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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,其钢基成分及热处理工
2、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钩尺寸,还是模具中的
3、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导性的作用。一般能被商业用罐所
4、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,而发用硬度较大的盖后,皱纹度明显增大。图2马口铁
5、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,失稳起皱愈易。当外径小到一定程度时,皱纹可能会大到不能满足商
6、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
7、,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
8、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
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