喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，CAD圖紙均為可自行編輯，有疑問咨詢QQ:1304139763 ================== 喜歡就充值下載吧。資源目錄里展示的全都有，下載后全都有，CAD圖紙均為可自行編輯，有疑問咨詢QQ:1304139763 ==================

四川大學(xué)錦城學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（文獻綜述） 題 目 易拉罐模具及其成型工藝的設(shè)計 系 別 機械工程系 　 專 業(yè) 機械制造及其自動化　 學(xué)生姓名 楊 柯　 學(xué) 號 120920503 　 年級 2012級 指導(dǎo)教師 秦 琴 　 二ΟΟ 年 月 日 易拉罐模具及其成型工藝的設(shè)計 專業(yè)：機械制造及其自動化 學(xué)生：楊柯 指導(dǎo)老師：秦琴 摘 要 鋁質(zhì)易拉罐在飲料包裝容器中占有相當(dāng)大的比重。隨著飲料包裝市場競爭的不斷加劇,對眾多制罐企業(yè)而言,如何在易拉罐生產(chǎn)中最大限度地減少板料厚度,減輕單罐質(zhì)量,提高材料利用率,降低生產(chǎn)成本,是企業(yè)追求的重要目標(biāo)。為此,以輕量化(light_weighting)為特征的技術(shù)改造和技術(shù)創(chuàng)新正在悄然興起。易拉罐輕量化涉及到許多關(guān)鍵性技術(shù),其中罐體成形工藝和模具技術(shù)是十分重要的方面。本文將著重從這兩點出發(fā)探討易拉罐輕量化發(fā)展的可行性。 關(guān)鍵詞： 易拉罐 成型工藝 輕量化  目錄 1食品用易拉罐制造業(yè)的發(fā)展 4 2罐體制造工藝和技術(shù) 4 2.1罐體制造工藝流程 4 2.2罐體制造工藝分析 5 3模具設(shè)計與制造 8 3.1罐體拉伸模 8 3.2變薄拉伸模 9 3.3罐底成形模 9 4結(jié)束語 10 參考文獻 11  1食品用易拉罐制造業(yè)的發(fā)展 1940年，歐美開始發(fā)售用不銹鋼罐裝的啤酒，同一時期鋁罐的出現(xiàn)也成為制罐技術(shù)的飛躍。1963年，易拉罐在美國得以發(fā)明，它繼承了以往罐形的造型設(shè)計特點，在頂部設(shè)計了易拉環(huán)。這是一次開啟方式的革命，給人們帶來了極大的方便和享受，因而很快得到普遍應(yīng)用。到了1980年，歐美市場基本上全都采用了這種鋁罐作為啤酒和碳酸飲料的包裝形式。隨著設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)的進步，鋁罐趨向輕量化，從最初的60克降到了1970年的21～15克左右葉 凱。鋁質(zhì)易拉罐輕量化的罐型分析與模具改進[J]。模具工業(yè)，2012,38(1)；29-34 。 制造易拉罐的材料有兩種：一是鋁材，二是馬口鐵。本文計劃從鋁材出發(fā)，探討鋁材加工易拉罐的可行性。美國用于包裝容器的鋁金屬材料消費1998年達到199.92萬噸，比1997年增長2.24％，成為第二大消費市場，占全年鋁消費量的21.6％。美國在易拉罐方面的材料始終采用鋁板材，每年約有40％鋁板材用于易拉罐方面的生產(chǎn)。歐洲14％左右鋁金屬材料用于飲料生產(chǎn)，由于鋁質(zhì)金屬的較高回收再使用價值，出于對環(huán)境保護的考慮，現(xiàn)在已開始大量轉(zhuǎn)向鋁材方面；由于鋼罐比鋁罐成本低約千分之七美元，在南美地區(qū)鋼罐主導(dǎo)飲料包裝市場，但隨著環(huán)保意識的提高，以及對資源的循環(huán)使用方面考慮，包裝材料鋁質(zhì)逐步替代鋼質(zhì)。巴西現(xiàn)在采用率為65％，今后兩年會增長10％。在噴霧罐方面，過去一直是由鋼質(zhì)主導(dǎo)地位，而從2000年開始已有許多產(chǎn)品轉(zhuǎn)向鋁材，增長率達到2％～3％，隨著拉伸技術(shù)在生產(chǎn)噴霧罐方面的應(yīng)用，鋁質(zhì)類噴霧罐將逐步占領(lǐng)市場馬全倉。國內(nèi)外3104深沖鋁板織構(gòu)對比分析［J］。輕合金加工技術(shù)，2008（36）:32-42 。 由此可見，在易拉罐發(fā)展的歷史中，前量化、環(huán)保型一直是易拉罐制造業(yè)追求的目標(biāo)。那么，易拉罐的成型工藝的改進，就成了促進易拉罐輕量化、環(huán)?；闹匾襟E。本文討論食品用易拉罐，材料分三種：罐體采用3004合金鋁，罐蓋采用5182合金鋁，而拉環(huán)部分則采用5042合金鋁。 2罐體制造工藝和技術(shù) 罐體加工包含許多步驟，任何步驟都將直接影響到后期罐體的外形、質(zhì)地，所以罐體制造工藝中的每一步都馬虎不得。 2.1罐體制造工藝流程 CCB_1A型罐罐體的主要制造工藝流程如下:卷料輸送，卷料潤滑，落料、拉伸，罐體成形，修邊，清洗/烘干，堆垛/卸，涂底色，烘干，彩印，底涂，烘干，內(nèi)噴涂，內(nèi)烘干，罐口潤滑，縮頸，旋壓縮頸。在工藝流程中,落料、拉伸、罐體成形、修邊、縮徑、旋壓縮徑/翻邊工序需要模具加工,其中以落料、拉伸和罐體成形工序與模具最為關(guān)鍵,其工藝水平及模具設(shè)計制造水平的高低,直接影響易拉罐的質(zhì)量和生產(chǎn)成本本刊編輯部.從申城精品展示看蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)———中國模具工業(yè)副理事長兼秘書長曹延安先生訪談錄[J].制造技術(shù)與機床,2004(5):6-8 。 2.2罐體制造工藝分析 參考韓向東的《鋁質(zhì)易拉罐成型工藝》，將罐體制造工藝分為了兩個部分：落料—拉伸復(fù)合工序，罐體成形工序。在落料—拉伸復(fù)合程序中，著重考慮以下幾點：檢驗出合理的壁厚減薄比；突耳率對罐體拉伸的影響；選取合適的拉伸比。而在罐體成型工序中，變形區(qū)的材料受力情況、罐底的成形力則是重點關(guān)注的對象，需要反復(fù)的實驗得出相關(guān)數(shù)據(jù)。 (1)落料—拉伸復(fù)合工序。拉伸時,坯料邊緣的材料沿著徑向形成杯,因此在塑性流動區(qū)域的單元體為雙向受壓,單向受拉的三向應(yīng)力狀態(tài),如圖1葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9 所示。 由于受凸模圓弧和拉伸凹模圓弧的作用,通過實驗得知杯下部壁厚約減薄10%,而杯口增厚約25%。杯轉(zhuǎn)角處的圓弧大小對后續(xù)工序(即罐體成形)有較大的影響,若控制不好,易產(chǎn)生罐體斷裂。因此落料拉伸工序必須考慮以下因素:杯的直徑和凸模圓弧、拉伸凹模圓弧、拉伸比、凸凹模間隙、模具表面的摩擦性能、鋁材的機械性能、材料表面的潤滑、拉伸速度、突耳率等。突耳的產(chǎn)生主要由兩個因素確定:一是金屬材料的性能,二是拉伸模具的設(shè)計。突耳出現(xiàn)在杯的最高點同時也是最薄點,將會對罐體成形帶來影響,造成修邊不全,廢品率增高。同時，計算拉伸的等高比差值，從輕量化角度分析罐體最佳的長寬比。因此需要做拉伸比對罐體強度影響的實驗，從實驗中獲取所需的拉伸比；同時也要通過實驗得到合理的坯料直徑以及杯直徑?；谝陨蠈嶒灧治?確定拉伸工序選擇的拉伸比m=36.55%,坯料直徑Dp=140.20±0.01mm,杯直徑Dc=88.95mm。 (2)罐體成形工序。 變薄拉伸工藝分析。典型的鋁罐拉伸、變薄拉伸過程如圖2葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9 所示, 圖2 變薄拉伸過程中受力狀況如圖3葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9 所示。 在拉伸過程中,集中在凹模口內(nèi)錐形部分的金屬是力的變形區(qū),而傳力區(qū)則為凹模的筒壁及殼體底部。在變形區(qū),材料處于軸向方向的受拉、切向方向的受壓、徑向力的受壓的三向應(yīng)力狀態(tài),金屬在三向應(yīng)力的作用下,晶粒細化,強度增加,伴有加工硬化的產(chǎn)生。在傳力區(qū),各部分材料受力狀況是不相同的,其中位于凸模圓角區(qū)域的金屬受力情況最為惡劣,其在軸向、切向兩向受拉,徑向受壓,因而材料的減薄趨勢嚴(yán)重,金屬易從此處發(fā)生斷裂,從而導(dǎo)致拉伸失敗。比較變形區(qū)和傳力區(qū)金屬的應(yīng)力狀態(tài)可知:變薄拉伸工藝能否順利進行主要取決于拉伸凸模圓角部位的金屬所受拉應(yīng)力的大小,當(dāng)拉應(yīng)力超過材料強度極限時就會引起斷裂,否則拉伸工藝可以順利進行。因此,減小拉伸過程中的拉應(yīng)力成為保證拉伸順利進行的關(guān)鍵。經(jīng)過實驗，得到變薄拉伸拉伸比的選擇為:再拉伸:25.7%,第1次變薄拉伸:20%～25%,第2次變薄拉伸:23%～28%,第3次變薄拉伸:35%～40%。在成形過程中,影響金屬內(nèi)部所受拉應(yīng)力大小的因素很多,其中凹模錐角α的取值直接關(guān)系到變形區(qū)金屬的流動特性,進而影響拉伸所需成形力的大小,所以,其數(shù)值合理與否對工藝的實施有著重要影響。當(dāng)α較小時,變形區(qū)的范圍比較大,金屬易于流動,網(wǎng)格的畸變小。隨著α的增大,變形區(qū)的范圍減小,金屬的變形集中,流動阻力增大,網(wǎng)格畸變嚴(yán)重。而且,隨著凹模錐角的增大,變形區(qū)材料的應(yīng)變相應(yīng)增加,這說明凹模錐角較大時,不僅金屬的變形范圍集中,而且變形量迅速上升,因而使得變形區(qū)屬的加工硬化現(xiàn)象加劇,導(dǎo)致金屬內(nèi)部的應(yīng)力上升,從而對拉伸產(chǎn)生不利影響。另一方面,在α過大或過小時都會引起拉伸力的增加,其原因在于:當(dāng)α過大時,金屬流動急劇,材料的加工硬化效應(yīng)顯著, 并且隨著錐角的增大,凹模錐面部分產(chǎn)生的阻礙金屬流動的分力加大,因而所需拉伸力增加;當(dāng)α過小時,雖然金屬流動的轉(zhuǎn)折小,但由于變形區(qū)金屬與凹面的接觸錐面長,錐面上總摩擦阻力大,因此網(wǎng)格畸變雖小,總拉伸力卻增大。由此可見,凹模錐角的合理確定應(yīng)同時考慮變形區(qū)材料的變形特點以及模具與工件間的摩擦狀況,凹模錐角合理范圍的確定對拉伸工藝有著直接的影響。工藝試驗表明,對于CCB_1A型罐用鋁材3104H19,其凹模錐角合理取值在α=5°～8°為宜。底部成形工藝分析。罐底部成形發(fā)生在凸模行程的終點,采用的是反向再拉伸工藝。圖4葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9 為罐底成形受力狀況示意圖, 底部成形力主要取決于摩擦力的性質(zhì)以及壓邊力的大小。通常,材料的厚度和強度是一對矛盾,材料愈薄,強度愈低,因此輕量化技術(shù)要求減少罐底直徑及設(shè)計特殊的罐底形狀。工藝試驗表明,罐底溝外壁夾角α1若大于40°,將大大減小罐底耐壓[5]?？紤]到金屬的成形性,凸模圓弧R不能小于3倍的料厚。但R太大,將會減小強度。球面和罐底溝內(nèi)壁圓弧R1至少為3倍料厚,通常R1取4～5倍料厚。減小罐底溝內(nèi)壁夾角α2,將增加強度,生產(chǎn)中大多數(shù)采用10°以下。罐底部有兩處失效點:一為底部球面;二為連接球面和側(cè)壁的罐底部圓弧R。罐底球面的強度取決于以下幾個因素:材料的彈性模量、底部直徑、材料的強度、球面半徑以及在底部成形時金屬的變薄程度。罐底球面半徑常用公式R球=d1/0.77確定,實際取R球=45.72mm[6]。 3模具設(shè)計與制造 在易拉罐的制作過程中，模具的設(shè)計與制造一個及其重要的環(huán)節(jié)。模具設(shè)計成功，是成功制造易拉罐的先決條件。這里介紹了模具的三個板塊：罐體拉伸模、變薄拉伸膜以及罐底成型模。 3.1罐體拉伸模 罐體拉伸過程實際上是筒形件的拉伸過程,拉伸過程中,其材料的凸緣部分在壓應(yīng)力作用下易失穩(wěn),導(dǎo)致起皺,因此必須考慮設(shè)置防止起皺的壓邊裝置。當(dāng)材料通過凹模時,凹模圓角部分是一個過渡區(qū),其變形較復(fù)雜,除了徑向拉伸與切向壓縮外,還受彎曲作用,因此凹模圓角選擇尤為重要。材料通過凹模圓角后,處于拉伸狀態(tài),由于拉伸力來自凸模壓力,是經(jīng)過凸模圓角處傳遞的,凸模圓角處的材料變薄最嚴(yán)重,此處成為最易破裂的危險斷面。 落料—拉伸組合模結(jié)構(gòu)如圖5鋁質(zhì)易拉罐成形工藝及模具————韓向東1,李志見2?！赌＞吖I(yè)》2004.No.4總278 所示。 3.2變薄拉伸模 易拉罐罐體成形實際上是將再拉伸和3道變薄拉伸組合在一起的組合工序。現(xiàn)將變薄拉伸模的設(shè)計介紹如下: (1)模具材料。凸模:基體材料為合金工具鋼,凸模材料為M2,熱處理硬度60～62HRC,鍍TiN。凹模(變薄拉伸環(huán)):基體材料為合金工具鋼,?？诓牧蠟橛操|(zhì)合金(牌號為VALENITEVCID_H.L.D或KE_84KENNAMETAL)[7]。 (2)變形量。變薄拉伸比δ的計算公式為:δn=(tn-tn-1)/tn×100%,其中tn、tn-1分別為n次及n-1次變薄拉伸后的零件側(cè)面壁厚,計算得:δ1=(0.285-0.225)/ 0.285×100%=21.05%;δ2=(0.225-0.170)/ 0.225×100%=24.44%;δ3=(0.170-0.106)/0.170×100%=37.65%[8]。 制罐工廠常常根據(jù)給定的材料厚度、罐體厚、薄壁要求、拉伸環(huán)和凸模尺寸、拉伸機精度等條件,編制拉伸環(huán)和凸模的匹配表供技術(shù)人員、模具維修人員和操作人員選配凸模和拉環(huán)。 (3)模具的工作部分參數(shù)。凸模:凸模圓弧R1.016±0.025mm,再拉伸凸模圓弧R2.286mm,罐底溝外側(cè)壁圓弧R10.478±0.013mm。變薄拉伸環(huán):凹模錐角α=5°,工作帶寬度h=0.38+0.25mm。 3.3罐底成形模 罐底成形模結(jié)構(gòu)如圖6鋁質(zhì)易拉罐成形工藝及模具————韓向東1,李志見2?！赌＞吖I(yè)》2004.No.4總278 所示。 罐底凸模材料選用合金工具鋼Cr12MoV,熱處理硬度60～64HRC,其輪廓形狀應(yīng)與罐型設(shè)計一致。底壓邊模材料選用合金工具鋼Cr5MoV,熱處理硬度58～60HRC,其輪廓形狀應(yīng)與凸模相匹配[9]。 4結(jié)束語 (1)易拉罐拉伸工序考慮的重要因素有:拉伸比、凸、凹模圓弧半徑、凸、凹模間隙、鋁材機械性能、潤滑、作業(yè)參數(shù)。沖杯、變薄拉伸/修邊、縮口/翻邊這三道精密成形工序決定了鋁易拉罐國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9106-2001規(guī)定的所有結(jié)構(gòu)尺寸及軸向承壓力及耐壓力這兩項重要物理指標(biāo)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9106-2001,包裝容器鋁易開蓋兩片罐[S] ，其成形質(zhì)量也關(guān)系到下游飲料啤酒廠家罐裝時的封口質(zhì)量。 (2)變薄拉伸工序中凹模錐角α的大小關(guān)系到變形區(qū)金屬的流動性質(zhì)、應(yīng)力大小以及模具的受力情況,合理的取值范圍為α=5°～8°。成形工藝也決定了易拉罐罐型及罐體規(guī)格的變化，為了滿足不同內(nèi)容物、不同消費場合的需求，市場上鋁易拉罐有多種罐型，罐體規(guī)格常見的有330mL，350mL,500mL，鋁易拉罐罐型及罐體規(guī)格的變化實際就是成形模具的不斷變化。 (3)合適的罐型設(shè)計是輕量化技術(shù)能否實施的關(guān)鍵。研究表明,對于CCB_1A型罐,設(shè)計參數(shù)選擇:底溝外壁夾角α1=32°,罐底溝內(nèi)壁夾角α2=5°,凸模圓弧R=1.016mm,球面和罐底溝內(nèi)壁圓弧R1=1.524mm,罐底球面半徑R球=45.72mm,可以大大增加罐體強度。外形既定，還可從鋁合金材料入手，使得罐體更加傾向于輕量化。輕量化是鋁易拉罐廠家降低生產(chǎn)成本的主要手段，輕量化有兩條重要技術(shù)途徑，即罐用鋁板的減薄和罐口尺寸變小，國內(nèi)易拉罐廠家使用的鋁板厚度已從0.35mm減至0.275mm，罐口尺寸也從206規(guī)格縮為202規(guī)格，成形工藝及模具技術(shù)的進步水平?jīng)Q定了鋁板厚度的減薄和罐口尺寸變小程度，易拉罐成形工藝的進步引領(lǐng)了易拉罐生產(chǎn)成本的降低。參考文獻 [1] 葉 凱。鋁質(zhì)易拉罐輕量化的罐型分析與模具改進[J]。模具工業(yè)，2012,38(1)；29-34 [2] 馬全倉。國內(nèi)外3104深沖鋁板織構(gòu)對比分析［J］。輕合金加工技術(shù)，2008（36）:32-42 [3]本刊編輯部.從申城精品展示看蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)———中國模具工業(yè)副理事長兼秘書長曹延安先生訪談錄[J].制造技術(shù)與機床,2004(5):6-8 [4]葉 凱，林明山。鋁質(zhì)易拉罐技術(shù)研究與應(yīng)用[J]中國包裝工業(yè)，2002（3）：6-9 [5]王孝培。實用沖壓技術(shù)手冊[M]。北京: 機械工業(yè)出版社，2012 [6]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9106-2001,包裝容器鋁易開蓋兩片罐[S]。 [7] 鋁質(zhì)易拉罐成形工藝及模具————韓向東1,李志見2?！赌＞吖I(yè)》2004.No.4總278 [8] STARKE.E.A .JR,STALEYT.J.T。Application of modern aluminum alloys to aircraft [J].Progress Aerospace Science,1996,32(1):131-172。 [9] 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The improvement of constituent dissolution and mechanical properties of 7055 aluminum alloy by stepped heat-treatments[T].Journal of Material Process Technolo-gy,2003,142(1):190-196.