金属包装容器结构设计

第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系《包装结构设计》天津商学院包装工程系李连进冯梅第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第一节金属包装容器第二节金属包装容器加工成型第三节三片罐及其衍生罐结构设计第四节两片罐结构设计第五节金属桶结构设计第六节钢桶封闭器结构设计第七节金属气雾罐结构设计第八节其它金属包装容器结构设计第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系1、研究对象：本章研究的是金属包装制品,是以金属或金属合金为主要材料的包装制品,如金属罐、金属软管、金属桶以及其他金属制品等。2、研究内容：包括金属包装制品的结构设计与计算、加工成型原理、生产制造工艺等。重点内容是金属罐制品的设计和制造。3、学习目的：掌握典型金属包装制品的结构特点、用途、加工工艺、成型原理及主要生产设备的基础知识。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第一节金属包装容器一、金属包装容器的类型1、按容器材质分类2、按容器的容积、形状分类3、按包装商品分类第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系二、金属包装容器的组构特征1、身片2、顶片3、底片第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系三、金属包装容器常用材料1、薄钢板1）常用普通碳素薄钢板：Q195、Q215、Q2352）常用优质碳素薄钢板：08F、10F、15F、08、10、153）镀锡薄钢板（马口铁）4）镀锌薄钢板（白铁皮）5）镀铬薄钢板第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系2．铝及铝合金薄板1）常用的铝合金：铝锰合金、铝镁合金、铝硅合金、铝镁硅铜合金、铝铁镍合金等。2）铝箔第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系表2-1列出了各种冲压加工形式对材料性能的要求，可供设计时选用材料参考。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第二节金属包装容器加工成型包装工业中的金属容器，几乎都是薄壁容器，一般应用冷加工工艺。按其加工性质一般分为：第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系一、金属包装容器的加工方法1、剪切剪切主要有剪裁加工及其切口、切边、切角等局部加工。主要设备有剪床、板金铣床及自动裁料机等。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系一、金属包装容器的加工方法2、冲载冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺，主要有落料、冲孔、切口、剖切和修边等加工方式，但是，一般指落料和冲孔。第三章成型工艺基础第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系冲裁加工过程①弹性变形②塑性变形③断裂分离第三章成型工艺基础第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系①弹性变形。冲裁开始，凸模对材料加压，由于玩具作用，材料不仅产生弹性压缩，而且还有拉弯，并稍许把材料压进凹模腔口。此阶段内的应力状态未达到塑性条件，处于弹性变形阶段。②塑性变形。凸模继续对材料加压，当材料的应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，同时，还伴有材料的弯曲和拉伸。随着变形的增加，模具刃口附近产生应力集中，直到应力值达到最大值并出现微裂纹。③断裂分离。凸模连续压入，易形成的上、下微裂纹逐渐扩大并向材料内部延伸，当两条裂纹重合或相交时，材料便剪断分离。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第三章成型工艺基础第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系所需的冲裁力的计算式中：F：冲裁力，N；L：制件冲裁的周边长度，mm；t：板材厚度，mm；：金属板材的极限强度，N/mm2。btLFb第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系3、弯曲1）弯曲是使工件在某一平面内形成弧度和夹角的加工方法。2）加工设备主要用冲压机，通过凸模和凹模使材料强制变形而实现的。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系3）弯曲变形过程的特点①变形区主要处在弯曲件的圆角部分，而在远离圆角区的两段则不发生变形。②在弯曲变形区内，其外区的切向金属受拉伸长，其内区的切向金属受压缩短。在这两个变形区内，有一层金属层长度不变，即应变中性层。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系最小弯曲半径：1）应变中性层的位置第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系2）最小弯曲半径的确定弯曲半径r越小，外层产生的拉应力越大，当弯曲半径r小到一定限度时，材料外层因受拉应力过大而出现裂纹。通常把外层不发生裂纹的最小弯曲半径数据值，称为材料的最小弯曲半径。有时用最小相对弯曲半径rmin/t来表示，其中rmin为材料的最小弯曲半径(mm)，t为被弯曲板材的厚度(mm)。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系弯曲回弹现象1）回弹的定义2）回弹的危害3）减小回弹的措施第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系回弹的定义：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。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系金属制件在压力作用下弯曲时，产生弹性和塑性变形，当压力去除时，材料就会产生弹性恢复，也叫弹性回跳。弹性回跳的存在，影响弯曲加工的质量和精度，因此，需要采取必要的措施，尽量消除弹性回跳造成的不良后果。影响回弹量的因素有：材料的机械性能、弯曲变形程度、弯曲中心角、弯曲方式、工件形状及模具结构。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系减小回弹的措施：塑性变形总是伴随有弹性变形，所以，要完全消除弯曲件的回弹是极其困难的。但在生产实际中，可以采取某些措施来减少或补偿由于回弹所产生的误差。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系①工件结构的设计。在弯曲工件的弯曲区，可预先设计加强筋，以增加弯曲区的刚度，提高塑性变形的程度，促使回弹减小。②工件材料的选择。根据前述影响回弹因素的分析可知，为减小回弹，应采用弹性模数大、屈服极限小和机械性能比较稳定的材料。③模具结构的设计。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系弯曲件的工艺性：1）弯曲件的弯曲半径2）弯曲件的形状3）弯曲件孔边距离4）弯曲件直边高度5）设计工艺第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系弯曲件的工艺性：弯曲件的工艺性是指弯曲工件的形状、尺寸、精度要求，材料选用及技术要求等是否合乎弯曲加工的工艺要求。良好的工艺性将能达到节省原材料、简化工艺加工过程及模具结构，提高工件质量、减少废品率的目的。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系①弯曲件的弯曲半径。弯曲件的弯曲半径不得小于材料的许可最小弯曲半径，否则会产生拉裂。②弯曲件的形状。为保证弯曲件的弯曲精度，弯曲时应防止工件在模具内滑动，因此，弯曲零件应设计成形状对称或弯曲半径左右一致，以求力学平衡。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系③弯曲件孔边距。根据工序要求，往往要弯曲预先已冲好孔的毛坯件，如果孔的位置处于弯曲变形区内，则孔要发生变形。为防止这种情况发生，必须使孔处在变形区之外。在设计零件时，根据零件厚度确定孔边至弯曲半径r的中心的距离（a）：当t＜2mm时，取L≥t；当t≥2mm时，取L≥2t。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系如果孔边至弯曲半径r中心的距离过小，可在弯曲线上冲工艺孔（b）或切槽（c）以防止孔在弯曲时变形。如果这些零件上孔的精度要求很高时，则最好在安排工艺顺序时，在弯曲工艺后进行冲孔或鉆孔。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系④弯曲件直边高度。如果要保证弯曲件的直边很平直，则其直边高度不应小于2t，最好3t以上。⑤设计工艺孔、槽。在零件的一个局部弯曲某一段边缘时，为防止角部弯裂，可预先在边缘处切槽，槽深应大于弯曲半径；或在弯曲前预先冲出工艺孔；也可以将弯曲线移动一段距离一边离开尺寸突变处。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系4、拉伸拉伸是利用金属材料的延展性，使用拉伸模具，把一定形状的板材毛坯或半成品拉入凹模内，形成开口空心件的加工成型方法。按加工工艺分为不变薄拉伸和变薄拉伸两种。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系拉深变形过程：1）凹模口凸缘部分2）凹模圆角部分3）筒壁部分4）凸模圆角部分5）筒底部分图3-10拉伸毛坯的应力应变状态第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系1）不变薄拉伸与拉伸因数坯件拉伸前后的面积相等，制件的拉伸次数由拉伸因数确定，具体计算如下：式中：m：拉伸因数；dn-1：多次拉伸后的坯件直径，mm；dn：拉伸前的坯料或坯件直径，mm。nnddm1第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系拉伸因数m反映了拉伸前后的塑件变形程度，且0＜m＜1。拉伸因数m越小，说明拉伸前后的工件直径差别越大，也即该道工序的变形程度越大。拉伸因数m有最小值，即极限拉仲因数。如果实际拉伸因数小于极限值，会出现侧壁断裂，这时需要冉次拉伸才能完成批伸件的最后成型。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系2）变薄拉伸在变薄拉伸中，常出现的问题有起皱和拉裂，为此，给出圆筒形工件的极限拉伸因数，供设计参考。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系5、翻边、翻孔利用模具或旋压工具，将制件上外边缘材料，或孔口边缘材料，弯曲成竖直凸缘的加工方法。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系翻孔或翻边时，沿孔的径向、切向发生拉伸，凸缘口部的切向拉伸最大，根部径向拉伸最大，凸缘口部材料变薄。翻孔的变形程度，用翻孔因数k表示：1ddk式中：d：翻孔前的基孔直径，mm；d1：翻孔后的凸缘孔直径，mm。k越小，变形越大，孔缘材料变薄越明显。翻边或翻孔不应出现皱折和裂口。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系6、滚压用压筋机在金属包装容器罐身或桶身上形成环筋或波纹的加工方法。7、胀型用撑胀和合拢的环形胀块在罐身或桶身内部形成环筋或波纹。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系8、卷封卷封是把罐身、桶身口缘的翻边部分与底或盖的外缘翻边部分紧密地卷在一起，形成封闭结构。9、焊接焊接分锡焊、电阻焊和激光焊等几种方法。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系二、典型金属包装容器加工的工艺过程例，三片密封罐加工的工艺过程1）罐盖（罐底）板料分切→涂油→冲裁成型→圆边→注胶→烘干2）罐身板材下料→印刷→裁罐身→成圆→搭接焊接→补涂→烘干（滚筋）→翻边→封底（罐底、二重卷边）→检验→（进入内装物生产线充填）→封盖（二重卷封）第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第三节三片罐及其衍生罐结构设计三片罐是由罐盖、罐底与罐身构成的金属罐。使用的金属板材有镀锡薄钢板、镀铬薄钢板、优质碳素薄钢板等，板材料厚一般在0.15-0.5mm之间。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系一、罐身结构及规格尺寸1、罐身截面形状圆罐、扁圆罐、椭圆罐、方罐、三角罐、梯形罐。2、罐身结构主要尺寸1）直圆罐罐身2）缩颈罐罐身3）T型罐罐身4）滑盖罐罐身第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系直圆罐和缩颈罐的罐身结构第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系T型罐罐身第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系5）罐身主要尺寸罐内径、罐内高或罐外高国家标准GB10785—1989规定了通用圆罐规格尺寸。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系国家标准GB/T15170-1994规定的工业用薄钢板圆罐，共分6类两种形式，其结构形式见右图所示。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系国家标准GB/T15170-1994规定的工业用薄钢板圆罐的规格尺寸见下表所示。第二章金属包装容器结构设计天津商学院包装工程系标准GB/T17590—1998规定的易开盖三片罐，分缩颈和直圆两种罐型，其罐体结构如图所示。标示代号：易开盖规格代号/罐身标称直径规格代号/罐底规格代号×罐高规格代号。第二章金属包装容器结构设