金属包装容器

包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院第一节金属容器类型及其结构特性容器形状容器形状结构特点结构特点容器材料容器材料容器功能容器功能开口方式开口方式分类方法分类方法第一节金属容器类型及其结构特性包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院喷雾罐三片罐二片罐金属软管三片罐是由罐身、罐底和罐盖三片金属材料加工组成。容积较大的钢桶、方桶或异形桶罐身与罐底通过冲压成形加工成一体在上述两种容器罐身基础上增加一套喷雾装置即成罐身有时可以由一片材料通过冲压加工而成，也可称单片罐结构特点结构特点包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院第二节金属容器基本制造工艺——冷冲压技术冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺，在一般情况下指落料和冲孔。此工艺既可以直接把材料制成零件，又可以为弯曲、拉深和成型等工序作准备。从板材上冲下所需形状的零件或毛坯，称为落料；在工件上冲出所需形状的孔，叫做冲孔。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院①弹性变形②塑性变形③断裂分离冲裁工艺冲裁工艺冲裁过程冲裁过程冲裁后断面一般可分成四部分，即光亮带、剪裂带、圆角带和毛刺。四个部分在整个断面上所占的比例不是固定的，它随材料的机械性能、厚度、凸凹模的间隙、模具结构和润滑等条件的不同而变化。冲裁件的质量主要通过断面光亮带和剪裂带的大小，圆角和毛刺多少及其翘曲程度等来判断。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院冲裁模间隙冲裁模间隙冲裁模的间隙冲裁用凸、凹模之间的间隙圆角与断裂斜度都增加，毛刺大而厚，不易去除。增大冲模间隙可以减低冲裁力（不显著），对卸料力、推件力的影响相当明显减小间隙对模具寿命有极大影响。间隙越小，摩擦越严重。过小间隙对模具寿命极为不利，而较大间隙有利于提高模具的寿命。冲模间隙过小时，工件断面上的毛刺一般也较小，在断面上形成第二光亮带。冲模间隙过大时，工件光亮带减小，（2）冲裁模间隙对冲裁的影响（1）冲裁模间隙值的确定对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命等影响很大，它是冲裁加工与模具设计中一个极其重要的工艺参数。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院降低冲裁力的方法冲裁力及其降低方法冲裁力及其降低方法材料加热红冲材料加热红冲阶梯状多凸模冲裁阶梯状多凸模冲裁斜刃口模具冲裁斜刃口模具冲裁材料加热后的抗剪强度会大大降低，从而降低冲裁力使各凸模冲裁力的昀大值不会同时出现，由此降低总的冲裁力。冲裁时刃口逐步冲切材料，这就等于减少了剪切断面积，因而能降低冲裁力。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院弯曲工艺弯曲工艺塑性弯曲阶段塑性弯曲阶段弯曲变形过程弯曲变形过程弹性弯曲阶段弹性弯曲阶段变形量很小，其应力仅产生于弯曲圆弧的切线方向，存在应力中性层和应变中性层内、外表层金属先达到屈服极限，板料开始由弹性变形阶段转入塑性变形阶段。随着弯矩的不断增加，塑性变形由表向里扩展，昀后使整个断面进入塑性状态。①弹塑性弯曲②线性纯塑性弯曲③立体纯塑性弯曲包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院最小弯曲半径最小弯曲半径弯曲件的弯曲半径常指其内层表面(受压侧面)弯曲后的曲率半径。在弯曲过程中，材料外层纤维受拉应力作用。当材料的厚度一定时，弯曲半径r越小，拉应力越大。当弯曲半径r小到一定限值时，由于材料外层纤维拉应力过大，而使弯曲件的外层出现裂纹及破裂。通常把不致使材料弯曲后发生破坏与折断时减小弯曲半径的极限值，称为此材料的昀小弯曲半径。常用昀小相对弯曲半径rmin/t来表示。值可查表确定。值可查表确定。①材料的机械性能②弯曲方向③板料边缘状态④弯曲中心角包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院弯曲回弹现象弯曲回弹现象弯曲变形结束后不受外力作用时，总是伴有弹性变形，使弯曲件的弯曲中心角与弯曲半径变得同模具的尺寸不一致，这种现象称为回弹。回弹后的中心角变小，曲率半径增大。回弹时的尺寸变化包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院屈服强度越大，弹性变形更大，若弹性模量E越大，回弹越小。相对弯曲半径r/t越大，回弹越大。弯曲中心角越大，回弹越大。有底凹模内弯曲，可以明显地减小回弹U形件的弯曲回弹小于V形件。形状复杂的弯曲零件在一次弯曲加工而成时，不易回弹。模具的几何结构参数，例如凸、凹模之间的间隙，凹模圆角半径，凹模宽度和深度等，都对板料的实际弯曲变形具有不同程度的影响。①材料的机械性能②弯曲变形程度③弯曲中心角④弯曲方式⑤工件形状⑥模具结构影响回弹的各种因素包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院拉深工艺拉深工艺将平板毛坯通过拉深模具制成开口筒形或其他断面形状的零件，或将筒形或其他断面开头毛坯再制成筒形或其他断面形状的零件，这种工序称为拉深(或拉延)。用拉深工艺，不但可以制成多种形状的薄壁件，还可以与其他冲压工艺配合制成形状十分复杂的冲压件。在包装工业上，二片结构型金属罐结构件几乎都是拉深出来的，因此，它在金属冲压生产中占据着很重要的地位。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院拉深变形过程拉深变形过程拉深毛坯的应力应变状态圆形平板材料拉深成筒形零件的拉延过程概述如下：由于毛坯金属内部的相互作用，金属板料内各个小单元体内产生内应力，即在径向产生拉伸应力，而在切向产生压缩应力。在这两种应力的共同作用下，拉深件外部凸缘区的材料发生塑性变形而不断地拉入凹模内，成为圆筒形零件(图4-7)。在拉深过程中的不同时刻，毛坯内各部分所处位置不同，其应力应变状态也不同。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院(1)拉深系数每次拉深变形后圆筒工件的直径与拉深前毛坯(或半成品)的直径之比，即：0＜m＜1表示拉深的变形程度。拉深系数越小，说明拉深前后的工件直径差别越大，也即该道工序的变形程度越大。在制定拉深生产工艺时，如果拉深系数值m取得太小，就容易造成拉深件凸缘处起皱，或者工件筒壁下部断裂或严重变形报废。因此，拉深系数m的减小有一个正、反拉深拉深系数与拉深次数拉深系数与拉深次数1/nnnmdd−=实际界限，此界限称为极限拉深系数。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院(2)影响拉深系数的因素材料的机械性能毛坯的相对厚度拉深方式拉深程序模具结构润滑条件一般塑性好和屈强比小的材料拉深系数小。决定拉深系数m值的一个重要因素。t/D越大，则拉深系数值可减小。大时抵抗凸缘处失稳起皱的能力较强；很大时可以不使用压边圈。有压边圈的拉深系数可相应减小，不用压边圈的则应大些。第一次拉深后，材料将冷作硬化，塑性降低。因此，第一次拉深后的各次拉深系数值应比第一次拉深系数值大些。拉深次数多，总拉深系数值应大。拉深冲模的凸、凹模尺寸，对拉深系数的影响很大。当凸、凹模圆角半径较大时，则拉深系数较小。一船情况下，凸模圆角半径等于工件的圆角。良好的润滑条件能使拉深系数减小。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院(4)首次拉深后各次拉深方法(3)拉深次数11(lglg)/lgnndmdm=+−如果首次拉深以后各次拉深系数变化不大，那么可设以后各次拉深系数都是m值，一个零件在一次拉探中所能达到的昀小极限拉探系数为mL，如果一个零件所要求的总拉深系数m0大于按材料及加工条件所允许的极限位深系数mL时，则此零件只需一次拉深即可制成，否则必须多次拉深。按照拉伸系数进行拉深。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院局部成形其它冲压工艺其它冲压工艺翻边缩口胀形旋压内孔翻边、外缘翻边缩口系数机械胀形、橡皮胀形、液压胀形压筋、压包、压字、压花，能够有效地提高制件的刚度和强度/mdD=整形包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院焊接工艺焊接工艺第三节金属容器基本制造工艺——焊接、粘接钎焊钎焊电阻焊电阻焊激光焊激光焊粘接工艺粘接工艺粘接过程和接头设计粘接过程和接头设计胶粘剂的种类与选用胶粘剂的种类与选用粘接工艺粘接工艺钎焊接头形式钎焊接头预留间隙选择焊前清理点焊缝焊焊缝接头形式、填充金属、参数过程、受力、类型包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院(1)钎焊接头形式。常用的接头形式有搭接接头、卷边接头、套接接头、丁字接头等。这些接头接触面积大，能承受较大的作用力。对接接头强度低，斜接接头制作复杂一般很少用。在金属容器焊接工艺中，常见的是搭接和卷边接头形式。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院电阻焊电阻焊利用电流通过焊件时所产生的电阻热加热焊件的接合处，使其金属达到塑性状态或熔化状态时施加一定的压力，使焊件牢固地连接在一起的方法。电阻焊应用范围很广泛，除在三片金属罐和钢桶等包装容器制造外，在汽车、飞机、电真空器件、仪表制造等工业部门中，电阻焊也是重要的焊接工艺之一。p203(1)点焊(2)缝焊包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院点焊的接头形式分为单剪搭接、双剪措接、带垫片对接等几种接头形式，其中单剪搭接接头应用昀广。在需要时可以在单排接头基础上增为双排接头。(1)点焊接头形式是搭接。点焊时，将焊件压紧在两圆柱形电极间，并通以很大的电流，利用两焊件接触电阻较大的特性，产生大量的热量，迅速将焊件接触处加热到熔化状态，形成液态熔池(焊核)，当液态金属达到一定数量后断电，在压力的作用下，冷却凝固形成焊点。焊前必须清除焊件表面的油脂、脏物及氧化膜焊接电流、通电时间、电极接触面积、电极压力包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院(2)缝焊与点焊相似，它以旋转的滚盘电极代替点焊的圆柱形电极，焊件在旋转滚盘的带动下前进，所以缝焊又称滚焊。当电流断续(或连续)地通过焊件时，形成一个个彼此重叠的焊点，即成为一条连续的焊缝。p205主要用于密封性好的薄壁容器，如包装容器和汽车油箱等。由于缝焊焊点重叠，故分流很大，因此焊件厚度一船不超过2mm。包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院缝焊的主要接头形式缝焊连续缝焊断续缝焊步进缝焊焊点间距滚盘压力滚盘尺寸和工作表面形状焊接周期焊接速度焊接电流焊接工艺参数包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院激光焊激光焊激光是利用原子受辐射后，使物质受激而产生一种单色性高、方向性强、亮度高的光束，经聚焦集中可以获得极高的能量密度。这种以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法，称为激光焊。利用激光能使被焊金属发生熔化、蒸发、熔合、结晶、凝固而形成焊缝。p207连续功率激光焊脉冲功率激光焊包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造上海海洋大学食品学院上海海洋大学食品学院(1)焊缝接头形式。常用的CO2激光焊接头形式包括平面对接、垂直对接、环形对接、卷边对接、表面搭接、侧面搭接、环形角接等，但使用昀多的还是对接结构形式。为了获得成形良好的焊缝，除了对焊件进行必要的预先清洗处理外，必须将焊件良好装配。(2)填充金属。尽管激光焊属于一种自熔焊，但在一些应用场合仍需充填金属。这样做的优点有下述三点：①能改变焊缝化学成分，从而达到控制焊缝组织，改善焊缝接头处力学性能