薄型罐卷封技术应用分析

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1、薄型罐卷封技术应用分析作者：纪进忠    来源：网络    点击数：1797    更新时间：2013-1-31目前，国内已拥有三片罐生产线300多条，年生产能力已达230亿罐。202系列（Φ52.3）小型金属罐，广泛用于食品、饮料、化工等行业。该系列各种罐型的马口铁传统用料厚度一般在0.2～0.23mm之间。从上个世纪末开始，国外已将马口铁用料厚度减薄至0.14～0.16mm，节材率可达30%以上。δ=0.14～0.16mm薄马口铁板，是一种新型马口铁，称为极薄（SR）马口铁。为了使马口铁变薄后仍具有更高的机械强度，其钢基成分

2、及热处理工艺均有相应调整。欧洲Corus公司生产的δ=0.15mm的A类钢板就是通过减少钢基成分中Mn的含量（0.18~0.35W%）及降低退火温度来提高其强度（硬度）。一、目前采用薄板卷封的主要问题由于采用薄板的经济效益明显，目前我国部分企业也开始采用此种薄板制作金属容器。但因薄板材料的机械性能变化较大，尤其是其塑性变差，硬度变高，使得目前常用的卷封结构和相关的模具尺寸，尤其是在卷封中起关键作用的卷封滚轮沟槽曲线形状，均需进行相应的新设计研究。若仍按板厚（δ=0.21mm）相关和卷封结构和模具尺寸，则无论是结构中的相关盖钩和身

3、钩尺寸，还是模具中的埋头尺寸、卷边外部尺寸，均不能满足薄板的卷封要求。采用δ=0.16mm薄板制作539罐，在对其进行卷封操作时，主要存在以下问题：（1）皱纹度：皱纹度>50%时，不仅影响卷封的紧密度，还会引起卷边外部表面划伤，吐舌等多种缺陷。（2）叠接率：不稳定，很难达到有关标准。二、薄板卷封的特征分析根据金属塑性变形理论可知，金属薄板变形超过成形极限时，就会发生失稳而起皱。皱纹过大会使卷边失效，不能长期保存食品。因此，通过分析金属薄板在卷封过程中因失稳而起皱的原因及影响因素，将为解决皱纹度、叠接率、紧密度等卷封质量指标起到指

4、导性的作用。一般能被商业用罐所接受的皱纹度是皱纹长度不超过卷边叠接长度50%的小皱纹，即皱纹度<50%，如图1所示。图1皱纹度示意图皱纹的成因和大小受很多因素影响，大体可归纳为以下几点：1、板材硬度对于同一种板材，硬度愈大，弹性愈好，成形性愈难，易失稳起皱。δ=0.16mm马口铁在轧制过程中的加工硬化，导致薄板的材料硬度及弹性模量都有进一步的提高，使得其后的卷封操作难度增加。由图2可知，随马口铁的T值增加（硬度增加），材料的断面收缩率Ψ%急剧下降。实验中发现：当卷封机器状态不变的情况下，使用硬度低的盖时，卷边的皱纹变小，而发用硬

5、度较大的盖后，皱纹度明显增大。图2马口铁的机械性能2、板厚板厚愈大，成形性愈好，反之板厚愈小，成形性愈难。压延较厚的薄板时，只有到变形阶段的后期，才会起皱。这就属于塑性失稳范畴。一般来说，在成形后期的塑性失稳，皱幅不大，比较容易消除。而形成早期的弹性失稳，往往会形成事后难以压平的死皱。卷封过程较大的皱纹应属于这类成形早期的弹性失稳问题。3、罐径随着罐径变小（曲率变大），皱纹度及数量都有所增加。相同的材质在封罐径Φ153时，皱纹度能达到20%以下；而封罐径Φ52.3时的皱纹度通常升至40%以上。外径愈小，压缩变形量愈大，失稳起皱愈

6、易。当外径小到一定程度时，皱纹可能会大到不能满足商业用罐的要求，这就是极限量小外径Dmin。实验表明，圆罐最小外径可小到Φ38左右，方罐圆弧半径最小可到R15（相当于Φ30）左右。综上分析：本项目用的薄板材料，由于板料硬度的提高，厚度的变薄，罐径较小，均使得二重卷封时卷边的早期失稳敏感性增加，而易造成较大的皱纹度。以上这些影响因素，大部分可以与调整变形直径及卷封模具（包括一、二道曲线及压头等）建立某种关系，而其他主要应从提高卷封机精度及其调整精度来消除缺陷。三、方案与措施基于失稳理论分析，我们以减少变形量为主线来制定薄板卷封的实

7、验方案。1、卷边外部尺寸为了实现薄板罐卷封各项质量指标的要求，以减少变形量及变形直径为原则，初步确定薄板卷边外部尺寸如表1。表1202罐薄板卷边外部规格设计马口铁厚度（mm）卷边厚度T（mm）卷边宽度W（mm）埋头度C（mm）罐盖罐身板厚0.160.160.95±0.102.40±0.153.00±0.152、罐身和罐盖在202传统标准罐盖外径和罐身翻边直径的基础上，分别相应减小直径，以达到减少变形量的目的。由于罐盖外径的减小需要减小冲模的落料直径等相关尺寸，此项工作亦有节省板材的效果。减小罐身的翻边直径，同时采用旋压翻边的方式

8、来解决薄板的裂口和起皱等缺陷。3、卷封曲线在二重卷封技术中，若第一道卷封不合格，往往很难靠第二道卷封调整过来。因此，第一道卷封曲线的设计非常重要。在理论上，卷封曲线的设计往往要考虑材料力学，弹、塑性力学，失稳理论，薄壳理论等基础理论。图3为一道卷封曲线。图3一道