11第四篇金属包装容器结构设计与制造

第4篇金属包装容器结构设计与制造12金属容器结构设计与制造12.1概述12.1.1金属容器类型及其结构特性12.1.1.1金属容器的分类方法1.按容器形状分类圆形、方形、椭圆形、扁圆形、梯形、马蹄形等以及圆柱形、圆台（锥）形、棱柱形、棱台（锥）形等。2.按容器的结构特点分类主要有两片罐和三片罐。3.按容器材料分类主要有马口铁（镀锡薄钢板）、白铁皮（镀锌薄钢板）、黑铁皮、铝合金、不锈钢以及塑铁复合材料和纸铁复合材料容器等。4.按容器功能分类主要分为密封容器和非密封容器两大类。5.按容器开口方式分类主要有开口式、中口式和闭口式三类。12.1.2基本结构特征金属包装容器从力学角度看，都属于薄壁容器。按其填充后的受力情况又可分为内压容器、外压容器和常压容器（工作压力70×10-3MPa）。因此，在容器设计时应根据其受压情况进行一定的强度、刚度验算，或通过实验进行检测。当强度、刚度不满足实用需要时，采用添加加强结构的手段来提高容器的强度和刚度，必要时可增加容器的壁厚。另外，金属包装容器的成型方式常采用焊接（罐身）和多重卷封（罐盖和罐底）工艺。在运输过程中，若受到冲击，这些连接部位可能会出现开裂现象。这一点在结构设计与制造工艺设计时应当加以高度重视。12.2~12.3金属容器基本制造工艺（自学，一般了解）13金属罐的结构设计与制造13.1二片罐13.1.1二片罐引述13.1.1.1二片罐发展简史20世纪40年代英国人将冲压技术用于罐头容器的生产，制造出了铝合金浅冲罐（比如有些罐身与罐底为一体的罐头）。在20世纪60年代，英国的一些企业又研制出了冲拔拉深法（DRD法）和变薄拉深法（D&I法）等制罐工艺。同时，美国在一些企业开发出易拉盖制造技术。从而使得二片罐得到了广泛的应用。铝及铝合金是金属容器制造中的第二大耗材，其特点是资源丰富、重量轻、易加工、耐腐蚀等。同时它又是一种极为重要的工业原料。近几十年来，由于对铝材需求的不断增长，铝的价格也直线攀升。另外，欧洲是一个贫铝地区，铝的价格飞涨对欧洲制罐企业产生了巨大的压力。因此，20世纪70年代末起，欧洲的一些企业相续开发出的钢二片罐。目前，钢二片罐和铝二片罐在欧洲市场上呈平分天下之势。13.1.1.2二片罐的分类浅拉深罐深拉深罐（DRD）{拉深罐变薄拉深罐（D&L罐）{二片冲压罐13.1.2二片罐的结构13.1.2.1二片罐的结构特点二片罐的结构特点主要有以下4个方面：1.二片罐是采用适当的冲压工艺，使圆形板坯经若干次冲压拉伸后成型的。其罐身完整、光滑、无接缝。2.罐底与罐身浑然一体，无需卷封组装。3.二片罐的造型多为圆柱体，但其靠近罐盖与罐底的部位可以进行适当的变形，以增加容器的力学性能和提高美观性。4.二片罐多采用易开结构，从而方便了用户使用。1、罐身无接缝；2、外壁光滑无缝，印刷效果好；3、两片罐质量轻；4、成型工艺简单、生产率高。13.1.2.2二片罐的结构形式1.二片罐容器的结构要素二片罐由罐身、罐底、罐盖（图中未示出）、罐身上缘和罐身下缘组成。罐身罐底罐身上缘罐身下缘罐身其作用是作为容器的主体，形状多为圆柱形，也有椭圆形甚至圆角矩形。对于变薄拉伸罐，由于工艺的限制，其形状均为圆柱形。罐底其作用主要是支撑整个容器，形状通常为圆形。对于变薄拉伸罐，由于一般用来包装含汽饮料，所以其形状基本上均为内凹的圆拱形。罐身上缘其主要作用是连接罐身与罐盖。对于拉伸罐，这一部分通常不太明显，而对于变薄拉伸罐，通常采用缩口方式。其目的一方面是提高罐子的强度与刚度，改善罐子的造型；另一方面是缩小罐口的表面积，以减少被包装的饮料与空气的接触面积。罐身下缘其主要作用是连接罐身与罐底，同时提高罐子的强度与刚度。2.二片罐容器的底部结构3.二片罐上缘部分结构（自学，一般了解）13.1.3二片罐的设计13.1.3.1制罐材料的选择拉深罐的原材料有镀锡板、涂料镀锡板、黑铁皮、涂料无锡板、铝合金薄板，等。而浅拉深罐的材料则主要选用无锡板或涂料无锡板。深拉深罐由于材料变形量大，通常仅选用铝合金板。目前，也常常采用镀锡板来生产深拉深罐。变薄拉深罐在生产过程中材料的变形量最大，因此常采用铝合金板或镀锡板来制造。13.1.3.2二片罐的结构设计二片罐的罐型、尺寸及封口形式均受到制罐设备的限制，因此，与其说是设计，不如说是造型。通常，根据容器所要包装的内容物及相应的标准来选择一种罐型、尺寸和封口形式。设计者所做的具体设计实际上仅为装潢设计。在罐型选择上，应考虑经济原则，即尽可能地节省材料且加工方便。因此，圆柱形罐应当为首选。尺寸选择的主要依据是内容物的包装量。封口形式常常需要考虑到内容物的物理特性。通常，二片罐的封口形式均为易开式，若内容物为固体或半固体，则可能考虑侧开式；若内容物为流体，则只能选择顶开式。1、罐身：罐身由侧壁、罐底和口缘三部分构成。1）截面形状与壁厚浅拉罐多为圆形、椭圆形、方形、偏圆形的罐身；深冲罐和变簿拉伸罐多采用圆形截面。两片罐的承压强度按圆筒形压力容器进行。式中：p：罐的内压力，MPa；D：罐内径，cm；t：罐身壁厚，cm。tDp22）口缘、罐底罐口缘部分的结构有直筒翻边、缩径翻边、双缩径翻边和三缩径样翻边等几种形式。3）罐身的规格尺寸一般原则是选用批量生产的标准容器。2、罐盖1）按罐身的截面形状决定罐盖的外形；2）开启方式多为切开式和拉开式罐盖结构；3）与罐体组封的方式多为二重卷边；4）盖面应有埋头结构。13.1.3.3二片罐用料计算（自学，一般了解）13.1.4二片罐罐身制造13.1.4.1浅拉深罐板料落料拉深罐底成型翻边修边拉伸原理示意图（一次成型）13.1.4.2深拉深罐板料落料预拉深罐底成型翻边修边再拉深再次拉伸原理示意变薄拉伸原理13.4.1.3变薄拉深（D&I）罐卷料展开涂润滑剂下料和预拉深再拉深多次变薄拉深罐底成型修边清洗表面印刷内壁涂覆缩颈和翻边检验包装习题第四篇思考题1，9，10，11，12，13