金属包装二片罐结构设计课程设计说明书

目录

1 选择合适的金属材料 (2)

2 两片罐的类型选择 (2)

3 两片罐的特点 (3)

4 两片罐的制造工艺 (3)

5 两片罐结构与规格尺寸 (4)

5.1 罐身 (5)

5.1.1 截面形状与壁厚 (5)

5.1.2 口缘、底罐 (5)

5.1.3 罐身的规格尺寸 (6)

5.2 罐盖 (7)

6 两片罐配料尺寸计算 (8)

7 两片罐的技术要求 (10)

参考文献 (10)

1 选择合适的金属材料

凉茶的灌装工艺采用铝制易开盖两片罐进行冷灌装、充氮灌装。两片罐是指罐底和罐身用一块薄板坯件拉拔成型，然后将罐身与罐盖用二重卷边组封的金属罐。

目前，风行于啤酒饮料及其它饮料消费品市场的铝制易开盖两片罐包装（俗称“两片罐”、“易拉罐”）始于1963年由美国铝业公司（ALCOA）推出配有合金铝易开盖的啤酒饮料易拉罐包装。这种安全、轻便、美观的液体食品包装，一经上市就受到消费者的欢迎，在全世界范围内其总量的大部分用于各种饮料的包装，其余部分用于啤酒包装。铝质易开盖两片罐在液体食品包装中风行，更有压过传统玻璃瓶包装啤酒的势头，其发展过程非常值得认真总结。

铝的材料密度为2.7，仅为钢密度的1/3。其延伸性能更好，经试制成功冲拔与拉伸工艺（DRAWAND＆IRONING，简称DI罐）之后，有可能实现罐高大于罐经（H 大于D），从而在液体食品行业的包装上有了推广价值。但由于铝位于元素周期表的序列末尾，其一旦与其它金属接触，界面就会因为双金属电位差而被腐蚀。同时对于酸性饮料包括啤酒都有一定的不稳定性。因此，罐内涂层就成为必然考虑的屏蔽结构。目前定型的包装材料两片罐，内涂环氧树脂130mg/罐用于包装啤酒（CO2含量为5g/L），内涂环氧氨基180mg/罐用于包装强蚀饮料（CO2含量为8g/L）。

易拉罐的许多优点有：不易破碎；质量比玻璃瓶轻得多（355ml罐重仅14g）；一次性包装，原材料有效回收；能很好地码垛；不透光、无光照口味；包装饮料可以封罐后进行巴氏杀菌。

国内铝质二片罐的制造始于1985年，先后投资3亿美元引进13条易拉罐生产线，具备年产110亿只铝罐的生产能力。2003年听装啤酒用罐20亿只，约60万吨（千立升），占全国啤酒总产量的 2.3%，同比增幅达8%以上，要高于啤酒平均5~6%的年增长率，体现了国内安全、轻量、美观的一次性包装市场，正日益扩大

2 两片罐的类型选择

两片罐，按生产工艺特征可分为不变薄拉伸罐和变薄拉伸罐。在此次设计中，采用变薄拉伸罐，亦称冲拔罐（DI），先经过一次或两次不变薄的常规拉伸，然后再经过多次变薄拉伸，并最终成型。

变薄拉伸成型的罐体，通常配封易开盖，即常见的易开盖两片罐。

3 两片罐的特点

1、两片罐罐身无接缝，与罐盖卷封质量好，涂层完整，气密性高，内装物安全卫生；

2、外壁光滑无缝，印刷效果好；

3、与其他金属容器相比，质量轻，节省材料；

4、生成效率高，但设备投资大，罐型也比较单一。

4 两片罐的制造工艺

罐盖（拉环式）：板料下切→冲裁及成型（含铆钉鼓包）→铆钉成型→压开口槽（安全折叠）→铆合圆边涂胶→烘干

罐身：板料分切→涂油→落料预拉深→二次拉深→多次变薄拉伸→罐底成型→修切口边→清洗→外印涂→內涂→缩颈，翻边检验→（进入内装物生产线充填）→封盖（二重卷封）

图1 变薄拉伸罐身生产流程

5 两片罐结构与规格尺寸

如图所示。两片罐由两个零件——罐身和罐盖组成，其中罐身有三个部分——侧壁、罐底和口缘。

图2 两片罐结构

5.1 罐身

5.1.1 截面形状与壁厚

DI 罐罐体较高，复杂的截面截面形状经多次拉伸，成型的难度较大，质量也难于保证，所以采用圆形截面。圆形截面的罐体在拉伸成型时，板材周向各部位变形均匀，受力平衡，容易保证罐体的成型质量。

对非压力容器根据要求选定壁厚，一般为0．15～0．5mm 左右；对于压力容器（如盛装含气饮料），则应按下面公式计算罐壁所需最小厚度。

]

[22p σσD p t t D

b b

?≥

?=

式中:

p ——罐的内压力，Mpa ；(一般罐内压为0.15～0.7Mpa ) D ——罐内径，cm ；

[σ]——罐材的许用应力，Mpa ；（铝的许用应力为400Mpa ）

b t ——罐身板材厚度，cm 。 m

c 005775.0400

26

.67.0t b =??≥

最薄的两片罐符合强度校核，可以取 15.0t =b 所以经校核后，两片罐的壁厚选择0.15mm. 5.1.2 口缘、底罐

两片罐口缘部分的结构有直筒翻边、缩颈翻边、双缩颈翻边和三缩颈翻边等几种形式。翻边要与罐盖形成二重卷边封合。这里口缘用缩颈翻边形式。

对于盛装充气饮料的两片罐罐底在设计时要保证轴向强度和弯曲强度的要求。因此采用如图3所示的形式。罐底内凹，周边为环形支 承面，与罐体用斜面或圆弧过度。这种结构使罐底的耐压强度和弯曲强度有很大的提高。

图3 铝易开盖两片罐罐底结构5.1.3 罐身的规格尺寸

图4 罐体主要尺寸示图

表1 罐体主要尺寸 设计罐身的尺寸如下：

罐体外径1D =66mm ；缩颈内径2D =57.4mm ； 罐体高度H=122mm ；翻边宽度B=2mm

5.2 罐盖

图5 易开盖示图

图6 易开盖主要尺寸示图

表2 易开盖主要尺寸

设计罐盖主要尺寸如下：

钩边外径d=64.8mm ；钩边开度b=3mm ； 埋头度1h =6mm ；钩边高度2h =2mm 罐盖的设计由以下因素构成： 按罐身截面决定罐盖形状； 开启方式：易拉式，切开式； 二重卷边； 盖面有埋头度。

6 两片罐配料尺寸计算

两片金属罐的构件，无论罐身、罐盖的形状如何，都是由若干几何形体构成。计算坯料时需首先认定，坯件在拉伸、成型后，变薄的拉伸成型其体积不变。根据这样的原则，就可利用成型构件的体积推算出变薄拉伸成型前坯件的体积和尺寸，

从而解决下料和落料工序的工序尺寸。

计算成型构件的面积或体积时，对构件的非规则几何形体部分需经分割形成规则几何形体，然后利用公式计算。

铝质易开盖两片罐罐体是经过预拉伸，然后再经过多次变薄拉伸成型的。因此，计算坯料尺寸，应根据拉伸前后体积对等的方法计算。计算公式为：

j V V ?=α

式中 V ——坯料体积，3mm ；

j V ——工件成型后的材料体积，3mm ；

α——修正系数。拉伸后口缘高低不齐，需裁剪修边，一般取α=1.15-1.2 根据坯料体积V 推出：

0t V

13

.1d = 式中 V ——坯料体积，3mm ； 0d ——坯料直径，mm ； 0t ——坯料厚度，mm 。

mm

30.0t mm 15.0t b a ==

)]

t h (t d t d 4

[2.1V t )t h (d t d 4

V a b a 2b

a a 2j -??+?=-?+?=

ππ

ππ

因在拉伸中罐底厚度基本不发生变化，a 0t t =

mm 7.153t )

t h (t d t d 432.1d a

a b a 20=-??+?=ππ

表3 常用规则几何形体表面积计算公式

7 两片罐的技术要求

1、罐体涂层良好，不得有脱落、变色、划伤和起泡等缺陷，符合卫生标准；

2、罐体、罐盖符合标准或设计的规格尺寸，不应有折曲、凹痕、变形；

3、卷边不应有假卷、跳封、铁舌、垂卷和卷边不完全等质量问题，均匀光洁；

4、成品密封性好、无泄漏，耐压强度、轴向承压力等性能指标符合要求。

参考文献

[1].宋宝峰.包装容器结构设计与制造.北京：印刷工业出版社，2001.

[2].赵延伟.包装结构设计.长沙：湖南大学出版社，1989.

[3].毛寿松.商品包装容器设计.上海：上海科学技术出版社，1990.

[4].孙风兰.食品包装机械学.哈尔滨：黑龙江科技出版社，1990.

[5].陈海鱼.包装装潢设计[M].长沙：湖南美术出版社，1997.5.

[6].孙诚.包装结构设计[M].北京：中国轻工业出版社，2003.12.

[7].周开明冯梅.销售包装结构设计[M].北京：化学工业出版社，2004.1.