金属异形桶罐常见技术问题分析

    自加入国际贸易组织后，市场对产品质量的要求越来越高，包装产品尤为突出。因为好的产品要进入国际市场，首先要解决的问题是“一类产品、二类价格、三类包装”的落后历史格局。目前国内纸类、塑料类、木材类及玻璃类包装业都红火异常，只有金属容器包装业萎缩不进，尤为突出的是国有金属容器包装企业。现在大部分金属容器包装企业都正在将产品向小型化发展。目前笔者就国内企业生产中异形金属包装桶的常见问题谈几点自己的意见。   

　　目前主要存在的问题：一是四个圆角处有摺皱，并渗漏。二是直焊缝渗漏及焊缝三角区渗漏。

　　针对这些问题，我们主要从以下几个方面进行技术分析。

　　一、原材料对产品质量的影响

　　一般情况下，生产异形金属罐多数使用的是镀锡薄钢板。镀锡薄钢板是一种具有一定金属延展性，表面经过镀锡处理的低碳薄钢板。目前用于制罐的镀锡板都是电镀锡板，电镀锡板的生产工艺流程为：低碳钢（钢水）→浇铸钢锭并初轧（或连续浇铸）→板坯→热轧→带钢→酸洗→冷轧→电解清洗→退火→平整→裁边→电解清洗→电镀锡→软熔→钝化处理→涂油→卷取→剪切→分选→包装（电镀锡板）。

　　为了满足制罐容器的质量要求，适应制罐工艺，生产电镀锡板时必须严格控制其工艺步骤。从电镀锡钢板的生产工艺来看，影响其机械性能的因素不仅与其热处理有关，而且还与其轧制方向有关。这些在研究桶身翻边工艺时再进行探讨。

　　二、底顶拉深时的变形特点对产品质量的影响

　　从异形罐的几何形状特点看，它的变形和圆形罐零件的变形有质的区别，其最大的差别是拉深件周边上的变形不均匀。我们可以把它分为长度分别为A2ｒ和B2ｒ的直边部分和四个半径为ｒ的圆角部分（见图1略）。圆角部分是1／4圆柱表面。假设异形件的直边部分和圆角部分之间没有联系，则可以把零件的成型假想为由直边部分的弯曲和圆角部分的拉深变形所组成。但是，由于直边部分和圆角部分是联系在一起的整体，在拉深过程中必然要有相互的作用和影响，致使这两部分都不是简单的弯曲变形。事实上，从变形的性质角度来看，在这两部分之间并不存在明确的界限。

　　异形件拉深时，直边部分和圆角部分的变形情况。在拉深变形前，先在毛坯表面上圆角部分划成径向的放射线与同心圆弧所组成的网格，而在直边部分划成由相互垂直的等距离平等线组成的网格。如果异形件的直边部分仅产生弯曲变形，则拉深变形后在异形件侧表面上的网格线应该和变形前完全相同。但是，实际上在拉深变形后异形件侧壁的网格尺寸发生了横向压缩和纵向伸长的变化。变形前横向尺寸为△L1＝△L2＝△L3，而变形后成为△L1＞△L1＞△L2＞△L3的关系。

　　变形前纵向心寸为H1＝△H2＝△H3，而变形后成为△H3＞△H2＞△H1＞△H1的关系。从这个尺寸变化可以看出，横向压缩和纵向伸长的拉深变形，在异形零件直边部分的侧壁上的分布是不均匀的。在直边部分的中间部位上拉深变形最小，而靠近圆角部分的拉深变形最大。变形在高度方向上的分布也是不均匀的，在靠近底部位置上最小，在靠近上口的部位上最大。圆角部分的变形与圆筒形零件的拉深变形相似，但是其变形程度小于半径与高度相同的圆筒形零件。因此，在平板毛坯上的径向放射线，在拉深变形后不是成为与底平面垂直的等距离平等线，而是成为上部距离大下部距离小的斜线。

　　上述各种现象表明，由于直边部分的横向压缩变形的存在，使圆角部分的拉深变形程度和由变形引起的硬化程度都有降低，低于直径为2ｒ高度为H的圆筒形零件。因此，圆角部分变形区产生拉深变形所必需的径向拉应力也低于尺寸相同的圆筒形零件。直边部分对圆角部分的影响，决定于异形件的圆角半径ｒ与宽度B的比值ｒ／B，或称为相对圆角半径。比值ｒ／B越小，直边部分对圆角部分的变形影响越显著，也就是说，圆角部分的变形和圆筒形件的差别越大。当ｒ／B＝0.5时，异形件就成为圆筒形零件，上述的变形差异也就不存在了。

　　另一方面，由于直边部分的纵向伸长变形小于圆角部分，虽然在毛坏底部直边部分与圆角部分的运动速度相同，但是在变形区内（毛坯的法兰部分）直边部分的位移速度要大于圆角部分，这样的位移速度的差别引起了在变形区内直边部分对圆角部分的带动作用，结果使圆角部分侧壁的底部，即危险断面内的拉应力数值有所降低。

三、桶底顶落料毛坯形状和尺寸确定对产品质量的影响

　　在异形件拉深时，正确地界定毛坯的形状和尺寸，不仅能够节省板材和得到口部平齐的零件，而且也有利于毛坯的变形和保证零件的质量。当毛坯的尺寸过大时，会引起危险断面上的拉应力无谓地增大，对提高变形程度和减少工序不利；当毛坯局部尺寸过大时，在拉深过程中这部分会从变形区突出出去，不但突出部分本身的变形减小，而且也使其邻近部分的板料变形比较困难。毛坯尺寸过大部分的变形程度减小必然使拉深变形较多地集中到其余部位上去，于是增加了沿毛坯周边变形分布不均的程度。这样造成的零件壁厚不均，而且也容易引起变形太过分集中部分的局部区（如四个圆角处），降低零件的质量。

　　异形件拉深时确定毛坯的原则也是要保证毛坏的面积等于零件的面积，但是毛坏的形状必须保证材料在整个周边上的分布恰好符合于在零件周边上每个点都形成等高的侧壁的需要。由于在零件周边上各个点金属的切向压缩变形和纵向伸长变形的数值都不相同，所以应该根据异形件成形的不均匀变形特点，考虑材料在变形过程中对毛坏的形状和尺寸做必要的修正。

　　四、焊接质量对产品质量的影响

　　对于异形罐的焊接，目前基本上都采用电阻焊缝焊机。它的特点一是密封性能好，并且焊缝强度高，抗拉强度试验时破裂处往往不在焊缝上。二是缝搭接宽度小，节约了原材料，焊缝窄小，彩印面积大，外形显得美观；焊缝厚度薄，便于翻边、缩颈、胀筋和封口等后续工序的操作。三是由于自动化程度高，所以生产率高。

　　1．电阻焊焊接的基本原理

　　电阻焊是将待焊接的两层金属薄板置于连续转动的两个滚轮电极之间，通电并加压，靠电阻生热，使滚轮之间的被焊薄板前进，无数焊点形成焊缝。

　　电流热效应产生的热量为Ｑ＝Ｉ2RT

　　式中I――电流，A；T--通电时间，S；R――焊接区的电阻，Ω。它是滚轮与工件间的接触电阻，两层金属薄板的内部电阻及两片工件间的接触电阻之和。

　　从上式中可知，欲在短时间内产生大的热量，最有效的方法是加大电流，为此电阻焊机都配置有一台特殊的变压器，其次级线圈只有两圈左右，以便在次级得到低电压和大电流。           

　　缝焊时，作为电极的滚轮持续旋转，使形成焊点的金属离开滚轮之间的焊接区，同时又把未焊接金属带入焊接区。然而缝焊过程要求间歇通电，这是因为如通电不间断，那么已形成焊点处的电阻将变为内部电阻。由于内部电阻较小，电流大部分将从焊点流过两片待焊金属，而滚轮间电流不经或只有小部分流经待焊接的接触处，形成分流现象。分流现象会影响焊接区温度的上升，从而影响新接点的完满形成。为避免这现象的产生，滚动电极连续旋转时通电时间要间断，形成许多焊点，联成焊缝。然而断电时间也不应过长，否则会形成孤立的焊点，而使焊缝密封性不好。理想的情况是两个相邻的焊点首尾略有重叠。

　　2．电阻焊罐的制造工艺

　　罐身在焊接时，一般都为圆形。罐身的制造工艺为：印铁→下料（剪板）→卷圆→焊接→补涂→烘干→胀形→翻边→封盖→检验。

　　电阻焊罐所用的马口铁，必须在焊接部位留在一定宽度的印刷空白，叫做"留空"，以避免印刷油墨对焊接质量的影响。此工艺对精度要求比较高，因为下料不准确，会直接影响焊缝的焊接质量。

　　平直的薄板由传送辊送入，通过若干个辊子和导向块组成的弯曲装置，将薄板反复弯曲以消除内应力，称为软化。经软化的薄板进入成圆装置后到尖劈和筒槽的作用而卷成圆筒形。成圆装置可以调整，以形成不同的罐径。

　　卷成的圆筒由传送链推入定位导轨（即Ｚ形杆）的始端，见图5。Ｚ形杆导向槽逐渐由图中A过渡到Ｚ形杆出口处的状态B，在推进过程中两边逐渐接近，即将进入电焊滚轮时，罐体两边重叠，搭接量为规定值，然后传送链条的挡块把罐体推入上下两电极滚轮进行焊接。

　　焊接时，待焊的罐体两搭接边置于上下两焊接滚轮之间。为使镀锡板上的锡不粘到滚轮边缘，采用与罐身同步移动的铜丝作中间电极，以沾去被焊薄板上溅出的锡。铜丝绕在电极滚轮槽内，把焊接电流和电压传给罐身焊缝，因此要求铜丝有高的导电性和导热性；铜丝受拉力作用，要求有较高抗拉强度；还要求表面干净，无氧化膜和油污，否则，就可能产生击穿，铜丝粘料等现象。用过的铜丝可以回收重新加工。为使滚轮与电源接触良好，轮内充以水银。为防止滚轮过热变形，在轮内由循环水散热。

　　另外，焊接时焊接压力、电流和焊接速度等参数都会影响罐身的焊接质量。焊接好的罐体，焊缝表面氧化变黑，为防止来自内装物的腐蚀及大气锈蚀，应将罐体立即送到补涂机构，在焊缝上涂一层快干涂料。补涂后的罐身送烘干机进行烘干，在280℃下固化10S。

3．电阻焊罐身的质量检验

　　1．外观质量检查

　　不得有漏罐、胀罐等现象；

　　罐外壁锡层完整，无明显生锈和擦伤。罐身光滑无明显的棱角；

　　罐外印刷的主要图案、文字清晰，应无严重擦伤和损伤；

　　整条焊缝平滑、美观，搭接均匀一致，焊点均匀连接，不得有焊接不良和击穿现象；

　　焊接补涂带应平滑均匀，完全覆盖焊缝及涂料留空部分，固化完全，应无大的气泡和露铁点。

　　罐身不应有机械碰撞而造成的严重碰瘪；

　　焊缝端两边错位应＜0.5mm，焊缝端部拖尾应＜0.5mm；

　　罐的内壁涂料不应脱落；

　　罐内壁不应产生硫化铁。

　　2.焊缝的性能检验

　　要求焊缝抗拉强度不低于罐身板的抗拉强度。撕裂试验较为简单，目前生产中采用较多，其方法是沿着罐体焊缝一端两边剪开，将离罐体焊缝部分向上弄弯，用钳子夹紧该处沿焊缝撕裂。良好的焊缝，撕裂后应焊口光滑，以焊接处不剥离者为合格。

来自: 中国金包网