金属包装容器.pdf

包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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第一节金属容器类型及其结构特性 容器形状容器形状容器形状容器形状 结构特点结构特点结构特点结构特点 容器材料容器材料容器材料容器材料 容器功能容器功能容器功能容器功能 开口方式开口方式开口方式开口方式 分类方法分类方法分类方法分类方法 第一节金属容器类型及其结构特性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 喷雾罐喷雾罐 三片罐三片罐 二片罐二片罐 金属软管金属软管 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 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 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 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 。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，称为落料落料；在工件上 冲出所需形状的孔，叫做 ；在工件上 冲出所需形状的孔，叫做冲孔冲孔。 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 弹性变形 塑性变形 断裂分离 冲裁工艺冲裁工艺冲裁工艺冲裁工艺 冲裁过程冲裁过程冲裁过程冲裁过程 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。 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间隙冲裁模间隙 冲裁模的间隙 冲裁用凸、凹模之间的间隙冲裁用凸、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，工件断面上的毛刺毛刺一 般也较小，在断面上形成第二光亮带第二光亮带。 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 材料加热后的抗剪强度会大大降低，从而 降低冲裁力 使各凸模冲裁力的最大值不会同时出现， 由此降低总的冲裁力。 使各凸模冲裁力的最大值不会同时出现， 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。 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 弯曲工艺弯曲工艺弯曲工艺弯曲工艺 塑性弯曲阶段塑性弯曲阶段塑性弯曲阶段塑性弯曲阶段 弯曲变形过程弯曲变形过程弯曲变形过程弯曲变形过程 弹性弯曲阶段弹性弯曲阶段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，最后使整个断面进入塑性状态。 弹塑性弯曲 线性纯塑性弯曲 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 料的最小弯曲半径。料的最小弯曲半径。常用最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径rmin/t来表示。 值可查表确定。值可查表确定。 材料的机械性能弯曲方向 板料边缘状态弯曲中心角 材料的机械性能弯曲方向 板料边缘状态弯曲中心角 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，这种现象称为回回 弹弹。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，若弹性模量屈服强度越大，弹性变形更大，若弹性模量E越 大，回弹越小。 越 大，回弹越小。 相对弯曲半径相对弯曲半径r/t越大，回弹越大。越大，回弹越大。 弯曲中心角越大，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。 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。 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。 材料的机械性能 材料的机械性能 弯曲变形程度 弯曲变形程度 弯曲中心角 弯曲中心角 弯曲方式 弯曲方式 工件形状 工件形状 模具结构 模具结构 影响回弹的各种因素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 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，这种工序称为拉深拉深(或拉延或拉延)。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。 。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 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。 。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) 拉深系数拉深系数 每次拉深变形后圆筒工件的直径与 拉深前毛坯 每次拉深变形后圆筒工件的直径与 拉深前毛坯(或半成品或半成品)的直径之比，即：的直径之比，即： 0m 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 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 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拉深系数与拉深次数拉深系数与拉深次数 1 / nnn mdd = 实际界限，此界限称为极限拉深系数。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影响拉深系数的因素 材料的机械性能材料的机械性能 毛坯的相对厚度毛坯的相对厚度 拉深方式拉深方式 拉深程序拉深程序 模具结构模具结构 润滑条件润滑条件 一般塑性好和屈强比小的材料拉深系数小。一般塑性好和屈强比小的材料拉深系数小。 决定拉深系数决定拉深系数m值的一个重要因素。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。 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。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。 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。 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。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首次拉深后各次拉深方法 (3) 拉深次数拉深次数 1 1 (lglg)/lg n ndm dm= + 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最小极限拉探系数 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 局部成形局部成形 其它冲压工艺其它冲压工艺其它冲压工艺其它冲压工艺 翻边翻边 缩口缩口 胀形胀形 旋压旋压 内孔翻边、外缘翻边内孔翻边、外缘翻边 缩口系数缩口系数 机械胀形、橡皮胀形、液压胀形机械胀形、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 压筋、压包、压字、压花 ，能够有效地 提高制件的刚度和强度 /md D= 整形整形 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 焊接工艺焊接工艺焊接工艺焊接工艺 第三节金属容器基本制造工艺第三节金属容器基本制造工艺焊接、粘接焊接、粘接 钎焊钎焊钎焊钎焊 电阻焊电阻焊电阻焊电阻焊 激光焊激光焊激光焊激光焊 粘接工艺粘接工艺粘接工艺粘接工艺 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 粘接工艺粘接工艺粘接工艺粘接工艺 钎焊接头形式钎焊接头形式 钎焊接头预留间隙选择钎焊接头预留间隙选择 焊前清理焊前清理 点焊点焊缝焊缝焊 焊缝接头形式、填充金属、参数焊缝接头形式、填充金属、参数 过程、受力、类型过程、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。钎焊接头形式。常用的接头形式有常用的接头形式有搭接接头、卷边接头、套搭接接头、卷边接头、套 接接头、丁字接头接接头、丁字接头等。这些接头接触面积大，能承受较大的作 用力。 等。这些接头接触面积大，能承受较大的作 用力。对接接头对接接头强度低，强度低，斜接接头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。 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 电阻焊电阻焊电阻焊电阻焊 利用电流通过焊件时所产生的利用电流通过焊件时所产生的电阻热加热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 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。 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)点焊点焊(2)缝焊缝焊 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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点焊的接头形式分为单剪搭接、双剪措接、带垫片对接单剪搭接、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最广。在需要时可 以在单排接头基础上增为双排接头。 等几种接头形式，其中单剪搭接接头应用最广。在需要时可 以在单排接头基础上增为双排接头。 (1)点焊点焊 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 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。 ，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 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 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。 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 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的主要接头形式 缝焊缝焊 连续缝焊 断续缝焊 步进缝焊 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。 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)焊缝接头形式焊缝接头形式。常用的。常用的CO2激光焊接头形式包括激光焊接头形式包括平面对平面对 接、垂直对接、环形对接、卷边对接、表面搭接、侧面搭接、垂直对接、环形对接、卷边对接、表面搭接、侧面搭 接、环形角接接、环形角接等，但使用最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。 等，但使用最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：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 性能的目的；在有些材料焊接条件下，还能提高焊缝处抗 结晶裂纹的敏感性；允许增大接头处装配公差，改善焊接 接头处装配不够理想时的工作状态。 。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：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 性能的目的；在有些材料焊接条件下，还能提高焊缝处抗 结晶裂纹的敏感性；允许增大接头处装配公差，改善焊接 接头处装配不够理想时的工作状态。 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 粘接工艺粘接工艺粘接工艺粘接工艺 利用胶融剂把两种性质相同或不相同的材料牢固地劲合 在一起的连接方法。天然胶教剂，合成胶黏剂 利用胶融剂把两种性质相同或不相同的材料牢固地劲合 在一起的连接方法。天然胶教剂，合成胶黏剂 (1)粘接基本过程。粘接基本过程。对粘接材料的两对粘接材料的两表面进行必要处理表面进行必要处理后，后，涂涂 布适当的胶黏剂布适当的胶黏剂，待其扩散、流变、渗透后使两表面相互，待其扩散、流变、渗透后使两表面相互合合 拢拢，在一定条件下，在一定条件下固化固化。当胶黏剂的大分子与被黏物体表面 分子充分接触时，就会彼此相互吸引，产生分子间作用力等 结合，加上渗入表面孔隙中的胶黏剂固化后形成的许多微小 钩状结构胶黏剂分子的共同作用，完成同类或不同材料之间 的粘接过程。 。当胶黏剂的大分子与被黏物体表面 分子充分接触时，就会彼此相互吸引，产生分子间作用力等 结合，加上渗入表面孔隙中的胶黏剂固化后形成的许多微小 钩状结构胶黏剂分子的共同作用，完成同类或不同材料之间 的粘接过程。 粘接过程和接头设计粘接过程和接头设计粘接过程和接头设计粘接过程和接头设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 (3)粘接接头的类型粘接接头的类型。图。图4-28所示为粘接接头的基本类型。所示为粘接接头的基本类型。 第三节金属容器基本制造工艺焊接、粘接第三节金属容器基本制造工艺焊接、粘接 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 第二章第二章第二章第二章金属罐的结构设计与制造金属罐的结构设计与制造金属罐的结构设计与制造金属罐的结构设计与制造 第一节二片罐的结构设计 第二节三片罐结构设计 第三节喷雾罐的结构设计 第四节二重卷边 第五节罐盖 第一节二片罐的结构设计 第二节三片罐结构设计 第三节喷雾罐的结构设计 第四节二重卷边 第五节罐盖 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 第一节第一节第一节第一节 二片罐的结构设计二片罐的结构设计二片罐的结构设计二片罐的结构设计 二片罐的分类二片罐的分类二片罐的分类二片罐的分类 变薄拉深罐变薄拉深罐变薄拉深罐变薄拉深罐 二片罐的发展情况二片罐的发展情况二片罐的发展情况二片罐的发展情况 拉深罐拉深罐拉深罐拉深罐 镀锡板、涂料镀锡板、镀锡板、涂料镀锡板、镀锡板、涂料镀锡板、镀锡板、涂料镀锡板、 黑铁皮、涂料无锡钢黑铁皮、涂料无锡钢黑铁皮、涂料无锡钢黑铁皮、涂料无锡钢 板、铝合金薄板板、铝合金薄板板、铝合金薄板板、铝合金薄板 浅拉深罐浅拉深罐浅拉深罐浅拉深罐 无锡钢板、涂料无锡钢板无锡钢板、涂料无锡钢板无锡钢板、涂料无锡钢板无锡钢板、涂料无锡钢板; ; 一次拉深一次拉深一次拉深一次拉深 罐高罐高罐高罐高: :罐罐罐罐身身身身1:2; 1:2; 鱼类、火腿、午餐肉鱼类、火腿、午餐肉鱼类、火腿、午餐肉鱼类、火腿、午餐肉 深拉深罐深拉深罐深拉深罐深拉深罐 铝合金薄板、镀锡薄钢板铝合金薄板、镀锡薄钢板铝合金薄板、镀锡薄钢板铝合金薄板、镀锡薄钢板多次拉深多次拉深多次拉深多次拉深 罐高罐高罐高罐高: : 罐身罐身罐身罐身1 DRD1 DRD 变薄拉深罐变薄拉深罐变薄拉深罐变薄拉深罐 铝合金薄板、镀锡薄钢板铝合金薄板、镀锡薄钢板铝合金薄板、镀锡薄钢板铝合金薄板、镀锡薄钢板 D&I/DI D&I/DI 一次或二次常规拉深一次或二次常规拉深一次或二次常规拉深一次或二次常规拉深+ +变薄拉深变薄拉深变薄拉深 罐身侧壁厚度变薄，直径不变 变薄拉深 罐身侧壁厚度变薄，直径不变 拉深罐拉深罐拉深罐拉深罐 常规的拉深工艺 罐身厚度没有显著变化 罐装罐头食品 常规的拉深工艺 罐身厚度没有显著变化 罐装罐头食品 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 罐身上缘 罐身 罐身下缘 (a) 二片罐结构二片罐结构(b) 二片罐受力 二片罐结构及受力示意 二片罐受力 二片罐结构及受力示意 二片罐底部外形二片罐底部外形 两片罐的结构两片罐的结构 罐底罐底 + 下缘部分下缘部分 + 罐侧壁罐侧壁 + 上缘部分上缘部分 + 罐端盖罐端盖 a-最早的罐底外形最早的罐底外形 b-阿尔考阿尔考B-53V字形罐底；字形罐底； c-阿尔考阿尔考B80罐底罐底 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 浅拉罐多为圆形、椭圆形、方形、偏圆形的罐身； 深冲罐和变薄拉伸罐多采用圆形截面； 也应考虑罐的开封形式 两片罐的承压强度按圆筒形压力容器进行。 p：罐的内压力，MPa；D：罐内径，cm；t：罐身壁厚，cm。 t Dp 2 = 二片罐的结构设计二片罐的结构设计二片罐的结构设计二片罐的结构设计 1 1）截面形状与壁厚）截面形状与壁厚）截面形状与壁厚）截面形状与壁厚 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 罐口缘部分的结构有直筒翻边、缩颈翻边、双缩颈翻边 和三缩颈样翻边等几种形式。 一般原则是选用批量生产的标准容器。 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。 2 2）口缘、罐底）口缘、罐底）口缘、罐底）口缘、罐底 3 3）罐身的规格尺寸）罐身的规格尺寸）罐身的规格尺寸）罐身的规格尺寸 4 4）罐盖）罐盖）罐盖）罐盖 设计新罐型时，要根据商品的情包装要求及 包装量，先设计罐型和结构尺寸，然后计算罐 容（ 20 ）。在设计罐容和罐型时，还应综合 考虑其他因素，如商品受热时体积的膨胀，商 品填装率等。一般商品的填装率为85-95。 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 第一节二片罐的结构设计第一节二片罐的结构设计 二片罐用料计算二片罐用料计算二片罐用料计算二片罐用料计算 由面积或体积不变的原则，利用成型后构件推算出成 型前坯件的面积和尺寸。 材料厚度的确定应根据金属 罐的结构强度来确定制罐材 材料厚度的确定应根据金属 罐的结构强度来确定制罐材 面积不变面积不变面积不变面积不变拉深罐拉深罐拉深罐拉深罐 体积不变体积不变体积不变体积不变变薄拉深罐变薄拉深罐变薄拉深罐变薄拉深罐 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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) (1) 罐身制造工艺罐身制造工艺罐身制造工艺 浅拉深罐 罐身制造工艺 浅拉深罐(浅冲罐浅冲罐) 拉伸原理示意图拉伸原理示意图 罐身的制造工艺及质量检测罐身的制造工艺及质量检测罐身的制造工艺及质量检测罐身的制造工艺及质量检测 板料 落料 拉深 罐底成型 翻边 修边 板料 落料 拉深 罐底成型 翻边 修边 预先涂料 或印刷 预先涂料 或印刷 成型前处理工序有：板料表面处理、涂覆涂料及装潢印刷，若是板料还须 先冲裁成波形板条。后续工序有检验、包装等。 成型前处理工序有：板料表面处理、涂覆涂料及装潢印刷，若是板料还须 先冲裁成波形板条。后续工序有检验、包装等。 第一节二片罐的结构设计第一节二片罐的结构设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 拉伸深罐(深冲灌) 拉伸深罐(深冲灌) 铁及铝材料的极限拉伸比范围铁及铝材料的极限拉伸比范围 受极限拉深比的限制，需要分若干次 拉深，才能达到要求的罐身尺寸。 再次拉伸原理示意再次拉伸原理示意 板料 落料 预拉深 再拉深 板料 落料 预拉深 再拉深(若干次若干次) 翻边 罐底成型 修边 翻边 罐底成型 修边 复合模中复合模中 多工位 压力机 多工位 压力机 第一节二片罐的结构设计第一节二片罐的结构设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 第一节二片罐的结构设计第一节二片罐的结构设计 变薄拉深罐 变薄拉深罐 变薄拉伸原理变薄拉伸原理 卷料展开卷料展开涂润滑剂涂润滑剂下料和预拉深下料和预拉深再拉深再拉深多次变薄拉深多次变薄拉深 罐底成型罐底成型修边修边清洗清洗表面印刷表面印刷内壁涂覆内壁涂覆缩颈和翻边缩颈和翻边 检验检验包装包装 再拉深的目的是使罐坯直径进一步缩小，缩 小到D&I罐设计内径。再拉深工序有的单独 进行，有的与变薄拉深组合成一组工序。 专用的卧式变薄拉深机专用的卧式变薄拉深机 凸模的一次行程，使工件依次通 过拉深模及具有三个不同内径的环形 凹模。罐壁厚度在一次行程中经三次 减薄，减薄到原来厚度的 凸模的一次行程，使工件依次通 过拉深模及具有三个不同内径的环形 凹模。罐壁厚度在一次行程中经三次 减薄，减薄到原来厚度的1/3左右， 并形成规定的高度，最后底部冲压成 圆拱底。凸模回程时，中间通过压缩 空气，顶出活动芯杆，卸件器收缩， 三者的联合作用使变薄的工件完好脱 出凸模。变薄拉深用乳化液充分润 滑、散热，以保持工件及模具的温度 基本不变，使得工件的尺寸具有良好 的稳定性。 左右， 并形成规定的高度，最后底部冲压成 圆拱底。凸模回程时，中间通过压缩 空气，顶出活动芯杆，卸件器收缩， 三者的联合作用使变薄的工件完好脱 出凸模。变薄拉深用乳化液充分润 滑、散热，以保持工件及模具的温度 基本不变，使得工件的尺寸具有良好 的稳定性。 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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) (2) 质量检测质量检测质量检测质量检测 对罐体的技术要求对罐体的技术要求 ?罐体涂层良好，不得有脱落、变色、划伤和起泡等缺 陷，符合卫生标准； ?罐体、罐盖符合标准或设计的规格尺寸，不应有折曲、 凹痕、变形； ?卷边不应有假卷、跳封、铁舌、垂卷和卷边不完全等质 量问题，均匀光洁； ?成品密封性好、无泄漏，耐压强度、轴向承压等性能指 标符合要求。 第一节二片罐的结构设计第一节二片罐的结构设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 313 2 r pD t = 容器罐身横截面上切向应力容器罐身横截面上切向应力 1 容器罐身横截面厚度方向上应力容器罐身横截面厚度方向上应力3 按第三强度理论计算的当量应力按第三强度理论计算的当量应力 3r 容器金属材料的许用应力容器金属材料的许用应力 容器强度验算容器强度验算容器强度验算容器强度验算 以最常用的圆柱体容器为例以最常用的圆柱体容器为例以最常用的圆柱体容器为例以最常用的圆柱体容器为例 在金属包装容器结构设计时，可采用强度校核法。在金属包装容器结构设计时，可采用强度校核法。在金属包装容器结构设计时，可采用强度校核法。在金属包装容器结构设计时，可采用强度校核法。 若按第四强度理论进行强度验算，其强度条件为若按第四强度理论进行强度验算，其强度条件为若按第四强度理论进行强度验算，其强度条件为若按第四强度理论进行强度验算，其强度条件为 4 3 4 r xpD t = t t r r4 4 t tr r3 3 如果圆柱体形形壁金属容器按第四强度理沦计算方如果圆柱体形形壁金属容器按第四强度理沦计算方 法进行结构设计表明可以节省材料，经济性更好。法进行结构设计表明可以节省材料，经济性更好。 第一节二片罐的结构设计第一节二片罐的结构设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 第二节第二节第二节第二节三片罐结构设计三片罐结构设计三片罐结构设计三片罐结构设计 三片罐结构示意图三片罐结构示意图三片罐结构示意图三片罐结构示意图 1 1- -罐盖；罐盖；2 2- -上缘部分上缘部分 3 3- -罐身；罐身；4 4- -下缘部分；下缘部分；5 5- -罐底；罐底；6 6- -卷边；卷边；7 7- -身缝；身缝； 8 8- -熔焊式身缝；熔焊式身缝；9 9- -锡焊式身缝；锡焊式身缝；1010- -粘结式身缝粘结式身缝 罐身罐身+ +罐盖罐盖(顶顶)+罐底罐底 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 基本要求基本要求：掌握金属三片罐的结构特点，使用材料及工艺掌握金属三片罐的结构特点，使用材料及工艺 重点与难点：重点与难点：金属三片罐的制造工艺金属三片罐的制造工艺 第二节三片罐的结构设计第二节三片罐的结构设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 锡焊法锡焊法锡焊法锡焊法( (钎焊工艺钎焊工艺钎焊工艺钎焊工艺) )机械卷封方法机械卷封方法机械卷封方法机械卷封方法 “二重卷边二重卷边二重卷边二重卷边”技术技术技术技术 锡焊法密封锡焊法密封锡焊法密封锡焊法密封侧缝融合法和侧缝融合法和侧缝融合法和侧缝融合法和侧缝熔焊法侧缝熔焊法侧缝熔焊法侧缝熔焊法 电阻焊电阻焊电阻焊电阻焊 罐身与盖罐身与盖罐身与盖罐身与盖( (底底底底) ) 罐身罐身罐身罐身 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 三片罐的结构三片罐的结构三片罐的结构三片罐的结构 罐身下缘罐身下缘罐身下缘罐身下缘 罐身罐身罐身罐身 罐身上缘罐身上缘罐身上缘罐身上缘 罐盖罐盖罐盖罐盖 罐底罐底罐底罐底 结构相似。根据需要，底和盖上都冲制结构相似。根据需要，底和盖上都冲制 了膨胀圈和台阶面，以提高盖的必要强了膨胀圈和台阶面，以提高盖的必要强 度。可根据设计要求改变结构形式。度。可根据设计要求改变结构形式。 罐身和罐底的结合部，有的容器从节约成本考罐身和罐底的结合部，有的容器从节约成本考 虑选择较小的罐底，这一部位可选择缩口结构虑选择较小的罐底，这一部位可选择缩口结构 多为柱体结构。其上有一条接缝，接缝多为柱体结构。其上有一条接缝，接缝 ( (身缝身缝) )的结构有三种形式广泛采用电阻的结构有三种形式广泛采用电阻 焊结构。可设计加强筋提高强度。焊结构。可设计加强筋提高强度。 与下缘相似，双缩、三缩、四缩与下缘相似，双缩、三缩、四缩 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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) 锡焊结构 (2) 熔焊结构 (3) 粘接结构 罐身的纵接缝罐身的纵接缝罐身的纵接缝罐身的纵接缝 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 三片罐力学分析三片罐力学分析三片罐力学分析三片罐力学分析 在常温下罐内显负压力状态；在常温下罐内显负压力状态； 在热力杀菌处理时则显正压力状态。在热力杀菌处理时则显正压力状态。 容器受力状态容器受力状态容器受力状态容器受力状态 含气饮料或喷雾罐的两端，不需要真空适应性结构，需要的是耐内含气饮料或喷雾罐的两端，不需要真空适应性结构，需要的是耐内 部高压的功能，当内压力超过罐端承受能力时将发生永久的变形或翘曲，部高压的功能，当内压力超过罐端承受能力时将发生永久的变形或翘曲， 从而可能影响卷边封口的完整性和引起泄漏。为此必须采取适当的措施来从而可能影响卷边封口的完整性和引起泄漏。为此必须采取适当的措施来 提高罐结构的强度。提高罐结构的强度。膨胀圈膨胀圈的设计，就是提高盖、底强度的措施。在负压的设计，就是提高盖、底强度的措施。在负压 作用下使盖、底可沿膨胀圈拱起，而外观无明显的变化。适当的罐底或罐作用下使盖、底可沿膨胀圈拱起，而外观无明显的变化。适当的罐底或罐 盖外形设计，可提高盖或底的结构强度，保护封口结构的完整性。盖外形设计，可提高盖或底的结构强度，保护封口结构的完整性。 外部机械作用力外部机械作用力 罐内的正压或负压罐内的正压或负压 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 罐身强度不够时，将因内部负压或侧向撞击力而局部罐身强度不够时，将因内部负压或侧向撞击力而局部 内陷或在轴向载荷下崩塌。罐身侧壁的局部内陷，将使罐身内陷或在轴向载荷下崩塌。罐身侧壁的局部内陷，将使罐身 结构轴向强度下降，在设计上除了选用结构轴向强度下降，在设计上除了选用适当厚度的罐材适当厚度的罐材外，外， 还可用还可用侧壁加强筋侧壁加强筋(水平波纹水平波纹)来提高罐的强度。但是过深及来提高罐的强度。但是过深及 太多的加强筋太多的加强筋( (水平波纹水平波纹) )，会使罐身轴向承载力下降。，会使罐身轴向承载力下降。 除了除了轴向载荷和侧向的作用力轴向载荷和侧向的作用力外，作用在罐上的外力还外，作用在罐上的外力还 有因有因野蛮装卸而导致的外力野蛮装卸而导致的外力，这种外力的作用将使罐的结构，这种外力的作用将使罐的结构 产生严重的破坏。产生严重的破坏。 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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)(1)(1)(1)板料的准备和落料尺寸的计算板料的准备和落料尺寸的计算板料的准备和落料尺寸的计算板料的准备和落料尺寸的计算 三片罐罐身的制造工艺及设备三片罐罐身的制造工艺及设备三片罐罐身的制造工艺及设备三片罐罐身的制造工艺及设备 制罐所用的材料为镀锡板、镀铬板以及其他涂料铁板。所用制罐所用的材料为镀锡板、镀铬板以及其他涂料铁板。所用 的板材必须按一定的技术规范进行检验。通常罐头容器用板材，国的板材必须按一定的技术规范进行检验。通常罐头容器用板材，国 家有关部门都作了规定。家有关部门都作了规定。 罐身板尺寸计算：罐身板尺寸计算：罐身板尺寸计算：罐身板尺寸计算： ()0.3 b Ldt=+ 罐身板长度罐身板长度罐身板长度罐身板长度 三片罐中，若按罐身制造工艺的不同可分为锡焊罐、粘接罐、卷接 罐、激光焊接罐和熔焊罐，而熔焊罐习惯上又称为缝焊罐或电阻焊罐。 d d罐内径，罐内径，mmmm；t t b b - -罐身用板材厚度，罐身用板材厚度，mm mm 误差不得超过误差不得超过0.05 mm0.05 mm 罐身板宽度：罐身板宽度：罐身板宽度：罐身板宽度：(33.5)Hh=+? H H罐的外高，罐的外高，mmmm；h h罐的设计高度，罐的设计高度，mmmm。 第二节三片罐的结构设计第二节三片罐的结构设计 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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 第二节三片罐的结构设计第二节三片罐的结构设计 由于板材在轧制时产生一定的方向性，使得板材的纵由于板材在轧制时产生一定的方向性，使得板材的纵 向和横向机械性能行一定的差异，在切板前排料时，一般向和横向机械性能行一定的差异，在切板前排料时，一般 要求罐身板成圆方向和轧制的方向一致。如此取向可使罐要求罐身板成圆方向和轧制的方向一致。如此取向可使罐 身筒在翻边时应力方向平行于机械性能高的轧制方向，以身筒在翻边时应力方向平行于机械性能高的轧制方向，以 防止翻边裂口，并保证罐身的翻边性能。防止翻边裂口，并保证罐身的翻边性能。 弯曲裂纹 (a)(b) (c) 包装容器结构设计与制造包装容器结构设计与制造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