方罐擴(kuò)口罐是降低生產(chǎn)成本之成本方罐擴(kuò)口生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)

1罐體結(jié)構(gòu)及技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用市場前景方罐的擴(kuò)張目的是解決裝包后的合理堆放，并為消費(fèi)者提供便捷的食物體驗(yàn)。擴(kuò)口罐產(chǎn)品由于上下封口端呈現(xiàn)大小頭(圖1),因此堆疊非常便利,更便于包裝運(yùn)輸及貨架擺放;由于當(dāng)罐頭擴(kuò)口端在全開蓋開啟后,其口徑大于罐體內(nèi)口徑,非常容易倒出罐內(nèi)的內(nèi)容物,給消費(fèi)者帶來極大的便利,適應(yīng)市場的消費(fèi)需求。這也是罐頭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)之一。通過對(duì)方型罐生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的研究分析,要實(shí)現(xiàn)方型罐擴(kuò)口,需解決以下3方面主要技術(shù)問題:①電阻焊自感應(yīng)檢測技術(shù),自動(dòng)控制焊接端電流,實(shí)現(xiàn)薄鐵皮擴(kuò)口罐的高質(zhì)量焊接;②擴(kuò)口成型時(shí)材料拉伸不均勻技術(shù)問題;③封口滾輪曲線的優(yōu)化,材質(zhì)及熱處理技術(shù)的創(chuàng)新,實(shí)現(xiàn)封口滾輪的互換,確保封口質(zhì)量。2三段式擴(kuò)散式焊接技術(shù)的研究和設(shè)備的改進(jìn)2.1材料晶組織及硬度目前,為了節(jié)省包裝材料,空罐采用的馬口鐵皮壁厚越來越薄,空罐材料晶格組織發(fā)生明顯變化,材料硬度相應(yīng)變高,對(duì)焊接電流及電壓更趨敏感。方罐擴(kuò)口成形過程中,焊縫部分由于焊接而產(chǎn)生的應(yīng)力和組織變化,使得方罐擴(kuò)口時(shí)焊縫容易出現(xiàn)開裂,因此,對(duì)焊接質(zhì)量的要求更高。2.2高質(zhì)量的可控焊接研究表明,通過檢測電阻焊機(jī)上被焊接的馬口鐵鐵皮的厚度和硬度,根據(jù)不同狀態(tài)的焊接質(zhì)量要求,調(diào)整焊接端電流的大小,可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的可控焊接。方案中研發(fā)了自感應(yīng)檢測技術(shù),在電阻焊機(jī)工作過程中,經(jīng)自動(dòng)感應(yīng)系統(tǒng)檢測出材料壁厚和材料硬度等相關(guān)信號(hào),通過反饋系統(tǒng)傳送給控制軟件系統(tǒng),根據(jù)控制軟件預(yù)置的焊接參數(shù),自動(dòng)控制焊接端電流,實(shí)現(xiàn)馬口鐵薄板的高質(zhì)量焊接。2.3試驗(yàn)田面質(zhì)量在原進(jìn)口電阻焊機(jī)上增加自感應(yīng)檢測、端電流控制系統(tǒng)改造后,焊接質(zhì)量明顯提高。改造后的電阻焊機(jī)生產(chǎn)的方罐(厚度為0.21mm及以上薄鐵皮方罐),在采用凸輪精確控制沖壓方式擴(kuò)口而產(chǎn)生的焊縫裂口率為0.02%,完全滿足生產(chǎn)要求。改造后電阻焊機(jī)見圖2。3變形擴(kuò)口控制傳統(tǒng)制罐工藝(圓罐)擴(kuò)口采用氣缸沖壓和漸進(jìn)式旋壓擴(kuò)口技術(shù)。氣缸沖壓容易出現(xiàn)材料形變不均勻現(xiàn)象,特別是焊縫處易產(chǎn)生裂口,影響封口質(zhì)量。目前圓罐都用薄鐵皮罐(厚度為0.18mm以下),無法保證采用氣缸沖壓擴(kuò)口的質(zhì)量,在圓罐生產(chǎn)過程中漸進(jìn)式旋壓擴(kuò)口已全面替代氣缸沖壓擴(kuò)口。國內(nèi)還沒有方罐擴(kuò)口的現(xiàn)成加工設(shè)備和生產(chǎn)技術(shù),漸進(jìn)式旋壓擴(kuò)口技術(shù)只適用于圓罐,異型罐擴(kuò)口目前均采用沖壓技術(shù),由于其存在的缺點(diǎn),產(chǎn)品合格率較低,需采用進(jìn)口的罐蓋進(jìn)行封口。為解決方罐擴(kuò)口這一技術(shù)難題,比對(duì)了多種技術(shù)方法,并經(jīng)反復(fù)試驗(yàn),得出了一種比較有效的解決方案——由凸輪控制系統(tǒng)精確控制的漸進(jìn)式變形擴(kuò)口技術(shù)。解決了方罐擴(kuò)口成型時(shí)材料拉伸不均勻、焊縫裂口問題,且可控制變形。3.1回轉(zhuǎn)塔導(dǎo)向機(jī)構(gòu)凸輪精確控制下的漸進(jìn)式擴(kuò)口技術(shù)的結(jié)構(gòu)原理為:將凸輪固定在機(jī)頭上,擴(kuò)口頭與導(dǎo)向桿相連,并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)固定于回轉(zhuǎn)塔,導(dǎo)向桿隨回轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)動(dòng)在凸輪輥?zhàn)拥膸?dòng)下作升降運(yùn)動(dòng);方罐進(jìn)入撥盤的相應(yīng)位置,在回轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)動(dòng)過程中,相應(yīng)的擴(kuò)口頭在凸輪的控制下壓入方罐,根據(jù)預(yù)置的變形速度、變形量、保壓時(shí)間,在回轉(zhuǎn)過程中實(shí)現(xiàn)擴(kuò)口。3.2試驗(yàn)證實(shí)3.2.1成裝模式的試驗(yàn)研究改造已淘汰的原有沖壓翻邊機(jī)(氣缸沖壓方式)成罐身擴(kuò)口試驗(yàn)機(jī);設(shè)計(jì)、制造外型尺寸和翻邊模相同的沖壓擴(kuò)口模具,安裝在翻邊機(jī)進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)。表1為試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果分析:厚度為0.21mm及以下薄鐵皮方罐,氣缸沖壓方式擴(kuò)口就可能產(chǎn)生焊縫裂口;0.22mm及以下薄鐵皮方罐,氣缸沖壓方式擴(kuò)口產(chǎn)生材料拉伸形變不均勻,影響封口質(zhì)量。經(jīng)解剖分析,主要是4個(gè)角處形變不均勻造成。3.2.2罐口變形保壓試驗(yàn)設(shè)計(jì)、制造由凸輪控制系統(tǒng)精確控制漸進(jìn)式罐身擴(kuò)口試驗(yàn)臺(tái),沖壓擴(kuò)口模具沒有變化。擴(kuò)口沖壓罐口逐漸變形,有一定時(shí)間保壓。表2為試驗(yàn)結(jié)果具體統(tǒng)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果分析:厚度為0.21mm及以下薄鐵皮方罐,凸輪精確控制沖壓方式擴(kuò)口就可能產(chǎn)生焊縫裂口;0.20mm及以下薄鐵皮方罐,凸輪精確控制沖壓方式擴(kuò)口造成材料拉伸4個(gè)角處形變不均勻,影響封口質(zhì)量。3.3基本設(shè)備研制,進(jìn)一步提高了擴(kuò)口成型后材料的拉伸和裂口試驗(yàn)結(jié)果表明,凸輪精確控制漸進(jìn)式方式擴(kuò)口質(zhì)量相對(duì)氣缸沖壓方式有明顯的改善。根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn),得到擴(kuò)口最佳進(jìn)給量、保壓時(shí)間等參數(shù);在罐頭機(jī)械制造廠配合下,研制了2臺(tái)凸輪精確控制漸進(jìn)式擴(kuò)口設(shè)備(見圖3)。經(jīng)使用表明,設(shè)備平穩(wěn)性好,無沖擊,基本解決了擴(kuò)口成型時(shí)材料拉伸不均勻、裂口等現(xiàn)象。設(shè)備基本達(dá)到生產(chǎn)要求,空罐產(chǎn)品經(jīng)技術(shù)部門檢驗(yàn),符合生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)。4密封塊研究4.1中試研究結(jié)果方罐擴(kuò)口后,其擴(kuò)口端翻邊的應(yīng)力顯著增大,材料硬度提高,給后道封口增加了難度。為得到合格的封口罐,封口滾輪曲線的優(yōu)化尤為重要。金屬罐的二重卷封,是將罐蓋與罐身采用雙層搭鉤方式,由5層薄板疊壓在一起的緊密接縫。為得到滿意的卷封接縫,必須有具備合適卷封溝槽曲線的封口滾輪。曲線合適與否,是完成卷封的最直接因素,尤其是一道滾輪曲線。曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為ρ=αθ=υθ/ψ式中:ρ——極徑;υ——線速度;ψ——角速度;θ——極角。其曲線方程為ρ=ρ(θ)以#304罐型卷封為例,空罐材料厚度為0.21mm,如圖4,通過中試研究分析,可得出以下結(jié)果:1)ABˉˉˉˉˉ1)ABˉ段為卷封導(dǎo)入段,基本為直線,考慮到卷封彎曲的回彈及導(dǎo)入要求,一般這段線與水平有1°～4°的夾角。2)BCue150ue151ue154ue1542)BC?段(ρ)為主要卷封段,為阿基米德螺線。由于卷封速度不同,罐型不同,材料厚度及材料的不同,每一條曲線的曲率是不同的。3)CDue150ue151ue154ue1543)CD?段(R)為一個(gè)圓弧,起到彎曲作用,使罐蓋周邊彎曲與罐身相互鉤合,二重卷邊初步形成。一道曲線設(shè)計(jì)最小圓角半徑R為R=(r-R1)*(20～30)%+R1式中,R1為卷封成型后罐蓋最小外圓角,r為罐蓋圓角半徑。4)DEˉˉˉˉˉ4)DEˉ段為導(dǎo)出段,根據(jù)導(dǎo)出要求,也有一定的角度,一般為1°～2°。該段將罐蓋前端迅速導(dǎo)出,使罐蓋邊緣與罐身的夾角進(jìn)一步縮小,形成更為緊密的卷封。4.2采用專車臺(tái)出液、真空冷車以及專業(yè)車在實(shí)車使用中,實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品通過對(duì)封口滾輪曲線優(yōu)化,設(shè)計(jì)出合理封口滾輪。而封口滾輪材質(zhì)及熱處理的技術(shù)研究與創(chuàng)新,可改善材料的耐用性,也是提高方罐封口質(zhì)量的關(guān)鍵因素,最終選擇9Cr18鋼、經(jīng)真空熱處理后,其硬度高、耐磨性好、壽命長。封口滾輪在北京某專業(yè)工廠配合下試制完成,在實(shí)車使用中經(jīng)過修正、調(diào)試、定型,達(dá)到國產(chǎn)全開蓋和進(jìn)口全開蓋之間可互換翻模生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)封口滾輪的互換,為封口滾輪實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化提供了技術(shù)保障。封口滾輪見圖5。5實(shí)現(xiàn)全蓋國產(chǎn)化應(yīng)用1)研究成果為制定《方罐擴(kuò)口工藝標(biāo)準(zhǔn)》提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和技術(shù)指標(biāo),用于規(guī)范和指導(dǎo)行業(yè)異型罐的生產(chǎn)。2)通過方案分析與技術(shù)實(shí)施,解決了異型罐生產(chǎn)中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題,提高了罐身質(zhì)量、生產(chǎn)效率,減少了材料損耗。尤為重要的是實(shí)現(xiàn)了全開蓋的國