Производство коробок из картона и гофрокартона
Проектирование коробок из картона и гофрокартона
Технология изготовления коробок из картона и гофрокартона
Несмотря на интенсивный рост использования в упаковочном производстве полимеров, одними из наиболее широко применяемых тарных материалов продолжают оставаться картон и гофрокартон. Разнообразные складные коробки и ящики, изготавливаемые из этих материалов, являются в настоящее время наиболее распространенными видами тары. К их достоинствам относятся:
- низкая стоимость;
- широкий ряд типоразмеров и конструкций;
- высокая технологичность изготовления с применением высокоавтоматизированного оборудования;
- возможность высококачественного оформления с использованием различных технологий печати и отделки;
- высокая технологичность сборки и заполнения продукцией;
- высокая технологичность транспортировки и хранения как в наполненном, так и в пустом состоянии: коробки из картона и гофрокартона являются складной тарой, что позволяет значительно экономить место при хранении и транспортировке пустых коробок.
Сегодня коробки из картона широко используются для упаковки продуктов питания, табачных изделий, лекарств, парфюмерной продукции, бытовой химии (стиральных порошков), бытовой техники, обуви и других видов потребительских товаров.
Из картона обычно изготавливается внутренняя или внешняя упаковка товара. Гофрокартон, как правило, применяется для внешней и транспортной упаковки.
Проектирование коробок из картона и гофрокартона
При разработке конструкции коробок из картона и гофрокартона необходимо учитывать характеристики упаковываемой продукции, физико-химические свойства и цену материала упаковки, а также другие факторы.
Процесс проектирования коробок обычно включает следующие стадии:
- определение основных характеристик коробок: типа и толщины материала, формы и габаритных размеров;
- выбор способов печати и отделки;
- проектирование развертки (раскроя) коробки;
- тестирование образца коробки и его согласование с заказчиком.
Выбор материала
При выборе материала принимаются во внимание следующие факторы:
- защитные свойства материала упаковки (механическая прочность, влаго-, жиро- и газонепроницаемость и т.д.);
- технологические свойства материала упаковки (запечатываемые свойства материала, технологичность обработки в машинах для производства тары, например пригодность к склейке и сварке, технологичность при упаковывании товара);
- цена материала.
Материал коробки должен обеспечивать стабильность ее формы при эксплуатации, от чего зависит качество выполнения тарой защитной и логистической функций, в частности способность коробки предохранять товар от повреждений и потерь, ее пригодность к стапелированию
и т.д. Стабильность формы коробки зависит от ее конструкции и механических характеристик материала, из которого она изготовлена.
Механические характеристики картона и гофрокартона определяются следующими факторами:
- толщиной материала;
- ориентацией волокон для картона и направлением гофр для гофрокартона;
- влажностью материала.
Толщина материала выбирается в зависимости от объема коробки и массы продукта, который будет в нее упаковываться. При увеличении объема коробки и массы продукта требуемая толщина материала возрастает.
При проектировании коробок необходимо учитывать, что картон и гофрокартон отличаются анизотропией механических свойств по длине и ширине листа (полотна). В машинном направлении прочность и жесткость листа (полотна) картона выше, чем в поперечном. При увеличении толщины картона разница между механическими свойствами материала в машинном и поперечном направлениях возрастает. Механические свойства гофрокартона подобным образом зависят и от направления гофр.
Существенное влияние на свой ства картона и гофрокартона оказывает влажность окружающей среды. Эти материалы отличаются достаточно высокой гигроскопичностью, и при впитывании влаги их механические свойства значительно ухудшаются. Для предохранения коробок от воздействия влаги на их поверхность может наноситься защитное покрытие.
Определение формы и габаритных размеров коробки
При определении формы и габаритных размеров коробки учитываются следующие требования:
- минимизация расхода материала;
- соответствие формы и размеров коробки требованиям логистики;
- технологичность конструкции коробки для сборки и упаковывания товара;
- удобство коробки для потребителя;
- привлекательный внешний вид.
При определении формы и габаритных размеров коробки необходимо принимать во внимание практику их унификации. Унификация картонной тары по типоразмерам и конструкции служит для рационализации ее производства, транспортировки и хранения. Унификация картонных коробок способствует снижению расходов на их разработку, изготовление, содействует организации серийного и поточного производства на высокопроизводительном автоматизированном оборудовании. Значительно снижаются также затраты, связанные с упаковыванием товаров в коробки, транспортировкой, хранением и продажей упакованной продукции.
Унификация тары по типоразмерам базируется на модульной системе, в основу которой положены регламентированные стандартами размеры групповой транспортной упаковки (модульной упаковки): поддонов и контейнеров. В настоящее время стандартные поддоны для железнодорожных перевозок имеют размеры 800x1200 и 600x1200 мм, для морских перевозок стандартом ISO рекомендованы поддоны размером 1000x1200 мм. Размеры модульной упаковки являются сегодня определяющими при проектировании погрузочно-разгрузочных и транспортных средств, расчете площадей складских помещений, магазинных стеллажей и т.д.
Для использования преимуществ унификации тары габаритные размеры коробок должны быть кратны размерам модульной упаковки.
Важным требованием, предъявляемым к картонным коробкам, является их пригодность к работе с автоматизированным упаковочным оборудованием. Конструкция коробки должна предусматривать возможность ее автоматической сборки с последующим упаковыванием в нее товара и формированием групповых модульных упаковок.
Выбор способа печати и отделки
Качественное полиграфическое оформление компенсирует некоторое однообразие унифицированной тары, способствует привлечению внимания покупателей и стимулирует таким образом рост сбыта товара.
Выбор способов печати и отделки обусловлен свойствами материала коробки и ее назначением. Естественно, что к оформлению потребительской тары предъявляются гораздо более высокие требования, чем к оформлению транспортной тары. Однако в связи с тем, что в последнее время в магазинах самообслуживания товары выставляются на прилавки в том числе и в транспортной таре, качество оформления последней также приобрело большое значение.
Обозначения, указываемые в чертежах разверток коробок*
* Обозначения разработаны совместно Европейской федерацией производителей коробок из гофрированного картона (FEFCO) и Европейской ассоциацией изготовителей гофрированного картона (ASSCO).
Методы испытания коробок из гофрокартонаДля определения важных эксплуатационных характеристик упаковки из гофрокартона федерацией FEFCO разработан ряд тестовых испытаний.
Испытание пустой коробки из гофрокартона на сопротивление сжатию Испытание проводится с использованием специального тестового Для выполнения теста необходим прибор для определения усилия сжатия, обеспечивающий погрешность не более 2% от измеренного значения, а также измерительная линейка с погрешностью ± 1 мм, или не более 5% от измеренного значения. Перед началом испытания картонная коробка устанавливается на нижнюю плиту и выравнивается относительно ее центра. Пространственная ориентация коробки определяется исходя из задачи испытания. Для точного позиционирования коробки на плите должна быть сделана соответствующая разметка. После включения механизма перемещения плиты (плит) коробка подвергается сжатию. Испытание следует закончить до полного разрушения коробки. Величина сопротивления сжатию (выражается в ньютонах) замеряется в трех точках. После окончания теста оформляется протокол, в котором указываются сведения об упаковке, использованных при тестировании машинах и приборах, условиях проведения испытания, а также фиксируются полученные результаты. Для повышения достоверности результатов рекомендуется выполнять тест не менее 10 раз. Для коробок, состоящих из нескольких частей (например, телескопических), испытание должно производиться поочередно для каждой части, после чего результаты суммируются.
График зависимости деформации коробки от усилия сжатия
Испытание коробки из гофрокартона на ударопрочность при падении Тест предназначен для испытания прочности коробки с упакованным в нее товаром к ударным нагрузкам, возникающим, например, при ее падении. Результаты теста также позволяют определить качество выполнения коробкой функции защиты товара. Тест заключается в имитации свободного падения коробки с упакованным в нее товаром на горизонтальную поверхность. Высота падения и пространственная ориентация коробки определяются исходя из задачи испытания. Высота падения измеряется как кратчайшее расстояние от нижней точки коробки до поверхности, на которую она падает. Для описания пространственной ориентации коробки указывается, какой из сторон, граней или углов она ударяется. Если удар приходится на боковую грань или угол, они обозначаются номерами сторон, которые их образуют. Поверхность, на которую падает коробка, должна быть ровной и твердой, ее деформация в результате удара коробки должна быть пренебрежительно мала. Для проведения испытания рекомендуется использовать специальную установку, позволяющую закрепить коробку на необходимой высоте в определенном положении и обеспечить затем ее падение вниз без придания ей ускорения или вращательного импульса. По окончании теста производится проверка состояния коробки и ее содержимого. Обнаруженные повреждения измеряются и фиксируются в протоколе. Указываются также сведения об упаковке, использованном при тестировании оборудовании и условиях проведения испытания. Для повышения достоверности результатов рекомендуется выполнять тест не менее трех раз.
Принятая в Европе нумерация сторон коробки
Испытание коробки из гофрокартона на устойчивость к низкочастотным колебаниям Тест предназначен для испытания устойчивости коробки с упакованным в нее товаром к низкочастотным колебаниям, возникающим, например, при транспортировке. Тест может проводиться как для одной коробки, так и для стопы коробок. Амплитуда и продолжительность воздействия колебаний, а также пространственная ориентация коробки определяются исходя из задачи испытания. Для описания пространственной ориентации коробки используется такая же система обозначений, как и в тесте на ударопрочность при падении (см. выше). Для проведения испытания необходимо применять виброустановку. Коробка укладывается на стол виброустановки, который должен иметь горизонтальную, гладкую и твердую поверхность. Механизм привода виброустановки должен обеспечивать колебания стола с возможностью регулировки частоты и амплитуды в диапазоне 2-7 кГц и 5,0-12,5 мм соответственно. После окончания теста производится проверка состояния коробки и ее содержимого. Обнаруженные повреждения измеряются и фиксируются в протоколе. Указываются также сведения об упаковке, использованном при тестировании оборудовании и условиях проведения испытания. Для повышения достоверности результатов рекомендуется выполнять тест не менее трех раз.
Испытание ударопрочности коробки из гофрокартона Тест предназначен для испытания прочности коробки с упакованным в нее товаром к ударным нагрузкам. Результаты теста позволяют также определить качество выполнения коробкой функции защиты товара. Тест заключается в имитации удара коробки с упакованным в нее товаром о наклонную поверхность.
Установка для испытания ударопрочности коробки из гофрокартона
Для проведения испытания используется установка, включающая передвигающуюся по рельсам тележку, на которую укладывается коробка. Рельсы должны быть уложены на специальном помосте под углом 10° к горизонтали. В нижней точке рельсовый путь заканчивается наклонной стеной, образуя с ее плоскостью угол 90°. После установки коробки тележка под действием силы тяжести спускается вниз по наклонному рельсовому пути. При приближении тележки к нижней точке пути происходит удар коробки о плиту, закрепленную на стене. Поверхность плиты должна быть ровной и твердой, ее деформация в результате удара должна быть пренебрежительно мала. Тестовая установка должна быть оснащена устройством закрепления тележки перед началом теста на заранее определенном расстоянии от стены, зависящем от требуемой скорости тележки с коробкой. Скорость тележки и пространственная ориентация коробки определяются исходя из задачи испытания. Для описания пространственной ориентации коробки используется такая же система обозначений, как и в тесте на ударопрочность при падении (см. выше). По окончании теста производится проверка состояния коробки и ее содержимого. Обнаруженные повреждения измеряются и фиксируются в протоколе. Указываются также сведения об упаковке, использованном при тестировании оборудовании и условиях проведения испытания. Для повышения достоверности результатов рекомендуется выполнять тест не менее трех раз.
Определение прочности шарнирных соединений коробки из гофрокартона Испытание проводится на вырезанном из коробки прямоугольном тестовом образце с использованием специального тестового устройства, представляющего собой механический или гидравлический пресс с устройством крепления образца и V-образной давящей головкой. Давящая головка должна иметь привод для перемещения со скоростью около 12,5 ± 2,5 мм/мин. Тестовое устройство должно быть оборудовано прибором для измерения силы, с которой головка воздействует на тестовый образец. При проведении испытания тестовый образец шириной не менее 150 мм закрепляется в установке таким образом, чтобы его сторонки образовывали угол 90є, а шарнирное соединение находилось под ребром V-образной головки. Перемещаясь вниз, головка оказывает давление на шарнирное соединение. Тест позволяет установить величину максимального сопротивления шарнирного соединения разрыву. По окончании теста оформляется протокол, в котором указываются сведения о тестовом образце и шарнирном соединении, использованном при тестировании оборудовании, условиях проведения испытания, а также фиксируются полученные результаты. Для повышения достоверности результатов рекомендуется выполнять тест не менее пяти раз.
Установка для испытания прочности шарнирных соединений коробки из гофрокартона |
Проектирование развертки (раскроя) коробки
После выбора материала, определения габаритных размеров и формы разрабатывается развертка — технологический чертеж заготовки, из которой впоследствии будет собрана коробка. Развертка должна изображать внешнюю (запечатываемую) сторону коробки и отражать особенности технологического процесса ее изготовления и сборки.
Элементы развертки коробки можно условно поделить на основные и вспомогательные. К главным элементам относятся боковые стенки, а также дно и крышка коробки. На основные элементы развертки в процессе ее изготовления может наноситься графическая и текстовая информация. Вспомогательные элементы развертки — различные клапаны — служат для скрепления основных элементов при сборке коробки.
Обозначения, используемые в чертежах разверток коробок, приведены в таблице.
На развертке обязательно указываются габаритные размеры коробки. Согласно установившейся практике, при описании коробки ее габаритные размеры обозначаются следующим образом:
Длина (L) x Ширина (B) x Высота (H).
Значения габаритов определяются путем измерения размеров основных элементов развертки как расстояния между линиями биговки. Измерения следует производить при стандартных климатических условиях: температуре 23 °C и влажности 50%.
Для коробок телескопической конструкции, широко используемых, например, для упаковки обуви, кроме указанных выше трех габаритных размеров, необходимо приводить значение высоты верхней части (съемной крышки). В этом случае обозначение габаритных размеров имеет следующий вид:
Длина (L) x Ширина (B) x Высота корпуса (H)/Высота крышки (h).
Четвертый размер необходимо указывать также для коробок с перекрывающимися внешними клапанами. В этом случае приводится величина области перекрытия:
Длина (L) x Ширина (B) x Высота корпуса (H)/Величина области перекрытия (o).
Для облегчения процесса проектирования и производства коробок основные их типы стандартизованы.
В Европе наибольшее распространение получили стандарты, разработанные Европейской ассоциацией производителей картона (ECMA) и Европейской федерацией производителей коробок из гофрированного картона (FEFCO).
Согласно классификации ECMA коробки делятся на следующие группы:
- группа A — коробки прямоугольной формы с клеевым скреплением;
- группа B — коробки прямоугольной формы со скреплением замками различных конструкций;
- группа C — коробки непрямоугольной формы с клеевым скреплением;
- группа D — коробки непрямоугольной формы со скреплением замками различных конструкций;
- группа E — коробки, находящиеся в непосредственном контакте с упаковываемым продуктом или предназначенные для групповой упаковки;
- группа F — коробки, конструкции которых не вошли в другие
группы.
Согласно классификации FEFCO коробки делятся еще на шесть групп:
- группа 02 — коробки, собираемые из одной развертки и закрываемые клапанами. При сборке таких коробок могут использоваться клеевое скрепление, шитье скобами, а также скрепление липкой лентой;
- группа 03 — коробки телескопической конструкции, собираемые из нескольких частей;
- группа 04 — коробки, собираемые из одной развертки, со скреплением замками различных конструкций;
- группа 05 — коробки, а также детали коробок, закрывающиеся путем взаимного перемещения элементов конструкции;
- группа 06 — коробки, собираемые из трех заготовок: корпуса и двух боковых стенок;
- группа 07 — коробки, собираемые из одной развертки, с клеевым скреплением.
В группу 09 объединены внутренние вкладыши, донные листы, перегородки и другие внутренние детали коробок.
При проектировании разверток широкое применение нашли системы САПР.
Заключительные стадии проектирования
После разработки чертежа заготовки изготавливается образец коробки, который согласовывается с заказчиком. Образец может подвергаться испытаниям, в ходе которых моделируются нагрузки, возникающие при эксплуатации коробки. По результатам тестов может быть изменен материал или произведена коррекция конструкции коробки.
После утверждения конструкции коробки изготавливается еще один образец для согласования с заказчиком полиграфического оформления коробки.
Важным этапом технологического процесса является разработка оптимальной схемы раскладки заготовок коробок на листе картона или гофрокартона. Формат листа зависит от характеристик печатного и отделочного оборудования. Оптимизация раскладки позволяет снизить себестоимость коробки за счет сокращения отходов материала и повышения производительности процесса. Качество раскладки характеризует коэффициент использования материала, рассчитываемый как отношение суммарной площади заготовок к площади листа.
При позиционировании заготовок на листе необходимо учитывать ориентацию волокон или гофр материала, а также стараться обеспечить равномерное распределение давления при печати и штанцевании.
 |
|
Технология изготовления коробок из картона и гофрокартона
Процесс производства коробок из картона и гофрокартона включает следующие технологические операции:
- печать;
- отделка;
- штанцевание;
- сборка.
Печать
Для печати на картоне и гофрокартоне наиболее часто используются офсетная, флексографская и трафаретная технологии. Листовой гофрокартон, как правило, запечатывается на листовых офсетных или флексографских машинах. Для печати на картоне применяются как листовые офсетные, так и рулонные флексографские машины. Трафаретная печать чаще всего комбинируется с офсетным или флексографским способом, расширяя технологические возможности печатного процесса.
Декоративная и защитная отделка
Отделка картонной упаковки позволяет разнообразить оформление и улучшает ее эксплуатационные функции. К наиболее популярным способам отделки относятся: лакирование, припрессовка пленки (ламинирование) и горячее тиснение фольгой.
Лакирование — процесс нанесения на поверхность материала лаковых композиций, которые при высыхании образуют гладкие прозрачные пленки, улучшающие внешний вид продукции и выполняющие защитную функцию. Для нанесения лака служат ротационные печатные аппараты, лакирование выполняется в свободной от печати секции печатной машины или на специализированном оборудовании.
Припрессовка пленки — процесс создания на поверхности материала прозрачного полимерного покрытия, выполняющего в основном защитную функцию. Припрессовка пленки может выполняться на листовых и рулонных ламинаторах с использованием клеев разных типов.
Горячее тиснение фольгой — процесс переноса на оттиск под действием давления и высокой температуры металлизированной или цветной пленки. Горячее тиснение фольгой является эффектным оформительским приемом, а также способствует повышению степени защиты продукции от подделки. Для горячего тиснения фольгой используются тигельные, плоскопечатные и ротационные прессы. На практике для тиснения фольгой достаточно часто применяются переоборудованные машины высокой печати.
Отделочные операции выполняются как на поточных печатно-отделочных линиях, так и на операционном оборудовании.
Штанцевание
Штанцевание — комплекс технологических операций, обеспечивающих формирование конструктивных элементов коробок. Качество выполнения штанцевания определяет точность геометрических размеров коробки, их прочность и долговечность. В процессе штанцевания могут выполняться следующие операции:
- высечка контура развертки коробки;
- биговка линий сгибов на развертке;
- перфорация;
- рицовка.
Высечка предназначена для придания заготовкам коробок требуемой конфигурации. Инструментами для высечки служат плоские или ротационные ножи-штампы. Высечка производится на тигельных, плоскопечатных и ротационных прессах. В мелкосерийном и единичном производстве широкое распространение получили так называемые челночные устройства, в которых штамп с уложенной на него заготовкой прокатывается через ротационную печатную пару.
При производстве коробок из гофрокартона с прямоугольной разверткой можно обойтись без высечки, так как в этом случае прорези для формирования клапанов коробки могут выполняться на специальных резальных машинах — слоттерах.
Биговка — нанесение на материал линий сгибов в виде выдавленных канавок, по которым в дальнейшем будет производиться фальцовка. Биговка предназначена для снижения жесткости материала по линиям будущих сгибов. Инструментами для биговки служат биговальный нож и биговальная матрица. Биговка может быть как плоской, так и ротационной.
Перфорация — высечка цепочки отверстий небольшого размера. Она может служить для облегчения фальцовки за счет удаления излишков материала с фальца. Обычно перфорация выполняется дисковым зубчатым ножом.
Рицовка — надрез поверхности материала. Рицовку производят в местах склейки деталей коробок. Благодаря проникновению клея в надрез достигается повышение прочности клеевого скрепления.
После штанцевания развертка коробки остается связанной с листом перемычками, поэтому для полного ее отделения автоматически или в ручную производится операция удаление облоя.
Сборка
После удаления облоя и разделения заготовок коробок они могут либо упаковываться и отправляться к заказчику, либо выполняется их сборка.
Сборка заключается в фальцовке коробки и скреплении ее деталей, то есть складывании из плоской заготовки объемной коробки и фиксации ее формы. Для скрепления деталей коробки наибольшее распространение получили легко поддающиеся автоматизации клеевой способ и механическое скрепление при помощи замков разных конструкций.
Для автоматизированной сборки коробок в настоящее время применяются фальцевально-склеивающие линии.
* * *
Как уже отмечалось, в производстве коробок из картона и гофрокартона сегодня широкое применение нашли различные средства автоматизации. При проектировании коробок используются САПР, на разных этапах технологического процесса изготовления коробок применяются различные поточные линии, на которых выполняются печать, отделка, штанцевание и сборка коробок. Использование высокоавтоматизированных линий позволяет значительно повысить производительность и сократить издержки производства. Как правило, подобные линии отличаются высокой гибкостью и позволяют изготавливать коробки широкого ряда типоразмеров. Возможность комплексной автоматизации технологического процесса изготовления коробок из картона и гофрокартона является важным преимуществом этого вида тары и способствует сохранению за ними одной из ведущих позиций на рынке упаковки.
|
|