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两易拉罐(盖)材料合金与加工状态的演变及性能的不断优化
发布者:新威  日期:2020/4/24 9:42:02  浏览次数:2205

随着铝材加工和制罐行业设备水平的提高,3004合金罐料迅速转变为不需要后续烘炉退火、更经济的3004-H19及3104-H19“超硬”刚性状态。由于H19状态具有3xxx系铝锰合金冷加工产品最高的强度和良好的成形性,两片罐罐底的耐压强度得以显著提高,因而可以使用更薄的材料,罐体重量随之大幅下降。目前盖料通常使用5182合金材料,其主要工艺也是先加工到H19的“超硬”刚性状态,再经涂覆涂料、烘烤,最后转变为H48状态。

根据不同的罐体及盖型设计需求,提供相应的材料强度。

目前3104-H19状态的两片罐材料是3xxx系铝锰合金,合金主要成分是Mn、Mg、Cu、Fe、Si元素,具有热处理不可强化的特性,必须通过过冷作硬化提高材料强度,而此合金H19状态的设计且的就是在大变形率、冷加工超便状态下大幅度增加罐料强度,以满足两片罐产品的最终做罐体强度而求。另外,在易拉眼制造流程中的清洗,彩印烘干及内涂烘烤固化阶段,罐体金属受热后强度会稍微降低,因此3104-H19合金罐料强度应具有一定的耐烘烤衰减能力。

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铝质易拉盖所用5182铝合金是5xxx系铝镁合金,镁元素达到4%~5%,同样属于热处理不可强化合金,也需要通过H19大变形率、冷加工硬化来提高材料强度。在基材表面涂覆涂料烘烤后,铝材的强度有所回复衰减;但经制盖加工成型后,特有的盖面增强设计,以及各部位的金属变形及硬化,使强度进一步提高,最终满足了盖面耐压强度90psi的最低标准,以保证在内容物灌装卷封后,盖面于杀菌、运输及储存过程中不发生起鼓变形。

另外在盖料的减薄过程中,如不改变盖型设计,有时需增加合金强化元素的比例以提高盖料强度,但这会导致材料塑性及成形性的降低。当在盖面成形及拉环复合过程中,如若加工模具设定不良、工作部位表面磨损或者润滑不足,再加上在盖面成形部位的较小区域易出现应力集中,会造成在基本盖反拉嵌环过渡侧壁处及复合时铆钉部位出现金属减薄裂盖现象。因此,一定要对盖型设计、材料厚薄及强度高低有一个较好的权衡,防止以上盖面拉裂问题的出现。

变薄拉深加工性能及金属成形性能改良 与其它合金相比,3104合金的变薄拉深加工性能要略胜一筹,合金中主要元素除了可提高罐料合金强度、细化晶粒、提高再结晶温度外,也有利于第二相金属间化合物的生成和转化。这些尺寸极小、弥散分布的金属间化合物硬质点,对后续罐体加工是有帮助的。另外,3104合金成分和均匀的组织结构可提供变薄拉深加工所需的良好的金属成形性。通常变薄拉深成形性由金属力学性能及塑性指标决定,即:合金的抗拉强度与屈服强度之间的比例关系,延伸率的大小以及相关成形性指标。

材料内部组织均匀性的提高 在合金铸造时由于过程工艺控制不良,偶尔会产生粗大的氧化物夹渣,易导致罐体出现针孔、翻边裂纹等问题,极端的情况下甚至会断罐,同时也易产生裂盖现象。这些针孔、裂边及裂盖是两片罐包装的严重缺陷,易导致内容物渗漏。它的形态通常十分细微,大部分可在制罐和制盖生产线的最后工序由光检机剔除,而部分极细小的针孔及未开裂的隐形裂边罐及盖则会通过,然后再被灌装过程中的液位检测仪剔除。无论如何,这类缺陷是不能出现在金属材料内并传递到两片罐容器中的。为消除和减少粗大的熔体夹渣,一般都是通过材料厂的熔炼炉精炼进行除渣、除气,并经多级过滤装置处理,以保证和提高材料内部组织的均匀性。

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控制材料各向异性、降低拉深制耳,并结合冲杯落料非圆(NonRound)设计 拉深制耳是合金带材在两片罐拉深加工过程中出现的金属不均匀流动的现象。例如:在0°或180°轧制方向与45°和90°方向的金属流动是不同的,这种差异导致拉深杯口及变薄拉深罐口边缘存在高点凸耳,造成罐口不齐以及低点修边不足等缺陷。

罐料生产工艺的改变和优化,可以在一定程度上改善罐料制耳属性,即通过金属材质加工方法的改良去降低制耳率。在金属加工过程中,可通过控制金属再结品织构和压延变形织构的不同比例,调整0°、45°、90°方向的制耳,这是罐料生产时的特性机理与普遍规律;由于制耳从4个增加到8个且均匀分布,同时平衡各方向拉深制耳,最终可减少制耳率。盖面成形拉深时也会出现非常微小的金属流动不均,并导致盖钩处尺寸差异的问题,需要对盖料制耳分布加以控制。

另外,目前两片罐及盖面加工采用坏料(Blank)非圆设计,也是为了匹配和平衡0°、45°、90°方向的制耳,使罐体及盖面在拉深变形后口部边缘变得更加平滑和尺寸均匀。由于罐体可以进一步减少修边余量,金属的有效利用率得以大幅提高;通过合理配置罐及盖坯料落圆布局,也可以缩窄材料带材宽度,从而提高吨铝材的出产率,大幅降低两片罐及盖的单位金属成本。

通过对材料厚度、宽度、平整度的精确控制,进一步满足变薄拉深加工过程的要求。罐料带材厚度的均匀性是影响两片罐制造的重要指标之一。除了厚度波动严重引起减薄加工率(Ironing Reduction)过大而导致断罐,以及厚度过薄影响强度和罐体高度修边不足外,带材厚度的较大波动还会导致罐身长度过长或过短,易造成从变薄拉深机(Bodymaker)到修边机的输送道上的卡罐堵塞故障,使变薄拉深机频繁停机,影响生产效率。同时带材宽度尺寸公差和板形平整度应符合冲杯机进料系统与模座布局(Dieset)的尺寸要求,以确保带材顺利通过润滑机并进给到冲杯机模座内,完整无缺的冲裁出落圆坯料并一次拉深出合格的杯子,轻松地把冲裁边角余料传送到废料系统,期间不出现卡杯及废料堵塞现象。

铝材表面控制及相关缺陷导致的制罐问题。通常罐料以轧制状态成卷供货。板材在轧制后,表面始终存在极少的残留润滑油及少量均匀分散的铝粉。涂层盖料基料通常需经过表面清洗及拉弯矫直,并在涂料涂覆前进行表面处理形成一层化学转化膜,以提高涂层附着力及铝表面抗氧化能力。

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另外,根据材料减薄的特性,罐料表面需要有一定的粗糙度,这样可以有效地携带润滑油从而减少表面拉深的径向摩擦力,以利于变形区润滑,减少断罐及拉深表面缺陷。

诸如罐料轧制板带表面上的轻微划痕、铝屑和碎片、轧入金属和异物,以及轧银带来的污染物等缺陷,如果频繁出现或程度较重,可能会在制罐减薄加工时导致应力集中和不均匀的金属流动,最终造成断罐。表面粘铝(Pickup)缺陷会造成在变薄拉深加工中沿罐体表面拉长,并在彩印后出现抛物线纹(Looper Lines)的缺陷。同样盖料也需控制金属表面油污、外划伤、黑条、压过划痕等缺陷。广东新威新材料科技有限公司是一家从事晶纹涂料以及TPU涂料等新型材料的研发、生产、销售及服务的企业,产品广泛应用于TPU、石材、木器等材质,提供产品差异化设计服务,咨询热线:19866023062