《包装容器结构设计与制造》授课教案

第四篇  金属包装容器结构设计与制造 一、基本要求：              1、研究对象：本篇研究的是金属包装制品,是以金属或金属合金为主要材料的包装制品，如金属罐、金属软管、金属桶以及其他金属制品等。 2、研究内容：包括金属包装制品的结构设计与计算、加工成型原理、生产制造工艺等。重点内容是金属罐制品的设计和制造。 3、学习目的：掌握典型金属包装制品的结构特点、用途、加工工艺、成型原理及主要生产设备的基础知识。 二、教学内容： 共分六大部分: 1、成型工艺基础 2、二片罐结构设计及制造 3、三片罐结构设计及制造 4、喷雾罐结构设计及制造 5、金属桶结构设计及制造 6、金属软管结构设计及制造 三、学时分配：16学时 第一章  概述 基本要求：掌握一般金属包装容器成型工艺基础 教学内容：     1、冲裁工艺     2、弯曲成型     3、拉伸原理 重点与难点：成型工艺原理 学时分配：2学时 第一节  金属容器类型及其结构特性 一、分类方法 容器形状、结构特点、容器材料、容器功能、开口方式 二、基本结构特征 三片罐、两片罐 第二节  金属容器基本制造工艺——冷冲压技术 一、冲裁工艺 冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺，包括落料、冲孔、切口、剖切和修边等工艺，但在一般情况下往往指落料和冲孔。此工艺即可以直接把材料制成零件，又可以为弯曲、拉深和成型等工序做准备。从材料上冲下所需形状的零件或毛坯，称为落料，在工件上冲出所需形状的孔，叫做冲孔。 1、冲裁过程 （1）弹性变形。（2）塑性变形。（3）断裂分离。 2、冲裁模间隙 （1）冲裁模间隙值的确定（2）冲裁模间隙对冲裁的影响 3、凸、凹模刃口尺寸的计算 模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙也要由模具刃口尺寸及其公差来保证。 4、冲裁力及其降低方法 （1）冲裁力的计算 （2）降低冲裁力的方法 5、精密冲裁 （1）精冲法（2）半精冲 6、整修 （1）外缘整修（2）内孔整修 二、弯曲工艺 1、弯曲变形过程 （1）弹性弯曲阶段。（2）塑性弯曲阶段。 2、弯曲变形过程的特点 （1）变形区主要处在弯曲件的圆角部分，而在远离圆角区的两段则不发生变形。 （2）在弯曲变形区内，其外区的切向金属受拉伸长，其内区的切向金属受压缩短。在这两个变形区内，有一层金属层长度不变，即应变中性层。 3、最小弯曲半径 （1）应变中性层的位置。在冲压板料时，为确定凸模的最小圆角半径及弯曲件的毛坯 尺寸，必须先确定应变中性层的位置。 （2）最小弯曲半径的确定。在弯曲过程中，材料外层纤维受拉应力，当材料的厚度一定时，弯曲半径越小，则拉应力越大。 4、弯曲回弹现象 （1）回弹值的计算。弯曲变形结束后不受外力作用时，总是伴有弹性变形，使弯曲间的弯曲中心角与弯曲半径变得同模具的尺寸不一致，这种现象称为回弹。 （2）影响回弹量的因素 ①材料的机械性能②弯曲变形程度③弯曲中心角 ④弯曲方式⑤工件形状⑥模具结构 （3）减小回弹的措施 5、弯曲件的工艺性 弯曲间的工艺性是指弯曲工件的形状、尺寸、精度要求，材料选用及技术要求等是否合乎弯曲加工的工艺要求。 （1）弯曲件的弯曲半径（2）弯曲件的形状（3）弯曲件孔边距离 （4）弯曲件直边高度（5）设计工艺 三、拉深工艺 将平板毛坯通过拉深模具制成开口筒形或其他断面形状的零件，或将筒形或其他断面形状毛坯再制成筒形或其他断面形状的零件，这种工序成为拉深（或拉延）。 1、拉深变形过程 （1）凹模口凸缘部分。 （2）凹模圆角部分这部分材料除了上述区域那样为径向拉应力和切向压应力以外，还承受凹模圆角处的压力、摩擦力和弯曲作用而产生的压应力，这是一个过渡区。 （3）筒壁部分。 （4）凸模圆角部分。 （5）筒底部分。 2、拉深过程的力学分析 （1）凸缘变形区的应力分布（2）起皱现象分析 （3）拉裂问题分析（4）克服拉裂和起皱的主要措施 3、拉深系数与拉深次数 在制定拉深工艺程序和设计拉深模具时，必须预先确定零件能否用一道拉深工序或多道工序拉深， （1）拉深系数（2）影响拉深系数的因素 （3）拉深次数（4）首次拉深后各次拉深方法 4、拉伸件工艺性和拉伸工序计算 （1）拉深件工艺性要求（2）拉深工序计算 第三节   金属容器基本制造工艺——焊接、粘接 一、焊接工艺 钎焊、电阻焊、激光焊 二、粘接工艺 1、粘接过程和接头设计 2、胶粘剂的种类与选用 3、粘接工艺 第二章   金属罐的结构设计与制造 第一节  两片罐的结构设计 基本要求：掌握金属两片罐的结构特点，使用材料及工艺 教学内容： 1、二片罐结构 2、二片罐制造工艺 3、金属罐的设计 重点与难点：金属二片罐的制造工艺 学时分配：2学时   一、二片罐的发展情况 二、二片罐的分类 ①拉伸罐②变薄拉伸罐 三、二片罐的结构特点 ①侧壁完整、光洁、无接缝；②底部与侧壁一体 ③造型美观；④易开启结构 四、二片罐结构形式 1、二片罐组成 二片罐罐身由侧壁和罐底组成。其成型方法有浅拉伸法和多级拉伸法。 2、二片罐的特点及规格尺寸 （1）二片罐的材料（2）二片罐的规格尺寸 3、二片罐的结构 （1）罐身 （2）罐盖 五、二片罐罐身的制造工艺及质量检测 1、罐身制造工艺 ①浅拉伸罐(浅冲罐)。其罐稿与罐径比小于1 ②拉伸深罐(深冲灌)。其罐高与罐径比大于 ③变薄拉伸罐 2、质量检测 ①对罐体的技术要求 ②质量检验方法 第二节 三片罐的结构设计 基本要求：掌握金属三片罐的结构特点，使用材料及工艺 教学内容： 1、三片罐结构 2、三片罐制造工艺 3、金属罐的设计 重点与难点：金属三片罐的制造工艺 学时分配：2学时   一、三片罐的结构 三片罐由罐身、罐底和罐盖三部分组成。罐身的上缘和下缘分别为罐盖与罐身、罐身与罐底的结合部，为使罐身上缘与一定规格的罐盖相封合，可设计成缩口结构。 （1）罐身 ①罐身接缝。②环筋。③翻边。④罐身板的尺寸设计 (2) 罐底和罐盖 ①膨胀圈。②圆边。③罐盖(底)板的尺寸设计 (3)易开结构。 ①卷开结构。②易开盖结构 二、三片罐罐身的制造工艺及设备 三片罐中，若按罐身制造工艺的不同可分为锡焊罐、粘接罐、卷接罐、激光焊接罐和熔焊罐，而熔焊罐习惯上又称为缝焊罐或电阻焊罐。 (1)下料 (2)三片罐罐身制造工艺 ①锡焊罐制造工艺；②电阻焊制罐工艺；③粘接法制罐工艺 第三节  喷雾罐 基本要求：掌握喷雾罐的工作原理和喷雾罐阀门的结构特点。 教学内容： 1、喷雾罐的工作原理及特点 2、喷雾罐的结构及制造工艺 3、新型喷雾罐 重点与难点： 1、喷雾阀的结构组成及其作用 学时分配：2学时   一、喷雾罐的工作原理及性能要求 喷雾罐是指由阀门、容器、内装物（包括产品、抛射剂等）组成的完整压力包装容器，当阀门打开时，内装物以预定的压力、按控制的方式释放。 1、喷雾罐的工作原理及特点 2、喷雾罐的工作原理 3、喷雾包装的特性 (1)使用的方便性(2) 良好的密封性(3)内装产品形态不受限制(4)喷雾包装的安全性 4、推进剂 （1）喷出特性（2）喷出系统（3）常用推进剂(4) 推进剂的命名 二、喷雾罐容器的结构及制造工艺 1、喷雾罐的种类规格及性能要求 （1）喷雾罐的分类（2）喷雾罐的规格（3）喷雾罐的特殊性能要求 2、喷雾罐容器的结构及制造工艺 (1)金属喷雾罐的结构（2）玻璃喷雾罐（3）塑料喷雾罐 （4）金属喷雾罐的制造工艺(5) 喷雾罐开口的密封 三、阀门的结构及制造工艺 1、标准阀门 2、特殊阀门 3、阀的制造工艺 ①阀门的U形盖和阀体之间要配合紧密、牢固，并通过橡胶阀座何持气密性 ②阀门和喷雾罐容器是通过U形熏的边缘和罐口卷边的咬合进行连接的 ③组装阀门中要注意保护构件上的内涂保护膜 四、金属喷雾罐的质量检测 1、泄漏检验；2、变形碱度力和爆破压力试验；3、气雾阀变形压力试验 4、气雾阀泄漏试验；5、铝罐内涂层电导测定；6、外观检查；7、规格尺寸检查 8、GB面积13042—91 中还规定，对喷雾罐还要检测漆膜附着力（按 GB　1720 执行），漆膜冲击强度（按 GB 1732 执行）和漆膜光泽度(按 ZBA 82001 执行) 9、可燃性实验 ①可燃性实验②闭封圆桶实验 10、喷雾罐的包装、运输和储存 五、喷雾罐设计要点 （1）选择喷雾罐容器和喷雾机构必须考虑内装物料的种类以及对雾化形状 （2）内装物配方的类型将决定其充填的方法 （3）喷出物的雾化形状主要取决于阀门与按钮开关的组合 （4）喷雾罐设计应充分考虑需求、内装物的性质，确保喷雾的质量和性能 ①喷雾罐的结构设计要保证容器具有一定的耐压性能 ②金属喷雾罐应注意装潢和造型设计，以适应消费者心理 ③阀门与喷雾罐容器的安装部分是喷雾罐设计的重心部位 ④阀罩的设计 六、新型喷雾罐 1、柱塞式喷罐；2、衬袋喷罐；3、“能量套”喷罐；4、弹性管喷罐 第四节  二重卷边与罐盖结构 基本要求：掌握金属罐二重卷边的结构特点及工艺；掌握罐盖的结构分类特点，易拉盖成型工艺； 教学内容： 1、二重卷边 2、罐盖结构 重点与难点：易拉盖的成型工艺 学时分配：2学时   二重卷边是目前广泛采用的金属罐罐身与罐盖(底)的封口方法，不仅适宜制罐、装罐和封罐的高速度、大批量、自动化生产，而且也容易保证金属罐的气密性。 一、二重卷边的结构 ①二重卷边的内部结构。包括身钩、盖钩、叠接长度、叠接率、盖钩空隙和身钩空隙。 ②二重卷边的外部结构 包括卷边厚度、卷边宽度和埋头度。 二、二重卷边工艺 ①封罐机主要部件的作用②二重卷边形成过程 ③二重卷边的质量检验及检验方法 ④封罐机简介 三、盖的制造工艺 1、圆形顶开盖的制造工艺 顶开盖即板材经冲压成形具有加强楞的圆形或异型盖，开罐时用专用工具切开。 2、易开盖制造工艺 （1）易开盖的分类 ①接开口大小分②接所用的材料分③接开启方式分 （2）对铝合金材料的性能要求 （3）易开盖的制造工艺及设备 ①拉环式易开盖生产过程②基盖生产③成品盖 (4)对易开盖的技术要求 ①基本尺寸检查②主要性能③外观质量要求④涂层质量要求 (5)质量检查方法 ①易开盖耐压强度试验②易开盖密封性试验  第三章  金属桶的结构设计及制造 基本要求：掌握一般钢桶及提桶的结构特点，使用材料及工艺 教学内容： 1、钢桶的结构 2、钢桶的制造工艺 3、钢桶的质量检测 重点与难点：钢桶的制造工艺 学时分配：4学时 第一节  钢桶的结构 金属桶一般是指采用0.5mm以上的金属板制成的容量较大（大于20L）的容器。按照桶材的不同，可分为钢桶、铝桶、不锈钢桶等。 1、全开口钢桶 全开口钢桶开口直径与桶身内径相等。 2、闭口钢桶 桶顶和桶底都是通过卷边封口与桶身组合成一体，且不可拆卸。 (1)有两道环筋； (2)两端有3～7道波纹； (3)有两道环筋，环筋至桶顶桶底之间各有3～7道波纹； (4)有3道环筋。 第二节  钢提桶的结构 一、钢提桶的结构类型 ①全开口紧耳盖提桶 ②全开口密封圈盖提桶 ③闭口缩颈提桶 ④闭口提桶 二、T型桶的结构尺寸 三、s形桶的结构尺寸 第二节  钢桶密闭件和三重卷边结构 一、三重卷边结构 (1)三重卷边。又称七层卷边，它是闭口钢桶桶身与桶底（顶）连接在一起的主要卷封形式。 (2)三重卷边的特点 (3)三重卷边结构类型 (4)三重卷边结构的设计计算 二、钢桶封闭器 1、封闭箍式封闭器 ①螺杆型封闭箍②杠杆型封闭箍 2、螺旋式封闭器 螺旋式封闭器分为旋塞型、旋盖型两种型式。 3、顶压式封闭器：分为螺栓型和压盖型两种式。 第四节 钢桶的制造工艺 一、钢桶的主要材料 1、钢桶材料应具有的特性 ①良好的可塑性和可焊性②足够的强度和适宜的硬度③良好的耐腐蚀性能 2、常用的制桶材料 3、钢板厚度的选择 二、钢桶桶身制造工艺 1、圆形闭口钢桶桶身制造工艺 ①下料②磨边③卷圆④焊接⑤翻边⑥滚波纹⑦胀环筋 2、圆形开口钢桶桶身的加工工艺 ①桶口卷线②桶口缩颈 3、提桶桶身的制造工艺 4、异形桶桶身的制造工艺  三、桶顶与桶底制造工艺 1、桶底制造工艺 ①剪板n  ②落料、拉伸 n  ③涂封缝胶 2、桶顶制造工艺 ①冲孔翻边n  ②锁装 n  ③打印标记 3、桶盖制造工艺 四、内、外喷涂工艺 1、钢桶表面涂装的作用 2、涂装工艺 ①空气喷涂法②高压无气喷涂法③静电喷涂法 3、内喷涂工艺 ①表面外理②内喷涂 4、喷涂工艺 五、钢桶的自动化生产 第四章   其他金属包装容器 基本要求：掌握金属软管的结构特点和制造工艺方法。 教学内容： 1、金属软管的特点及材料 2、金属软管的制造工艺 重点与难点： 1、金属软管管体的加工方法，冷挤压工艺 学时分配：2学时 第一节  金属软管 一、金属软管的特点 ①对内装物具有良好的保护性能②经装潢印刷后具有美丽的外观 ③采用挠性金属、通过挤压成型④软管内壁涂布通过选用不同的涂料 ⑤金属软包装质量轻、携带容易、使用方便、挤出内装物后无“回叫”现象，使管内物品不易污染 二、金属软管的用途 ①包装日用化妆品类产品②包装医药品③包装食品类产品 三、金属软管常用的材料 四、金属软管的结构及规格尺寸 １、软管的结构 ①管颈②管盖③管身④管底封折 ２、金属软管的规格尺寸   第一节  金属软管的制造工艺 一、生产工艺流程及设备 1、炒片 ①能显著降低铝金属的摩擦系数②在高温（3000C）、高压下能保持良好的润滑性 ③无毒、无味，其残余物不影响软管内状物的质量④使用方便、易涂覆均匀 2、冲管；3、退火；4、内涂；5、底涂；6、印刷；7、上盖、包装 二、金属软管的质量 1、坏管的质量要求 ①坏管质量、肩甲质量、管身长度、管壁厚度、外径、管口螺纹等都应符合规格 ②退火软管的硬度为手压管尾，有轻徽弹性 ③管壁完整光洁，管壁内外无直、横痕迹，无破洞，无拉毛 ④管肩表面应光洁平整，无斑点 ⑤螺纹清晰光洁，牙型正确、螺纹与帽盖啮合良好，切尾平整 ⑥管口端面光洁整顿秩序齐，无铝屑异物，封口高度不得大于1mm ⑦尾部应光滑平整，无铝屑、无铝屑、铝丝、不内陷 ⑧管肩花纹应光洁明亮，最内层一圈离螺纹根部不小于2mm 2、底色外观要求 3、彩印的外观要求 4、成品软管外观要求 三、质量检测 ①规格尺寸检测②管壁厚度检测③管口螺纹检验④沙眼及裂痕 ⑤硬度检验⑥图案、色彩检验⑦脱墨检验 四、软管的发展趋势