瓦楞纸箱系统设计软件的研究与开发
摘要：本文研究在产品进行缓冲包装设计后。在已知产品缓冲包装后的尺寸、包装件的运输条件以及不同瓦楞纸板的强度参数的基础上进行瓦楞纸箱系统设计的理论研究，并进行软件的开发，目标是在输入已知条件后通过软件求得纸箱的型号、参数和结构尺寸。
关键词：瓦楞纸箱外尺寸制造尺寸
引言
随着计算机技术的飞速发展，计算机的应用领域日益扩大世界许多发达国家已经将计算机辅助设计(CAD)技术广泛应用在包装工业中，并从中获得了显著的经济效益，可以预料在包装工业未来的发展中，CAD将发挥越来越重要的作用。CAD可把人们的经验、智慧、创造力和计算机的高速运算、储存、判断、对话等功能结合起来，有利于发挥人和机器各自的特长。CAD系统还可以将图形直接显示在屏幕上，结果十分清晰。使设计师能够方便地进行修改。根据用户的要求，对各种方案做出选择，做出最佳的设计效果。CAD设计减轻了劳动强度，计算机代替了手工绘图，缩短了设计周期，大大提高了效率由于瓦楞纸箱具有质量轻、强度高、易加工成型、易折叠、便于储存和搬运、易回收和再生利用、印刷适性优良、成本低廉等特点。使它可以广泛地用作各种产品的销售包装和运输包装，正是瓦楞包装在包装上的广泛应用，使得应用瓦楞纸箱与计算机技术的结合日益成为一种趋势。这种结合能够充分发挥计算机技术的优越性，使瓦楞纸箱设计者减少劳动强度和不必要的重复性工作，大大提高了工作效率，也提高了企业的竞争力，为企业增加效益。
瓦楞纸箱尺寸设计理论
1、瓦楞纸箱内尺寸理论计算公式⋯
确定纸箱内尺寸的原则是，既要保证产品能够顺利地装入箱内，又不使产品在箱内有明显的移动空间。因此，纸箱内尺寸应稍大于内装物的外廓尺寸。这个为了“稍大”而取的尺寸增量称为瓦楞纸箱的内尺寸修正系数，用“K” 表示。
2、瓦楞纸箱制造尺寸理论计算公式（2)
(1)箱体长、宽、高度制造尺寸计算公式
制箱时的下料尺寸称为纸箱的制造尺寸。在实际设计中，仍用k修正，即X=Xi+k (1)
X：瓦楞纸箱长、宽、高的制造尺寸(mm)；Xi：纸箱内尺寸(mm)；k：制造尺寸修正系数(mm)
(2)接头尺寸
瓦楞纸箱通过钉合或黏合剂黏合接头来成型时，接头的尺寸一般根据瓦楞层数及工厂的工艺水平而定。
(3)对接摇盖制造尺寸
在纸箱摇盖对接封合的箱型中，如0201、0204、0205、0206、0207等，摇盖宽度制造尺寸理论值应为箱宽或箱长的1／2，但是由于摇盖的回弹作用，必然在摇盖对接处产生间隙，使封箱不严造成内装物遭尘埃污染。因此，对接摇盖宽度制造尺寸应加一修正值，这一修正值称为摇盖伸长系数，用Xf表示。
(4)02类插底结构加工尺寸
02类型插底结构加工尺寸如下：插底凸缘宽度K一般在15～3Omm的范围内，依瓦楞纸板厚度取定。E楞、B楞瓦楞纸板，取K值为15～25mm。对C楞、A楞瓦楞纸板．取K值为25～3Omm。锁口尺寸E取值是：纸箱长宽比L／＼～为1—2．5时，E取值Lm／4；L／＼～为3或者3以上时，E取值Wm／2。如果不能达到所需强度。可以采用中间加锁的措施，一般以空间的1／3作为锁的大小，在这方面没有更多的限制。
(5)自锁底结构的制造尺寸
使用自锁底结构的纸箱多为O7类的纸箱，现就以07类中使用自锁底结构最具代表性的0712和0713为例来说明自锁底结构的制造尺寸计算方法。底部自动锁合结构制造尺寸如图1所示：
图1 自锁底制造尺寸图
图1中尺寸C为底部粘合空角长度，简称空角长，其值应根据所用瓦楞纸板厚度确定，但有一最大极限值，即不能大于12mm。尺寸u为底部突缘宽度，简称突缘宽，其值应根据所用瓦楞纸板的长宽尺寸和内装物的重量，重心分布而确定。在宽向尺寸和商品重量较大，重心位于中部的情况下，u值取大些，反之取小些，但u值的极限范围是15～3Omm，过大或过小都有一定弊病。
3、瓦楞纸箱外尺寸理论计算公式
在流通过程中，不论运费的计算，还是箱面标志中的体积，都要以外尺寸为准。可根据制造尺寸计算外尺寸，即：X0=×+K (2)
式中X0：纸箱外尺寸(mm)；X：纸箱制造尺寸(mm)；
K：纸箱外尺寸修正系数(mm)
表2为瓦楞纸箱外尺寸修正系数。
寰2 瓦楞纸箱，尺寸 正系蠡(I1'11111)
楞型 A B C E
K 5—7 5—74—6 2—4
楞型 AC AB BB BC
K 9—13 8—126—10 7—11
A A
10—14
CC
4、瓦楞纸板的材料选择
瓦楞纸箱选择瓦楞纸板有两种途径，其一是根据瓦楞纸箱尺寸和内装物重量，通过查表选取一定技术指标要求的瓦楞纸板；其二是根据抗压强度或堆码强度要求，通过公式计算选取一定边压强度的瓦楞纸板。瓦楞箱纸板的选配是基于瓦楞纸板的耐破强度，因为瓦楞纸板的耐破强度基本由作为面纸的箱纸板提供。只要判断出瓦楞纸板的代号和耐破强度及箱纸板的耐破指数即可求得箱纸板的定量了。
瓦楞原纸可根据原纸环压强度选择。利用凯里卡特公式。
可以求出原纸的环压强度，根据环压强度可以选择合适的瓦楞纸板原纸配比。也可以根据纸板边压强度或纸板强度系数值选择瓦楞原纸。
瓦楞纸箱的强度校合
1、瓦楞纸箱的抗压强度
通过对纸箱抗压强度的影响因素的研究可以得出很多瓦楞纸箱抗压强度的经验计算公式，其中最为人们重视的是凯里卡特公式，所以，本瓦楞纸箱尺寸设计软件校合计算瓦楞纸箱的抗压强度是使用的经验公式是凯里卡特公式：
Pc=1 68Px(4a×z亿)2／3 Z J (3)
式中Pc为纸箱的抗压强度(N)，Px为瓦楞纸板的综合环压强度(N／cm)，Z为纸箱周长(cm)，aXz为楞常数，J为箱常数：
2、瓦楞纸箱的堆码强度（2）
(1)堆码强度的计算公式
由于抗压强度式在瞬间动态作用下压坏纸箱的负荷，而堆码强度则是在持久静态作用下纸箱所能承受的负荷，前者比后者要大得多。考虑安全系数(由货物的存储期和存储条件决定)堆码强度的计算公式为：
P=W(h／H一1)(4)
Pc=K P=KW(h／H一1)(5)
式中：K为瓦楞纸箱堆码安全系数，Pc为空箱抗压强度(N)，P为空箱堆码强度(N)，W为每件货物(包装件)的重量，H为纸箱高度，h为堆码高度。
(2)堆码强度的校合
通过上文关于纸箱抗压强度和堆码强度的描述，要一个纸箱有足够的堆码强度，则其抗压强度必须大于堆码负荷，其表达式为：
Pc≥ KP即Pc≥KW(h／H一1) (6)
3、耐破强度的校合
纸箱的耐破强度和箱纸板的耐破强度有如下关系：p=0 95ΣrQ (7)
式中P为瓦楞纸板的耐破强度，r为箱纸板的耐破指数，Q为箱纸板的定量。
通过上式我们知道只要我们所选取的箱纸板的耐破强度之和大于所选择的瓦楞纸板的耐破强度，即认为箱纸板的选材合适。
以下将对本软件运作的主要流程进行说明，见图2。
第一步是输入条件，需要输入的条件包括：缓；中包装后的内装物外廓尺寸(长，宽，高)；纸板复合层数(单瓦楞，双瓦楞还是三瓦楞)；销售范围(外销，内销，经济包装)；楞型组合(即单瓦楞是使用A楞或其他楞型，双瓦楞是使用AB楞还是其他楞型搭配)；瓦楞纸箱箱型(如0201)。
第二步是查询制造尺寸及外尺寸的修正系数数据库，这些数据库的内容包括：瓦楞纸箱内尺寸修正系数；02类瓦楞纸箱制造尺寸修正系数值；纸板厚度表；02类纸箱摇盖伸长系数；瓦楞纸箱外尺寸修正系数。
第三步是对瓦楞纸箱进行强度校合，校合的过程如下：
计算出瓦楞纸箱的最大综合尺寸(外尺寸长，宽。高之和)，将瓦楞纸箱的最大综合尺寸和该瓦楞纸箱所选用的纸板复合层数(单瓦楞或双瓦楞)结合作为查询条件，查询数据库“瓦楞纸板表，得出一个瓦楞纸板的代号，再将内装物的质量和该瓦楞纸箱所选用的楞型结合作为查询条件，查询数据库”瓦楞纸板表，得出另一个瓦楞纸板的代号，对比两个瓦楞纸板代号，选择种号大的那个代号，确定纸板代号的最终目的是可以从数据库中得到该瓦楞纸板的强度系数如抗压强度和耐破强度。得出瓦楞纸板的强度参数后，校合过程可以有两个方案选择，一个是快速选材及校合和自定义选材及校合
第四步是输出结果。输出的数据包括：瓦楞纸箱的制造尺寸及外尺寸，内外面纸和中间垫纸的等级和定量。瓦楞芯纸的等级和定量，瓦楞纸箱的计算抗压强度及计算的堆码负荷；对于通过快速选材及校合选项的，输出结果还有堆码层数。而对于通过自定义选材及胶合的则包括瓦楞纸板的计算耐破强度和纸板要求的耐破强度。
结论
本文介绍了瓦楞纸箱系统设计的理论，以及在此基础上软件的开发 CAD系统可以将设计得出的各项参数直接显示在屏幕上，使设计者能方便地根据客户的要求进行修改，得出各种不同的方案可供选择，从而作出最佳的设计方案随着科技的发展以及学科的交叉性，将会继续在包装领域开发CAD系统。