成品周转箱结构设计及注塑成形工艺研究

刘海艳，刘淑艳，张雷，刘有江，张丽娜，王秋雨，王锐，李志国

(北方华安集团有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161046)

外购的普通周转箱由于不是针对各种实际产品进行结构设计，箱内尺寸不能满足各种产品需求。在成品周转过程中，由于箱体尺寸与各产品零部件不匹配，导致零部件在周转过程中出现磕碰现象，造成返修、返检，甚至直接报废，给产品的生产和交验带来了困扰，也给工厂造成了不必要的损失。为此，结合塑料制品价格低廉、强度高、可回收利用的特点，展开了成品周转箱通用化研究，实现一箱多用，从根本上有效地解决了周转过程产品磕碰的问题[1—3]。

1 结构设计

1.1 箱体结构设计

对工厂现行生产各产品零部件装箱尺寸进行了统计和分类，选取了具有代表性的弹体作为设计基础，结合工厂现行生产各产品零部件结构特点，设计了一个母箱及配套卡板，采用更换卡板的方法，结合塑料制品成形特点、装箱重量、塑料周转箱强度、工人劳动强度，进行了优化设计。箱体技术参数见表1，箱内配备4块卡板，通过卡板插入位置的变化，实现一箱多用[4—5]。箱体结构见图 1。

表1 箱体技术参数Tab.1 Technical parameters

图1 箱体结构Fig.1 Box structure

1.2 箱体外壁及加强筋设计

为减少原材料使用，箱体外壁初始设计采用网格+加强筋的结构形式，但该结构形式需要复合开模，增加了注塑模具复杂程度，需增加模具成本约5万元[6]。经过优化设计，确定为外壁封闭+加强筋的结构形式，注塑模具设计为一个方向开模，简化了模具，降低了制造成本。

1.3 箱体提手设计

成品周转箱搬运主要以单人操作为主，考虑装入零部件后的重量，箱体提手成为了搬运便利性和使用寿命的关键。若提手强度不足，就易发生断裂、弯曲现象，直接影响到周转箱的使用效果[7—9]。初始设计为在箱体外壁的中上部挖出一个长方形的提手，缺点在于在装入不同产品的情况下，操作者手指插入时，手指被零部件挡住，无法用力[10]。经过优化设计，改为利用箱体口平面处的翻转结构，增加加强筋形成提手，解决了操作不便问题，箱体外壁及提手结构见图2。

图2 箱体外壁及提手结构Fig.2 The outer wall of the box body and a handle structure

2 箱体注塑加工

2.1 原材料选择

结合工厂塑料制品加工现状，综合考虑各种塑料价格与性能差异[11—12]，反复论证后确定周转箱原材料为高密度聚乙烯(1.45万元/吨)，同时添加质量分数为20%～30%的碳酸钙，既降低生产成本，又解决了试制过程中出现的箱体、卡板强度不足等问题[13—14]。

2.2 注塑加工

选用1600M3型注塑机，将注塑模具安装在设备上，先对模厚、顶针等工装进行调试，调试完毕，再打开料筒加热按钮，加热0.5 h，直至料筒温度达到设置温度后，启动液压泵。将烘干好的高密度聚乙烯原材料经自动上料装置运送到料斗中。在工艺允许范围内进行调试，并摸索出最佳的工艺参数，其中，温度参数见表2，注塑参数见表3。

表2 温度参数Table2 Temperature parameters ℃

表3 注塑参数Table3 Injection molding parameters

2.3 加工成品及试验结果

对加工出的100套成品周转箱箱体、卡板尺寸、外观质量进行了检验，均满足设计要求。进行了产品装箱及堆垛试验，根据不同产品，通过插入不同位置卡板满足相应的装箱要求，最大装箱质量可达54 kg。在堆垛试验中，将装有54 kg产品的周转箱4个堆垛在一起，静止放置48 h，观察箱体有无变形现象，具体产品装箱示意图见图3，堆垛试验示意图见图4。经一系列试验验证，均满足产品使用要求。将周转箱应用于相关产品生产过程的周转，经一段时间的生产证验，所有周转产品无磕碰现象[15]。

图3 产品装箱示意Fig.3 Product packing diagram

图4 堆垛试验Fig.4 Stacking test

3 结论

生产实践证明，该周转箱设计合理，实现了一箱多用，箱体强度满足使用要求。采用的高密度聚乙烯塑料价格低廉，可回收利用，制造成本较低，箱体制造工艺性良好，适合大批量生产，采用该周转箱可有效解决产品磕碰问题。

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