装
易拉罐包装方式具有遮光性，热传导性，密封性好的特点，尤其是对密闭性要求比较严格的饮品具有很好的包装效果，而且制造易拉罐用的材料主要是马口铁和铝，比较容易回收，再利用价值很高，但是易拉罐壁的厚度比较低，这样就制约着易拉罐的体积，使其比较适合于包装中等体积大小的饮品。
PET瓶包装方式所用的材料表面平滑有光泽，透明度高且能够防紫外线，稳定性好，不易于其他物质发生反应，而且在很宽的温度范围内都具有优良的物理机械性能，对气体，水分等物质的阻隔性能也很好，最重要的是无毒，卫生安全性能好。
PET瓶的成型主要是采用注塑成型加工法，因此能够制造出形状较复杂，容积较大的包装容器。
主要适合于大体积的饮品包装。
利乐包包装的容积率相对较大，而且这种包装形状更易于装箱、运输和存储。
如果从技术角度来看，利乐包是由纸、铝、塑组成的六层复合纸包装，能够有效阻隔空气和光线，延长饮品的保持期，但是由于这种复合材料中的铝很难被分离出来进行回收利用，造成了巨大的浪费，如果处理不当还会对环境造成破坏，因此这种包装主要适用于体积比较小的饮品的包装。
综合上面几种包装的优缺点和果汁包装要求的考虑，对600ml鲜橙多采用塑料瓶的包装形式，将会具有较好的安全卫生，耐热，耐压以及密封等性能。
相对来说，塑料瓶包装会对果汁的风味和质量达到最好的保护性。
2.2.3饮品包装的保存期
鲜橙多橙汁是采用新鲜的橙汁等水果作为主要原材料，现在市面上PET瓶装的鲜橙多橙汁的保持期一般都是1年。
在夏天，果汁的生产和需求量都特别的大，虽然夏天的温度对果汁的影响非常的大，但是果汁在夏天的销售周期也只有2到3个月，使用PET瓶足够在这段时间保持果汁的风味和质量，达到包装的要求，因此选用PET塑料瓶作为它的包装容器比较合适。
3鲜橙多包装的结构设计和计算
3.1销售包装容器结构的设计
由于橙汁类饮品中会有果粒之类的沉淀物，为了确定瓶中的沉淀物是否是果粒，销售包装的包装瓶应该具有很好的透明性，PET塑料瓶具有这一优点。
因为销售此次销售包装的体积为600ml，比普通饮品的中等体积装要多一点，所以将PET瓶身设计为下圆柱形，上漏斗形的结构，能够比较容易的注塑成型，而且在下瓶身上还设计有加强筋，来增加瓶身的挺度。
在瓶子的底部设计有凹槽，也是为了便于成型，同时能够使瓶子比较容易的放平稳，其示意图如图2。
图2PET瓶的示意图
3.2包装容器结构尺寸计算
3.2.1瓶身主要尺寸的设计与计算
包装容器的瓶身如图2设计为下圆柱，上漏斗状的形式，设瓶身上部分的高为h1，下部分的高为h2，上部分瓶口的半径为r1，下部分瓶身的半径为r2，瓶身上部漏斗状部分的母线水平面的夹角为α则
（1）
根据市场上面现有的PET瓶的形状，取h2=4h1，α=60°
，r1=15mm，而且
（2）
联立
（1）
（2）两式可以求出r1=15mm，r2=35mm，h1=35mm，h2=140mm。
3.2.2其他尺寸的设计与计算
参考市场上的PET塑料瓶，瓶口的高度h3=20mm。
下半部分的瓶身上，有加强筋的部分约占下部分瓶身高度的2/3，加强筋的截面形状为具有一定拔模斜度的梯形，梯形的上底长为l1=5mm，下底长为l2=9mm，加强筋的厚度为3mm。
沿着瓶身均匀的分布六个。
瓶底凹槽的深度为4mm，半径为29mm。
根据行业标准确定PET瓶的瓶身厚度为0.2mm。
瓶身的结构示意图如图3：
图3PET瓶的结构图
3.3缓冲包装设计
3.3.1缓冲结构的材料
目前制作缓冲衬垫的材料主要是瓦楞纸板和发泡塑料。
现在市场上的瓦楞纸板其性能优良，挺硬性很高，具有较高的力学强度，耐压，弯曲性良好，受力时有抵抗变形和保持原来形状的能力。
经过压痕，模切，成型等工序，制作出特定的形状，来达到固定和缓冲产品的目的。
并且瓦楞纸板对环境没有污染，能够回收利用，是很好的绿色包装材料。
在产品缓冲中，常用的发泡塑料是发泡聚乙烯，简称EPE，是一种具有高强缓冲吸震抗震能力的新型环保包装材料。
它柔韧、质轻，富有弹性，回复性好，能通过弯曲来吸收和分散外来的撞击力，达到缓冲的效果。
同时，发泡聚乙烯具有保温、防潮、防磨擦、耐腐蚀等一系列优越的使用特性。
但是这些塑料都很难降解，对环境会造成比较大的污染，而且不能回收利用，造成资源的浪费。
综合上面的影响因素考虑，选用瓦楞纸板作为饮料瓶的包装比较合适，符合现在的绿色包装的思想。
3.3.2缓冲结构的设计
对于PET饮料瓶来说，由于它本身就有一定的防震吸振功能，不需要在箱内设计特定的内衬结构在固定它的位置，只需要将饮料瓶均匀紧密的排列在一起，就具有一定的缓冲效果。
把瓦楞纸板做成纸箱，既能够作为饮料瓶的运输包装，又可以对箱内的饮料瓶起到缓冲作用。
所以采用瓦楞纸箱作为产品的缓冲结构。
3.3.3缓冲结构的尺寸计算
此次设计采用6*3的形式，即每一竖排放6瓶，每一横排放3瓶，每一箱包装18瓶。
结合前面瓶身设计过程中最终的尺寸，所以，一箱饮料瓶的
总长L=2r2×
6=2×
35×
6=420mm
总宽B=2r2×
3=2×
3=210mm
总高H=h1+h2+h3=35+140+20=195mm
考虑到产品在实际制造的时候会不可避免的产生制造误差，所以考虑到允许范围内的误差，该产品内装物的外廓尺寸为430×
216×
196mm。
0201型瓦楞纸箱是目前用得最多的瓦楞纸箱之一，此箱型上下都有摇盖，箱坯在纸箱厂钉合或者粘合接头，空箱作为货物运输或者回收的时候，可以折叠平放，大大的减小了所占用的空间，在产品装箱的时候，只需从中间将箱体张开即可进行装箱。
结合本产品的实际尺寸和产品重量，选用0201型一页箱的单瓦楞纸箱。
内装物的外廓尺寸为L0＝430mm，B0＝216mm，H0＝196mm，公差△X0在长度与宽度方向取3～5mm，高度方向取1～3mm，由此确定的纸箱箱内尺寸：
Lˊ=L0+ΔXL=430+4=434mm
Bˊ=B0+ΔXL=216+4=220mm
Hˊ=H0+ΔXH=196+3=199mm
因为该产品会出口到国外，所以选用A等楞型的瓦楞纸板。
根据02型纸箱制造尺寸的修正量此表[1]，查出该纸箱的尺寸修正量，确定制造尺寸如下，
L1=Lˊ+6=434+6=440mm
L2=Lˊ+4=434+4=438mm
B1=Bˊ+6=220+6=226mm
B2=Bˊ+3=220+3=223mm
H=Hˊ+9=199+9=218mm
根据瓦楞层数和生产工艺水平，取接头J的制造尺寸为40mm
对于0201型纸箱，A型楞单瓦楞纸板外摇盖的伸放量为2~3mm，取2mm，所以外摇盖的制造尺寸F=B1/2+2=226/2+2=115mm
对A型的单瓦楞纸板，加大值△X取5～7mm，长度和宽度方向的加大值取5mm，高度方向取上限7mm，由此确定的纸箱外尺寸为:
L〞=L1+ΔXL=440+5=445mm
B〞=B1+ΔXB=226+5=231mm
H〞=H+ΔXH=218+7=225mm
3.3.4缓冲结构的展开图
缓冲结构的展开图如图4所示。
图4缓冲结构的展开图
4鲜橙多包装工艺设计
4.1包装工艺规程的制定
4.1.1包装工艺路线的拟定
鲜橙多在包装加工过程中，应该尽量做到要在无菌环境中进行，因此所有的包装设备和包装品都应该在使用前灭菌消毒，然后才能进去灌装工序。
灌装好的饮料要接受技术人员的检验，确认没有问题才能进行后面的销售包装步骤，以及装箱，堆码和入库。
鲜橙多的工艺路线图：
包装准备→制瓶→清洗，消毒→灌装→压盖→检验→贴标→喷码→装箱→堆码→入库
4.1.2包装工艺设备
给定的年产量为2万t，600ml的瓶装鲜橙多果汁质量为0.72kg。
因此：
年产罐数为2×
108/0.72=277777778（罐）；
平均每分钟生产罐数为277777778/（365×
24×
60）=528（罐/分）=31680（罐/小时）
在选择包装生产线上的机械设备时，每部分设备的生产能力都应该大于或者等于528罐/分。
如果一台设备的生产能力达不到要求，可以用多台设备一起生产，来达到包装线的生产要求。
考虑到生产中的换班，停机检修等消耗的时间，确定设备时最好选择生产能力比528罐/分高出一些的设备。
包装过程中需要用到的机械设备以及主要参数和功能如下：
（1）注射吹塑机
选用型号为SCZ0.8x3注射吹塑机，其主要参数如下表：
表1注射吹塑机的参数
可成型制品的容积范围
0.015-0.8L
可成型制品的髙度
≤200ml
可成型制品的直径
≤100ml
回转装置
水平三工位
吹塑模开启行程
120mm
注射模开启行程
螺杆转速
10-235r/min
（2）杀菌消毒机
由于PET瓶不能承受太高的温度，否则会发生变形。
因此在杀菌消毒的时候应该选用低温处理的方法，在食品包装领域中，常采用的是紫外线灭菌法。
因此选用紫外线灭菌机。
（3）灌装机
选用GFP-18型全自动负压灌装机，采用真空灌装，速度快，无瓶供给或瓶子破损不灌装，减少料液损失。
而且可以很精准的控制灌装液体的液位高度，误差在±
1mm之内。
其具体参数如下表
表2灌装机的参数
生产能力
10000-50000瓶/小时
适用瓶高
100-400mm
适用瓶颈
16-34mm
灌装头数
36
灌装量
100-900ml
（4）压盖机
对灌装完成后的饮料品进行压盖，封口操作，也可以起到一定的防伪功能。
由于在包装工艺中，大多数设备都是采用气动式的，比较干净卫生，因此选用型号为QDX-450的台式气动旋盖机。
它的主要参数如下:
瓶盖直径：
Φ10～Φ50MM
旋盖速度：
20～40次/分钟
适用瓶高：
40～200MM
因为包装机的生产能力为528罐/分，所以要选择的压盖机的数量应该为
n=528/40=13.2（台）
考虑到其他因素，为了适应整台机器的生产能力，选用14台压盖机同时对灌装完成之后的饮料瓶进行压盖操作。
（5）翻罐器
适用范围:
对饮料瓶进行旋转，在罐装工序中需用到。
结构组成及参数：
（1）由直径8mm不锈钢条结构,全程360度旋转
（2）支承件为不锈钢材料。
（6）自动清洗机
对从制瓶工序中制作出来的瓶子进行清洗，除掉里面的残留物。
（7）贴标机
将印有鲜橙多销售包装图案的卷筒包装材料按一定的长度切断，然后贴在封口完成后的瓶身部位。
（8）喷墨机
将产品的生产日期以一定的方式，印在瓶盖的密封位置处。
（9）堆码机
将封合完成后的纸箱以交错排列的形式在托盘上堆码整齐，方便入库。
4.1.3包装品的确定
注射吹塑过程中需要PET流体塑料，清洗过程中的碱液和纯净水，灌装过程中需要果汁，压盖过程中需要瓶盖，贴标过程中需要印有销售包装图案的卷筒膜包装材料，喷墨过程中需要墨粉，装箱过程中要瓦楞纸箱的箱胚，堆码过程中需要托盘。
瓶装果汁的包装工艺简表如下
表3瓶装果汁的包装工艺简表
工序
工步
工序内容及要求
包装设备与工艺设备
包装产品
名称
数量
1
2
3
包装准备
准备无菌果汁
验收卷筒包装材料
检查纸箱
4
5
制瓶
型坯芯棒插入注射模
注射塑料流体
型坯和型棒转移至吹塑模
通入压缩空气进行吹塑
开模取出瓶子
SCZ0.8x3注射吹塑机
PET塑料
6
7
清洗，消毒
进罐
碱液冲洗30s
纯净水冲洗30s
倒立排水
通入压缩空气吹干
用紫外线杀菌15s
出罐
自动清洗机
紫外线灭菌机
PET瓶
碱液
纯净水
灌装
将容器翻转90°
上升到灌装工位
灌装果汁
下降离开灌装工位
翻罐器
GFP-18型全自动负压灌装机
压盖
QDX-450台式气动旋盖机
瓶盖
检验
贴标
纸卷上料
包装纸成筒状
切断，粘贴
高温无菌空气吹干包装纸
贴标机
塑料薄膜
8
喷码
自动喷墨机
墨粉
9
装箱
箱坯撑开成箱
排列产品，6*3=18
封箱
装箱机
瓦楞纸箱
胶带
96
10
堆码
在托盘上堆码8层，交错排列
堆码机
托盘
11
入库
叉车
4.2包装工艺过程分析
4.2.1果汁包装工艺过程的分析
果汁在生产过程中，除了要保证环境无菌之外，还应该要保持温度的恒定。
由于机器在运转过程中都会产生热量，因此，生产的时候要保证设备产生的热量能够及时的排除，损坏果汁的风味。
最重要的一点就是各个部分的生产速度都要保持同步，不然就会使机器发生故障，影响生产效率。
（1）制瓶工艺
在制瓶工艺过程中，最重要的一点就是原材料的温度，特别是将型坯从注射模转向吹塑模的时候要严格控制时间，否则就会吹塑失败，一般以50℃为宜。
在吹塑过程中也要掌握好气体的速度，不然就会出现壁厚不均匀的情况。
（2）清洗，消毒工艺
在此过程中，应该保证将碱液清洗干净了，并且瓶内应该保持干燥，不能有液滴。
紫外线杀菌消毒过程中要掌握好时间，太快杀菌不完全，太慢了对瓶子的材料有损伤，以15s为宜。
（3）灌装与压盖工艺
灌装与封口在两个设备上进行，有36个灌装阀，14台个压盖机。
灌装压盖共有8个工步：
①将储液缸内抽真空；
②容器上升；
③将容器瓶抽真空；
④液体流入容器⑤液位上升致预定位置；
⑥自动停止灌装；
⑦容器下降；
⑧压盖。
（4）贴标和喷码工艺
卷筒包装材料的输送速度，还有打印生产日期的速度都应该和饮料瓶的供送速度一致，否则就会出现贴标错位和生产日期打印不上的情况。
（5）装箱工艺
装箱过程首先要用吸盘装置造成负压，撑开瓦楞纸箱，并要保证饮料瓶能够平稳的放入瓦楞纸箱中，不能出现太大的冲击。
瓶子之间应该保持紧密的接触。
以每18瓶为一箱进行装箱作业。
（6）堆码工艺
纸箱在堆码过程中应该交错排列，而且每层纸箱中不能出现空位等不合理的排列方式，堆码的高度不宜过高，以8层为宜。
4.2.2包装件的检验
对流水线上的包装件采用定时和随机抽查相结合的检验方式。
整台机器正常运转起来后，对于压盖工序后的饮料瓶，定时抽查，按照每1h抽查一次的方式进行，每隔6个瓶抽查一个，每次抽查6个瓶。
对于装箱后的包装件，随机抽查一箱饮料的包装性能。
对于饮料瓶的抽查，需要检验以下几个内容：
第一步要看抽查出来的容器里是否有灌装果汁，如果没有成功灌入果汁，说明瓶身存在裂缝，要对制瓶工序进行调查。
第二步要观察瓶内的果汁是否有除果粒以外的沉淀物，如果发现有异物，应该对果汁的生产线进行检查。
第三步要检查瓶口的密封程度是否良好，将抽取出来的饮料瓶颠倒过来，倒置1分钟，如此反复3次，观察瓶口是否有漏液的现象，如果有，就要对压盖工序进行检查。
对于包装件的抽查，需要检验以下几个方面：
（1）垂直冲击试验。
由检验人员将包装箱举到一定的高度，让其自由下落，每个面都重复3次，观察瓦楞纸箱有无破损现象。
（2）水平冲击试验。
检验人员将包装箱放到水平冲击试验仪上，让其顺利滑下，冲击挡板，每个面重复3次，观察瓦楞纸箱有无破损现象。
（3）抗压试验。
在瓦楞纸箱加上设计的最大载荷量，10分钟后，观察瓦楞纸箱有没有损坏现象。
（4）振动试验。
利用专业的振动试验台，测试出包装件的固有频率，与汽车运输的一般振动频率相比较。
如果相差不多就要改进饮料瓶的排列布置。
5设计小结
此次为期一周包装工艺课程设计结束了，在这次课程设计过程中本人觉得收获最大的是关于团队合作和查找资料方面的能力。
这次课程设计的题目是“饮品的包装设计与包装工艺规程制定”。
拿到这个题目的时候，觉得这个题目非常的棘手。
在后面的设计过程中，无论是查找资料，设计参数数据，选定标准还是作图都遇到了很多的困难，许多地方都不知道怎么下手。
和我做同一类题目的还有9个人，他们都遇到了同样的情况。
因此我们在网上建立了一个讨论群，每天大家做课程设计的时候，遇到困难或者对某一点有好的想法都可以在讨论群里面留言，其他的人看到了就可以及时的进行沟通和交流，找到适合的解决方案，尽量每天都保持着不错的进度，这也是本人这次课程设计体会最深的一点。
由于每天都保持着进度，让我可以很好的安排每天的工作量，及时的完成，提前做完了这次的课程设计。
在讨论群里，除了讨论问题之外，最重要的就是分享资料。
因为老师所给的资料特别的少，许多东西都找不到参考依据，我们要在网上大肆的查阅文献，翻看资料。
在查资料的时候，不能直接查找自己所做的题目，最好是把题目细化，针对每一个不同的知识点，在上网查找相应的标准，公式以及其他的重要。
但是一个人的收索范围毕竟有限，查到了资料大家一起分享，这样更方便我们做自己的课程设计，有体现了团队合作的重要性和好处。
最后，这次课程设计让我把AUTOCAD和Solidworks软件温习了一次，让我对它们的运用更加的熟练。
总的来说，这次课程设计对我的影响还是蛮大的，尤其是在时间上面的把握让我能够第一次这么迅速的完成了这次课设。
除此之外，团队合作，查找资料，运用软件都对我有着不同程度的帮助。
6参考资料
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[2]潘松年.《包装工艺学》印刷工业出版社，2004.8
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[4]唐志祥.《包装材料与实用包装技术》化学工业出版社，1996.8
[5]肖禾.《包装造型与装潢设计基础》印刷工业出版社，2000.8
[6]宋宝峰.《包装容器结构设计与制造》印刷工业出版社，1999.8
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物资出版社，1998.3
[10]曾宪楷.《视觉传达设计》北京理工大学出版社，1992.
[11]宋世斌.影响瓦楞纸箱抗压强度的因素及改进措施.包装工程，1996.1
[12]GB12986—1991，纸箱制图.
[13]GB5033—1985，出口产品包装用瓦楞纸箱.
[14]GB6543—1986，瓦楞纸箱.
[15]GB13024—1991，瓦楞纸箱纸.
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