内装物其气雾剂的金属包装容器结构设计

内装物其气雾剂的金属包装容器结构设计
1设计目的
（1）综合运用本课程的理论和生产实际知识进行设计训练，使所学的知识得到进一步的巩固和发展；
（2）学习金属包装容器结构设计的一般方法和步骤，初步培养学生分析和解决工程实际问题的能力，树立正确的设计思想，为今后毕业设计设计和工作打下良好的基础；
（3）进行方案设计、结构设计、机械制图和运用设计手册、标准及规范等技
能的训练，培养学生的创新意识和动手能力。

2内装物分析及其气雾剂选择
2.1 内装物及容量
内装物：发胶工作温度：-15 —50C容量：约320ml堆码层数4
2.2 内装物相关特性分析
内装发胶为液态，根据惯例，我们选择干式喷雾，即增加推进剂的用量或压力，造成微粒直径小于50um的喷雾，雾粒可以在空中悬浮3min以上。

内装物为气、液、液三相式（液态推进剂与液态的物料互不相容，罐内的液体明显的分为两层，同时在液面上方还有呈气相存在的雾化剂）。

2.3 气雾剂的选择
喷雾罐内产品之所以能在阀门开启后自动喷出，完全是作为能源物质气化后产
生喷发压力的作用。

这种作为能源的物质即为喷雾罐的推进剂，也称气雾剂、雾
化剂。

2..
3.1气雾剂的主要作用
①汽化内装物，使之形成胶体微粒。

液相与内装物产品混合成混溶液成为均质液体，当液相混合物穿过阀门从大约0.5mm直径的喷口射出时，推进剂由于从气压容器内的高压释放出来而立刻汽化，是内状物产品成细小雾滴。

②填补内状物喷出后的空间，保持压力不变：掀动按钮时，阀门开启，液体内装物汲管上升并经阀门喷出，此时少量推进剂蒸发为气体来填补空间。

2.3.2 气雾剂的喷出系统
（1）两相系统
物料与液态推进剂能充分混合时，罐内只存在气液两相。

例如气态推进剂与混溶的推进剂和物料的均质液体；压缩气体推进剂与液态物料等。

（2）三相系统
a. 气、液、液三相式液态推进剂与液态的物料互不相容，罐内的液体明显的分为两层，同时在液面上方还有呈气相存在的雾化剂。

b. 固、气、液三相式罐内有固态、液态物料以及液态与气态推进剂时，罐内物质呈现固、液、气三相式系统。

2.3.3 气雾剂的分类
气雾剂是气雾的动力源，它能产生气压，使产品以雾状、细流状或泡沫状喷出
而分配使用的物质，分为液化气和压缩气体两大类。

（1）压缩气体。

常见的压缩气体有C02、N2、NO。

压缩气体是以蒸发气体形态溶解于液态物料中，随着内装物的喷出，其压力平稳降低，因此，不能保持常压，但在压力下降时，部分溶解液体可释放到上层空间，以弥补部分压力下降。

（2）液化气体
①碳氢化合物。

常用丙烷、丁烷和异丁烷类天然气体。

这些气体价廉、低毒、化学性质稳定，
正常温度下不易引起任何腐蚀，但易燃。

②碳氟化合物。

碳氟化合物是品种最多，使用最安全的一类推进剂。

具有不易燃性，无味、低毒，能取得大的压力范围。

常用的推进剂有二氯二氟代甲烷、三氯氟甲烷等。

作为发胶的雾化剂，由于工作温度在-15C〜60C之间，考虑到内装物的特性及使用环境等问题，必须选用化学性质稳定及常温下不与包装容器发生反应的推进剂。

因此，选用推进剂A-108，丙烷
（CH3CH2CH3），沸点低（-42C），正常温度下不容易引起任何变化。

注：1 •名称中的数字指室温（21 ）下的英制表压力。

2 •密度与绝对压力均指室温（21 C）下。

3罐形及尺寸规格的确定
金属罐的罐型、尺寸以及封口方式都受到制罐设备的限制，目前许多金属容器的规格尺寸、结构形式都已标准化。

因此，金属罐的设计实质上根据用户要求选定罐型、材料、封口形式以及外在表面进行装潢设计。

3.1 喷雾罐的罐型、结构
喷雾罐的罐型、结构的确定必须考虑包装要求和制造成本等综合因素。

（1）影响成本的因素。

圆形罐和其他异型罐相比，不仅制作相对容易，而且用料较省。

因此在设计金属罐时，从节约用料、降低成本这一角度出发，应尽量选用圆形罐。

此外，二片罐生产线的生产效率比三片罐高，按设备投资远比三片罐大，在确定金属罐的造型结构、进行经济核算时必须考虑这些因素。

（2）应满足内装物的包装要求。

在选定罐型时，要根据内装物的特性、包装要求来确定金属罐的结构、形状、封口形状、底和盖以及侧缝的结构等。

此外，在金属罐的盖和底上要不要设置膨胀圈，罐身周围是否需要辊压环筋，都
要视生产工艺、运输环境的具体要求而定。

综上所述，由于此次设计的是发胶气雾剂喷雾罐，所以罐身选择圆形三片罐。

3.2 喷雾罐的规格尺寸
根据GB13042—1998（包装容器/气雾罐）标准，容积按国际标准不大于1000ml 由于我们设计的容器为320ml的喷雾罐，所以选中①52mm的规格。

由
h=4v/3.14dd得h=150mm查容量公差表可知，201〜430ml喷雾罐的容量公差范围为土
3ml。

选取h=150mm时，符合公差范围。

即容积V为（320± 3）ml。

表3-1 喷雾罐可选择的规格及主要参数
(1)材料种类确定
制作喷雾罐的金属材料有镀锡薄钢板和铝材，分别称之为Z型罐和丫型罐，
镀锡薄钢板是以低碳薄钢板为原材料，两面通过热浸镀锡或电镀锡的方法，使薄
钢板两面进行等后或等差镀锡获得的。

因为镀锡薄钢板因锡层无毒、无味、柔软、附着于钢基板上，使之具有良好的焊接性能，并具有光亮的外表。

具有原材钢板的力学性能，同时又有表面锡层的保护，克服了无锡钢板易生锈、不耐腐蚀的缺点，成型的金属包装容器，表面光亮美观，也易于涂饰和印刷，所以镀锡薄钢板的Z型罐在生产中被广泛应用，所以在此我们设计使用这一罐型。

按照国家标准，马口铁喷雾罐采用厚度为0.18〜0.40mm,硬度为HR30T为48〜
65,镀锡量为4.9〜20.29g/m2
(2)材料厚度的确定
可按罐内压力P、材料许用应力来确定板材的厚度，计算公式如下：
(T =PD/2T <= [(T ] (4—1)
式中P——罐内压力，MPa；D ——罐内径，cm；c——罐内工作压力，
MPa；[门罐身材料许用应力，MPa；t――罐身壁厚，cm。

表
表压力性能
由表和得:
P=0.8Mpa [(T ] =249Mpa
选用的喷雾罐直径D=52mm,代入公式(4—1)算得：
t > PD/2[(T ]=0.086(mm)
镀锡薄钢板喷雾罐采用材料厚度一般为0.18〜0.5mm,硬度值HR30T为48〜
65,锡量为4.9〜20.2g/m,故板材厚度选0.2mm。

4.2 喷雾罐的辅助材料选择
(1)喷雾罐内涂料
内涂料是指金属罐内表面的涂料，它是为了防止金属罐盛装内装物长期直接接
触使金属腐蚀或释放出金属离子污染内装物而必须使用的涂料，主要起保护装物的作用。

内涂料一般有以下几种：①水果型涂料；②谷物型涂料；③肉类型涂料；④一般型涂料。

(2)喷雾罐外涂料
金属罐外壁涂覆涂料一般采用印铁方式，色泽鲜艳、光亮美观、容易保护，集装饰、广告、说明于一体。

主要分为如下几种：
①打底涂料。

用于金属表面并与油墨起连接作用，是金属和油墨之间的一层涂料，其作用是使涂膜牢固地附着金属表面上，并能油墨结合良好。

②白色涂料。

主要用于满版白色为底色的金属薄板印刷。

以使印在白色上面的彩
色油墨更加鲜艳。

③照光油。

照光油也照光漆，涂布在印刷后的金属表面，能使表面增加光泽、美观，并可以保护印刷面。

同时，也使其增加一定硬度，使表面的涂膜具有一定的柔顺性和耐化学腐蚀性。

（3）印刷油墨
常用的金属罐印刷油墨及用途见下表
表4—3常用的金属罐印刷油墨及用途
（4）密封胶
密封胶的主要功用是在金属罐的二重卷边内实现密封。

在金属罐使用、装卸、贮存、运输期间、甚至当卷边发生物理撞击时，它都能对罐内装物起到保护作用。

常用的密封胶有水性密封胶和溶剂性密封胶。

①水溶性密封胶。

大部分水基密封胶是从一种乳剂形式的聚合物开始的，俗称乳胶。

它的优缺点如下：
a•优点：环保（无挥发性可燃性溶剂）；粘度和总固体含量范围大；适用于所有金属罐类型，且在盛装溶剂、油和压力气雾剂的金属罐是具有卓越的物理性能。

b.缺点：注胶后的罐盖必须加热强制干燥；可能发生腐蚀、磨损喷嘴顶针和微生物滋生；密封胶在零摄氏度以下可能发生冻结和凝结。

②溶剂性密封胶。

溶剂性密封胶是将橡胶和填料粉碎后与溶剂混合而成。

溶剂性密封胶一般有地低固体分散体（30%〜40%）和高固体含量分散体（50%〜60%）。

a•优点：比水溶性密封胶更加稳定及容易注胶，注胶后的罐盖可以风干；干燥时对气温和湿度的敏感度较低；粘度随着温度而变化，但一般不会冻结或凝结。

b.缺点：液体因含溶剂而易燃，且对人体接触有伤害；有机物挥发不利于环境保护。

5喷雾罐容器的结构设计5.1 喷雾罐整体结构形式
金属气雾罐（如图5.1）按罐开孔形状分为Z型罐和丫型罐，丫型罐为铝制罐, 由于经济和技术的条件，我们选择的材料为镀锡薄钢板的Z型罐。

Z型罐是由
罐身、罐肩、罐底组成的三片罐，罐身纵接缝采用焊接成型，上下口缘翻边成缩颈翻边，与罐肩罐底采用二重卷边。

气雾罐底为了提高耐压强度，设计成加工
成凹球面型结构。

如图（图5.3）为Z型罐罐底结构。

1-上盖；2-罐盖；3-卷边部分；4-组合翼；
5-带组合翼的侧接缝；6-罐底；7-总高；
8-罐咼；9-标签咼
气雾罐底为了提高耐压强度，设计成加工成凹球面型结构。

如图（图5.3 ）为
Z型罐罐底结构。

5.2 喷雾罐的细节结构与尺寸设计
5.2.1 罐口结构与尺寸
图5.1 喷雾罐的基本结构图5.2 三片罐的结构
气雾罐罐口口缘需要管封，以及阀门的固定盖、密封垫圈组构，实现对气雾罐的密封。

气雾罐的罐口结构、规格尺寸见下图（图 5.4）。

5.3 阀门的结构选用
5.3.1 阀门的工作原理和结构
工作原理及结构说明：开口直径为25.4mm的金属喷雾罐所采用的标准结构如图5.6所示，平时通过弹簧的压力作用，阀门处于关闭状态，当按动按钮时，阀杆向下运动，阀杆喷孔离开密封圈处于开口状态，使杆体和阀体混合室连通，在推进剂的压力作用下使内装物经导管，阀体喷孔，混合室，再通过阀体喷孔，阀杆，最后从按钮喷孔喷出。

当弹簧将阀杆顶回，阀杆喷孔被密封，阀门又处于关闭状态。

Di
图5.4 Z型喷雾罐顶开口结构
5.2.2 二重卷边结构
1-
触动器；2-
阀杆；3-阀座；4-衬垫；5-阀门杯；6-蒸发开关；7-阀体；8-阀体
喷嘴；9-导管；10-弹簧；11-混合室；12-阀杆喷嘴；13-喷嘴
5.3.2 阀门的类型
a凸型阀门
按阀门的结构分为雄型（凸型）和雌型（凹型）阀门。

在结构上，雄型阀杆高出阀门固定盖的小平面，促动器套在阀杆上；雌型阀门的促动器与阀杆为连体结构, 插在低于阀门固定盖小平面的阀杆座上。

选用凸型阀门。

10
11
12
13
25.73
b凹型阀门
132
图5.6标准阀门结构示意图
ll.fi
9 91
25乃
25 15±0,0«
7
&
6喷雾罐的制造工艺
6.1 三片罐加工工艺流程
6.1.1 制造工艺流程
三片喷雾罐的制造工艺除了罐盖与普通的三片罐不同之外，其余完全一样。

具
体的工艺流程如下：
(1)罐盖(罐底)：板料分切一涂油一冲裁成型一圆边-注胶一烘干
(2)罐身：板材下料—印刷—裁罐身—成圆—搭接焊结—补涂—
烘干(滚筋)—翻边—封底—检验—罐装—封盖
6.1.2 罐身纵缝焊接
三片喷雾罐的罐身板经过卷圆成型后，其侧缝需焊接，通常有锡焊和滚焊两种焊接方法。

由于锡焊焊锡中含铅量多，当内装物中含有有机硫化物时，产生黑色的硫化铅沉淀物会堵塞阀门，还会由于乙酸盐和硝酸盐的阴离子作用而溶解，从
而引起侧缝的泄漏。

目前罐体纵接缝一般采用电阻滚焊法焊接，即罐体接缝通过
电极被熔融以后加压焊合。

这种焊接法最大优点是不用焊锡，除白铁皮以外的钢板都可以使用，由于这种焊缝的强度比钢板本身高，所以不用担心锡焊罐中常常出现的蠕变问题。

6.1.3 罐身与罐盖，罐底的封合
三片喷雾罐的罐身与罐盖，罐底的结合不都是采用二重卷边工艺封合的，为保证罐的气密性，卷边必须外涂密封胶。

6.2 坯料尺寸的确定
6.2.1 罐身板的尺寸确定
由于采用的电阻焊罐，罐身板的长度和宽度计算方法如下：
(1)罐身板长度
L= [ n (D+tb) + Is] (6—1)
式中L 罐身板计算长度，mm；
D——圆罐直径，这里D=52mm；
tb ---- 镀锡薄钢板的厚度，前面算出tb=0.2mm；
Is――焊缝搭边宽度，一般为0.3〜0.5mm,这里取0.32mm。

代入数据算得：L=164mm
(2)罐身板宽度
B= (h+ lb)± 0.05 (6—2)
式中B ------ 罐身板计算宽度，mm；
h ---- 成品罐外高，前面算出h=150mm；
lb――罐身口缘翻边用料宽度，一般取2.5〜3.5,这里取3.0mm。

代入数据算得：B=153mm
6.2.2罐盖与罐底型坯尺寸
(1)灌盖外凸状，罐底凹球面状，依据面积不变原则，坯件落料尺寸可通过成型后的罐盖罐底尺寸面积计算，公式如下：
D1=D + k =52+15.5=67.5mm (6—3)
D1 ----- 罐盖(底)板落料计算尺寸，mm；
D ---- 罐内径，mm;
k ---- 修正系数，mm。

k值选取与罐形大小、设备条件、薄钢板及胶膜厚度有关，查表k=15.5
重卷边是罐身与罐盖(底)的组合，以五层卷边形式咬合在一起的卷封形式。

1)卷边厚度(T)。

卷边厚度T是指卷边外部测得的垂直于卷边叠层的最大尺寸。

其计算公
式如下：
T = 3tc + 2tb +E g=0.6+0.4+0.2=1.2mm (6-4)
式中tc--------- 罐盖(底)坯板厚度，mn; tb ------------ 罐身坯板厚度，mn;
刀g——层间间隙之和，约为0.15〜0.25mm
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)卷边宽度(W。

卷边宽度是指从卷边外部测得的平行于卷边叠层的最大尺
寸。

其计算公式如下：
W = 2.6tc + BH^ Lc=0.52+ 2.0+0.1 =2.62mm (6-5)式中BH ――身钩长度，mm
Lc ---------- 身钩空隙，mm要求越小越好。

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，BH值小，容易产生渗漏现象，BH值太大则容易产生垂边，故身钩长度BH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，C= VW a =2.62+0.2=2.82mm (6-6)
式中W——卷边宽度，mm
a——修正系数，一般为0.15〜0.30mm
(4)罐身身钩长度(BH。

罐身身钩长度是指罐身翻边向内弯曲成钩状的长度。

其值为1.8〜2.2mm
(5)罐盖盖钩长度(CH。

罐盖盖钩长度是指罐盖圆边翻向卷边内部弯曲部分的长度。

盖钩长度取决于头道压辊沟槽的形状，其值与身钩基本一致。

(6)叠接长度(OL。

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：
OL = BH+ CF W 1.1tc —W=2.0+ 2.0+0.22-2.82=1.4mm (6-7)
式中BH ------- 身钩尺寸，mm CH ------------------ 盖钩尺寸，mm
tc ----- 罐盖(底)坯板厚度，mm W ---------------------- 卷边宽度，mm
(7)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：
KOL^{ OL/ [W-(2. 6tc + 1. 1tb )]}X 100% =1.4/ 1.88=74.5% (6-8 )式中KOL——叠接率，％;
OL
—
叠接长度，mm
W——卷边宽度，mm
tc罐盖
（底）坯板厚度，mm
综上，计算的结果为:
7校核检验
7.1 周向强度、罐底强度校核材料厚度T=0.2
罐内压力P=0.8MPa 许用应力[(T ]=249MPa
选用的喷雾罐直径D=52mm
由c =PD/2T <= [ (T ]得：(T =104<249MPa
7.2 堆码强度校核
公式如下：F=KW(H-h /h 式中
钢桶堆码负荷F，N;
堆码高度H=0.45m
单个钢桶高度h=0.15m；
单个钢桶盛装物品后的质量W=0.64kg；
劣变系数K=3
代入F=KW(H-h /h 得：F=3.84N
8技术要求
8.1 气密性要求
喷雾罐罐体，阀门及组装连接部位的气密性决定着气雾罐气密性能和质量，喷雾罐及其阀门要求在0.8MPa的压力条件下，在1min内部的泄露。

8.2 耐压强度要求
标准气雾罐在1.2Mpa的内压条件下，保压10s，气雾罐不得发生永久形变；继续升压至1.4MPa,保压10s，气雾罐不得发生爆裂。

阀门在1.8MPa内压条件下，保压1min，其固定盖小凸高度h的变形量厶h不大于0.30mm
8.3 阀门液罐的拉脱力
内插管不小于49N,外插管部小于40N
8.4 内外涂层要求
喷雾罐内外涂层附着力200g/二级，涂层布脱落，在55C水浴条件下，保温15min的涂层布脱落，不起皱。

内涂层要采用与内装物相适应的材料，外涂层硬度不小于2H,
9、参考文献
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