金屬包裝罐的制罐工藝
  • 發布時間:2020-10-22
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金屬包裝罐的傳統制作方法是: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,形成側封口,圓筒的一個端頭(即罐底)和圓形端蓋用機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;另一端在裝進產品后再封上罐蓋。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步,近年來又將側封口的焊縫改為熔焊。 

70年代初出現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,裝進產品后封口,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)。這些技術本身并不是新的。沖拔法早在第一次世界大戰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的速度高(年產量可達數億個)。 

1 三片罐的制造 制作過程是:用剪切機將卷材切成長方形板材;涂漆和裝演印刷;切成長條坯料;卷成圓筒并焊側縫;修補合縫處和涂層;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。關鍵工序是卷曲成形和焊側縫。側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是與進行錫焊的側縫封合機成對使用的。筒體制作機內,板坯的邊沿經清洗并彎成鉤形,這樣在形成圓筒時便于固定。然后筒體經過側封口機,加上溶劑和焊料,用瓦斯噴槍預熱封口區,通過縱向錫焊滾輪,進一步加熱使焊料流滿接縫,之后用旋轉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。較早期的熔焊系統是采用大的搭接,將鋼的溫度進步到熔點,并在較低的滾輪壓力下焊接。最新的焊機采用小搭接量(0.3~0.5mm),金屬溫度剛低于熔點,但要進步焊接滾輪壓力,將兩搭接面鍛壓在一起。 

焊縫破壞了內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。為了防止產品受到污染和焊縫受到產品的腐蝕,在大多數情況下側封口都需要加涂層保護。 只裝干燥產品的罐的側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。其優點是能使原來的邊沿得到了完全的保護,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,或者在存放期間內部處于真空狀態。為了增加罐的強度,簡體表面可能還要制作加強筋。這個工藝過程稱作壓波紋。為進步生產效率,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,傳統的做法是,成型前板坯在切割機(刻痕機)上作不斷開的切割。但是、近來由于為兩片罐生產而開發的罐修整剪切機的出現。 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。這種方法是以在復合應力作用下,通過晶體結構重新排列而表現出的金屬“活動性”為基礎,而且在這一過程中材料不應發生斷裂。 

①沖壓成型。即利用沖壓機的一個沖頭將一塊平板沖進圓柱形的沖模中,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徑之間。等面積規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一次,書直徑在一定的極限范圍內逐漸縮小,并避免金屬發生斷裂。 

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。將經沖壓的林安裝到沖頭上最方便的方法,是在第一次變薄拉伸之前,進行一次再沖壓操縱。 

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,則還要進行外表面涂層、印刷裝演、內表面涂層、敞口真個凸緣成型和收口。對于食品罐,在清洗過程中進行外表面涂層、敞開真個凸緣成型、筒體壓波紋和內表面涂蓋或罐端是在多模具壓力機上用預先涂覆的板材制造的,罐蓋壓有波紋(加強筋),以承擔內、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,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。不規則的邊沿要切除,罐底要加工成所要求的外形。 

加工設備 

制罐加工的主要設備包括各種沖壓成形機、剪切落料機和其它輔助設備。這些設備種類繁多,不可能—一先容。鑒于現代制罐產業多采用自動化生產的特點,本章僅以沖拔罐生產線的組成為例,作一扼要說明。 沖拔罐生產線的組成 l-展卷機 2-選卷檢查和潤滑劑涂覆設備 3-沖林機個側單變薄拉伸機(制作簡體)5-切進機 6-罐清洗機 7-外表面涂布設備 8-箱式爐 9-裝滿設備 10-箱式爐 11妨回-凸緣成形機 12-檢驗機 13-內噴涂機 14-固化爐 15-局部二次噴涂 16-固化爐 薄板卷由運輸車送到展卷機(展卷架)上。展卷機一般有兩個臂,一個臂朝著薄板卷運輸車,另一個臂給壓力機供料,可通過旋轉臂來更換薄板卷。薄板卷通過潤滑劑涂覆設備,在兩面均涂上潤滑劑,并經過一對橡皮輥,除往過多的潤滑劑、在較老的生產線上,潤滑劑是配成正確的濃度后盛在一個容器里,需要時再補充到潤滑劑槽里。在較新的生產線上,一般使用外部循環系統,它可以進行溫度控制,連續地過濾并保持潤滑油質量恒定。 

沖杯壓力機是專門設計的雙動作壓力機,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。 

杯壁變薄拉深機的作用是將杯轉變為側壁厚度正確分布的圓筒,并將杯底變成在使用中能抵抗內部壓力的設計外形。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,使杯壁減薄。在行程的末了進進輔助壓機,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器。 

每臺杯壁變薄拉深機均與一臺切邊機聯合工作。切邊機有導軌式和滾輪式兩種形式。導軌式切邊機的旋轉架上裝有很多型芯,罐邊在旋轉的型芯和靜止導軌之間被切下。滾輪式切邊機上,罐的一端被送進兩滾輪之間并繞自身的軸旋轉,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行漂洗,以確保無污點并進行干燥。 

收口一凸緣成型機對飲料罐進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。飲料罐頂真個縮頸,可以在旋壓凸緣后用模具進行收回成型。

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