汽車車身大件的出口包裝設計

陳春宇 杜盈臻 趙仲前

摘 要：在存在運輸環境惡劣，運輸時間長并且需要長時間室外存儲的情況下，針對車身大件總成等體積較大的汽車零部件，在分析其產品特征和運輸環境的基礎上設計出一種用木制封閉料箱與EVA相結合的綠色包裝緩沖方案。共采取防銹膜、防銹油、干燥劑和控制料箱含水率等四種方式來防止零件生銹。通過使用木箱代替鐵質料箱、利用零件形狀把零件疊加來提高裝箱率等措施以降低包裝成本。經過試驗驗證，取得良好效果。

關鍵詞：車身大件;緩沖包裝;降低成本;防銹

1 汽車零件包裝設計的意義

全球采購、系統設計、模塊化供貨成為國際汽車工業潮流。在汽車生產全球化的背景下，為了保證整車質量和降低成本，許多汽車廠家開展零部件全球采購。全球采購的特點是整車廠可充分利用世界范圍內的零部件競爭優勢，獲取市場的最新技術，適應匯率波動以及集團采購的批量效果，得到最佳質量、最佳服務、最合理價格的配套產品。因此，實施全球采購戰略，擴大外購率，減少自購率，以達到最佳的經濟效益和最好的產品質量，成為當今世界汽車工業的發展趨勢[1]。汽車零部件的包裝是整個汽車零部件物流體系中極為重要的一環，零部件的包裝涉及到公司的形象、產品的純正以及運輸安全的保證，所以歷來為各大汽車企業所關注。

保護產品在流通過程中免遭沖擊、振動等機械載荷損壞的最有效的常用方法，是在包裝中添加緩沖材料。緩沖材料可以大量吸收沖擊能量，也可以起到隔振作用，避免內裝物因沖擊振動引起損傷。本文針對汽車車身大件提出一種包裝解決方案，并按照相應測試規范進行小批量驗證，獲得了較為滿意的結果。

2 包裝概念設計

2.1 流通環境分析

本包裝件為批量發送，單個料箱內不可以混裝兩種零件。在集裝箱中與其他零部件料箱混裝運輸，存在堆碼，沖擊，人工跌落等潛在風險。在約1個月的運輸周期中，有汽車和輪船兩種運輸方式，其中大部分時間是海運，物流環境比較苛刻。表1至表2所示分別為公路運輸，輪船震動加速度，綜合這些因素，我們設計其緩沖性能需滿足0.8g。另外，因為客戶方面沒有足夠的室內倉儲空間，貨物可能會在地中海氣候條件下室外存放最多三個月的時間。

按照商品生命周期觀點，產品包裝件只有經受住一切外部危險因素（運輸條件、氣候條件、生物化學條件等）的考驗而完好抵達目的地，才能實現其功能，體現其社會經濟效益。通過總結流通環境可以知道我們主要做好如下四個方面的工作：（1）在流通過程中野蠻裝卸有可能使內裝物受到不同程度的損壞，主要是對內裝物沖擊過載損壞;（2）干式集裝箱，內部處于密閉狀態，箱內空氣狀態隨外界溫度或太陽輻射熱的變化而變化，若貨物或包裝材料的含水量適當，極有可能發生內部結露。另外流通區域的大溫差會引起封閉包裝件內產生水汽凝結現象，加速內部產品的受潮和腐蝕。車身大件這些有銹蝕風險的鋼鐵件應采取措施避免這些情況發生;（3）車身大件的有較大的重量，而且在集裝箱內及外部倉儲時會存在堆垛，所以料箱必須具有足夠的強度;（4）包裝件在較長時間的儲存過程中，堆放于戶外地面上，如果外包裝破損，使內裝物外露，將不能繼續保護內裝物。

2.2 產品特點

文中所涉及的零部件是國內某汽車公司生產的頂蓋總成，發動機罩總成，前地板焊合總成，后地板焊合總成，尾門總成等車身大件，這些零件體積與重量較大，有較高強度，易生銹。同時這些零部件外形不規則，部分零部件有一些突出的部位。

當包裝件被簡化為一個線形單自由度系統進行分析時，產品受到沖擊后的響應是簡諧振動，其固有頻率

式中：k—緩沖墊的彈性系數;m=內裝物的質量。（k=24.5，m=6.08）

包裝件碰撞底面瞬間的最大加速度a產生動載荷ma應與彈性反力平衡，由此可以導出：

假設零件在30cm高度墜落，得出G=0.497。

由此可知，當包裝件的等效質量m和緩沖彈性系數k都已知時，沖擊加速度G與跌落高度h有一定的關系。

由于上述計算做了無阻尼和線形系統的假定，計算成果是偏保守的。如果與此加速度對應的動載荷在易損件上產生的應力達到其材料的破損極限，即為該易損件的沖擊脆值。

現以左前側圍總成為例進行說明：

2.3 包裝方案的設定

包裝設計要求：（1）因為車身大件的重量大，強度和結構設計必須得到加強，防止產品在運輸過程中發生貨損;（2）由于零件數量很多，需要包裝工藝簡單，易于快速有效的包裝;（3）采取有效的防銹措施滿足惡劣運輸與存儲環境;（4）成本控制[2]。

2.3.1 料箱的選擇

考慮到料箱要在外部較長時間存放及堆垛等因素，為防止零件生銹及損壞，應選用鐵質料箱或者封閉木箱，兩者之中，鐵質料箱比較堅固，能夠承受更多的重量，而木箱具有可就地取材，制作簡單，強度高，耐久性好，有一定的彈性，能承受沖擊及振動，價格比較便宜等優點，為降低成本，在保證強度的前提下選擇使用木質料箱。

根據包裝箱空間利用率大于90%的原則，根據零件尺寸對各種標準箱進行了篩選，每批零件包裝單元30，利用左前側圍總成零件的特點將其5個疊加在一起，分6組，零件在料箱內使用傾斜設計，采用專用包裝箱1480×1140×1670，設計時長度方向為1140（是根據集裝箱寬度為2350來設計），長度方向可擺放2個，有效地利用了集裝箱空間。 必須避免木材木節和裂紋等缺陷，否則會降低木材強度和破壞木材的整體性。 封閉木箱的結構如圖1所示。

2.3.2 防銹措施

共采取以下四種措施防銹：（1）防銹油。氣化性防銹的優點：防止污染、處理簡便、不需浸泡及清潔處理，易于包裝、儲存及運輸，氣化后防銹粒子可以進入包裝物內部各個細微角落，可以處理其他防銹產品無法覆蓋區域;（2）干燥劑;（3）防銹膜。它是一種具有揮發性的腐蝕抑制劑，簡稱為氣化性防銹產品。當用氣化性防銹產品包裝好被包裝物以后，防銹產品的防銹粒子氣化，在金屬表面形成保護膜，切斷金屬離子與水、氧氣接觸的可能性，從而達到防銹效果。（4）控制含水率。選用含水率在20±3%的木材作為包裝材料，含水率的高低直接影響著木材的強度，過高會降低其抗彎、抗拉性能、制作的木箱干燥后，會喪失大部分釘固力，出現大的間隙。含水率過高的全封閉木箱，木材會向箱內散發蒸氣，不利于箱內產品的防水和防潮。 木質方條的含水率在10%以下，盡量將木質方條安排在防銹膜外部。

2.3.3 包裝過程

運輸過程中的殘酷的物流環境，需要采用緩沖性能較好的材料如EVA，EPP，PU，EPE等。EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物橡塑制品，是近年來發展起來的新型環保包裝材料，具有良好的使用性能，如緩沖隔震性能好、回彈性與抗張力高、韌性強、隔熱、防潮、耐腐蝕、無毒、不吸水、成型加工容易等等，最典型的應用是要求能長期使用的包裝。它的密度一般為0.11g/cm3，拉伸強度約2.6MPa，拉伸率大于235%，壓縮回彈大于80%，在70°下加熱24小時的收縮率僅1.5%。基于EVA這些優異性能，結合零件脆值及物流運輸環境，我們選用了EVA與木質方條結合的方式進行設計[3]。

在包裝設計中，采取下面三種方式來保證緩沖性能的實現：（1）EVA的上部用木質方條固定后貼在零件表面，使EVA有了支撐，有較強的抗跌落沖擊能力。（2）為防止零件在運輸過程中移動，四面皆需固定，而且EVA經過開槽，以增強其握緊力。（3）為了防止零件的外板在運輸途中磕碰劃傷，零件的間隔定位用鋸齒型膠條，零件之間最小距離20mm。

包裝步驟如下：（1）在料箱底面固定木質方條與EVA組合;（2）將防銹膜鋪入料箱內;（3）將零件放入料箱內;（4）將其他方條EVA組合按照圖示固定;（5）在料箱內放置干燥劑（干燥劑在防銹膜內）;（6）用防銹膜將零件包裹成型;（7）噴射防銹霧劑入包裹內;（8）封箱。

3 實驗驗證

3.1 噴淋試驗

試驗方法：根據《GB/T 4857.9-1992 運輸包裝件噴淋試驗方法》調整噴頭高度，使其與試樣的垂直距離大于2m，開啟噴頭，調節噴水量及場地溫度，待系統達到穩定且符合標準后，將樣品放入試驗場地，按預定時間持續進行試驗，試驗后檢查被試包裝件及其內裝物是否出現防水性能下降或滲水現象。試驗結果：無滲水現象，防水性能沒有下降。

3.2 堆碼試驗

試驗方法：該包裝箱設計可承受500Kg的重量，所以將試樣置于水平面，將加載用500Kg包裝件置于試樣頂面中心。試驗保持預定的持續時間或直至包裝件損壞。試驗結果：經過3個月持續堆碼，沒有發現損壞。

3.3 跌落試驗

試驗方法：找一相同的廢損配件按上文所述的方法包裝后進行角、棱、面模擬跌落試驗，從300mm 高度自由跌落至硬質地面， 檢查包裝容器和配件的損壞情況，以確定包裝是否需要修改。試驗結果：通過全部試驗， 產品無破損及明顯變形。

3.4 沖擊試驗

試驗方法：如圖所示將試樣放在臺車上使其加速至0.8～1.2g的范圍內，沖擊后查看包裝及零件是否受損。試驗結果：沖擊試驗后包裝及零件均沒有損壞。

4 結語

我們通過采用緩沖包裝設計及多種防銹措施來滿足運輸和倉儲需要，選擇可回收的EVA作為整個緩沖包裝的包裝材料， 經過噴淋試驗來驗證其防銹性能，沖擊試驗、跌落試驗驗證其滿足苛刻條件下的裝載，堆碼試驗驗證耐壓能力，為汽車車身大件的包裝提供了一種解決方案。

參考文獻：

[1] 李紀珍，賈永軒.汽車零部件整合[M]. 北京：機械工業出版社，2005.

[2] 彭國勛.物流運輸包裝設計[M ].北京：印刷工業出版社，2006.

[3] 許煒峰，舒童.汽車配件的緩沖包裝設計[J].包裝工程，2007（11）：101-102.