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两片罐轻量化的强度与制罐成形问题
发布者:新威  日期:2020/4/27 9:24:42  浏览次数:2518

耐压强度 在罐内压力作用下,罐底和盖面容易起鼓变形。通常情况下,在内压力增加至超出材料的屈服强度后,先是从罐底或盖面逐步变形,最后发展成完全起鼓现象。

罐底起鼓变形随着罐底材料厚度减薄而变得更加明显,出现所谓“罐底增长”现象。“罐底增长”的程度随低部形状设计和材料轻度而异,如果增长较长的话,就会在罐底装线输送和自动售货机上出现卡罐故障。为此,在优化罐设计减少罐底脚直径的同时,在制罐线后段缩径机通过使用罐底再成形装置,也可有效控制“罐底增长”。同样盖面埋头和嵌环的优化设计也有助于提高盖面强度

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体的轴向承压强度 针对轴向载荷,罐体轴向失和零形的表现形态有二。

一方面,往缩颈与罐身过渡区域以及罐底部维形过渡弧面,于轴向弯曲力矩承受部位存在静态弹性弯曲到塑性弯曲失稳变形、它写材料的屈服强度(YS)及抗拉强度(UTS)有关,此外还与缩颈颈部角度、罐底部锥形R角度和外形高度的设计有关。

另一方面,在罐体侧壁部存在的瞬间弹性变形失稳屈曲,与材料弹性模量(E)、罐体侧壁厚度和罐体直径有关,与材料屈服和抗拉强度指标则无关,也就是说罐身部位的轴向失稳变形与材料强度无关。

因此在设计罐体壁厚及底型时,要考虑以上各种因素对罐底耐压及罐体轴向承压的影响。同时对金属的整体落料面积及使用的材料厚度要进行整体计算,以免在设定的最小承压强度及薄壁厚度情况下,罐体变薄拉深后修边高度不足,导致修边质量及后续缩口翻边问题。另外要考虑缩颈及罐底外缘角度、长度及厚度薄量。同时也要考虑罐底边缘过渡半径大小,如果过渡不良、同样会先于罐身产生罐底及颈部弯曲变形,导致罐体整体轴向承压能力不足。

罐底成型的金属成形性问题 罐底成型起皱的成因是:当杯子的底网部区域通过拉深机冲头进行再拉深时,在冲头底部外侧曲面维形成形区域的金属外部没有模具支撑,且罐底部由较大直径的杯子拉深到较小的直径,是一个变径过程,因此在杯子底部圆周外侧方向会存在切向压缩应力及应变,使得这个没有支撑的罐底锥形外缘区域容易失稳起皱。

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虽然在后续罐底成形过程中,罐底外缘起皱部位通过成形夹持模具(clamp ring)在反拉深时会有所压合修复,但仍然存在罐底皱纹痕迹,以及在锥形过渡外缘处出现波纹铁料现象(有时又称起角或起鼓)。

罐底起皱预防措施包括:增加压杯套(器)(Redraw Sleeve)的接触面积,加大杯子的直径;减小压杯套(器)的外缘R角;增加压杯压力或采用工作面带环槽的压杯套(器);提高金属表面粗糙度Ra及压杯套表面接触摩擦系数;保持合理的冲杯油残余量,确保油膜不能过厚;提高金属的加工成形性能;在满足罐底强度的情况下尽量降低金属强度。

缩颈加工的金属成形性问题 罐体口部缩颈加工是典型的金属缩口加工工艺。缩颈成形起皱成因是:罐口缩颈加工至圆周方向直径减小,在周向压应力作用下,罐口上壁易产生失稳起皱,同时在相连的非变形区域也受周向压应力的作用而产生变形。

在罐体Ф206/211年代,缩颈只有7、8道缩口加工,随着罐口部缩小到Ф202/211规格,整体加工模具根据罐体上部壁厚的厚薄,增加至12~14道缩口加工。根据金属的成形特性及上壁厚度,缩颈加工率通常为1.5%~3.0%,第一道取最大加工率,从第二道起后续加工率随缩口后厚度增大而缓慢增加。通常缩颈模具间隙与罐体上壁厚度有一个配合,过紧易导致罐口颈部划伤及罐底和缩颈部位压塌,过松则易导致缩颈皱褶。因此,在两片罐轻量化材料减薄工作之前,对罐体的强度、罐口部壁厚、缩颈模具间隙及加工站(组)数都应进行精确计算。

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实际生产中预防缩口起皱的措施如下。第一,消除修(切)边台阶、毛刺,提高修边质量。第二,根据杯口及罐口皱纹痕迹长度,合理选择修边量。第三,控制罐口厚壁偏心及分布不均匀。第四,根据缩口加工站数,合理控制厚壁量,不要过薄及过厚。第五,罐口边缘光油覆盖完全,消除内涂涂敷气泡和杂质。第六,防止在从前到后的各工序设备加工及输送过程中出现罐口碰伤现象。第七,合理设计缩颈模具每一个工作站加工率及缩颈模具间隙。

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结语

在当今铝质两片饮料罐的外观形式与加工技术日新月异的时代,罐/盖轻量化一直都是业界热议的话题。无论是上游材料供应商,罐/盖生产商,抑或下游饮料灌装厂,都是罐/盖轻量化的相关方。各方只有在依靠市场创新推动、技术进步、设备及工装改进,以及满足金属包装基本强度指标的前提下,通过不断加强合作与协商,让铝质两片易拉罐(盖)轻量化工作稳步迈进,为行业共同描绘一幅绿色环保、永续发展的蓝图。