汽车车身大件的出口包装设计
作者：陈春宇 杜盈臻 赵仲前
来源：《时代汽车》2019年第05期
摘 要：在存在运输环境恶劣，运输时间长并且需要长时间室外存储的情况下，针对车身大件总成等体积较大的汽车零部件，在分析其产品特征和运输环境的基础上设计出一种用木制封闭料箱与EVA相结合的绿色包装缓冲方案。共采取防锈膜、防锈油、干燥剂和控制料箱含水率等四种方式来防止零件生锈。通过使用木箱代替铁质料箱、利用零件形状把零件叠加来提高装箱率等措施以降低包装成本。经过试验验证，取得良好效果。
关键词：车身大件;缓冲包装;降低成本;防锈
1 汽车零件包装设计的意义
全球采购、系统设计、模块化供货成为国际汽车工业潮流。在汽车生产全球化的背景下，为了保证整车质量和降低成本，许多汽车厂家开展零部件全球采购。全球采购的特点是整车厂可充分利用世界范围内的零部件竞争优势，获取市场的最新技术，适应汇率波动以及集团采购的批量效果，得到最佳质量、最佳服务、最合理价格的配套产品。因此，实施全球采购战略，扩大外购率，减少自购率，以达到最佳的经济效益和最好的产品质量，成为当今世界汽车工业的发展趋势[1]。汽车零部件的包装是整个汽车零部件物流体系中极为重要的一环，零部件的包装涉及到公司的形象、产品的纯正以及运输安全的保证，所以历来为各大汽车企业所关注。
保护产品在流通过程中免遭冲击、振动等机械载荷损坏的最有效的常用方法，是在包装中添加缓冲材料。缓冲材料可以大量吸收冲击能量，也可以起到隔振作用，避免内装物因冲击振动引起损伤。本文针对汽车车身大件提出一种包装解决方案，并按照相应测试规范进行小批量验证，获得了较为满意的结果。
2 包装概念设计
2.1 流通环境分析
本包装件为批量发送，单个料箱内不可以混装两种零件。在集装箱中与其他零部件料箱混装运输，存在堆码，冲击，人工跌落等潜在风险。在约1个月的运输周期中，有汽车和轮船两种运输方式，其中大部分时间是海运，物流环境比较苛刻。表1至表2所示分别为公路运输，轮船震动加速度，综合这些因素，我们设计其缓冲性能需满足0.8g。另外，因为客户方面没有足够的室内仓储空间，货物可能会在地中海气候条件下室外存放最多三个月的时间。
按照商品生命周期观点，产品包装件只有经受住一切外部危险因素（运输条件、气候条件、生物化学条件等）的考验而完好抵达目的地，才能实现其功能，体现其社会经济效益。通过总结流通环境可以知道我们主要做好如下四个方面的工作：（1）在流通过程中野蛮装卸有可能使内装物受到不同程度的损坏，主要是对内装物冲击过载损坏;（2）干式集装箱，内部处于密闭状态，箱内空气状态随外界温度或太阳辐射热的变化而变化，若货物或包装材料的含水量适当，极有可能发生内部结露。另外流通区域的大温差会引起封闭包装件内产生水汽凝结现象，加速内部产品的受潮和腐蚀。车身大件这些有锈蚀风险的钢铁件应采取措施避免这些情况发生;（3）车身大件的有较大的重量，而且在集装箱内及外部仓储时会存在堆垛，所以料箱必须具有足够的强度;（4）包装件在较长时间的储存过程中，堆放于户外地面上，如果外包装破损，使内装物外露，将不能继续保护内装物。
2.2 产品特点
文中所涉及的零部件是国内某汽车公司生产的顶盖总成，发动机罩总成，前地板焊合总成，后地板焊合总成，尾门总成等车身大件，这些零件体积与重量较大，有较高强度，易生锈。同时这些零部件外形不规则，部分零部件有一些突出的部位。
当包装件被简化为一个线形单自由度系统进行分析时，产品受到冲击后的响应是简谐振动，其固有频率
式中：k—缓冲垫的弹性系数;m=内装物的质量。（k=24.5，m=6.08）
包装件碰撞底面瞬间的最大加速度a产生动载荷ma应与弹性反力平衡，由此可以导出：
假设零件在30cm高度坠落，得出G=0.497。
由此可知，当包装件的等效质量m和缓冲弹性系数k都已知时，冲击加速度G与跌落高度h有一定的关系。
由于上述计算做了无阻尼和线形系统的假定，计算成果是偏保守的。如果与此加速度对应的动载荷在易损件上产生的应力达到其材料的破损极限，即为该易损件的冲击脆值。
现以左前侧围总成为例进行说明：
2.3 包装方案的设定
包装设计要求：（1）因为车身大件的重量大，强度和结构设计必须得到加强，防止产品在运输过程中发生货损;（2）由于零件数量很多，需要包装工艺简单，易于快速有效的包装;（3）采取有效的防锈措施满足恶劣运输与存储环境;（4）成本控制[2]。
2.3.1 料箱的选择
考虑到料箱要在外部较长时间存放及堆垛等因素，为防止零件生锈及损坏，应选用铁质料箱或者封闭木箱，两者之中，铁质料箱比较坚固，能够承受更多的重量，而木箱具有可就地取材，制作简单，强度高，耐久性好，有一定的弹性，能承受冲击及振动，价格比较便宜等优点，为降低成本，在保证强度的前提下选择使用木质料箱。
根据包装箱空间利用率大于90%的原则，根据零件尺寸对各种标准箱进行了筛选，每批零件包装单元30，利用左前侧围总成零件的特点将其5个叠加在一起，分6组，零件在料箱内使用倾斜设计，采用专用包装箱1480×1140×1670，设计时长度方向为1140（是根据集装箱宽度为2350来设计），长度方向可摆放2个，有效地利用了集装箱空间。必须避免木材木节和裂纹等缺陷，否则会降低木材强度和破坏木材的整体性。封闭木箱的结构如图1所示。
2.3.2 防锈措施
共采取以下四种措施防锈：（1）防锈油。气化性防锈的优点：防止污染、处理简便、不需浸泡及清洁处理，易于包装、储存及运输，气化后防锈粒子可以进入包装物内部各个细微角落，可以处理其他防锈产品无法覆盖区域;（2）干燥剂;（3）防锈膜。它是一种具有挥发性的腐蚀抑制剂，简称为气化性防锈产品。当用气化性防锈产品包装好被包装物以后，防锈产品的防锈粒子气化，在金属表面形成保护膜，切断金属离子与水、氧气接触的可能性，从而达到防锈效果。（4）控制含水率。选用含水率在20±3%的木材作为包装材料，含水率的高低直接影响着木材的强度，过高会降低其抗弯、抗拉性能、制作的木箱干燥后，会丧失大部分钉固力，出现大的间隙。含水率过高的全封闭木箱，木材会向箱内散发蒸气，不利于箱内产品的防水和防潮。木质方条的含水率在10%以下，尽量将木质方条安排在防锈膜外部。
2.3.3 包装过程
运输过程中的残酷的物流环境，需要采用缓冲性能较好的材料如EVA，EPP，PU，EPE等。EVA即乙烯-醋酸乙烯共聚物橡塑制品，是近年来发展起来的新型环保包装材料，具有良好的使用性能，如缓冲隔震性能好、回弹性与抗张力高、韧性强、隔热、防潮、耐腐蚀、无毒、不吸水、成型加工容易等等，最典型的应用是要求能长期使用的包装。它的密度一般为0.11g/cm3，拉伸强度约2.6MPa，拉伸率大于235%，压缩回弹大于80%，在70°下加热24小时的收缩率仅1.5%。基于EVA这些优异性能，结合零件脆值及物流运输环境，我们选用了EVA与木质方条结合的方式进行设计[3]。
在包装设计中，采取下面三种方式来保证缓冲性能的实现：（1）EVA的上部用木质方条固定后贴在零件表面，使EVA有了支撑，有较强的抗跌落冲击能力。（2）为防止零件在运输过程中移动，四面皆需固定，而且EVA经过开槽，以增强其握紧力。（3）为了防止零件的外板在运输途中磕碰划伤，零件的间隔定位用锯齿型胶条，零件之间最小距离20mm。
包装步骤如下：（1）在料箱底面固定木质方条与EVA组合;（2）将防锈膜铺入料箱内;（3）将零件放入料箱内;（4）将其他方条EVA组合按照图示固定;（5）在料箱内放置干燥剂（干燥剂在防锈膜内）;（6）用防锈膜将零件包裹成型;（7）喷射防锈雾剂入包裹内;（8）封箱。
3 实验验证
3.1 喷淋试验
试验方法：根据《GB/T 4857.9-1992 运输包装件喷淋试验方法》调整喷头高度，使其与试样的垂直距离大于2m，开启喷头，调节喷水量及场地温度，待系统达到稳定且符合标准后，将样品放入试验场地，按预定时间持续进行试验，试验后检查被试包装件及其内装物是否出现防水性能下降或渗水现象。试验结果：无渗水现象，防水性能没有下降。
3.2 堆码试验
试验方法：该包装箱设计可承受500Kg的重量，所以将试样置于水平面，将加载用500Kg包装件置于试样顶面中心。试验保持预定的持续时间或直至包装件损坏。试验结果：经过3个月持续堆码，没有发现损坏。
3.3 跌落试验
试验方法：找一相同的废损配件按上文所述的方法包装后进行角、棱、面模拟跌落试验，从300mm 高度自由跌落至硬质地面， 检查包装容器和配件的损坏情况，以确定包装是否需要修改。试验结果：通过全部试验， 产品无破损及明显变形。
3.4 冲击试验
试验方法：如图所示将试样放在台车上使其加速至0.8～1.2g的范围内，冲击后查看包装及零件是否受损。试验结果：冲击试验后包装及零件均没有损坏。
4 结语
我们通过采用缓冲包装设计及多种防锈措施来满足运输和仓储需要，选择可回收的EVA作为整个缓冲包装的包装材料， 经过喷淋试验来验证其防锈性能，冲击试验、跌落试验验证其满足苛刻条件下的装载，堆码试验验证耐压能力，为汽车车身大件的包装提供了一种解决方案。
参考文献：
[1] 李纪珍，贾永轩.汽车零部件整合[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
[2] 彭国勋.物流运输包装设计[M ].北京：印刷工业出版社，2006.
[3] 许炜峰，舒童.汽车配件的缓冲包装设计[J].包装工程，2007（11）：101-102.
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