Предварительные этапы проектирования упаковки

Конструкция упаковки воспроизводится  в сборочном чертеже общего типа и чертеже (рисунке), полученном в результате художественно-конструкторской проработки формы. Эти чертежи могут быть как раздельными и выполненными в различных масштабах, так и совмещенными. При необходимости производится моделирование и макетирование. Разрабатываются эскизы сложных поверхностей.

В технический проект входят пояснительная записка с описанием схем, сборочных чертежей и др., сборочные чертежи общего вида отдельных узлов, показывающие окончательные варианты конструктивного, эргономического и цветофактурного решений, принципиальные, общие, кинематические схемы и др.

Рабочая конструкторская документация (РКД) включает составленную в соответствии с ГОСТ 2.106-81 пояснительную записку, все сборочные чертежи упаковки и их полную деталировку, спецификации по каждому сборочному чертежу, комплексу и др.

Спецификация - документ, содержащий перечень всех составных частей, входящих в данное специфицированное изделие, а также конструкторские документы, относящиеся к этому изделию. Спецификацию выполняют по ГОСТ 2.108-81.

В пояснительной записке  приводятся все описательные материалы, необходимые прочностные, экономические и другие расчеты, сведения о стандартных, унифицированных и заимствованных сборочных единицах и деталях, которые были применены при разработке изделия, а также показатели уровня унификации и стандартизации.

Разработка проектной  конструкторской документации включает процесс последовательно углубляемой технико-экономической проработки инженерных решений, осуществляемых на базе данных технического задания, результатов научно-исследовательских работ и практического опыта. Эта фаза в зависимости от новизны и сложности конструкции может включать следующие этапы:

• многократное (многовариантное) моделирование объекта в документации, сопоставление и анализ различных моделей, основанных на сочетании различных по новизне, сложности и другим признакам составных элементов, выделение оптимального варианта (разработка технического предложения);
• проработку и изучение основных составляющих элементов оптимального варианта модели объекта и принципов их взаимодействия (разработка технического предложения);
• всестороннюю проработку модели, всех ее элементов и их взаимосвязей, позволяющую получить полное представление об устройстве и принципе работы объекта и принять окончательное техническое решение по исходным материалам, составу и структуре изделия (разработка технического проекта).

Составление РКД является процессом материального воплощения результатов инженерного поиска, систематизации опытно-промышленных данных и сопоставления их с техническим заданием, а также внесения необходимых уточнений в документацию.

Каждая проектируемая  и внедряемая конструкция должна удовлетворять основным техническим, социальным и экономическим требованиям. Эти требования часто носят противоречивый характер, поэтому задача конструктора заключается в выборе из множества возможных решений одного, наиболее полно отвечающего всему комплексу требований в целом.

В техническом отношении  конструкция должна соответствовать  современным достижениям науки и техники, отвечать функциональному назначению, заданным параметрам и обеспечивать возможность оптимально решать определенные технологические и производственные задачи. Вместе с тем она должна обладать необходимыми эксплуатационными качествами, например надежностью.

Социальные требования касаются способности конструкции  улучшать условия труда при ее изготовлении и эксплуатации, обеспечивать безопасность, исключать возможности загрязнения окружающей среды.

Экономические требования предусматривают, чтобы реализация проекта была не только конструктивно и технически возможна, но и экономически целесообразна. Многие конструкторы считают, что выполнить экономические требования - это значит уменьшить стоимость изготовления изделий, избежать сложных и дорогих решений, использовать наиболее дешевые материалы и простейшие способы обработки. Но это лишь часть задачи. Главное значение имеет то, что экономический эффект определяется полезной отдачей изделия и суммой эксплуатационных расходов за весь жизненный цикл изделия. Стоимость изделия является не всегда главной, а иногда и очень незначительной составляющей этой суммы. Особенно часто такое встречается при проектировании упаковки.

При разработке конструкции  складных коробок и ящиков из картона  или гофрокартона учитываются качественные характеристики упаковываемого продукта, механические и физико-химические свойства материала упаковки, его цена и другие не менее важные показатели.

На первой стадии конструирования определяются основные характеристики коробок и ящиков: тип и толщина материала, вид отделки, основные габаритные размеры. Решение основных задач конструирования - выбор материала, определение формы, размеров и конструктивных особенностей, выбор технологии производства - применительно к таре из картона и гофрокартона осложнено чрезвычайно широким ассортиментом видов упаковываемой продукции. Около 40% всей потребляемой в мире тары делают из бумаги, картона и гофрокартона. Естественно, что в зависимости от упаковываемого продукта к таре предъявляется комплекс специфических требований, связанных с особенностями жизненного цикла упаковываемой продукции. Выбор материала производится исходя из требований к прочностным показателям тары, при которых обеспечивается сохранность упаковываемого продукта, к внешнему виду тары, качеству и способу нанесения изображения, виду и технологии выполнения отделочных процессов, технологии и оборудованию для механической формообразующей обработки, склеивания и фальцевания.

Заканчивается первая стадия созданием трехмерного изображения упаковки, необходимых основных видов и сечений. Подробно принципы выбора материала, правила основных конструктивных и технологических расчетов приведены в книге [Ефремов Н.Ф., Лемешко Т.В., Чуркин А.В. Конструирование и дизайн тары и упаковки: Учебник для вузов. – М.: МГУП, 2004].

На второй стадии конструирования, которую можно назвать конструкторско-технологической, трехмерное изображение упаковки переводится в двухмерное плоское изображение ее заготовки, называемое разверткой, или раскроем (выкройкой). По своей сути раскрои является технологическим чертежом заготовки, из которой впоследствии будут собраны коробка или ящик. Раскрой должен изображать внешнюю (запечатываемую) сторону коробки и отражать особенности конструкции упаковки, технологии ее сборки и специфику процесса упаковывания.

Основные элементы развертки  складных коробок показаны на рис. 1. Все элементы можно условно разделить на главные и вспомогательные. К главным элементам складных коробок относятся лицевая 1, задняя 3, боковые 2 и 4 стороны (панели), а также верхняя 8 и нижние 18 и 20 стороны (панели). На них наносят текстовую и изобразительную информацию. Вспомогательные элементы служат для крепления и фиксации основных элементов коробок. К ним относятся склеиваемый клапан 5, верхние клапаны 9 и 10, верхний лицевой клапан 11 и нижние боковые клапаны 19 и 21.

 

Рис. 1. Основные элементы развертки складных коробок

 

Система нижних боковых  клапанов и нижних сторон образует дно коробки. Нижние стороны могут быть приклеены друг к другу или скрепляться различными замковыми затворами. На рис. 1 в качестве примера показана одна из конструкций затвора. На нижней стороне 20 выполнены прорези 23 специального профиля, в которые вставляются запирающие язычки 22 нижней стороны 18.

Верхние боковые клапаны 9 и 10 совместно с верхней панелью 8 и верхним лицевым клапаном 11 образуют крышку коробки. Крышка может быть приклеенной или многократно открывающейся с фиксацией разнообразными замковыми затворами. Замки выполняются преимущественно на верхнем лицевом клапане 11 в виде вырезов 12 и прорезей 13. В них входят и выполняют роль затворов либо верхние боковые клапаны 9 и 10, либо язычки 17 на задней стороне 3. Прочность и надежность замков повышают плечи 15 верхнего лицевого клапана. Для удобства сборки крышки верхний лицевой клапан 11 имеет конусную заходную часть 14, а в основании верхних боковых клапанов 9 и 10 вырезаны специальные компенсаторы 16. Если изготовление складной коробки завершается процессом склеивания продольного шва по склеиваемому клапану 5, то складывание (фальцовку) коробки осуществляют по двум линиям биговки 7.

Рекомендуемые размеры  вспомогательных элементов развертки  коробок приведены на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Рекомендуемые размеры вспомогательных элементов развертки коробок

 

В мире сложилась единая система обозначения основных габаритных размеров складных коробок. Размеры приводятся в такой последовательности (рис. 3): А´В´Н, где А и В - размеры плоскости основания коробки, мм, причем А - размер стороны основания, расположенной в плоскости, параллельной оси вращения верхней панели коробки; Н - высота коробки, мм.

Внутренние размеры  сторон А, В и Н определяются по развертке как расстояние между серединами биговочных канавок, ограничивающих соответствующую сторону.

Обычно дается трехмерное изображение упаковки в стоячем положении с открытой крышкой, как показано на рис. 3.

В целях облегчения и  автоматизации процесса проектирования коробок, создания системы унификации автоматизированного оборудования для их изготовления во многих странах основные типы коробок и их развертки стандартизированы. Некоторые виды наиболее популярных в США разверток складных коробок приведены на рис. 4.

 

 

Рис. 3. Трехмерное изображение складных коробок

 

 

Рис. 4. Некоторые виды разверток складных коробок:

1 - обратное сворачивание; 2 - автоматически складывающееся  дно; 3 - стиль аэроплана; 4 - прямое сворачивание; 5 - со склеиваемым дном; 6 - скобяное дно; 7 - с замками типа «конверт»; 8 - с язычками типа язычков Ван Бурена для склеивания дна; 9 - стиль взломщика; 10 - со склеиваемым дном и открывающейся крышкой; 11 - с отрывным верхом; 12 - для мороженого

2.2. Классификация конструкций коробок из картона и гофрокартона

2.2.1. Каталог складных коробок из картона ЕСМА

В 1967 г. Европейская ассоциация производителей картонной упаковки (ЕСМА), объединяющая специалистов ведущих  стран, выпустила первый сборник  стандартных конструкций складных коробок. В последующее время появилось новое поколение оборудования, материалов, были созданы новые конструкции складных коробок, разработана система компьютерного конструирования (CAD). На базе этой системы и сборника стандартов Европейского центра стандартизации в 1992 г. ЕСМА разработала новый каталог стандартных конструкций складных коробок.

По классификации, приведенной в каталоге ЕСМА складные коробки подразделяют на шесть групп (от А до F). Там же содержится отдельная классификация (группа X) по функциям и конструкциям затворов и вспомогательных приспособлений (рис. 5).

Группа А - прямоугольные картонные коробки, имеющие по высоте Н продольный клеевой шов. Все наружные плоскости таких коробок расположены под прямыми углами друг к другу.

Группа В - прямоугольные  коробки без продольных клеевых  швов. Соединение сторон осуществляется с помощью затворов разнообразных конструкций.

Группа С - непрямоугольные  картонные коробки с продольным швом по высоте Н. Несколько внешних сторон коробки имеют различную непрямоугольную форму и могут быть расположены под углом к основанию.

Группа D - непрямоугольные коробки без продольных клеевых швов. Соединение сторон выполняется различными затворами.

Группа Е - конструкции коробок, находящихся в непосредственном контакте с упаковываемым продуктом или предназначенных для групповой упаковки.

 

Рис. 5. Основные виды складных коробок каталога ЕСМА

 

Группа F - конструкции, не вошедшие в группы А - Е.

Каждая группа разбита  на подгруппы по совокупности признаков: формы и конструкции дна, крышки, затворов и т. д. Подгруппы обозначаются десятками: А-20, В-60, С-40. В свою очередь они разделяются на типы, определяющие конкретную конструкцию коробок.

В системе CAD из базы данных выбирают подходящую конструкцию коробок и в режиме диалога с компьютером определяют конечные размеры, материал, место склеивания и другие конструктивные параметры. Каталог ЕСМА не содержит строгих норм для различных деталей развертки, особенно вспомогательных элементов. Эти задачи каждая фирма решает самостоятельно.

2.2.2. Каталог ящиков из плотного картона и гофрокартона FEFCO

Европейская федерация  производителей ящиков из плотного картона (FEFCO) и Европейская ассоциация изготовителей гофрокартона (ASSCO) разработали классификацию картонных ящиков. По конструктивным признакам все ящики из плотного картона и гофрокартона разбиты на шесть основных типовых групп, в отдельную группу вынесен необработанный гофрокартон.

Группа 01 - гофрокартон  в рулонах и листах.

Группа 02 - ящики обычной конструкции, изготавливаемые из единой развертки. Они не содержат дополнительных частей для крышки и дна, закрываются при помощи клапанов. Боковой шов скрепляют с помощью металлических скоб, клея либо липких лент на бумажной или полимерной пленочной основе.

Группа 03 - ящики телескопической конструкции, собирающиеся из нескольких частей. Они имеют отдельный корпус с дном и крышку, которая частично или полностью закрывает корпус.

Группа 04 - ящики оберточного  типа и штампованные ящики. Заготовки ящиков имеют форму, позволяющую большинству конструкций осуществлять сборку без использования вспомогательных материалов для закрывания (скобы, клей, липкие ленты). Ящики имеют замковые затворы и отверстия для переноски.