Sản phẩm có trọng tâm lệch: thiết kế xốp định hình để kiện không lật và không dồn tải vào một góc

Rất ít hàng điện máy có khối lượng phân bố đều. Tủ đông dồn nặng về đầu có máy nén, máy lọc nước dồn về đáy nơi có bơm và bình áp, bình nóng lạnh dồn vào ruột bình, loa trầm dồn về củ loa, két sắt dồn về phía cửa dày. Vậy mà bao bì cho những sản phẩm này vẫn thường được làm đối xứng, vì đối xứng thì dễ vẽ, dễ làm khuôn và dễ lắp.

Bài này dành cho kỹ sư bao bì và kỹ sư sản phẩm. Nó giải thích vì sao bộ xốp đối xứng cho sản phẩm trọng tâm lệch thường hỏng ở cùng một chỗ, và cách thiết kế để các khối xốp cùng làm việc như nhau.

Trọng tâm lệch là chuyện của hầu hết hàng điện máy

Trọng tâm là điểm mà toàn bộ khối lượng sản phẩm coi như dồn vào đó. Khi trọng tâm nằm lệch về một đầu, đầu đó gánh nhiều tải hơn khi kiện đứng yên, chịu va đập mạnh hơn khi kiện rơi, và quyết định kiện có dễ lật hay không.

Bước đầu tiên luôn là biết trọng tâm nằm ở đâu. Kỹ sư sản phẩm thường có số liệu này từ mô hình 3D. Nếu không có, có thể xác định gần đúng bằng cách cân từng đầu sản phẩm, hoặc thử nhấc nhẹ từng phía. Không có vị trí trọng tâm, mọi thiết kế bao bì chỉ là đoán.

Chia mặt tì theo tải, không chia đều

Khối xốp làm việc tốt nhất khi ứng suất tĩnh trên nó, tức phần tải chia cho diện tích mặt tì, nằm trong một khoảng phù hợp với tỷ trọng đã chọn. Với bộ xốp đối xứng cho sản phẩm trọng tâm lệch, hai khối đầu có cùng diện tích tì nhưng gánh hai phần tải khác nhau. Khối phía nặng làm việc ở ứng suất cao hơn, lún nhiều hơn khi rơi và có thể chạm đáy, trong khi khối phía nhẹ gần như không làm gì.

Cách sửa là chia diện tích mặt tì theo phần tải mà mỗi đầu gánh. Đầu nào gánh nhiều tải hơn thì có mặt tì rộng hơn tương ứng, để ứng suất tĩnh ở hai đầu gần bằng nhau và hai khối lún như nhau khi rơi. Một cách khác là dùng tỷ trọng khác nhau cho hai đầu, nhưng cách này cần hai lần nạp hạt khác nhau hoặc hai khuôn, nên thường chỉ dùng khi không đủ chỗ để mở rộng mặt tì. Bài chọn tỷ trọng xốp định hình theo sản phẩm nói thêm về quan hệ này.

Rơi lật và cú va đập thứ hai

Khi một kiện có trọng tâm lệch rơi xuống bằng đầu nhẹ, nó không dừng lại ở đó. Phần nặng tiếp tục đi xuống, kiện xoay quanh điểm chạm, và đầu nặng đập xuống sau đó một nhịp. Đó là cú va đập thứ hai, thường mạnh hơn người ta nghĩ, vì lúc đầu nhẹ chạm đất thì đầu nặng vẫn đang rơi, rồi còn được cộng thêm chuyển động xoay của cả kiện.

Hệ quả thực tế: khối xốp phía nặng không chỉ phải chịu cú rơi thẳng xuống đầu đó, mà còn phải chịu cú đập sau khi kiện rơi bằng đầu kia. Nếu chỉ thử rơi phẳng, bạn sẽ không thấy cú va đập thứ hai này. Vì vậy các lần thử rơi nghiêng, rơi cạnh và rơi góc ở phía nhẹ cũng quan trọng không kém phía nặng.

Giữ kiện không lật

Kiện dễ lật khi trọng tâm cao và chân đế hẹp. Khi kiện bị nghiêng, nếu hình chiếu của trọng tâm đi ra ngoài mép đế, kiện sẽ đổ. Có ba cách làm kiện ổn định hơn: hạ vị trí sản phẩm trong kiện nếu có thể, làm rộng chân đế bằng khối xốp đáy lớn hơn thân sản phẩm, và đặt sản phẩm sao cho phần nặng nằm dưới trong tư thế vận chuyển.

Với sản phẩm có phần nặng nằm trên cao, ví dụ một số dòng tủ mát có cụm máy trên nóc, chân đế rộng là biện pháp quan trọng nhất. Những dòng máy cao và hẹp như máy lọc nước tủ đứng cũng gặp vấn đề tương tự, như bàn trong bài xốp định hình cho máy lọc nước và bình nóng lạnh.

Bảng: vị trí phần nặng và hướng xử lý

Đánh dấu trọng tâm cho người bốc xếp

Người bốc xếp không biết bên trong kiện có gì. Nếu họ nhấc kiện ở phía nặng như phía nhẹ, kiện sẽ nghiêng đột ngột và dễ tuột tay. In ký hiệu trọng tâm lên thùng, đúng vị trí trên các mặt bên, giúp họ nhấc và đặt kiện đúng cách. Với kiện lớn đi xe nâng, ký hiệu này còn giúp tài xế xe nâng chọn đúng vị trí luồn càng.

Việc in ký hiệu thuộc về thiết kế thùng carton, nhưng người thiết kế xốp nên nhắc điều này khi bàn giao bộ bao bì, vì nó bổ sung trực tiếp cho những gì khối xốp đang cố gắng làm.

Thử rơi đúng góc, cạnh nặng

Kế hoạch thử rơi cho sản phẩm trọng tâm lệch nên có ít nhất: rơi mặt đáy, rơi góc và cạnh ở phía nặng, và rơi góc, cạnh ở phía nhẹ để thấy cú va đập thứ hai. Sau mỗi lần rơi, kiểm tra cả sản phẩm và độ lún của từng khối xốp. Nếu khối phía nặng lún sâu hơn hẳn khối phía nhẹ, việc chia mặt tì chưa đúng. Bài thử nghiệm thả rơi bao bì xốp định hình đi qua cách lập kế hoạch thử chi tiết hơn, còn bài xốp định hình cho tủ lạnh, máy giặt có thêm ví dụ về hàng điện lạnh.

Khi trọng tâm thay đổi theo phiên bản sản phẩm

Nhiều nhà máy dùng chung một bộ bao bì cho nhiều phiên bản của cùng một dòng sản phẩm: bản có thêm mô-đun, bản đổi máy nén, bản đổi vật liệu vỏ. Mỗi thay đổi như vậy có thể dịch trọng tâm và thay đổi khối lượng, dù kích thước ngoài vẫn giữ nguyên. Bộ xốp được thiết kế cho phiên bản đầu có thể không còn đúng cho phiên bản sau.

Cách phòng ngừa là đưa bao bì vào danh sách những thứ phải xem lại mỗi khi có thay đổi kỹ thuật trên sản phẩm. Nếu khối lượng hay vị trí phần nặng thay đổi đáng kể, cần thử rơi lại với phiên bản mới trước khi dùng chung bộ xốp cũ. Chi phí một lần thử nhỏ hơn nhiều so với một lô hàng hỏng vì bao bì không còn khớp với sản phẩm bên trong.

Mốp Xốp Minh Phát làm phần nào

Nhà máy tại Bàu Bàng, Bình Dương sản xuất xốp định hình EPS theo bản vẽ, với hơn 30 năm trong nghề. Từ vị trí trọng tâm và khối lượng mà khách hàng cung cấp, kỹ sư khuôn đề xuất cách chia mặt tì, độ rộng chân đế và cấu hình khối, rồi làm mẫu để khách hàng thử rơi và điều chỉnh. Hàng của nhà máy đã đi theo tiêu chuẩn của khách hàng xuất khẩu Nhật Bản. Mẫu xốp định hình cố định cho két sắt là một ví dụ về hàng nặng dồn một phía.

Nhà máy không tính toán kết cấu sản phẩm và không quyết định tiêu chí thử thay khách hàng. Gửi bản vẽ, khối lượng, vị trí trọng tâm và tư thế vận chuyển về blueskyhuynhhuynh@gmail.com để kỹ sư xem trước.