马口铁板材力学性能差异对三片罐缩颈起皱的影响

【前言】马口铁板材力学性能差异对三片罐缩颈起皱的影响由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。2 缩颈起皱的原因分析 对于三片罐的制造过程来说，影响缩颈起皱的因素很多，从设备和工艺角度分析，包括内外模具的间隙，模具的精度，模具与罐身之间的摩擦系数，缩颈过程的缩进量等。近年来，随着缩颈模具加工精度和成型工艺控制精度的提高，基本可以排除设备和工艺...

【摘要】马口铁三片罐的罐口部位在缩颈成形过程中时常出现起皱现象，影响罐子的密封效果。对制罐用板材力学性能的分析结果表明，板材的同向力学性能差异对缩颈起皱具有明显的影响。缩颈过程中，由于材料同向的屈服强度和延伸率差异明显，材料进入塑性变形的时间和产生的塑性变形量不同，使得罐口部位的环向收缩变形不均，进而导致塑性较差的部位变形困难而产生褶皱。

【关键词】马口铁 三片罐 力学性能 起皱

金属包装具有形状多样，机械性能好，阻隔性能优异且易于实现自动化生产等优点，深受包装行业和广大消费者的青睐。随着国内金属包装市场的不断扩大，国家对节能减排和绿色环保的强力要求，开发金属罐的减薄技术，节省制罐成本，业已成为包装行业发展的主流。然而，近期在采用减薄材料制罐时发现，同一批板料，在缩颈成型过程中，时常有少量罐子会出现起皱现象，甚至采用同一张板料制罐也会有部分罐子出现褶皱。起皱的效果如图1所示，其中白色区域为粉末补涂的焊缝区，不难看出，在罐口的圆周方向明显出现了几处深浅不一的褶皱。可以说，这种褶皱将明显降低罐子卷封后的密封效果，极易引起内容物的泄漏，必须作为废品处理。因此，当前需要找出罐子缩颈起皱的原因，为今后避免出现褶皱提供解决思路和参考依据。

1 三片罐的缩颈成型工序

三片罐的成型工序主要包括板料的成圆，搭接部位的焊接，罐口部位的缩颈和翻边以及配套盖子的卷封，至于焊缝的粉末补涂、粉末的加热固化等工序，由于对罐子的成型结果没有影响，在此不做说明。其中，制罐行业中已经形成了标准的盖子尺寸规范，具体的罐型须配备相应尺寸的盖子，而缩颈工序的主要目的就是为了减少盖子的落料尺寸，因此缩颈工序成为节省材料的关键。本文中褶皱出现在罐子的缩颈成型过程，因此以下对缩颈工序做详细介绍，其缩颈过程如图2所示。首先，在焊接后直身罐的基础上，将靠近罐口部位的罐身置于内外模具的间隙之内，通过对缩颈模具的形状和尺寸设计，使得上下压头在相对靠近过程中，罐身在内外模具间隙内按照预先设计的形状和尺寸变形，当上下压头合模时，即完成罐子的一缩成型。对于二缩和三缩成型，则分别在一缩和二缩的基础上进行，其缩颈成型原理与一缩过程完全相同，实际生产中只需按照二缩和三缩后的罐体形状和尺寸设计内外模具即可。在罐子的缩颈成型结束后，随即进入翻边和配套盖子的卷封工序，进而完成罐子的整个制造流程。

2 缩颈起皱的原因分析

对于三片罐的制造过程来说，影响缩颈起皱的因素很多，从设备和工艺角度分析，包括内外模具的间隙，模具的精度，模具与罐身之间的摩擦系数，缩颈过程的缩进量等。近年来，随着缩颈模具加工精度和成型工艺控制精度的提高，基本可以排除设备和工艺对缩颈起皱的影响，反之，如果是设备或工艺存在问题，则在实际制罐过程中，出现起皱的罐子将是批量的，而不会只有少数。从材料角度分析，在板材厚度均匀的前提下（目前国内马口铁基板的厚度控制已经非常精确，误差很小），板材的塑性优劣将是决定缩颈起皱的关键因素。一般来说，用于制造三片罐的马口铁板材较厚时，塑性越好，缩颈过程中越有利于材料流动，因此不易起皱，这也是以往采用较厚板料（>0.2mm）制罐时，很少出现缩颈起皱的主要原因。但随着所用材料厚度的减薄（

本文制罐材料的板厚为0.15mm，由于材料的塑性较差，采用了三次缩颈的成型方式。制罐结果表明，采用该板材制罐，一缩和二缩时都不会出现褶皱，仅在三缩时有少部分罐子出现褶皱。制罐过程中，缩颈设备和工艺控制稳定，板材厚度分布均匀，可以排除上述因素对缩颈起皱的影响。据此初步推断，板材的力学性能不稳定有可能是造成起皱的主要原因。为此，对同一批板料，随机切取拉伸试样，分别测试了平行于轧制方向（0°）和垂直于轧制方向（90°）的力学性能，测试结果如表1所示。可以看出，平行于轧制方向的5个样品的屈服强度在530M Pa-542M Pa之间，上下偏差1 2M Pa，抗拉强度在536MPa-554M Pa之间，上下偏差为18MPa，延伸率在0.89～1.71%之间，上下偏差为0.82%。可见，虽然不同样品的屈服强度、抗拉强度的偏差不大，但延伸率的偏差却很大，接近一倍。总体来说，板料不同部位的塑性差异较大，必然对缩颈起皱产生一定的影响。对垂直于轧制方向的5个样品进行测试，也得到了类似的结果，即不同样品相同方向的屈服强度、抗拉强度的偏差较小，偏差百分比约为3%，而延伸率的偏差百分比则高达35.9%。从样品力学性能测试的统计结果来看，每5支样品中有1支的力学性能偏差较大，约占20%，这与出现褶皱罐子的比例较为接近。因此，可以确定材料同向性能差异较大对缩颈起皱是有明显影响的。

缩颈成型的本质是材料发生了收缩的塑性变形，当罐身环向的力学性能较为均匀时，从材料变形角度分析，缩颈后靠近罐口的罐身部位会出现环向均匀分布的微小皱纹。这是因为，罐身材料的环向性能均匀时，则环向各部位的收缩变形也相对均匀，而且由于内外模具的间隙较小，可在很大程度上阻碍材料沿着罐体发生径向流动，进而抑制褶皱变深。除此之外，后期的翻边工序还将扩大罐口部位的直径，将微小的褶皱展平，所以罐口部位翻边后整体看起来很光滑。实际制罐时，对于微小的褶皱，特别是后期可以通过翻边减轻的微小褶皱是允许的，而对出现褶皱很深的罐子则必须作为废品处理，因为对于较深的褶皱，罐口部位虽经后续翻边处理，但很难消除（如图1）。因此，本文探讨的板材力学性能差异对起皱的影响针对的是这种难以消除的褶皱而言。

通常，罐身环向为轧制方向，此时，若罐身环向各部位的塑性差异很大，则在缩颈过程中，随着靠近罐口部位罐身直径的减小，罐口环向的收缩开始加剧，一方面，环向各部位的屈服强度存在差异，尽管差异不大，但会直接导致材料进入塑性变形的时间不同：另一方面，由于环向各部位的延伸率存在较大差异，塑性较好部位会持续发生塑性变形，而塑性较差的部位会停止塑性变形，因而出现褶皱。除此之外，本文在实验中将罐身环向调整为垂直于基板的轧制方向时发现，仍有部分罐子在缩颈过程中起皱。由此可以确定，板材同向性能（屈服强度和延伸率）的差异越大，则缩颈过程中越容易起皱。

因此，在保证设备和工艺控制稳定的基础上，建立严格的板材力学性能规范，对进一步消除三片罐缩颈起皱是有必要的。值得说明的是，随着板材厚度的不断减薄，如目前实验采用的0.12mm马口铁制罐，其塑性变形能力更差，除了对模具精度和工艺控制精度更加严格外，还必须对基板材料的力学指标做出更加严格的要求。实际制罐过程中，多个影响缩颈起皱的因素往往交织在一起共同作用，很难通过试验法――量化进行分析，必须引入计算机仿真技术，将各个影响因素作为变量，模拟实际的缩颈成形工序，最终才能得到可靠的符合缩颈成形要求的工艺参数和材料参数，该部分工作将在后续进一步开展。

结语

（1）在缩颈设备和工艺稳定控制的前提下，马口铁板材的同向性能差异对三片罐缩颈起皱具有直接的影响。板材同向性能的差异越大，缩颈后罐子的罐口部位越容易产生褶皱。

（2）缩颈成型过程中，由于基板材料的屈服强度和延伸率不同，导致板材进入塑性变形的时间和产生的塑性变形量不同，进而导致罐口的环向收缩变形不均，这是造成罐口局部产生褶皱的本质原因。

参考文献

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