包装工程课程设计-400g奶粉全开口压合盖金属罐结构设计.doc

中北大学xxxx届包装工程课程设计目录1 内装物的特性分析及咖啡罐方案设计31.1 内装物的特性分析31.2 产品的包装要求31.3 咖啡罐方案设计32 选定罐形，确定罐容尺寸规格32.1 咖啡罐的罐型、结构42.1.2 应满足内装物的包装要求。42.1.3 金属包装可用两片罐和三片罐。422 规格尺寸53 咖啡罐材料的选择及依据53.1 咖啡罐的原材料选择53.1.1 材料种类确定53.1.2 材料厚度的确定63.2 咖啡罐的辅助材料选择63.2.1 咖啡罐涂料63.2.2 彩色油墨63.2.3 密封胶73.2.4 焊接铜线84 咖啡罐容器的结构设计84.1 咖啡罐整体结构形式84.2 咖啡罐的细节结构与尺寸设计84.2.1 罐盖结构与尺寸84.2.2 二重卷边结构95 咖啡罐的封口形式96 装潢及外喷涂设计96.1 内喷涂96.2 外喷涂96.3 焊缝补涂106.4 外装潢设计107 喷雾罐的制造工艺107.1 三片罐加工工艺流程107.1.1 制造工艺流程107.1.2罐身纵缝焊接117.1.3罐身与罐盖，罐底的封合117.2咖啡罐尺寸的确定过程：118 校核检验178.1 泄露检验178.2变形压力和爆破压力试验178.3外观检测178.4可燃性检测178.5尺寸规格检查18参考文献19400g咖啡全开口压合盖金属罐结构设计1 内装物的特性分析及咖啡罐方案设计1.1 内装物的特性分析内装物为咖啡，容量为500g，呈粉末状，主要原料为咖啡因、丹宁酸 、脂肪、酸性脂肪、挥发性脂肪、蛋白质 糖、纤维、矿物质等。影响咖啡保存的四大因素为光线、氧气、温度、湿度，因此保存时尽量使这四个因素保持在最低状态为佳。咖啡的主要质量变化是芳香成分的挥发和因水分和氧气所导致的挥发性成分的变化，随着芳香物的变化，咖啡逐渐老化、腐败、变质。在高温和受潮后更加加快了变质的速度。1.2 产品的包装要求防潮：咖啡在受潮后会加速其受潮速度。 防氧化：咖啡中的油脂和芳香成分遇到氧气极易氧化。 阻气：普通咖啡容易发生挥发性芳香成分的损失，并且受到异味的影响，所以要有足够的阻隔气体的性能。 防高温：在高温的情况下会加快咖啡的生物化学反应及挥发速度。1.3 咖啡罐方案设计全开口压合盖的咖啡罐设计在保证咖啡阻气、防氧化、不会受潮的前提下还方便了消费者的取用。在盖子部分还会设计出一个拉环，用来方便消费者将盖子打开，盖子里面有一个可以折叠的勺子，用来取用咖啡。材料的选择方面要选择无毒、无味，与内装物接触后不产生有害物质，并且能够隔绝包装袋外的光线和空气侵入，避免咖啡与光线和空气的接触而导致香味迅速散发和氧化。同时罐体要有良好的装潢适应性，灌装后应符合卫生标准进入。使咖啡能在最佳的保存包装状态下，保持咖啡的新鲜原味。2 选定罐形，确定罐容尺寸规格金属罐的罐型、尺寸以及封口方式都受到制罐设备的限制，目前许多罐装食品、饮料等用的金属罐的规格尺寸、结构形式都已标准化。金属罐的标准化、规格化又促进了相关制造设备的标准化和规格化，从而使金属罐的成型制造变得相对简单和容易。因此，金属罐架构设计实质上只是根据用户要求选定罐型、材料、封口形式以及外在外表面进行装潢设计。咖啡罐的罐型、结构的确定必须综合考虑被包装物的特点、包装要求和制造成本等综合因素。2.1 咖啡罐的罐型、结构2.1.1 影响成本的因素圆柱罐和其他非圆柱异型罐相比，在容量相同的情况下用料最少，方罐用料最多，要比圆柱罐多40，而且制作相对容易。因此在设计金属罐时，从节约用料、降低成本这一角度出发，应尽量选用圆形罐。异性罐造型独特，其成本约为圆柱罐的两倍以上，只有在必要时才会选用。2.1.2 应满足内装物的包装要求。在选定罐型时，要根据内装物的特性、包装要求来确定金属罐的结构、形状、封口形状、底和盖以及侧缝的结构等。食品饮料罐一般要求密封性要好。此外，在金属罐的盖和底上要不要设置膨胀圈，罐身周围是否需要辊压环筋，都要视生产工艺、运输环境的具体要求而定。2.1.3 金属包装可用两片罐和三片罐。两片罐的整个包装罐罐身和罐盖组成，故称两片罐。属于金属罐的一种。两片罐的罐身是将金属薄板，用冲床通过拉伸成型模，使其受到拉伸变形，使罐底罐身连成一体。应用目前用于包装的金属罐主要是铝质二片罐。铝质二片罐采用铝合金薄版作为材料，在制造过程中使用了变薄拉伸工艺，所以罐壁的厚度明显比罐底薄。还有正是这些金属特征的存在，使得金属罐即使采用等压灌装这种很费时间的装填方式也能进行高速灌装。三片罐以金属薄板为材料经压接、粘接合电阻焊接加工成型的罐型包装容器，由罐身、罐底和罐盖三部分组成，罐身有接缝、罐身与罐底和罐盖卷封的包装容器。常用于食品二片罐生产线的生产效率比三片罐高，但设备投资远比三片罐大，在确定金属罐的造型结构、进行经济核算时必须考虑这些因素。饮料、干粉、化工产品、喷雾剂类产品的罐装容器。综上所述，由于此次设计的是咖啡罐，所以罐身选择圆柱形三片罐。22 规格尺寸根据GB 107851989金属圆罐规格系列标准，由下表得: 表2-1 圆罐系列规格尺寸（GB 10785-1989）编号成品规格/mm计算体积/公称直径内径外高81608383.3160839.2781178383.3117604.9381138383.3113583.13由于我们设计的容器为750ml的咖啡罐，内装物要占整个容积的8595，所以选中8160的规格，内装物的容量是713.38793.31（）。3 咖啡罐材料的选择及依据3.1 咖啡罐的原材料选择3.1.1 材料种类确定制作咖啡罐的金属材料有镀锡薄钢板和铝材，镀锡薄钢板也称马口铁，是以低碳薄钢板为原材料，两面通过热浸镀锡或电镀锡的方法，使薄钢板两面进行等后或等差镀锡获得的。因为镀锡薄钢板表面的锡层能持久地保持美观的金属光泽，锡的抗腐蚀性能优于铁，溶入食品中几乎无害，镀锡层的附着力较强，不会开裂科印精品调研，也不会脱落且镀锡层，便于进行焊接并且保持良好的密封性能，有具有良好的印刷适应性可以装潢外观，防止容器生锈，马口铁厚度通常在0.20.4mm之间，由于马口铁片比较薄洗涤用品包装，制成容器后重量轻，能承受一定压力，并且具有一定的机械强度，外包装方便，运输简便标准及认证，也可以成堆贮存，十分安全可靠。所以镀锡薄钢板的Z型罐在生产中被广泛应用，所以在此我们设计使用这一罐型。按照国家标准，马口铁咖啡罐罐采用厚度为0.180.40mm，硬度为HR30T为4865，镀锡量为4.920.29g/m2。3.1.2 材料厚度的确定应根据金属罐的结构强度来确定板材厚度。圆罐的板材厚度有0.2、0.23、0.25、0.28这几种，咖啡罐可以选择0.23。3.2 咖啡罐的辅助材料选择3.2.1 咖啡罐涂料金属罐涂料主要有内涂料和外涂料两种，它们主要有保护作用、装饰作用、润滑作用和降低成本。 （1）咖啡罐内涂料内涂料是指金属罐内表面的涂料，它是为了防止金属罐盛装内装物长期直接接触使金属腐蚀或释放出金属离子污染内装物而必须使用的涂料，主要起保护装物的作用。它由内装食品的主要性能决定。内涂料一般有以下四种：水果型涂料；谷物型涂料；肉类型涂料；一般型涂料。（2）咖啡罐外涂料金属罐外壁涂覆涂料一般采用印铁方式，色泽鲜艳、光亮美观、容易保护，集装饰、广告、说明于一体。主要分为如下几种：打底涂料。用于金属表面并与油墨起连接作用，是金属和油墨之间的一层涂料，其作用是使涂膜牢固地附着金属表面上，并能油墨结合良好。白色涂料。主要用于满版白色为底色的金属薄板印刷。以使印在白色上面的彩色油墨更加鲜艳。罩光油。罩光油也罩光漆，涂布在印刷后的金属表面，能使表面增加光泽、美观，并可以保护印刷面。同时，也使其增加一定硬度，使表面的涂膜具有一定的柔顺性和耐化学腐蚀性。3.2.2 彩色油墨连结料应具有良好的耐热性、耐光性、耐蒸汽性和加工性能，对颜料的要求也较高，除一般油墨颜料要求外，还有具有对溶剂的稳定性及湿压湿涂布性、耐高温烘烤性、耐蒸煮性及耐光性。 表31 常用的金属罐印刷油墨及用途印刷类别油墨牌号用途胶印GMD系列适于两片罐、气雾罐印刷胶印GMW系列两片罐印刷胶印MCCCM系列适于三片罐、气雾罐印刷胶印MTCAQ系列适于铝制两片罐高速印刷平版FSP-3系列适于马口铁罐印刷网印A14系列适于铝罐印刷3.2.3 密封胶密封胶的主要功用是在金属罐的二重卷边内实现密封。在金属罐使用、装卸、贮存、运输期间、甚至当卷边发生物理撞击时，它都能对罐内装物起到保护作用。常用的密封胶有水性密封胶和溶剂性密封胶。水溶性密封胶。大部分水基密封胶是从一种乳剂形式的聚合物开始的，俗称乳胶。它的优缺点如下：a优点：环保（无挥发性可燃性溶剂）；粘度和总固体含量范围大；适用于所有金属罐类型，且在盛装溶剂、油和压力气雾剂的金属罐是具有卓越的物理性能。b缺点：注胶后的罐盖必须加热强制干燥；可能发生腐蚀、磨损喷嘴顶针和微生物滋生；密封胶在零摄氏度以下可能发生冻结和凝结。溶剂性密封胶。溶剂性密封胶是将橡胶和填料粉碎后与溶剂混合而成。溶剂性密封胶一般有地低固体分散体（3040）和高固体含量分散体（5060）。a优点：比水溶性密封胶更加稳定及容易注胶，注胶后的罐盖可以风干；干燥时对气温和湿度的敏感度较低；粘度随着温度而变化，但一般不会冻结或凝结。b缺点：液体因含溶剂而易燃，且对人体接触有伤害；有机物挥发不利于环境保护。3.2.4 焊接铜线铜线是用于生产三片罐不可缺少的辅助材料之一，制罐企业应了解密封胶注胶条件、贮存、运输和密封要求，还要了解内装物的特性和要求。密封生产企业应根据用户的需求生产最合适的密封胶焊接铜线，在生产过程中，铜线以一种特殊的缠绕方式行走在电阻焊机上的上下焊轮之间，上下焊轮之间的低电压大电流通过铜线将罐身焊接在一起。铜线的主要作用：（1）传导焊接电流和焊接压力到罐身，并进行焊接；（2）将马口铁的熔锡黏接在铜线上带走，以避免焊轮上的锡污染。4 咖啡罐容器的结构设计4.1 咖啡罐整体结构形式 图4- 1 三片罐纵接缝结构示意图 1-罐盖；2-上缘；3-罐身；4-下缘；5-罐底；6-卷边；7-身缝。由于经济和技术的条件，我们选择的材料为镀锡薄钢板的。4.2 咖啡罐的细节结构与尺寸设计4.2.1 罐盖结构与尺寸4.2.2 二重卷边结构图4-2 二重卷边结构5 咖啡罐的封口形式三片罐由罐身、罐底、罐肩组成，罐身接缝处采用电阻滚焊封边。上下口缘翻边成缩颈结构，罐身与罐盖、罐底用二重卷边封合。6 装潢及外喷涂设计6.1 内喷涂由于某些饮料的内装物对空罐内壁图层的要求较高，食品罐内表面虽在制罐前已经经过印图工序，但是空罐在前段制造过程中经过多到工序的加工，很难保证图层不收损伤，为提高金属罐内表面图层的抗腐蚀能力和保证空罐制造后内壁表面的洁净，而对成型空罐内壁图层做最后的修复喷涂是十分必要的。此外，选用的涂料生成的涂层不能和内装物发生不良反应，使涂层从金属上剥落、以至产生碎渣和沉淀物进入阀门，造成堵塞。常用的涂料是乙烯树脂、环氧树脂和酚醛树脂。对于侧缝罐，原料板的内面先做辊涂，制罐时沿侧缝会不同程度的露出一些金属，对于这一部分一定要进行侧壁涂的后处理。6.2 外喷涂外喷涂是在金属罐的外表面喷涂油漆，使桶表面光滑美观、防止生锈、便于印刷商标、文字等。其工艺流程为：水分烘干外喷涂烘干。外喷涂目前主要采用喷枪手工喷漆或自动化喷漆，常用的是静电自动喷漆。喷涂的漆膜厚度、均匀度、附着力等都有一定的要求。漆膜厚度一般不小于0.02mm，附着力不低于2级。烘干指的是将喷涂后的金属罐通过远红外烘道，烘干油漆。烘道一般采用电加热，由链条和托架输送金属罐。在一些条件较差，自动化程度低的小厂，也常采用自然干燥的形式。自然干燥优点是节省能源和投资，但效率低、占地大，光泽也不如烘干的好，不能满足高速制罐的需要。6.3 焊缝补涂为了是罐身焊缝完美无缺，再给焊缝补涂一层无损内容物的保护层是必不可少的工艺。在此工艺过程中，需要焊缝补涂设备和补涂固化烘烤设备。在补涂工艺中，按涂料类型划分，可分为液体涂料补涂工艺和粉末涂料补涂工艺两种。体涂料补涂工艺中又可分为高压无空气喷涂和滚涂焊缝补涂工艺，一般常用的是喷涂。6.4 外装潢设计经计算其外表面设计喷雾图纸，其中进行须进行平面设计的面积为：美观大方的包装造型、生动形象的图案和新颖别致的装潢可以衬托产品形象，提高产品的附加价值。外装潢设计包括以下几个部分：（1）基本文字。包装牌号，品名和出产企业名称。一般安排在金属罐的主要展示面上，生产企业名称也可以编排在侧面或背面。牌名字体一般作规范化处理，有助于树立产品形象，品名文字可以加以装饰变化。（2）资料文字。资料文字包括产品成分，容量，型号，规格等。编排部位多在包装的侧面，背面，也可以安排在正面。设计要采用印刷字体。（3）说明文字。说明产品用途、用法、保养、注意事项等。文字内容要简明扼要、字体应采用印刷体。一般不编排在包装的正面。（4）图案设计。图案美观大方，生动形象，不落俗套，尽可能独立创造，要特别注意消费者追求新颖、方便、实用、高贵的心理，使人耳目一新。7 喷雾罐的制造工艺7.1 三片罐加工工艺流程7.1.1 制造工艺流程三片咖啡罐的制造工艺除了罐盖与普通的三片罐不同之外，其余完全一样。具体的工艺流程如下：(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结补涂烘干（滚筋）翻边封底检验罐装封盖7.1.2罐身纵缝焊接三片喷雾罐的罐身板经过卷圆成型后，其侧缝需焊接，通常有锡焊和滚焊两种焊接方法。由于锡焊焊锡中含铅量多，当内装物中含有有机硫化物时，产生黑色的硫化铅沉淀物会堵塞阀门，还会由于乙酸盐和硝酸盐的阴离子作用而溶解，从而引起侧缝的泄漏。目前罐体纵接缝一般采用电阻滚焊法焊接，即罐体接缝通过电极被熔融以后加压焊合。这种焊接法最大优点是不用焊锡，除白铁皮以外的钢板都可以使用，由于这种焊缝的强度比钢板本身高，所以不用担心锡焊罐中常常出现的蠕变问题。7.1.3罐身与罐盖，罐底的封合三片喷雾罐的罐身与罐盖，罐底的结合不都是采用二重卷边工艺封合的，为保证罐的气密性，卷边必须外涂密封胶。7.2咖啡罐尺寸的确定过程：此次设计的咖啡罐是全开口压合盖三片罐，容量为750g ，通过计算选择的罐号是8160。 7.2.1 罐身（1）罐身接缝 罐身接缝是罐身成型后罐身板两端的接缝。 由前述三片罐加工工艺方法可知，不同的加工工艺方法形成的罐身接缝也不相同，共有四种接缝结构形式，为搭接电阻焊缝，锁边接缝、对接焊缝 、粘接接缝。一般采用搭接电阻接缝。（2）切角与切缺 切角是将罐身板一端切去的上下两角，而另一端切制出的两个锐角即为切缺，目的是在罐身两端钩合后，钢板重叠量减少，便于翻边及封罐。切角和切缺的深度为2125mm，随罐径增大而增大，允许偏差为015mm。 （3）端折 (成钩) 端折的目的就是为了使罐身的两端能够钩合，既便于罐身的锁接，又可避免焊锡过多的渗入罐内。成钩要求罐身两端成钩与罐身成相反的35一45，且两端咸钩宽度一致，成钩的宽度为2.32.8mm，随罐径增大而增大，允许偏差为015mm 。（4）压平 罐身板两端成钩相互钩合后，通过踏平机利用机械压力将钩踏平，形成罐身接缝结构。接缝的突出部在罐体的内部，罐外仅留一道缝沟。 踏平后接缝尺寸标准为： 接缝宽度 mm(随罐径增大而增大) 接缝厚度 （一般取） 式中，罐身板厚度，mm； 修正系数，一般取02mm。 叠接缺口深度，一般取值为0.50.1mm。 （5）翻边罐身上下边缘向外翻出的部分即为翻边，其目的是与罐盖或罐底做卷边密封。 （6）罐身刚性圈 当罐身直径较大时，为了提高刚性，可在其圆周方向滚压刚性圈。同时在纵向接缝处预压出预压筋，以便而后滚压刚性圈。 （7）罐身坯板尺寸计算 圆罐的罐身坯板尺寸计算方法如下： 罐身板长度 电阻焊罐 式中 d-圆罐内径，mm; L-罐身坯板长度，mm； -罐身坯板厚度，mm； A-身钩宽度，一般取2.53mm 罐身板宽度 式中 B-罐身坯板宽度，mm； h-罐的外高，mm。 罐身坯板长度尺寸偏差为0.25mm；罐身坯板宽度尺寸偏差为0.1mm，切斜误差不得超过0.25。 （8）罐身坯板厚度 一般金属罐容器所用板材厚度在015050mm之间，选择原则是罐身直径大取大些，罐身直径小取小些。对于食品罐和其它压力容器则应根据罐内压力大小及材料的许用应力来确定。 图7-1 膨胀圈环凸筋结构尺寸7.2.2罐盖和罐底（1）膨胀圈 三片罐的罐盖和罐底的结构很相似，通常需要在罐盖上冲制膨胀圈，以提高必要的强度。膨胀圈结构见图7-1。其结构一般为一、二道外凸筋和若干级30的环状斜坡构成，圈纹形状视罐盖或罐底的直径而定，可按表7.1选取。 罐盖与罐底的膨胀圈纹可增加罐盖(底)的机械强度；凭借膨胀圈的伸缩性可避免环境温度的变化引起罐卷边的破坏，保证密封性。表7-1 圆罐盖（底）膨胀圈的结构形状内径/mm罐盖（底）的膨胀圈结构形状52.3一个外凸筋，或一个外凸筋与一级斜坡，或无凸筋无斜坡。65一个外凸筋与一级斜坡74一个外凸筋与一级斜坡83.5一个外凸筋与二级斜坡99一个外凸筋与二级斜坡108一个外凸筋与二级斜坡153两个外凸筋与三级斜坡(2)圆边（预卷边） 罐盖(底)外缘翻边向内弯曲形成的边钩将与罐身的翻边做卷边密封。马口铁罐盖(底)的主要圆边尺寸见下表：表7-2 马口铁罐盖（底）的主要圆边尺寸罐内径堆叠高度时罐盖数量72.873.272.683.081.13.0273074.174.3573.784.182.283.483.7583.0593.6391.7252891.091.590.8101.599.53.299.099.598.8109.5107.5153.1153.5152.8164.3162.13.32325(3)罐盖 (底)坯板尺寸计算 圆罐罐盖(底)坯板尺寸计算公式为： 式中 罐盖(底)坯板计算直径，mm； 罐内径，mm； 修正值，mmK值的选取与罐内径尺寸、设备条件、钢板及胶膜厚度有关，具体可参照表7-2选取。 表7-2罐盖（底）计算尺寸修正系数K 单位：mm罐内径52.365.372.983.398.9105153.4K值15.516.016.517.018.0(4)二重卷边 密封填料 二重平卷边 二重圆卷边 三重圆卷边 图7-2 卷边形式二重卷边是三片罐罐身与罐盖 (底)相互卷合构成的密封形式，也是目前唯一的一种封口形式。它的结构由相互钩合的二层罐身材料和二层罐盖(底)材料及嵌入它们之间的密封胶构成。其结构见上图。 卷边厚度 (T) 卷边厚度于是指卷边外部测得的垂直于卷边叠层的最大尺寸。其计算公式如下： 式中T卷边厚度，mm； 罐盖(底)坯板厚度，mm； 罐身坯板厚度，mm； g卷边内部五层板材之间间间隙之和，约为0.150.25mm。 卷边宽度 (W) 卷边宽度是指从卷边外部测得的平行于卷边叠层的最大尺寸。其计算公式如下： 式中 W卷边宽度，mm；罐盖(底)坯板厚度，mm；身钩长度，mm； 身钩空隙，mm，要求越小越好。 卷边宽度大小还受压辊沟槽的形状、卷封压力及下托盘推力等因素影响。且身钩长度 对罐的影响较大，一般来说，值小，容易产生渗漏现象，值太大则容易产生垂边，故身钩长度必需适中。 埋头度 (C) 埋头度是指卷边项部至盖平面的距离，它一般由上压头凸缘厚度决定，即： 式中 C埋头度，mm；W卷边宽度，mm； a修正系数，一般为0.15-030mm。 罐身身钩长度 () 罐身身钩长度是指罐身翻边向内弯曲成钩状的长度。其值为1.8-2.2mm。 罐盖盖钩长度 () 罐盖盖钩长度是指罐盖圆边翻向卷边内部弯曲部分的长度。盖钩长度取决于头道压辊沟槽的形状，其值与身钩基本一致。 叠接长度 (E) 叠接长度是指二重卷边成型后，卷边内部盖钩与身钩相互叠接的长度。其计算