金屬包裝罐的制罐工藝
  • 發(fā)布時間:2020-10-22
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金屬包裝罐的傳統(tǒng)制作方法是:先將鐵皮平板坯料裁成長方塊,然后將坯料卷成圓筒(即筒體)再將所形成的縱向接合線錫焊起來,形成側(cè)封口,圓筒的一個端頭(即罐底)和圓形端蓋用機(jī)械方法形成凸緣并滾壓封口(此即雙重卷邊接縫),從而形成罐身;另一端在裝進(jìn)產(chǎn)品后再封上罐蓋。由于容器是由罐底、罐身、罐蓋三部分組成,故稱三片罐。這種制罐方法150多年來,基本上無多大變化,只是自動化程度和加工精度等方面大為進(jìn)步,近年來又將側(cè)封口的焊縫改為熔焊。 

70年代初出現(xiàn)了一種新的制罐原理。按照這一原理,罐身和罐底是一個整體,由一塊圓形的平板坯沖壓而成的,裝進(jìn)產(chǎn)品后封口,此即二片罐。這種罐有兩種成型方法:沖壓——變薄拉伸法(即沖拔法)和沖壓——再沖壓法(即深沖法)。這些技術(shù)本身并不是新的。沖拔法早在第一次世界大戰(zhàn)中就已用于制造彈殼,制罐與之不同的是使用超薄金屬和生產(chǎn)的速度高(年產(chǎn)量可達(dá)數(shù)億個)。 

1 三片罐的制造 制作過程是:用剪切機(jī)將卷材切成長方形板材;涂漆和裝演印刷;切成長條坯料;卷成圓筒并焊側(cè)縫;修補(bǔ)合縫處和涂層;切割筒體;形成凹槽或波紋;在兩端壓出凸緣;滾壓封底;檢驗及碼放在托盤上。 ①筒體的加工。關(guān)鍵工序是卷曲成形和焊側(cè)縫。側(cè)縫的封合方式有錫焊法、熔焊法和膠接法三種。 

錫焊罐的錫焊料一般由98%的鉛和2%的錫組成。將平板坯卷成圓筒的筒體制作機(jī)是與進(jìn)行錫焊的側(cè)縫封合機(jī)成對使用的。筒體制作機(jī)內(nèi),板坯的邊沿經(jīng)清洗并彎成鉤形,這樣在形成圓筒時便于固定。然后筒體經(jīng)過側(cè)封口機(jī),加上溶劑和焊料,用瓦斯噴槍預(yù)熱封口區(qū),通過縱向錫焊滾輪,進(jìn)一步加熱使焊料流滿接縫,之后用旋轉(zhuǎn)刮輥將主要以滴狀存在的多余的焊料清除干凈。 熔焊是利用自耗線電極原理,采用電阻焊工藝。較早期的熔焊系統(tǒng)是采用大的搭接,將鋼的溫度進(jìn)步到熔點,并在較低的滾輪壓力下焊接。最新的焊機(jī)采用小搭接量(0.3~0.5mm),金屬溫度剛低于熔點,但要進(jìn)步焊接滾輪壓力,將兩搭接面鍛壓在一起。 

焊縫破壞了內(nèi)表面原來的或涂漆的光滑表面,使得在焊縫的兩面都存在暴露的鐵、氧化鐵和錫。為了防止產(chǎn)品受到污染和焊縫受到產(chǎn)品的腐蝕,在大多數(shù)情況下側(cè)封口都需要加涂層保護(hù)。 只裝干燥產(chǎn)品的罐的側(cè)封口可以采用膠接法。即用尼龍帶粘貼縱向接縫,尼龍帶在圓筒成型后熔化并凝聚。其優(yōu)點是能使原來的邊沿得到了完全的保護(hù),但只能用于無錫鋼(TFS),由于錫的熔點接近塑料的熔化溫度。 

②簡體的后加工。在簡體的兩端還必須加工凸緣,以便安裝端蓋。對于加工食品罐,在處理過程中罐可能要承受外部壓力,或者在存放期間內(nèi)部處于真空狀態(tài)。為了增加罐的強(qiáng)度,簡體表面可能還要制作加強(qiáng)筋。這個工藝過程稱作壓波紋。為進(jìn)步生產(chǎn)效率,制淺容器的圓簡長度往往為兩至三個罐身長,這時,第一道工序要切斷圓筒,傳統(tǒng)的做法是,成型前板坯在切割機(jī)(刻痕機(jī))上作不斷開的切割。但是、近來由于為兩片罐生產(chǎn)而開發(fā)的罐修整剪切機(jī)的出現(xiàn)。 2 兩片罐的制造 制造兩片罐的兩種成型方法均采用金屬板成型法。這種方法是以在復(fù)合應(yīng)力作用下,通過晶體結(jié)構(gòu)重新排列而表現(xiàn)出的金屬“活動性”為基礎(chǔ),而且在這一過程中材料不應(yīng)發(fā)生斷裂。 

①沖壓成型。即利用沖壓機(jī)的一個沖頭將一塊平板沖進(jìn)圓柱形的沖模中,從而使平板變形而成圓筒。在初始沖壓后形成的杯的直徑,可以應(yīng)用再沖壓工序來縮小。再沖壓工序用一沖壓套筒代替沖模,安裝在沖頭與沖杯內(nèi)徑之間。等面積規(guī)則決定了伴隨直徑縮小的是高度的增加,再沖壓工序可再重復(fù)一次,書直徑在一定的極限范圍內(nèi)逐漸縮小,并避免金屬發(fā)生斷裂。 

②杯壁的變薄拉伸。沖壓后的圓柱形杯被套在沖頭上,沖頭沿軸向擠進(jìn)一個模具,該模具與沖頭之間的間隙小于杯壁的厚度,這樣在直徑保持不變的情況下,壁厚就得到減薄。變薄后筒體的金屬體積即是變薄拉伸過程中杯的金屬體積,也即是原始板坯的金屬體積。在罐的制造中,這個過程要重復(fù)兩次或三次,帶杯的沖頭先后通過一系列模具,一次沖程通過一個模具。將經(jīng)沖壓的林安裝到?jīng)_頭上最方便的方法,是在第一次變薄拉伸之前,進(jìn)行一次再沖壓操縱。 

③沖拔罐的制造。沖拔罐的制造過程大體如下:展開普通帶狀卷材;徐潤滑劑;下料和沖杯;再沖壓;杯側(cè)壁的變薄拉伸;底部成形;簡體按正確高度切邊;清洗和處理。對干飲料罐,則還要進(jìn)行外表面涂層、印刷裝演、內(nèi)表面涂層、敞口真?zhèn)€凸緣成型和收口。對于食品罐,在清洗過程中進(jìn)行外表面涂層、敞開真?zhèn)€凸緣成型、筒體壓波紋和內(nèi)表面涂蓋或罐端是在多模具壓力機(jī)上用預(yù)先涂覆的板材制造的,罐蓋壓有波紋(加強(qiáng)筋),以承擔(dān)內(nèi)、外壓力。這里最后一道工序是卷邊,以形成雙重卷邊接縫(見圖1)。在終極的封口上放置填料,以充當(dāng)密封墊圈。 雙重卷邊封合 1-端蓋卷邊并折包在筒體的凸緣上 2-密封填料 3-封口搭接量 4-筒體 5-端蓋 

④深沖罐的制造。制造深沖罐的步驟如下:將薄板帶材卷切成旋渦狀的板料;涂覆和精飾板材(也可涂覆卷材);圓片坯下料和沖杯;再沖壞(一次或二次,取決于罐的尺寸);罐底成型;凸緣切邊到正確寬度;檢驗和滅菌處理。 與沖拔工藝一樣,使用多模具沖杯機(jī),從寬的薄板帶卷或板材上下料,并將其沖成淺杯。 淺杯通過一次和二次再沖壓逐漸縮小直徑和增加高度。到一定程度停止終極沖壓時,罐上會留下一個凸緣,象其它所有金屬板成型工藝一樣。不規(guī)則的邊沿要切除,罐底要加工成所要求的外形。 

加工設(shè)備 

制罐加工的主要設(shè)備包括各種沖壓成形機(jī)、剪切落料機(jī)和其它輔助設(shè)備。這些設(shè)備種類繁多,不可能—一先容。鑒于現(xiàn)代制罐產(chǎn)業(yè)多采用自動化生產(chǎn)的特點,本章僅以沖拔罐生產(chǎn)線的組成為例,作一扼要說明。 沖拔罐生產(chǎn)線的組成 l-展卷機(jī) 2-選卷檢查和潤滑劑涂覆設(shè)備 3-沖林機(jī)個側(cè)單變薄拉伸機(jī)(制作簡體)5-切進(jìn)機(jī) 6-罐清洗機(jī) 7-外表面涂布設(shè)備 8-箱式爐 9-裝滿設(shè)備 10-箱式爐 11妨回-凸緣成形機(jī) 12-檢驗機(jī) 13-內(nèi)噴涂機(jī) 14-固化爐 15-局部二次噴涂 16-固化爐 薄板卷由運(yùn)輸車送到展卷機(jī)(展卷架)上。展卷機(jī)一般有兩個臂,一個臂朝著薄板卷運(yùn)輸車,另一個臂給壓力機(jī)供料,可通過旋轉(zhuǎn)臂來更換薄板卷。薄板卷通過潤滑劑涂覆設(shè)備,在兩面均涂上潤滑劑,并經(jīng)過一對橡皮輥,除往過多的潤滑劑、在較老的生產(chǎn)線上,潤滑劑是配成正確的濃度后盛在一個容器里,需要時再補(bǔ)充到潤滑劑槽里。在較新的生產(chǎn)線上,一般使用外部循環(huán)系統(tǒng),它可以進(jìn)行溫度控制,連續(xù)地過濾并保持潤滑油質(zhì)量恒定。 

沖杯壓力機(jī)是專門設(shè)計的雙動作壓力機(jī),它先沖下若干圓形板坯,接著將圓板坯沖壓成淺杯狀。這兩個動作在一次行程中完成。 

杯壁變薄拉深機(jī)的作用是將杯轉(zhuǎn)變?yōu)閭?cè)壁厚度正確分布的圓筒,并將杯底變成在使用中能抵抗內(nèi)部壓力的設(shè)計外形。此處,沖杯受到再沖壓并留在沖頭上,然后依次通過三個變薄拉拔環(huán),使杯壁減薄。在行程的末了進(jìn)進(jìn)輔助壓機(jī),成型圓拱和杯底。在回程的開始,借助沖壓管送來的壓縮空氣,彈簧頂出桿將罐身從沖頭上卸下,由傳送帶將罐送出機(jī)器。 

每臺杯壁變薄拉深機(jī)均與一臺切邊機(jī)聯(lián)合工作。切邊機(jī)有導(dǎo)軌式和滾輪式兩種形式。導(dǎo)軌式切邊機(jī)的旋轉(zhuǎn)架上裝有很多型芯,罐邊在旋轉(zhuǎn)的型芯和靜止導(dǎo)軌之間被切下。滾輪式切邊機(jī)上,罐的一端被送進(jìn)兩滾輪之間并繞自身的軸旋轉(zhuǎn),兩滾輪相互靠攏而完成切邊動作。 

罐按固定的高度切邊后,罐的敞口朝下,倒扣在網(wǎng)格傳送帶上,被大量地傳送到裝有噴霧嘴的一系列清洗室里,用洗滌劑將沖壓與變薄拉伸時所用的潤滑劑洗掉,終極在無離子水中進(jìn)行漂洗,以確保無污點并進(jìn)行干燥。 

收口一凸緣成型機(jī)對飲料罐進(jìn)行收口和凸緣成型加工,而對食品罐則是壓波紋和凸緣成型。為避免在變薄拉拔時造成金屬軸向表面粗糙,凸緣成型一般采用旋壓工藝。飲料罐頂真?zhèn)€縮頸,可以在旋壓凸緣后用模具進(jìn)行收回成型。

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