包装箱的箱型及其尺寸设计
摘要:人们对包装箱功能的要求越来越高，一个集多种功能于一体的包装箱，合理的箱型和尺寸设计至关重要。因此，如何根据有关标准，设计出合理的箱型和尺寸也是一个值得探讨的问题。
关键词:包装箱箱型;尺寸设计
各行业对包装箱用量的增多，用户对其功能也提出了更高的要求。在纸箱的结构设计方面，特别是在集装箱装箱运输、货架储存方面，合理的尺寸、造型和配材不仅能节约成本，提供最优的包装解决方案，而且能保证产品在长期的货运过程中得到最有效的保护。在这样的情况下，包装箱的结构及尺寸设计也显得日益重要。
一、包装箱的箱型标准
纸箱的尺寸设计先从确定产品性质及箱型开始。先确定了箱型才能对各个部分的尺寸进行设计和计算。
(一)国际纸箱箱型标准
国际包装箱的箱型标准有两大类，一类是经国际包装板协会批准，由欧洲包装板制造工业联合会(FEFCO)和瑞士纸板协会(ASSCO)联合制订的国际纸箱箱型标准;另一类是日本、美国的国家标准。国际纸箱箱型标准中把箱型的文字名称用简单的4位~8位数字代号表示，各种箱型在标准中有图例可查。
统一序号表示同一箱型种类中不同的箱型结构，改型是各制造商对标准箱型的修改。不同厂家改型后缀码所代表的箱型不同，但同厂家应该是唯一专用的。后缀码方便建立CAD/CAM库或专用箱图库。
如常用的02型纸箱，也称开槽型纸箱，使用一页纸板成型，连体的上、下摇盖可以封闭纸箱。一般在纸箱厂通过钉合、胶黏剂或胶带纸粘合来接合接头，接合边长根据所采用的包装板的厚度而定，一般在25 mm~45 mm之间。02型也有插底结构，其特点是防止所装物品从底部漏出。02型包装箱在运输时呈平板状，使用时装入内装物封合摇盖，应用最广。
(二)国内纸箱箱型标准
我国参考国际标准制订了国标GB/T6543-2008《运输包装用单包装箱和双包装箱》，规定了运输包装用单包装箱和双包装箱的基本箱型，其箱型代号如下表所示。
我国包装箱的箱型代号
分类编号 箱 型 编 号
03 0310 0325
04 0402
09 0900~0976
本标准规定的箱型代号由四位数字组成，代号中前两位数字表示箱型种类，后两位数字表示同一类箱中不同的纸箱式样。目前我国常用的包装箱主要是标准中的02类，即美、日标准中的A型箱。02类中有0201箱型(平口纸箱)、0202箱型(搭口纸箱)、0203箱型(大盖纸箱)。上述各种箱型的结构都是根据包装商品的需要设计的，一般纸箱以平口居多。搭口纸箱的结构对于某些商品具有保护作用，如一些体积膨胀的棉织衣服等，经重压一段时间后会压缩，如果用平口纸箱包装，则纸箱两边的摇盖必然会合不拢，使箱内商品露出。用搭口纸箱则比较合适，搭口多少可根据具体情况而定。大盖纸箱外表整齐，对内装物品的保护性能比前两种要好，但原材料耗费也比较多，生产过程稍复杂。
03型为套合型纸箱，是由几页箱坯组成的箱，其特点是箱体与箱盖(顶盖、底盖)分开，使用时，箱盖和箱体是套接的。04型为折叠型纸箱，通常由一片包装板组成，折叠而成箱的底，不用钉合或粘合，生产时也可根据要求订货合同所规定的其他型式制造。
我国包装箱代号是由包装板种类来规定的，分为3类，且各类中又分成5种，与包装板种类相对应。各类包装箱的代号、规格及使用场合在国标中都可以查到。1类纸箱主要用于出口及贵重物品的运输包装，而且不用B或BB瓦楞;2类纸箱主要用于内销产品的运输包装;3类主要用于短途、低值商品的运输包装。
在设计或选用包装箱时，同时应考虑选择合适的包装板，包括瓦楞楞型、纸板层数、原纸规格等，这在有关标准及资料中作了明确的规定。
二、包装箱的尺寸设计
在确定包装箱的结构尺寸前，首先要考虑内装商品的最大外径、性质和商品本身缩胀的公差系数，以及内装商品是整体还是组合套装。同时，还要考虑为保护内装商品所加设的各种附件等。这就要求在设计安排和结构布局上要考虑多种因素对包装箱结构尺寸的影响。
(一)尺寸规定
纸箱的规格一般用纸箱的内径尺寸长、宽、高表示，并按下列顺序和代号给出尺寸，单位mm。
a.长度(L):箱内底面积长边尺寸;
b.宽度(B):箱内底面积短边尺寸;
c.高度(H):箱内顶面到底面尺寸。
包装箱的尺寸设计内容包括内径尺寸、制造尺寸和外径尺寸的设计。内径尺寸为包装箱成箱后内部空间尺寸;外径尺寸为包装箱成箱后外部轮廓尺寸，可用实际制造的尺寸加所使用的包装板的厚度表示;制造尺寸为包装箱在制造过程中使用的尺寸，可用内径尺寸加所使用的包装板的厚度为制造尺寸。
(二)尺寸的设计计算
1.内外径及制造尺寸的计算
内径尺寸的确定因素主要有内装物最大外径尺寸、按内装物形式确定的公差系数、内装物排列方式、内装物隔衬与缓冲件的相关尺寸。内径尺寸的计算可由下式得到:
Xi=Xmaxnx+d(nx-1) +k' +T。
式中，Xi为纸箱内径尺寸;Xmax为单个内装物最大外径尺寸;d为内装物在纸箱内某一方向的排列数目;k'为纸箱内径尺寸补偿量;T是隔衬或缓冲件总厚度。长度单位均为mm。需要满足Xi >内装商品的外径尺寸。修正系数及公差系数可查表得到。
制造尺寸的计算为:
X=Xi +t +k
式中， 为包装板制造尺寸， 为纸板厚度， 为修正系数。 值的大小与纸箱的具体尺寸有关。在实际使用过程中，由于内摇盖的回弹作用，使其有向外翘起的趋势。为减少由于这种原因而造成的净空高度增加，高度方向上的值应为2t<k<3t。
外径尺寸计算为:
X0=X+K
式中，X0为外径尺寸，K为修正系数。
2.纸箱摇盖尺寸的计算
包装箱外摇盖的制造尺寸也是需要注意的一个关键部位。在包装箱外摇盖对接封合的箱型中，如0201、0204、0207等，摇盖宽度制造尺寸理论值应为箱宽制造尺寸的二分之一。但是，由于内摇盖的回弹作用，箱盖合上后并不是水平的，而是略倾斜，外摇盖必然在对接处产生一定的间隙。因此，外摇盖的宽度并不是宽度的一半，而是稍长，所以在实际的生产中要加上一个放大系数。放大系数可以通过三角函数计算得出。不过，由于纸箱自身的可塑性，也为了便于计算，多数企业都根据纸板的厚度计算出一个固定的放大系数。如下表所示:
纸箱摇盖的放大系数
纸板厚度 3 mm以下 3 mm~5 mm 5 mm~8 mm 8 mm~12 mm
放大系数 无 加大1 mm 加大3 mm 加大4 mm
当然，这样的放大系数只是适合于一般的包装箱，如果遇到对摇盖要求很高的纸箱，可以通过函数求出纸箱摇盖的放大系数。另外，上表列出的放大系数不适合于宽度低于20 cm的纸箱。
3.接头尺寸的设计
包装箱通过粘合、钉合接头来成型，接头尺的尺寸一般根据瓦楞层数及工厂的工艺水平而定。为保持主箱面(LH面)的印刷面不被破坏，接头一般应与LH面连接。单瓦楞接头尺寸一般为35 mm~40 mm，双瓦楞45 mm~50 mm，三瓦楞为50 mm。
4.纸箱落料规格的计算
生产的纸箱还是以0201型包装箱为主，就可以计算出要将一个普通的0201型纸箱投于生产所需要耗费多少材料了。
0201 型纸箱结构及展开图
如上图所示:
纸板的长度=2L+2B+纸箱的结舌;
纸板的宽度=H+2倍的纸箱摇盖。
根据公式，我们计算出纸箱的落料规格。这里计算出了纸箱的净料规格，在生产时还会修边。为了尽量节省材料，一般修边尺寸不会大于1 cm。靠近结舌的边不需要修边。异型箱落料尺寸根据同样的原理即可算出，只是不同的箱型计算的公式不一样而已。
三、尺寸的修正问题
一般包装板需通过模压工艺使之能得到良好的弯折。模压使包装板的结构破坏，会导致里纸收缩、面纸延伸，这种弯折变化使包装板的延伸尺寸成了包装箱设计的基本尺寸。所以，包装箱的内径尺寸要比包装箱展开时的线与压线间的距离要略短一些。这样就要把缩小的那部分尺寸加进去，这个加进去的尺寸与使用的包装板的厚度密切相关。包装箱在实际生产中还要根据具体使用的设备选择适当的修正系数和附加尺寸。修正系数值查表可得到。
制作包装箱一般都是根据内径尺寸来设计的。因为内径尺寸比较容易确定，它以实物测量或者以组合套装、合理的排列方式的外径尺寸来实现并确定。但在实际操作中，无论是运费的计算，还是箱面标志中的体积，都要以外径尺寸为准。因此在包装箱设计中，不仅要根据内径尺寸来确定制造尺寸，还要根据制造尺寸计算出外径尺寸。
当然，也可根据托盘或集装箱的内径尺寸来确定纸箱的外径尺寸，使纸箱的长、宽、高与运输工具相适应，实现机械化运输，提高运输效率。由于包装箱的堆码方式不同，故应使堆码物体的垂直投影面积与托盘尺寸相适合。若能让纸箱从内向外逐级计算的箱体尺寸与由外向内逐级计算的箱体尺寸基本吻合，则可得到最优化的包装箱尺寸。当然，最佳设计方案还是应由外向内逐级进行。
实际生产中，客户提供给我们的往往只有内装产品的尺寸或样式，这就需要我们计算出纸箱的外径尺寸和制造尺寸。特别是采用集装箱运输的产品，对纸箱外径的计算尤为重要。在对包装箱进行测量时，虽然都可以直接用工具测量出其具体的尺寸，然而在测量的过程中，由于压痕线的影响，会导致测量的结果不够精确。特别是对使用过的废旧纸箱尺寸的测量，应严格测算，以保证尺寸设计的准确性，保证后期托盘或集装箱装柜顺利进行，并能很好的保护商品。一个好的纸箱设计方案可以在运输上节约大量的成本。
四、设计中的方法原则
包装结构设计是从包装和生产实际条件出发，依据科学原理对包装的外形构造及内部附件进行的设计。设计时必须保证结构有足够的强度、硬度及抵抗其他环境的能力。从包装的目的来看，必须考虑以下两个方面，一是保护产品的首要功能，二是满足现代包装的重要特征，如运输、加工特性等。
合格的纸箱产品，从正确的结构设计开始。设计人员不仅要真正的理解客户的意图，还要熟悉后序加工工艺。只有这样，才能把客户的意图转化为合格的产品，并能保证后序加工顺利进行。设计人员在设计开始前要了解内装物的性质、形状、尺寸、重量，内装物的排列方式、运输方式、堆码方式，内装物的仓储环境、运输路线和时间以及纸箱箱型和制作材料等信息。
国内的纸箱设计，存在技术和指导思想方面的一些问题，缺乏系统的分析，从而使得所设计出来的包装不能够满足人机工程学以及技术经济合理性等方面的要求。这一点，在纸箱尺寸设计中反映得十分明显。
我国只是对纸箱的箱型作了明确的规定，而对纸箱的尺寸大小却无具体要求，主要由设计者来定。而设计者在确定纸箱尺寸时又主要是考虑两方面的因素:一是能够包容得下内容物;二是具有足够的强度。其实，制约纸箱大小和形状的因素除去包装内容物外，还有许多其它的因素，如人机工程学方面的因素、托盘的尺寸、货车车厢的尺寸大小、集装箱空间的尺寸大小、配货架的尺寸大小等。这些因素间既相互独立，又相互制约影响;既要考虑包装功能，也要考虑方便性。所以设计时只有系统地、综合地把握住所有的制约因素，才能够真正合理地确定纸箱的尺寸大小。
综上所述，纸箱的尺寸设计是包装箱结构设计中很重要的一项工作。一个合格的纸箱产品要具有保护性和良好的造型。特别是集销售包装和运输包装功能于一身的纸箱，合理的尺寸将是纸箱设计的关键。因为尺寸的变化将直接影响到纸箱的各种性能的变化。总之，在包装箱的结构设计中，要根据使用的制造设备、不同的生产工艺、不同楞型构成的包装以及内装商品的种类和性质来确定。只有掌握了设计包装箱的结构、尺寸相关的内容后，才能制造出保护商品、美化商品的包装箱。
