金属罐包装容器成型机械

12.3金属包装容器成型机械
金属包装容器指用金属薄板材料制成的薄壁包装容器。

金属包装容器种类很多，从造型和结构上分,主要有罐、筒、盒、桶、软管、箱等。

食品包装用金属罐是典型的金属包装容器，其结构形式主要有两片罐和三片罐2类。

两片罐又有深冲拉拔两片罐(DRD)和变薄拉伸两片罐（DWI)2种;三片罐则有锡焊三片罐、电阻焊接三片罐和粘接三片罐3种。

金属桶及金属软管在食品、化工及日用品领域中的用量日益增多。

另外,金属箱包装作为一种具有广泛前景的包装也得到人们的高度重视。

本节重点介绍三片罐、两片罐的成型加工机械。

12.3.1金属罐包装容器成型机械
12.3.1.1 三片罐的制造技术及设备
三片罐是指由罐身、罐底和罐盖（顶盖）三片组成的金属罐。

1)锡焊三片罐的制造技术及设备
锡焊三片罐按外形分有圆形罐、方形罐、梯（锥）形罐和马蹄形罐等。

其中圆形罐应用最广、用量最大,下面以圆形罐为例介绍其制造技术及设备。

(1)锡焊三片罐的制造流程。

锡焊三片罐的加工制造分罐身、罐盖、罐身与罐盖组合3个工序。

罐身的加工工艺流程为：镀锡薄板剪切下料→弯曲→切角和切缺→端折→成圆→涂焊药→踏平→锡焊→焊处擦锡屑→冷却→翻边→罐身加工。

罐盖的加工工艺流程为：镀锡薄板剪切下料→涂油→冲盖→卷边→注胶→烘干→罐盖加工。

罐身与罐盖组合形成空罐的加工工艺流程为罐身送入→加罐盖→二重卷边封口→空罐加工。

(2)罐身加工机械。

罐身加工有半自动与全自动2种方式。

①半自动制造圆罐身的专用设备。

圆罐身半自动加工制造设备包括剪板机、切角切缺机、端折机、成圆机、踏平机、焊锡机和翻边机等。

剪板机是对罐身用的镀锡薄钢板进行裁切下料的机器。

制罐中常采用的剪板机有闸刀式和圆刀式2种,其中圆刀式应用最广。

圆刀式剪板机又称圆盘剪床,在上、下2根相反回转的刀轴上各安装有圆盘切刀和橡胶压轮,靠上、下2个圆盘刀刀刃在接触平面相交割,构成连续的剪刀,板材通过其间就被剪切分开。

切角切缺机、端折机、踏平机,均采用小型曲柄压力机结构,配以相应的工模具来实现其工艺功能。

切角切缺机用于在罐身料述的两端角部位切斜角和缺口；端折机用于弯折罐身纵向咬合缝的弯钩;踏平机用于踏平并压紧罐身成圆后的纵向接缝钩合部，使之构成牢固连接的纵向接缝。

成圆机是将端折好并踏平的罐身坯料卷成圆筒形的机器。

制作三片罐通常采用辊式成圆机,按三辊成圆法,使罐身板坯卷曲成理想的圆筒状。

通过调整辊与辊的间距,便可改变罐身板坯的成圆曲率。

焊锡机是用铅锡焊料将接缝焊牢的机器。

在踏平纵向咬口时,手工在接缝处涂上焊药,再用焊锚机进行锡焊。

②自动制造圆罐身的专用设备。

圆罐罐身采用现代化的自动连续生产线加工制造时,通常使用自动双联圆刀剪板机、自动联合罐身制造机、自动翻边机等高效率的机器。

自动双联圆刀剪板机,由2台圆刀剪板机相互垂直配置而成。

其中一台圆刀剪板机完成罐身坯料的长度裁切,另一台圆刀剪板机完成宽度裁切。

每台剪板机上都有1对互为反向旋转的上、下刀轴,轴上安装有多对岡盘刀，且各自都有输送器和工作台。

镀锡薄钢板在第1台圆刀剪板机工作台上由输送器沿侧向导板送进,经过阖盘刀之间而被剪切成长条,排出到第2台剪板机前的连接工作台上，由带推爪的链条输送器送到第2台剪板机上，经过上、下岡盘刀轴之间，接受再次剪切,可得到满足尺寸要求的罐身板坯料。

自动联合維身制造机可完成罐身板坯料的卷圆和将罐身纵向接缝用锡焊焊牢的工作。

该自动联合机主要由罐身成型机和焊锡机组成。

罐身成型机主要由罐身板坯料库、真空送料装置、弯曲处理装置、切角切缺装置、罐身板料输送器、端折装置、成型踏平装置和导向轴等组成。

它能完成从罐身板坯放入料仓到完成压平咬合接口的罐身筒制造的多道工序。

焊锡机由涂焊药、预热、焊锡、擦锡屑、冷却等装置组成,用于罐身咬口的锡焊和淸整工作。

图12-34所示为自动罐身联合制造机示意图。

送料通常采用真空送料装置，把板还从料库送出;弯曲处理采用轧棍装置,使板坯通过时弯曲,减小板的弹性和消除应力集中现象;切角切缺、端折均采用偏心曲柄机构驱动专用模具完成;成圆有的采用辊成圆法，有的采用双翼式抱合成岡法;镐焊各工序均采用自动焊接装置完成,罐身加工的工艺流程如围12-35所示。

自动翻边机是利用模具对罐简两端部施加圆周挤压力,使其形成外翻喇叭口的机器。

回转式翻边机如图12 -36所示,翻边是为罐身与罐底进行二重卷边封口准备条件。

(3)制盖机。

制盖时,首先将镀锡薄钢板用波形压力切板机裁切成波形边沿的板条，以便提高板材利用率，如图12-37所示。

用波形板条在冲盖机上冲压成由加强圈、平面和斜面构成的盖坯,再用卷边滚压机构滚压其边沿,便成为有钩边的盖,如图12-38所示。

在盖钩边中注涂密封胶，烘干后形成有弹性的膜,完成罐盖的制造加工。

罐盖制造设备有半自动和全自动2种，全自动的罐盖制造设备主要包括波形压力切板机、自动冲盖机、罐盖卷边机、注胶机、烘干机等。

波形压力切板机又称涡形剪切机,属于双曲拐轴塑压力机,专用于切取有波形边沿的板料。

其滑动刀座上安装有波形切刀,相对应的固定刀座上安装着波形底刀。

自动冲盖机由料盘、自动进给装置、冲模废料排出辊.盖抛掷装置以及与此直接连接的罐盖卷边器组成。

冲盖机构采用升降式双柱倾斜式（冲床）机构。

冲盖机构的落料口设有保险装置,以防止2片盖同时落入卷边器。

如果出现2片以上重叠输送情况,离合器则自动作用，冲压停止（卷边器的排出口，也设有同样的保险装置）。

有的冲盖机上为防止盖的表面出现纹,还设有髙频加热装置,对冲压前的坯料进行加热。

由冲盖机冲出的罐盖,其边沿与兼平面垂直,不利于后工序的卷封。

为改善卷边封口条件，防止注胶时胶液外溢，需对金进行卷边，使罐盖周边向内呈50°左右的弯曲变形。

注胶后的罐盖通过传送机构送入烘干箱加热烘干,冷却固化后输送至下一工序。

(4)罐身与罐盖密封结合机械。

罐身与罐盖制好后，需要将两者结合成罐容器。

一般采用二重卷边封口方式将两者结合起来,使其密封。

封罐机有单头和多头2种类型。

封罐机主要由自动送罐装置、自动送盖和加盖装置、卷边封罐装置等组成。

卷边封罐装
置是封罐机的核心装置，封雄机的工作原理参见6.4节卷边式封口机械中有关二重卷边封口的内容，具体结构可参考有关包装机械的专业手册。

封罐机同样可以用于装满物料后的罐的封盖。

用卷边封口轨道卷封的封罐设备现已开始应用,这种轨道式封口的寿命长,工作效率更高。

2)电阻焊三片罐的制造技术及设备
(1)电阻焊三片罐工史特点。

电阻焊亦称接触焊，是利用强大的电流通过金属件的连接处所产生的电阻热，使焊点呈熔化状态,并施加一定压力，实现焊接。

电阻焊三片罐罐身的纵向接缝是由电阻焊连接的。

电阻焊三片罐将逐步取代锡焊罐，因为电阻焊三片罐具有如下优点。

①避免了铅、锡等对所装物品的污染和对人体的危害。

②焊缝密封性好,焊缝强度能达到与基材相同的强度。

③焊缝重叠宽度小(0.2mm~3mm)，节省原材料，比锡焊罐节约材料4%以上。

焊缝窄小,印刷面积增大，外形美观。

焊缝厚度小，仅为原板材厚度的1.2倍，便于罐的翻边、缩颈、封口和压筋，提高了相关模具的寿命和产品质量。

④生产率和自动化程度高。

焊接速度快，最高可达750 m/min,焊接长度最快可达85m/min。

⑤节约能源,简化焊接工艺与设备。

一台自动电阻焊机,即可取代锡焊罐生产线的切角切缺、成圆、踏平、锡焊等工序和设备,完成罐身的焊接工作。

其设备占地小，耗电少，易操作且卫生，改善了劳动条件。

(2)电阻焊三片罐装加工工艺。

电阻焊制罐与锡焊制罐一样，也包括罐身制造、罐盖制造、罐身与罐盖封接成空罐3个工序。

2种制罐方法在罐盖、罐身与罐盖卷边封口形成空罐的加工制造方法及设备上完全相同。

它们的区别仅在于罐身制造工艺，故这里只介绍其罐身制造工艺。

电阻焊三片罐的罐身制作工艺过程为：罐材述料裁切→板坯进料→双片检测与排除→弯曲→成圆→电阻焊接缝→补涂涂料→烘干→翻边。

全自动电阻焊制造罐身过程：将雄身板坯料放于全自动罐身成型-电阻焊接机的板坯库内，由真空吸料装置逐张送往进料棍。

若吸取的为2张粘接在一起的板片，则经检测器测出后将其排除进入集料箱中。

单片板坯通过进料辊送往挠曲辊进行弯曲处理,然后进入三辊成型装置卷成圆筒形罐身。

罐身在运行中挂在T形杆上，由传送链上的推板将罐身推送到焊接轮前继续推进，罐身在受推进过程中经过3段轨道Z形杆，靠Z形杆两边的导向槽和校正器来保证焊缝的搭接,并保证焊缝与焊接轮间的准确位置,罐身通过焊接轮后被焊好。

焊好的罐身还要进行焊缝涂敷、补涂涂料、干燥、翻边和其他加工（压筋、缩颈等），最后经封底或封盖成为合格的空罐。

3)粘接三片罐的制造技术及设备
粘接三片罐是用无锡铜板代替马口铁板制造的三片罐。

这种罐的罐身接缝处采用有机黏合剂（如尼龙黏合剂）黏合以代替焊合。

这种罐在美国、日本等国家被广泛用于粉剂、啤酒、碳酸饮料等物品的包装，但在我国尚处于研究之中。

粘接三片罐的制造工艺有黏合剂压合法与黏合剂层合法2种。

相应的机械设备也分为2大类。

生产粘接三片罐，只需将罐身接缝焊接设备及其工艺改成粘接设备及其工艺即可，其余工艺与设备和焊接三片罐相同。

(1)黏合剂压合工艺。

将镀铬薄板(无锡板）的罐身坯料接缝端涂上约5mm宽的尼龙系黏合剂,在罐身成圆时，将其黏合部重叠,加热到2601,热后充分压紧，使其固化冷却到室温，即完成罐身接缝的黏合。

这种工艺在制罐业称为黏合剂压合工艺。

(2)黏合剂层合工艺。

在镀铬薄板（无锡板）罐身坯料接缝的两端,把薄膜状的尼龙黏合剂加热压附在其上,即将接缝的内侧板端面包起来后，使之与外侧板端层压合’将罐身接缝粘起来的工艺,称层合工艺。

2种新合工艺所用设备有涂胶装置、压合装置、加热装置和冷却固化装置等。

图12-39所示为2种黏结法制得的三片罐罐身接缝剖面图。

12.3.1.2 两片罐的制造设备
两片罐是为替代有严重铅污染的锡焊三片罐而发展起来的。

两片罐是采用一定形状的金属板片,用冲床通过拉深成型模具,使之经拉深、压延变形,成为罐底罐身为一体的包装容器。

将空罐充人包装物品后，套上罐盖进行卷边封口，即可得到完整的销售包装件。

因其整个罐体由2件组成,故称为两片罐。

两片罐与三片雄相比具有如下优点,如：罐身无接缝、罐身与罐底无卷边封接，故密封性好，且节省了原材料;罐身可进行全面积装潢印刷;制罐程序简单,效率高等。

但也有不足之处，如：对制罐材料的性能要求高,设备投资都较大,制罐技术、设备与模具精度要求也较髙等。

两片罐的类型：按罐身的高低分有浅冲罐和深冲罐;按罐材分有两片铝罐和两片马口铁罐（镀锡板罐）；按编身成型方法分有变薄拉深两片罐和深冲拉拔两片罐;按罐形分有圆罐和异形罐。

本节只介绍圆形罐的加工设备。

1)变薄拉深两片罐成型加工及设备
变薄拉深两片罐是在冲床上经模具内拉拔伸展而成型。

所用板坯材料的厚度为0.3mm ~0.4mm，成型后的罐身壁厚为0. 1mm~14mm,罐底基本保持原坯厚。

这种罐主要用于啤酒及含二氧化碳气的碳酸类饮料的包装。

(1)变薄拉深两片罐加工工艺。

变薄拉深的工艺流程为：原材料(板材)→涂润滑油→下料(坯料)→冲拉→多次变薄拉深（1次次不等）→切边（切罐口平齐）→淸洗→烘干→罐内外表面喷涂→缩颈或翻边（直罐缩颈可省）→装潢印刷。

图12-40所示为变薄拉深两片罐的加工工艺流程图。

(2)变#拉深两片罐加工工艺流程图。

一套完整的变薄拉深两片罐生产线由10多台不同类型的设备组成。

主要有薄板输送机、涂油机、多功能冲压机、再次涂油机、剪板机、坯料堆码机、整形冲机、控制装置及系统、后续处理设备和附属设备等。

大部分设备与焊接三片罐相同。

完成变薄拉深的关键设备是冲压机床和成型加工的配套模具。

能否实现变薄拉深,模具是关键,各次成型加工的模具是不同的。

现代制罐机中多采用复合式制罐模具。

这种模具设计与制造要求较髙,以便承受成型加工的冲击力和压应力,并保证加T质量和模具寿命。

图12-41所示为冲切一冲压预拉深一再拉深复合模具结构及冲床滑块行程曲线图,该模具一次冲压加工能完成冲切、预拉深和再拉深。

2)深冲拉拔两片罐成型加工设备
深冲拉拔两片罐又称冲拉两片罐。

它分浅冲罐和深冲罐2种，浅冲罐只需冲拉1次或2次即可,而深冲罐则需多次再冲拉才能完成加工成型，具体再冲拉次数决定于所用材料性能与罐身髙度。

其余前后加工工序与变薄拉深两片罐相同。

浅冲罐有圆罐、椭圆罐、方形罐及其他异形罐等多种，深冲罐则只有圆形罐。

冲拉两片罐用材为厚度0.2mm ~0. 3mm的铝板和镀锡钢板（马口铁）。

(1)深冲拉拔两片罐加工工艺。

冲拉两片罐比变薄拉深两片罐的加工工艺简单。

图12-42所示为冲拉两片罐加工丁.艺流程图,加工过程为：原板料（板材或卷材）→冲切成波形板料→涂敷润滑剂→圆片坯下料→冲杯→再冲拉（1次至多次,依罐尺寸而定）→罐底成型→凸缘切边→检验。

冲拉2片罐成型后,罐身各处厚度基本上与罐坯材料相同，冲拉罐身的材料（拉长）靠凸缘处的材料流动作补偿。

故坯料大小与罐冲拉深度、材料性能、冲切模具结构均有较大关系。

(2)冲拉制罐成型及主要成型设备。

冲拉制罐原理如图12-43所示。

直径为D的制罐坏料置于凹模上,用压料环3压住还料周边，直径为的上冲模下冲时，坯料圆周方向产生收缩性塑性变形流动,以补偿拉深的周边纵向变形，并保持厚度不变。

压料环压住板述料周边、限制板述料在冲拉中起皱。

压料环施加压力Q的大小应适中，太小不能防止起皱,太大会阻碍拉深。

模具间隙也应恰当，太大罐身会起皱且罐身壁厚会加大，太小需要冲拉力就大,且易擦伤罐身。

冲拉罐常用加工设备是压力机及其配套模具。

常用压力机为多头、多段、连续动作的压力机;模具多采用多工位组合模具。

图12-44所示为冲拉罐成型加工主要设备配置示意图。

它使用了1台六工位压力机，其后并排配置3台双动拉深压力机。

每台双动拉深压力机上并排安装4个连续工序的模具,它们分别完成第2道拉深、第3道拉深、整形和底部成型及最后的切边加工。

其他配套加工设备与变薄拉深两片罐相同。