方罐扩口罐是降低生产成本之成本方罐扩口生产的关键技术

方罐扩口罐是降低生产成本之成本方罐扩口生产的关键技术

1罐体结构及技术指标应用市场前景方罐的扩张目的是解决装包后的合理堆放，并为消费者提供便捷的食物体验。扩口罐产品由于上下封口端呈现大小头(图1),因此堆叠非常便利,更便于包装运输及货架摆放;由于当罐头扩口端在全开盖开启后,其口径大于罐体内口径,非常容易倒出罐内的内容物,给消费者带来极大的便利,适应市场的消费需求。这也是罐头产业发展的目标之一。通过对方型罐生产线关键技术的研究分析,要实现方型罐扩口,需解决以下3方面主要技术问题:①电阻焊自感应检测技术,自动控制焊接端电流,实现薄铁皮扩口罐的高质量焊接;②扩口成型时材料拉伸不均匀技术问题;③封口滚轮曲线的优化,材质及热处理技术的创新,实现封口滚轮的互换,确保封口质量。2三段式扩散式焊接技术的研究和设备的改进2.1材料晶组织及硬度目前,为了节省包装材料,空罐采用的马口铁皮壁厚越来越薄,空罐材料晶格组织发生明显变化,材料硬度相应变高,对焊接电流及电压更趋敏感。方罐扩口成形过程中,焊缝部分由于焊接而产生的应力和组织变化,使得方罐扩口时焊缝容易出现开裂,因此,对焊接质量的要求更高。2.2高质量的可控焊接研究表明,通过检测电阻焊机上被焊接的马口铁铁皮的厚度和硬度,根据不同状态的焊接质量要求,调整焊接端电流的大小,可以实现高质量的可控焊接。方案中研发了自感应检测技术,在电阻焊机工作过程中,经自动感应系统检测出材料壁厚和材料硬度等相关信号,通过反馈系统传送给控制软件系统,根据控制软件预置的焊接参数,自动控制焊接端电流,实现马口铁薄板的高质量焊接。2.3试验田面质量在原进口电阻焊机上增加自感应检测、端电流控制系统改造后,焊接质量明显提高。改造后的电阻焊机生产的方罐(厚度为0.21mm及以上薄铁皮方罐),在采用凸轮精确控制冲压方式扩口而产生的焊缝裂口率为0.02%,完全满足生产要求。改造后电阻焊机见图2。3变形扩口控制传统制罐工艺(圆罐)扩口采用气缸冲压和渐进式旋压扩口技术。气缸冲压容易出现材料形变不均匀现象,特别是焊缝处易产生裂口,影响封口质量。目前圆罐都用薄铁皮罐(厚度为0.18mm以下),无法保证采用气缸冲压扩口的质量,在圆罐生产过程中渐进式旋压扩口已全面替代气缸冲压扩口。国内还没有方罐扩口的现成加工设备和生产技术,渐进式旋压扩口技术只适用于圆罐,异型罐扩口目前均采用冲压技术,由于其存在的缺点,产品合格率较低,需采用进口的罐盖进行封口。为解决方罐扩口这一技术难题,比对了多种技术方法,并经反复试验,得出了一种比较有效的解决方案——由凸轮控制系统精确控制的渐进式变形扩口技术。解决了方罐扩口成型时材料拉伸不均匀、焊缝裂口问题,且可控制变形。3.1回转塔导向机构凸轮精确控制下的渐进式扩口技术的结构原理为:将凸轮固定在机头上,扩口头与导向杆相连,并通过导向机构固定于回转塔,导向杆随回转塔的转动在凸轮辊子的带动下作升降运动;方罐进入拨盘的相应位置,在回转塔转动过程中,相应的扩口头在凸轮的控制下压入方罐,根据预置的变形速度、变形量、保压时间,在回转过程中实现扩口。3.2试验证实3.2.1成装模式的试验研究改造已淘汰的原有冲压翻边机(气缸冲压方式)成罐身扩口试验机;设计、制造外型尺寸和翻边模相同的冲压扩口模具,安装在翻边机进行扩口试验。表1为试验结果。试验结果分析:厚度为0.21mm及以下薄铁皮方罐,气缸冲压方式扩口就可能产生焊缝裂口;0.22mm及以下薄铁皮方罐,气缸冲压方式扩口产生材料拉伸形变不均匀,影响封口质量。经解剖分析,主要是4个角处形变不均匀造成。3.2.2罐口变形保压试验设计、制造由凸轮控制系统精确控制渐进式罐身扩口试验台,冲压扩口模具没有变化。扩口冲压罐口逐渐变形,有一定时间保压。表2为试验结果具体统计。试验结果分析:厚度为0.21mm及以下薄铁皮方罐,凸轮精确控制冲压方式扩口就可能产生焊缝裂口;0.20mm及以下薄铁皮方罐,凸轮精确控制冲压方式扩口造成材料拉伸4个角处形变不均匀,影响封口质量。3.3基本设备研制,进一步提高了扩口成型后材料的拉伸和裂口试验结果表明,凸轮精确控制渐进式方式扩口质量相对气缸冲压方式有明显的改善。根据试验台试验,得到扩口最佳进给量、保压时间等参数;在罐头机械制造厂配合下,研制了2台凸轮精确控制渐进式扩口设备(见图3)。经使用表明,设备平稳性好,无冲击,基本解决了扩口成型时材料拉伸不均匀、裂口等现象。设备基本达到生产要求,空罐产品经技术部门检验,符合生产工艺标准。4密封块研究4.1中试研究结果方罐扩口后,其扩口端翻边的应力显著增大,材料硬度提高,给后道封口增加了难度。为得到合格的封口罐,封口滚轮曲线的优化尤为重要。金属罐的二重卷封,是将罐盖与罐身采用双层搭钩方式,由5层薄板叠压在一起的紧密接缝。为得到满意的卷封接缝,必须有具备合适卷封沟槽曲线的封口滚轮。曲线合适与否,是完成卷封的最直接因素,尤其是一道滚轮曲线。曲线的数学表达式为ρ=αθ=υθ/ψ式中:ρ——极径;υ——线速度;ψ——角速度;θ——极角。其曲线方程为ρ=ρ(θ)以#304罐型卷封为例,空罐材料厚度为0.21mm,如图4,通过中试研究分析,可得出以下结果:1)AB¯¯¯¯¯1)AB¯段为卷封导入段,基本为直线,考虑到卷封弯曲的回弹及导入要求,一般这段线与水平有1°～4°的夹角。2)BCue150ue151ue154ue1542)BC⌢段(ρ)为主要卷封段,为阿基米德螺线。由于卷封速度不同,罐型不同,材料厚度及材料的不同,每一条曲线的曲率是不同的。3)CDue150ue151ue154ue1543)CD⌢段(R)为一个圆弧,起到弯曲作用,使罐盖周边弯曲与罐身相互钩合,二重卷边初步形成。一道曲线设计最小圆角半径R为R=(r-R1)*(20～30)%+R1式中,R1为卷封成型后罐盖最小外圆角,r为罐盖圆角半径。4)DE¯¯¯¯¯4)DE¯段为导出段,根据导出要求,也有一定的角度,一般为1°～2°。该段将罐盖前端迅速导出,使罐盖边缘与罐身的夹角进一步缩小,形成更为紧密的卷封。4.2采用专车台出液、真空冷车以及专业车在实车使用中,实现了产品通过对封口滚轮曲线优化,设计出合理封口滚轮。而封口滚轮材质及热处理的技术研究与创新,可改善材料的耐用性,也是提高方罐封口质量的关键因素,最终选择9Cr18钢、经真空热处理后,其硬度高、耐磨性好、寿命长。封口滚轮在北京某专业工厂配合下试制完成,在实车使用中经过修正、调试、定型,达到国产全开盖和进口全开盖之间可互换翻模生产,实现封口滚轮的互换,为封口滚轮实现产业化提供了技术保障。封口滚轮见图5。5实现全盖国产化应用1)研究成果为制定《方罐扩口工艺标准》提供了基础数据和技术指标,用于规范和指导行业异型罐的生产。2)通过方案分析与技术实施,解决了异型罐生产中存在的关键技术问题,提高了罐身质量、生产效率,减少了材料损耗。尤为重要的是实现了全开盖的国