马口铁成型加工工艺及加工设备
June 4, 2014 | tags | views
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金属承印物印后一般要经过上光处理和成型加工两道工序。上亮光油的目的是保护墨膜，增加印刷品的光泽，使制品更加美观，并能增强对制罐加工时的弯曲和机构冲击的承受能力。需要指出的是，由于金属包装制品的制造均以自动流水线的方式进行，印刷作为其中的一道关键工序，其承印物往往是成型品，而在制品的成型工艺中，又有相当一部分工序事实上是在印前完成的。为保证体系的完整性，本文在叙述时未对其印前或印后工序加以严格区分。
一、成型加工工艺
1.冲压工艺。金属包装容器，无论是盒或罐，从成型工艺上看，大都是利用金属冲压原理，经过分离和塑性变形两大工序而成型的。
分离工序是使冲压件与板料沿所要求的轮廓线相互分离，并获得一定的断面质量的冲压加工方法。分离工序常包括切断、落料、冲孔、切口、修边和剖边等操作。
塑性变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑形变性，以获得所要求的形状和尺寸精度的冲压加工方法。通常有弯曲、拉伸、成形三类。弯曲包括压弯、卷曲、扭曲、折弯、滚压、曲弯、拉弯等操作；拉伸主要是拉深和变薄拉深；成形方法较多，包括翻孔、翻边、扩口、缩口、成形、卷边、胀形、旋压、整形、校平等操作。
2.制罐工艺。金属包装罐的传统制作方法是：先将铁皮平板坯料裁成长方块，然后将坯
料卷成圆筒（即筒体）再将所形成的纵向接合线锡焊起来，形成侧封口，圆筒的一个端头（即罐底）和圆形端盖用机械方法形成凸缘并滚压封口（此即双重卷边接缝），从而形成罐身；另一端在装入产品后再封上罐盖。由于容器是由罐底、罐身、罐盖三部分组成，故称三片罐。这种制罐方法150多年来，基本上无多大变化，只是自动化程度和加工精度等方面大为提高，近年来又将侧封口的焊缝改为熔焊。
70年代初出现了一种新的制罐原理。按照这一原理，罐身和罐底是一个整体，由一块圆形的平板坯冲压而成的，装入产品后封口，此即二片罐。这种罐有两种成型方法：冲压——变薄拉伸法（即冲拔法）和冲压——再冲压法（即深冲法）。这些技术本身并不是新的。冲拔法早在第一次世界大战中就已用于制造弹壳，制罐与之不同的是使用超薄金属和生产的速度高（年产量可达数亿个）。
（1）三片罐的制造。制作过程是：用剪切机将卷材切成长方形板材；涂漆和装演印刷；切成长条坯料；卷成圆筒并焊侧缝；修补合缝处和涂层；切割筒体；形成凹槽或波纹；在两端压出凸缘；滚压封底；检验及码放在托盘上。
①筒体的加工。关键工序是卷曲成形和焊侧缝。侧缝的封合方式有锡焊法、熔焊法和胶接法三种。
锡焊罐的锡焊料一般由98％的铅和2％的锡组成。将平板坯卷成圆筒的筒体制作机是与进行锡焊的侧缝封合机成对使用的。筒体制作机内，板坯的边缘经清洗并弯成钩形，这样在形成圆筒时便于固定。然后筒体经过侧封口机，加上溶剂和焊料，用瓦斯喷枪预热封口区，通过纵向锡焊滚轮，进一步加热使焊料流满接缝，之后用旋转刮辊将主要以滴状存在的多余的焊料清除干净。
熔焊是利用自耗线电极原理，采用电阻焊工艺。较早期的熔焊系统是采用大的搭接，将钢的温度提高到熔点，并在较低的滚轮压力下焊接。最新的焊机采用小搭接量（0．3～0.5mm），金属温度刚低于熔点，但要提高焊接滚轮压力，将两搭接面锻压在一起。
焊缝破坏了内表面原来的或涂漆的光滑表面，使得在焊缝的两面都存在暴露的铁、氧化铁和锡。为了防止产品受到污染和焊缝受到产品的侵蚀，在大多数情况下侧封口都需要加涂层保护。
只装干燥产品的罐的侧封口可以采用胶接法。即用尼龙带粘贴纵向接缝，尼龙带在圆筒成型后熔化并凝结。其优点是能使原来的边缘得到了完全的保护，但只能用于无锡钢（TFS），因为锡的熔点接近塑料的熔化温度。
②简体的后加工。在简体的两端还必须加工凸缘，以便安装端盖。对于加工食品罐，在处理过程中罐可能要承受外部压力，或者在存放期间内部处于真空状态。为了增加罐的强度，简体表面可能还要制作加强筋。这个工艺过程称作压波纹。为提高生产效率，制浅容器的圆简长度往往为两至三个罐身长，这时，第一道工序要切断圆筒，传统的做法是，成型前板坯在切割机（刻痕机）上作不断开的切割。但是、近来由于为两片罐生产而开发的罐修整剪切机的出现，已有可能将此剪切机用于不预先刻痕的圆筒的切割。
（2）两片罐的制造。制造两片罐的两种成型方法均采用金属板成型法。这种方法是以在复合应力作用下，通过晶体结构重新排列而表现出的金属“流动性”为基础，而且在这一过程中材料不应发生断裂。
①冲压成型。即利用冲压机的一个冲头将一块平板冲进圆柱形的冲模中，从而使平板变形而成圆筒。在初始冲压后形成的杯的直径，可以应用再冲压工序来缩小。再冲压工序用一冲压套筒代替冲模，安装在冲头与冲杯内径之间。等面积规则决定了伴随直径缩小的是高度的增加，再冲压工序可再重复一次，书直径在一定的极限范围内逐渐缩小，并避免金属发生断裂。
②杯壁的变薄拉伸。冲压后的圆柱形杯被套在冲头上，冲头沿轴向挤进一个模具，该模具与冲头之间的间隙小于杯壁的厚度，这样在直径保持不变的情况下，壁厚就得到减薄。变薄后筒体的金属体积等于变薄拉伸过程中杯的金属体积，也等于原始板坯的金属体积。在罐的制造中，这个过程要重复两次或三次，带杯的冲头先后通过一系列模具，一次冲程通过一个模具。将经冲压的林安装到冲头上最方便的方法，是在第一次变薄拉伸之前，进行一次再冲压操作。
③冲拔罐的制造。冲拔罐的制造过程大体如下：展开普通带状卷材；徐润滑剂；下料和冲杯；再冲压；杯侧壁的变薄拉伸；底部成形；简体按正确高度切边；清洗和处理。对干饮料罐，则还要进行外表面涂层、印刷装演、内表面涂层、敞口端的凸缘成型和收口。对于食品罐，在清洗过程中进行外表面涂层、敞开端的凸缘成型、筒体压波纹和内表面涂层。
1-端盖卷边并折包在筒体的凸缘上2-密封填料3-封口搭接量4-筒体5-端盖
盖或罐端是在多模具压力机上用预先涂覆的板材制造的，罐盖压有波纹（加强筋），以承担内、外压力。这里最后一道工序是卷边，以形成双重卷边接缝（见图17－1）。在最终的封口上放置填料，以充当密封垫圈。
④深冲罐的制造。制造深冲罐的步骤如下：将薄板带材卷切成旋涡状的板料；涂覆和精饰板材（也可涂覆卷材）；圆片坯下料和冲杯；再冲坏（一次或二次，取决于罐的尺寸）；罐底成型；凸缘切边到正确宽度；检验和灭菌处理。
与冲拔工艺一样，使用多模具冲杯机，从宽的薄板带卷或板材上下料，并将其冲成浅杯。
浅杯通过一次和二次再冲压逐渐缩小直径和增加高度。到一定程度停止最终冲压时，罐上会留下一个凸缘，象其它所有金属板成型工艺一样。不规则的边缘要切除，罐底要加工成所要求的外形。
二、加工设备
制罐加工的主要设备包括各种冲压成形机、剪切落料机和其它辅助设备。这些设备种类繁多，不可能—一介绍。鉴于现代制罐工业多采用自动化生产的特点，本节仅以冲拔罐生产线的组成为例，作一简要说明。
l-展卷机2-选卷检查和润滑剂涂覆设备3-冲林机个侧单变薄拉伸机（制作简体
）5-切进机
6-罐清洗机7-外表面涂布设备8-箱式炉9-装满设备10-箱式炉11妨回-凸缘成形机
12-检验机13-内喷涂机14-固化炉15-局部二次喷涂16-固化炉
薄板卷由运输车送到展卷机（展卷架）上。展卷机一般有两个臂，一个臂朝着薄板卷运输车，另一个臂给压力机供料，可通过旋转臂来更换薄板卷。薄板卷通过润滑剂涂覆设备，在两面均涂上润滑剂，并经过一对橡皮辊，除去过多的润滑剂、在较老的生产线上，润滑剂是配成正确的浓度后盛在一个容器里，需要时再补充到润滑剂槽里。在较新的生产线上，一般使用外部循环系统，它可以进行温度控制，连续地过滤并保持润滑油质量恒定。
冲杯压力机是专门设计的双动作压力机，它先冲下若干圆形板坯，接着将圆板坯冲压成浅杯状。这两个动作在一次行程中完成。
杯壁变薄拉深机的作用是将杯转变为侧壁厚度正确分布的圆筒，并将杯底变成在使用中能抵抗内部压力的设计形状。此处，冲杯受到再冲压并留在冲头上，然后依次通过三个变薄拉拔环，使杯壁减薄。在行程的末了进入辅助压机，成型圆拱和杯底。在回程的开始，借助冲压管送来的压缩空气，弹簧顶出杆将罐身从冲头上卸下，由传送带将罐送出机器。
每台杯壁变薄拉深机均与一台切边机联合工作。切边机有导轨式和滚轮式两种形式。导轨式切边机的旋转架上装有许多型芯，罐边在旋转的型芯和静止导轨之间被切下。滚轮式切边机上，罐的一端被送进两滚轮之间并绕自身的轴旋转，两滚轮相互靠拢而完成切边动作。
罐按固定的高度切边后，罐的敞口朝下，倒扣在网格传送带上，被大量地传送到装有喷雾嘴的一系列清洗室里，用洗涤剂将冲压与变薄拉伸时所用的润滑剂洗掉，最终在无离子水中进行漂洗，以确保无污点并进行干燥。
收回一凸缘成型机对饮料罐进行收口和凸缘成型加工，而对食品罐则是压波纹和凸缘成型。为避免在变薄拉拔时造成金属轴向表面粗糙，凸缘成型一般采用旋压工艺。饮料罐顶端的缩颈，可以在旋压凸缘后用模具进行收回成型。
一、成型加工工艺
1.冲压工艺。金属包装容器，无论是盒或罐，从成型工艺上看，大都是利用金属冲压原理，经过分离和塑性变形两大工序而成型的。
分离工序是使冲压件与板料沿所要求的轮廓线相互分离，并获得一定的断面质量的冲压加工方法。分离工序常包括切断、落料、冲孔、切口、修边和剖边等操作。
塑性变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑形变性，以获得所要求的形状和尺寸精度的冲压加工方法。通常有弯曲、拉伸、成形三类。弯曲包括压弯、卷曲、扭曲、折弯、滚压、曲弯、拉弯等操作；拉伸主要是拉深和变薄拉深；成形方法较多，包括翻孔、翻边、扩口、缩口、成形、卷边、胀形、旋压、整形、校平等操作。
2.制罐工艺。金属包装罐的传统制作方法是：先将铁皮平板坯料裁成长方块，然后将坯
料卷成圆筒（即筒体）再将所形成的纵向接合线锡焊起来，形成侧封口，圆筒的一个端头（即罐底）和圆形端盖用机械方法形成凸缘并滚压封口（此即双重卷边接缝），从而形成罐身；另一端在装入产品后再封上罐盖。由于容器是由罐底、罐身、罐盖三部分组成，故称三片罐。这种制罐方法150多年来，基本上无多大变化，只是自动化程度和加工精度等方面大为提高，近年来又将侧封口的焊缝改为熔焊。
70年代初出现了一种新的制罐原理。按照这一原理，罐身和罐底是一个整体，由一块圆形的平板坯冲压而成的，装入产品后封口，此即二片罐。这种罐有两种成型方法：冲压——变薄拉伸法（即冲拔法）和冲压——再冲压法（即深冲法）。这些技术本身并不是新的。冲拔法早在第一次世界大战中就已用于制造弹壳，制罐与之不同的是使用超薄金属和生产的速度高（年产量可达数亿个）。
（1）三片罐的制造。制作过程是：用剪切机将卷材切成长方形板材；涂漆和装演印刷；切成长条坯料；卷成圆筒并焊侧缝；修补合缝处和涂层；切割筒体；形成凹槽或波纹；在两端压出凸缘；滚压封底；检验及码放在托盘上。
①筒体的加工。关键工序是卷曲成形和焊侧缝。侧缝的封合方式有锡焊法、熔焊法和胶接法三种。
锡焊罐的锡焊料一般由98％的铅和2％的锡组成。将平板坯卷成圆筒的筒体制作机是与进行锡焊的侧缝封合机成对使用的。筒体制作机内，板坯的边缘经清洗并弯成钩形，这样在形成圆筒时便于固定。然后筒体经过侧封口机，加上溶剂和焊料，用瓦斯喷枪预热封口区，通过纵向锡焊滚轮，进一步加热使焊料流满接缝，之后用旋转刮辊将主要以滴状存在的多余的焊料清除干净。
熔焊是利用自耗线电极原理，采用电阻焊工艺。较早期的熔焊系统是采用大的搭接，将钢的温度提高到熔点，并在较低的滚轮压力下焊接。最新的焊机采用小搭接量（0．3～0.5mm），金属温度刚低于熔点，但要提高焊接滚轮压力，将两搭接面锻压在一起。
焊缝破坏了内表面原来的或涂漆的光滑表面，使得在焊缝的两面都存在暴露的铁、氧化铁和锡。为了防止产品受到污染和焊缝受到产品的侵蚀，在大多数情况下侧封口都需要加涂层保护。
只装干燥产品的罐的侧封口可以采用胶接法。即用尼龙带粘贴纵向接缝，尼龙带在圆筒成型后熔化并凝结。其优点是能使原来的边缘得到了完全的保护，但只能用于无锡钢（TFS），因为锡的熔点接近塑料的熔化温度。
②简体的后加工。在简体的两端还必须加工凸缘，以便安装端盖。对于加工食品罐，在处理过程中罐可能要承受外部压力，或者在存放期间内部处于真空状态。为了增加罐的强度，简体表面可能还要制作加强筋。这个工艺过程称作压波纹。为提高生产效率，制浅容器的圆简长度往往为两至三个罐身长，这时，第一道工序要切断圆筒，传统的做法是，成型前板坯在切割机（刻痕机）上作不断开的切割。但是、近来由于为两片罐生产而开发的罐修整剪切机的出现，已有可能将此剪切机用于不预先刻痕的圆筒的切割。
（2）两片罐的制造。制造两片罐的两种成型方法均采用金属板成型法。这种方法是以在复合应力作用下，通过晶体结构重新排列而表现出的金属“流动性”为基础，而且在这一过程中材料不应发生断裂。
①冲压成型。即利用冲压机的一个冲头将一块平板冲进圆柱形的冲模中，从而使平板变形而成圆筒。在初始冲压后形成的杯的直径，可以应用再冲压工序来缩小。再冲压工序用一冲压套筒代替冲模，安装在冲头与冲杯内径之间。等面积规则决定了伴随直径缩小的是高度的增加，再冲压工序可再重复一次，书直径在一定的极限范围内逐渐缩小，并避免金属发生断裂。
②杯壁的变薄拉伸。冲压后的圆柱形杯被套在冲头上，冲头沿轴向挤进一个模具，该模具与冲头之间的间隙小于杯壁的厚度，这样在直径保持不变的情况下，壁厚就得到减薄。变薄后筒体的金属体积等于变薄拉伸过程中杯的金属体积，也等于原始板坯的金属体积。在罐的制造中，这个过程要重复两次或三次，带杯的冲头先后通过一系列模具，一次冲程通过一个模具。将经冲压的林安装到冲头上最方便的方法，是在第一次变薄拉伸之前，进行一次再冲压操作。
③冲拔罐的制造。冲拔罐的制造过程大体如下：展开普通带状卷材；徐润滑剂；下料和冲杯；再冲压；杯侧壁的变薄拉伸；底部成形；简体按正确高度切边；清洗和处理。对干饮料罐，则还要进行外表面涂层、印刷装演、内表面涂层、敞口端的凸缘成型和收口。对于食品罐，在清洗过程中进行外表面涂层、敞开端的凸缘成型、筒体压波纹和内表面涂层。
1-端盖卷边并折包在筒体的凸缘上2-密封填料3-封口搭接量4-筒体5-端盖
盖或罐端是在多模具压力机上用预先涂覆的板材制造的，罐盖压有波纹（加强筋），以承担内、外压力。这里最后一道工序是卷边，以形成双重卷边接缝（见图17－1）。在最终的封口上放置填料，以充当密封垫圈。
④深冲罐的制造。制造深冲罐的步骤如下：将薄板带材卷切成旋涡状的板料；涂覆和精饰板材（也可涂覆卷材）；圆片坯下料和冲杯；再冲坏（一次或二次，取决于罐的尺寸）；罐底成型；凸缘切边到正确宽度；检验和灭菌处理。
与冲拔工艺一样，使用多模具冲杯机，从宽的薄板带卷或板材上下料，并将其冲成浅杯。
浅杯通过一次和二次再冲压逐渐缩小直径和增加高度。到一定程度停止最终冲压时，罐上会留下一个凸缘，象其它所有金属板成型工艺一样。不规则的边缘要切除，罐底要加工成所要求的外形。
二、加工设备
制罐加工的主要设备包括各种冲压成形机、剪切落料机和其它辅助设备。这些设备种类繁多，不可能—一介绍。鉴于现代制罐工业多采用自动化生产的特点，本节仅以冲拔罐生产线的组成为例，作一简要说明。
l-展卷机2-选卷检查和润滑剂涂覆设备3-冲林机个侧单变薄拉伸机（制作简体
）5-切进机
6-罐清洗机7-外表面涂布设备8-箱式炉9-装满设备10-箱式炉11妨回-凸缘成形机
12-检验机13-内喷涂机14-固化炉15-局部二次喷涂16-固化炉
薄板卷由运输车送到展卷机（展卷架）上。展卷机一般有两个臂，一个臂朝着薄板卷运输车，另一个臂给压力机供料，可通过旋转臂来更换薄板卷。薄板卷通过润滑剂涂覆设备，在两面均涂上润滑剂，并经过一对橡皮辊，除去过多的润滑剂、在较老的生产线上，润滑剂是配成正确的浓度后盛在一个容器里，需要时再补充到润滑剂槽里。在较新的生产线上，一般使用外部循环系统，它可以进行温度控制，连续地过滤并保持润滑油质量恒定。
冲杯压力机是专门设计的双动作压力机，它先冲下若干圆形板坯，接着将圆板坯冲压成浅杯状。这两个动作在一次行程中完成。
杯壁变薄拉深机的作用是将杯转变为侧壁厚度正确分布的圆筒，并将杯底变成在使用中能抵抗内部压力的设计形状。此处，冲杯受到再冲压并留在冲头上，然后依次通过三个变薄拉拔环，使杯壁减薄。在行程的末了进入辅助压机，成型圆拱和杯底。在回程的开始，借助冲压管送来的压缩空气，弹簧顶出杆将罐身从冲头上卸下，由传送带将罐送出机器。
每台杯壁变薄拉深机均与一台切边机联合工作。切边机有导轨式和滚轮式两种形式。导轨式切边机的旋转架上装有许多型芯，罐边在旋转的型芯和静止导轨之间被切下。滚轮式切边机上，罐的一端被送进两滚轮之间并绕自身的轴旋转，两滚轮相互靠拢而完成切边动作。
罐按固定的高度切边后，罐的敞口朝下，倒扣在网格传送带上，被大量地传送到装有喷雾嘴的一系列清洗室里，用洗涤剂将冲压与变薄拉伸时所用的润滑剂洗掉，最终在无离子水中进行漂洗，以确保无污点并进行干燥。
收回一凸缘成型机对饮料罐进行收口和凸缘成型加工，而对食品罐则是压波纹和凸缘成型。为避免在变薄拉拔时造成金属轴向表面粗糙，凸缘成型一般采用旋压工艺。饮料罐顶端的缩颈，可以在旋压凸缘后用模具进行收回成型。