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【陶瓷包装技巧】陶瓷工艺品包装的力学建模和设计方法研究
作者: 发布于:2011-10-6 20:44:49 点击量:
【陶瓷包装技巧】陶瓷工艺品包装的力学建模和设计方法研究

陶瓷是中国的伟大发明中国陶瓷艺术源远流长。千百年来,在众多色彩斑斓的瓷器中,陶瓷工艺品倍受国内外收藏家所青睐。随着经济建设的发展,陶瓷工艺品已越来越多地被机关、企业、宾馆和展览馆等单位用于装饰厅堂。同样地,随着人们生活水平的不断提高,为了装点生活、美化生活环境,陶瓷工艺品甚至已经越来越普遍地进入寻常百姓家。
  陶瓷工艺品通常分为“陶瓷花瓶”、“陶瓷人物”、“陶瓷动物”、“美术陶瓷’等。它们常常以神秘的东方文化为题材,以古朴、清新、自然为风格主导情趣,集使用性、观赏性和收藏性于一体,使每一位观赏者都能从中体味到火与泥塑造出来的一种耐人寻味、发人深思的生活感悟。陶瓷工艺品,特别是大中型艺术花瓶,由于它烧制难度大、成品率低,再加上艺术设计和艺术装饰,而显得更为珍贵。

  由于陶瓷艺术品脆性大,在运输搬迁的过程中极易损坏,所以包装就成了陶瓷工艺品生产运输中一个非常重要的环节。由于大中型陶瓷艺术品体积较大且生产批量都不大,出于降低成本考虑,一般的中大型陶瓷工艺制品往往采用传统的简易方法(如用稻草、竹篓等)包装而没有采用高挡的泡沫定模工艺来进行包装。这种简易包装易在运输过程中破损,给企业造成较大的经济损失,甚至有可能产生不必要的纠纷。而有些高档的艺术瓷则采用木箱加纸屑的形式包装,又给产品增添了较大的运输成本,增加了经济负担。特别是在注重生态环境保护,倡导节约型社会的今天,使用木箱包装显得格外浪费,有悖于时代的要求。因此,如何提高中大型陶瓷艺术品的包装效果,同时又节约木材、控制成本对一个生产陶瓷的企业来说,是一个新的研究课题。随着包装新材料和新工艺的不断出现,有必要对原先的包装进行技术和工艺的重新改进设计。

  1 包装动力学模型

  陶瓷工艺品的受损,一般不是由于堆积保管时产生的静压力,而是由于运输过程中受到的振动以及在装卸过程中受到的冲击。

  根据破损边界理论,货物的破损实际上受2个边界条件的约束,一是允许的最大加速度,二是冲击脉冲持续时间。当陶瓷工艺品出产后,其允许的最大加速度值G就自然确定了。当外力产生的加速度大于产品本身允许的最大加速度时,陶瓷将被破坏而受损。所以货物跌落至地面是否安全,要分析货物与地而冲击时产生的最大加速度和冲击持续时间。物体从某一高度跌落或者受到某个方向的挤压时,整个过程包含一系列的能量转换。如物体从一定高度下落,重力势能转换为动能;当物体与地而发生冲击时,动能又转换为缓冲包装材料的弹性势能。此时,包装材料起到了减振缓冲的作用,就象弹簧一样,将动能转换为弹性势能,吸收大部分能量,这样就可以起到保护货物的作用。

  包装材料可以是无定形的填充材料(如纸屑、木屑、纬丝等),也可以是定形包装产品(如垫角、衬垫等)。无论采用哪种形式、哪种材料,它们均可以简化成图1所示的等效动力学模型。


  要有效保护好陶瓷工艺品,就必须控制其在运输和装卸过程中所受到的加速度。除了要求装卸工文明装卸外,我们能做的也就是设计良好的缓冲包装。根据以上动力学模型,就是要在设计时,充分考虑和利用图1所示各个方向的等效弹性因数k,等效阻尼因数c以及接触边界的状况等。

  2陶瓷工艺品包装设计

  2 1设计思想

  包装的功能主要有2个:一是保护功能,也是包装最基本的功能;二是美化功能。对于陶瓷工艺品来说,包装设计的侧重点有别于一般的日常生活用品。其包装的功能主要是起保护作用,使其在储运和销售环节中不受各种外力而损坏,保障工艺品的安全。一件工艺品,要经多次流通,才能走进商场或其它场所,最终到达消费者的手中。这期间,需要经过装卸、运输、库存、陈列、销售等多个环节。流通环节的振动、冲击,是威胁陶瓷工艺品安全的最大隐患和根源所在。因产品在运输流通中,不仅会有运输过程中路面产生的振动,而且会受到装卸过程中的冲击。在一定条件下,振动造成的破坏程度会更加突出。原因主要是包装材料本身抗震荡能力不太好,没有弹性起不到减振作用。由于运输途中颠簸的振动和许多野蛮装卸的冲击,是客观上无法控制和难以避免的,因此,只有依靠良好的包装缓冲设计来保护产品,使之在流通环节尽可能地减少损失,达到控制成本、增加企业效益的目的。针对陶瓷工艺品的包装设计,主要从改进包装的结构与材料着手,使缓冲减振条件得到很好地改善,以保证陶瓷在流通过程中的安全,满足企业的要求。

  2 2包装材料选用

  由于陶瓷工艺品的脆性较大,像大中型艺术花瓶,若用传统的包装手段,用木架加纸屑或者木架加稻草等方法进行包装,虽有一定的缓冲作用,但效果并不理想。

  缓冲包装材料的种类很多,有天然的、人上合成的、定形的和不定形的等。

  不定形的包装材料,由于缓冲性能不稳定,回弹性能较差,已逐渐被淘汰。随着工业的发展、技术工艺水平的不断提高以及各种新型合成材料的采用,定形缓冲材料已经占现代包装中的绝大多数。

  而在定形包装材料中又有成型纸浆、瓦楞纸板、纸棉材料、棕垫、弹簧以及泡沫、气垫薄膜等各种人工合成材料。

  在选用材料时,综合考虑了振动冲击能量的吸收性、回弹性、压缩蠕变性、耐破损性、稳定性以及经济性等各种材料性能参数。当然,要选择一种缓冲材料具备以上所有良好性能是难以办到的,也是不科学的。只能根据陶瓷工艺品的主要特性,有侧重地考虑缓冲材料的性能参数。

  泡沫塑料是以合成树脂为原料,经发泡工艺制成的内含无数微小气孔的轻质塑料。由于它内部存在无数的气孔,可以大量吸收振动冲击产生的能量。泡沫材料还具有良好的回弹性。另外,它还具有清洁、美观和价格便宜等特点。

  鉴于泡沫的以上特点,本设计方案采用泡沫塑料作为主要缓冲材料。

  2 3包装结构设计

  当缓冲材料选定后,结构设计也是包装设计中节约材料并实现理想减振的重要内容。以某款仿古瓷瓶包装为例,仿古瓷高为68cm,最大直径为40cm。考虑到它的形状为圆形对称结构且有瓶颈存在,将缓冲用的定形泡沫塑料设计成‘哈呋”结构(即制成两块对称的,且内径比器型外径大1 cm的泡沫塑料),见图2。


  在图2中,花瓶的底部连同侧面,形成一体式的‘哈呋’结构;顶部缓冲块根据瓶口尺寸,特制成下凸形结构;整个包装结构可以被称为CI型的‘哈呋’结构。

  定型缓冲块的最薄处厚度应有3cm以上。两块对称的泡沫塑料将瓷器套在中间(最好瓷器外部再包层软的厚纸),两块泡沫板与瓷器之间的四周填上柔软的海绵层,使瓷器花瓶尽可能大面积且均匀受力,而使其具有最大的静压承受能力,同时还进一步改善了缓冲效果。

  瓶口上方则用与其口径、形状相配的下凸形泡沫盖实。上下泡沫块之间同样加一薄层软质海绵。几块泡沫板形成的整体四周再用宽的胶带进行合理有效的缠绕,使其成为一个密切的整体。在此基础上,再在外部套上合身的专用硬纸箱或用木架套装。这样,整体包装就完成了。这里需要注意的是,瓷器四周不能绑得太紧,否则花瓶局部容易受到较高的静压力而产生局部应力集中。反之,也不能绑得太松,否则将会造成瓷器本身在泡沫箱中晃动,容易产生冲击而使之受损。

  从图2可以看出,由于其瓶颈处不与外包装箱接触而没有受到侧面力的作用,对缓冲的贡献几乎没有。为此,对于有些颈部又细又长的花瓶,考虑到节约材料,我们有设计了上下双“哈呋”结构的包装缓冲形式,见图3。

  这样的结构,对于细长颈型花瓶在不损失包装缓冲性能的情况下,可以节约包装材料。

  3实际效果

  先后对上述2种结构的包装进行垂直跌落试验。试验条件是将包装箱提升到离地面2.5 m高度后其自由落体,地面选择普通平整的水泥路面。连续反复地做了各20次模拟跌落试验,2个内装花瓶均完好,没有任何破碎现象或裂缝产生。2.5m的高度已足以模拟一般车辆装卸时比较恶劣的冲击状况,说明本文所述的包装设计确实达到了预期的效果。

  通过对陶瓷工艺品的包装缓冲材料和结构的改进设计,成效显著。从日前运输、搬运、装卸、上架销售等诸环节反馈回来的信息看,几乎没有发现因运输和装卸造成的损坏。与以前相比,损耗率大大降低,收到了良好的经济效益,同时,责任纠纷也大幅度减少。对此,企业、客户都满意。

  而对于包装箱的处理,随着人们环保意识的加强,可通过回收进行再生利用,使它回到经济循环中,达到保护环境和节约资源的目的。

  4结语

  本文对陶瓷工艺品的缓冲包装建立了动力学模型。在应用动力学原理进行定性分析的基础上,放弃了原先采用的不定形式包装材料,采用了经济的人工合成泡沫塑料,并提出了合理的“哈呋”结构包装设计方案。改进设计后的包装对振动、冲击的缓冲效果,从垂直跌落模拟试验和企业实际应用中都得到了很好的验证,并取得了预期的良好效果。上述改进设计的成功,是对陶瓷工艺品缓冲包装的一种有效的尝试,也为今后的设计提供了宝贵的经验。在后续的包装研究中,还将不断地使用新材料和新结构,如异型缓冲纸结构取代泡沫塑料缓冲构件,以期达到更好地保护环境的作用。


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