番茄酱桶设计金属课程设计.doc

一、依据内装物的特性，进行容器设计方案分析
近几年，商家对食品、农产品包装罐材料的化学成份分析和材料种类的选择要求相当高，并不是简单地达到抗冲击、无毒、避光、不散色、防渗漏，对食品本身不会产生化学影响而已，而是要看它在保鲜、保质、延长食品运输和货架寿命方面的作用，看它是否具有明确的标识和提示，从而为消费者带来方便。

番茄酱是这类产品典型的例子，为番茄酱设计的金属包装容器为切开式密封三片罐，这种罐具有力学强度高、刚度好、耐湿、遮光、阻隔性强、外观独特及可以回收利用等优点，广泛应用于食品包装。

二、选定罐形，罐容规格尽量选用标准规格尺寸
1. 罐形
根据实际情况的番茄酱罐的罐容，选定罐身为直圆罐的切开式密封三片罐。

2. 罐容规格尺寸
金属圆罐的规格尺寸可参考GB 10785-1989通用圆罐规格尺寸见表2.1。

三片开顶金属圆罐（空罐）的规格尺寸
容积为207.64cm3的三片罐
三、材料选择及依据
番茄酱为半液态粘状食品，这要求储藏它的容器不能渗漏。

另外，番茄酱有
一定的酸性，对材料有一定的腐蚀性。

这些要求盛装番茄酱的容器的组成材料能够实现密封要求以及一定的耐腐蚀性。

根据这些特性，综合考虑经济因素，选用镀锡板材为原料来加工制桶，镀锡薄钢板具有原材钢板的力学性能，同时又有表面锡层的保护，具有防锈，耐腐蚀的特点，表面光亮美观，也易于涂饰和印刷。

镀锡板厚度为0.15～0.5mm.
四、进行容器的结构设计
1. 罐身结构及规格尺寸
（1）罐身截面形状：金属番茄酱桶的罐身截面的形状采用圆形，即是圆罐。

它的截面如图4.1所示：
图 4.1
2. 罐身结构主要尺寸
(1) 直圆罐罐身的平面图如图4.2：
图 4.2
（2）所设计的番茄酱罐是直圆罐，罐身有纵接缝，上、下口缘翻边，以便实现与灌盖、罐）底的卷边封口，由于番茄酱罐的罐径不大，罐体不高，所以不用设计环筋。

直圆罐罐身结构如图4.3所示：
图 4.3
3. 罐身纵接缝
（1）纵接缝的结构形式采用熔焊结构，如图所示的电阻焊法加工，是通过电极间的强大电流，使罐身纵接缝的搭接部位发热，并在电极的加压下熔接。

对于销售用的番茄酱罐，熔接结构简单，表面光滑，强度好，生产率高。

电阻焊0.3～0.5 mm，焊缝厚度≤1.5t
b , t
b
板材厚度。

锡焊3mm，粘贴焊7mm。

如图4.4为电阻焊原理：
图 4.4
（2）纵接缝的位置纵接缝一般设在过渡圆弧与直面的交切点以外的部
位，并尽量留出较大的印铁装饰面积。

4．口缘翻边
罐身口缘翻边，是为了与罐身、罐底或环圈卷封，罐身上、下边缘向外适当翻出，以便和罐盖或罐底进行卷边密封，罐身两端被翻出的部分即翻边。

翻边尺寸随容量增大而增大。

B—翻边宽度，B=（2.5~3.4）±0.2mm，
R—翻边圆弧半径，R=2.0~2.5mm，
α—翻边角度α=95°~97（撞击式），α =90°（旋
压式）
β—罐身角度，β=4
图 4.5
下图为圆罐身口部翻边尺寸
图 4.6
2.罐盖、罐底及环圈的结构尺寸
（1）罐盖
番茄酱罐的开启方式是切开式，这种罐的特点是其罐盖、罐底的结构相同，罐盖、罐底、罐身卷边密封，构成典型的三片密封罐，开罐时，需用工具把罐盖切开。

如图4.7所示为切开式罐盖结构：
图 4.7
采用和罐盖一样的结构，如图4.8：
（2）罐底
（3）膨胀圈
膨胀圈是在罐底、罐盖上冲压形成的凹凸状环状结构，一般由1~2道环凸筋和若干级30°环斜面构成。

由罐径和温度变化范围确定。

膨胀圈的作用是能补偿罐身因温度变化而引起的变形，提高罐盖（底）的力学强度，能使罐的卷边结构免遭破坏，保护封口结构的密封性能，适应罐装食品高温灭菌时内装物膨胀的需要，并可识别变质食品。

膨胀圈的设计参考下表4.9
圆罐罐盖（底）膨胀圈结构/mm
罐内径d 膨胀圈结构罐内径d 膨胀圈结构
99 一个环凸筋和二级斜坡
52 不设计膨胀圈，一个环凸
筋
65 一个环凸筋和一级斜坡105 一个环凸筋和二级斜坡
73 一个环凸筋和一级斜坡153 两个环凸筋和三级斜坡
83 一个环凸筋和二级斜坡
表 4.9
番茄酱罐的内径为65，所以罐盖（底）设计成一个环凸筋和一级斜坡
膨胀圈的尺寸结构如图4.10、4.11：
图 4.10
图 4.11
五、封口形式
因为二重卷边工艺简单，密封性好，所以采用二重卷边。

1.二重卷边的形式采用平卷边结构
2.二重卷边的结构参数如图5.1：
图 5.1
（1）卷边厚度T
T＝3tc＋2tb＋∑g
式中tc———罐盖（底）坏板厚度，mm；
tb———罐身坏板厚度，mm；
∑g———层间间隙之和，约为0．15～0．25mm。

已知：t
c =0.5mm t
b
=0.3mm ∑g=0.2mm
所以： T= 3*0.5 + 2*0.3 + 0.2
=2.3mm
卷边厚度T受卷边轮封卷压力影响，一般压力大T值小，压力小则T值大。

(2)卷边宽底W
W＝2．6tc＋H
B
＋Lc
式中H
B
———身钩长度，mm；
Lc———身钩空隙，mm，要求越小越好。

已知： tc=0.5mm H
B
=2mm Lc=0.1mm
所以： W=2.6*0.5 + 2 + 0.1
=3.6mm
卷边宽度大小还受压辊沟槽的形状、卷封压力及下托盘推力等因素影响。

且
身钩长度BH对罐的影响较大，一般来说，H
B 值小，容易产生渗漏现象，H
B
值太
大则容易产生垂边，故身钩长度H
B
必需适中。

（3）埋头度（C）。

埋头度是指卷边项部至盖平面的距离，它一般由上压头凸缘厚度决定，即： C＝W＋α
式中W———卷边宽度，mm；
α———修正系数，一般为0．15～0．30mm。

已知： W=3.6mm α=0.2mm
所以： C=3.6 + 0.2=3.8mm
（4）叠接长度（Lo）。

叠接长度是指二重卷边成型后，卷边内部盖钩与身钩相互叠接的长度。

其计算公式如下：
Lo＝H
B
＋Hc＋1．1tc－W
式中H
B
———身钩尺寸，mm；
Hc———盖钩尺寸，mm；
tc———罐盖（底）坏板厚度，mm；
W———卷边宽度，mm。

已知： H
=2mm Hc= 2.2mm tc=0.5mm W=3.6mm
B
Lo=2 + 2.2 +1.1*0.5 - 3.6
=1.15mm
（5）叠接率（KOL）。

叠接率是表示卷边内部钩盖与身钩相互叠接的程度。

其计算公式如下：
Lo%＝｛Lo／［W－（2．6tc＋1．1tb）］｝×100％式中Lo%———叠接率，％；
Lo———叠接长度，mm；
W———卷边宽度，mm；
tc———罐盖（底）坏板厚度，mm。

对圆罐，要求KOL＞50％。

已知： Lo=1.15 W=3.6mm tc=0.5
所以： Lo%={1.15/[ 3.6 - ( 2.6*0.5 + 1.1*0.3)]} ×100％
=73.9%
六、装潢及外喷涂设计
1.装潢设计
番茄酱的装潢设计要求美观，给人一种健康的感觉，而且在他的包装中获得这种产品的基本信息，下图为番茄酱的装潢设计图6.1：
图 6.1
2.内壁涂料设计要求
用于盛装这些食品的内涂包装桶桶，例如：蜂蜜桶、果汁桶、番茄酱桶等。

由于其内壁涂料卫生质量达不到安全食品卫生要求，将会对其造成二次污染，从而影响其产品的内在质量。

我国容许使用在包装桶钢桶内壁上的食品涂料有：聚酰胺环氧树脂涂料、过氧乙烯涂料、有机氟涂料等。

以下为这些内涂涂料的食品安全卫生要求：按照GB9686—88《食品容器内壁聚酰胺环氧树脂涂料卫生标准》的规定，聚酰胺环氧树脂涂料在各种溶剂中的蒸发残渣应控制在30mg/l以下。

过氯乙烯涂料的卫生要求，过氯乙烯涂料以过氯乙烯树脂为原料，配以增塑剂，经涂刷或喷涂包装桶内壁后自然干燥成膜。

过氯乙烯涂料一般分为底漆和面漆。

过氯乙烯树脂含有氯乙烯单体，氯乙烯是一种致癌的有毒化合物。

成膜后的过氯乙烯涂料中仍可能含有氯乙烯的残留，按照GB7105—86《食品容器过氯乙烯内壁涂料卫生标准》的规定，成膜后的过氯乙烯涂料中氯乙烯单体残留应控制在1mg/kg以下。

过氯乙烯涂料中所使用的增塑剂、溶剂等助剂必须符合GB9685—94《食品容器、包装桶材料用助剂作用卫生标准》的有关规定，不得使用有毒或高毒的助剂。

涂膜应均匀、无气泡、斑点、皱折、脱落现象。

七、编制制造工艺流程，应包含工序尺寸计算或型坯尺寸计算
1. 三片密封切开罐加工的工艺过程
（1）罐盖（罐底）板料分切→涂油→冲裁成型→圆边→注胶→烘干
（2）罐身板材下料→印刷→裁罐身→成圆→搭接焊接→补涂→烘干→翻边→封底（二重卷边）→检验→（进入内装物生产线充填）→封盖（二重卷边）↑
↑（罐底）
（罐盖）
2. 金属罐坯件下料尺寸计算
（1）原罐罐身坯件计算
根据公式L=[∏（d+t b）+ l s ] + (0.2～0.3)
] + 0.1
B=[ h+l
s
式中L——罐身坯件长度，mm;
B——罐身坯件宽度，mm;
t b——罐身板材厚度，mm;
d——罐身内径，mm;
l s——罐身纵接缝搭接宽度，mm;
l b——罐身口缘翻边用料宽度，mm;
h——罐外高，mm.
由条件可知t b=0.3mm d=52.3mm l s=0.4mm l b=3mm h=68mm
则L=[3.14（52.3+0.3）+0.4]+（0.2~0.3）
=165.564+（0.2~0.3）
B=[68+0.4] +0.1
=68.4+0.1
（2）罐盖、罐底及环圈
对设计膨胀圈的圆罐罐盖（底），可通过下面公式计算坯件落料尺寸：
D P = D + K
式中D P——罐盖（底）坯件落料尺寸，mm
D——罐内径，mm
K——修正系数，mm
由设计的金属罐可得知D=52.3mm K=15.5mm
D P=52.3+15.5=67.8mm
八、要求结构设计合理，外形美观、工艺性好
1. 技术要求及校核
（1）外观要求
外观质量：完好整洁，无明显擦伤和生锈现象，印铁标签的图案、文字清晰，涂膜色泽一致，无擦伤、划伤、起皱、起泡、流挂和露底等缺陷。

焊缝质量：焊缝均匀、平滑、无渣、美观、搭接一致；焊点均匀连接，不应有焊接
不良及击穿现象；焊缝的拉伸强度不低于罐身板拉伸强度；接缝补涂应平滑均匀和完整，无大气泡和露铁点。

（3）性能要求
性能质量：包括气密、液压、跌落、堆码及提梁、提环强度方面的要求。

材料质量：罐用油墨、涂料、密封填料、钢板、钢丝的性能应符合有关关键标准
的规定。

卫生质量：盛装食品、食品添加剂的金属罐，其密封填料、内涂料要符合食品卫生
法及有关标准的规定。

2 . 校核
（1）气密性校核
加盖前用试压设备进行实验校核；加盖后校核，在罐顶上打孔，将压力表与压缩气源连接，并通过连通部件固定在罐顶孔上。

往罐内充入压缩空气，达到试验压力后保持压力2 m i n。

将罐焊缝、卷边等部位涂上皂液或将罐浸入水中检查有无渗漏。

（2）跌落实验校核
按照GB 4857-5的规定，将每个样品装入30kg的干燥沙进行焊缝、罐底和罐顶三角区的跌落，检查有无渗漏。

（3）堆码试验校核
按照GB 485-3的规定，堆码试验时间为24 h,经试验后，金属罐应无明显变形与破损。

（4）漆膜附着力测定
与金属罐生产同时，并采用金属罐生产相同钢板和表面处理工艺及条件，制备样板，按照GB1720的规定进行检查。

参考文献
[1] .周开明.销售包装结构设计.北京：化学工业出版社，2004.1
[2] . 王德忠.金属包装容器.北京：化学工业出版社，2003.9。