|
《金属包装设计与制造》（5）
金属容器的标准化设计
文/吴若梅、刘跃军
一、金属容器的标准化设计要求
金属容器工程设计中，无论是结构设计（包括材料选择、形体设计、尺寸设计、配合设计、确定技术条件和试验方法等），还是制造工艺设计（包括工艺规程设计，加工装备设计、生产线规划设计、先进加工方法选定等）以及绘制金属容器设计总图、零部件图、容器展开图、主体效果图和制造工艺规划图等都应得到相关标准的支持。
1、容量、尺寸规格的确定
包装容器工程设计中，凡涉及容器容最、尺寸规格等参数的确定，应优先考虑选用相关标准中的标定值或推荐值，优先选择相关标准中的结构形体和局部结构，以使同类产品具有互换性和通用性，适应目前同类产品的规模生产，减少新增投入，方便储存流通。
2、标准金属材料的选用
金属容器工程设计中，应优先考虑选用按标准生产的常用金属包装材料，例如国标中提到的不锈钢冷轧钢板、连续热锁锌钢板、冷轧电锁锡钢板、喷雾罐用铝材、易拉罐罐体用铝合金带材等，因为这些材料具有标准规范所确定的性能规格和质量要求，确保所设计的容器或制品的性能、质最达到设计要求，实现金属容器要求的预期效果。对于非标准材料或一些新型材料，应通过相应标准的试验程序，检测其材料性能，依据试验结果选择使用场合。
3、金属容器技术要求的确定
在设计容器时，所提出的容器的各项技术要求，包括工艺要求、使用条件、检测手段、表面处理等，可以参照同类容器标准的规定加以提出，也可以根据所设计金属容器的使用场合具体确定。
4、容器图样的绘制
金属包装容器的图样绘制， 要根据我国国标中规定的制图标准以及包装标准中相关绘制要求进行绘制。应符合机械制图标准等要求，按规定的线型、符号及方法绘图，并按标准规定使用图纸、加注尺寸和标出文字说明等。
二、设计图样的要求
图纸是工程师交流设计思想的语言。设计工作的成果最终都将以工程图纸的形式呈现出来。绘制包装图样时，同样应严格遵守相关的国家标准。
1、金属容器图样类型
(1) 产品包装图(packaging figure) 表达包装件包装各组成部分结构、尺寸、外观及其与被包装产品相互关系的必要的数据及技术要求的图样。
(2) 金属容器图(figure of packaging container) 表达包装容器结构、尺寸、外观和技术要求的图样。
(3) 容器零部件图(container detail drawing) 表达容器零部件结构、尺寸、材质、数量、外观及技术要求的图样。
2、产品包装图的表达
现以金属茶叶罐礼品包装为例，阐述产品的包装图表达方式，产品的包装图（图2-9)需清楚表达出产品的包装组成及装配要求，在绘制产品包装图时，可附加必要的局部剖视图或局部视图，如图2-10所示为产品包装结构的示意图画法。
在产品包装图中，其内容金属罐也可用双点画线或细实线表示出主要轮廓特征，金属罐在包装容器内的固定、防护等，可用示意图表示，并可附加文字说明，如图2-11所示为表示包装内部产品定位的示意图画法。
为进一步了解产品包装的安装定位及衬件结构，允许用简化示意图标注必要的外形、安装和连接尺寸来表示，产品在包装容器中的位置的简化示意画法如图2-12所示。
3、金属容器图的表达
(1) 包装容器图
现以金属桶为例，阐述金属容器图的表达方式。包装容器图一般只需画出其外形，但对于工艺结构比较复杂的包装容器，要标注包装容器的零部件序号，并在明细栏内按序号填写零部件名称、材质、规格、数量，在图样上标出容器的内外部尺寸，必要时需在技术要求中注明允许的被包装产品的极限质量，包装容器图如图2-13所示。
(2) 图文版面图
绘制包装容器图（如金属罐）图文版面及位置图时，一般按文字、图案的最大外尺寸，在四边用点划线连接成矩形，并按比例标注在图样上，表示包装容器的图文版面及位置画法如图2-14所示，文字、图案居中时，可不标注位置尺寸。
(3) 零部件图
容器零部件图一般根据装配时所需的位置、形状和尺寸画出。零部件在装配过程中的装配尺寸，应标注在产品包装图或包装容器图上，如需在零部件图上标注时，应在有关位置或尺寸上注明或在技术要求中说明，如图2-15所示为大口径液氮容器结构示意图。
三、金属罐设计的一般原则
金属罐的设计一般是根据用户需求选择罐形、材料、封口形式以及罐表面的装溃设计。一般情况下，制罐设备的设计都会考虑到金属罐有关标准的应用条件。
1、制罐材料的选择
制罐的原材料有镀锡板、涂料镀锡板、黑铁皮、涂料无锡钢板、铝合金薄板等。浅拉深罐材料主要选用无锡钢板或涂料无锡钢板。深拉深加工时，材料的变形量大，使用铝合金薄板才能满足冲拔拉深时塑性变形的要求。经过对模具制作及冲压工艺的调整后，目前人们也选用镀锡板来制造深拉深罐。
变薄拉深罐的原材料主要有铝合金薄板和镀锡薄钢板，现在人们普遍选用的是美国铝业协会标准(AA标准）的3000系列铝合金，由于国际上铝合金的价格不断上扬，国内外许多厂家都转向选用镀锡板来制造变薄拉深罐。
2、罐形和罐容规格的选择
金属罐的罐形、尺寸以及封口方式都受到制罐设备的限制，目前批证生产的常用金属罐的规格尺寸和结构形式都已标准化，不仅促进了制造设备的标准化和规范化，也使制罐变得简单易行了。尽管如此，也需要遵循一些基本的通识规则。
在现代制罐技术条件下，可以制造出各种结构形式和罐型的金属容器。根据容器的外形，有圆形罐（竖圆罐、平圆罐）和异形罐（方形罐、椭圆形罐、梯形罐、马蹄形罐等）两大类。表2-1为我国常见金属罐罐形分类与编号。通常圆柱形容器是所有的容器中制作最容易、用料最节省、容积最大的一类，但外观较一般；异形容器造型独特，但制作较困难，用料及成本都较大。此外，还应综合考虑其他因素，以确定容器的封闭形式、开启方式、侧缝结构、盖及底的结构等。
表2-1 常见金属罐罐形分类与编号
| 罐型 |
编号 |
圆罐 |
按内径、外高排列 |
冲底圆罐 |
200 |
方罐 |
300 |
冲底方罐 |
400 |
椭圆型罐 |
500 |
冲底椭圆罐 |
600 |
梯形罐 |
700 |
马蹄形罐 |
800 |
从罐型上看，各种罐型都各有特点，圆柱形容器具有用料最少容星最大的特点。在容量相同的条件下，方形容器的用料最多，比圆形容器的用料多40%，其他棱柱形容器也都比圆柱形容器用料多。因此在设计选定容器形状时，应尽量选用圆柱形容器构型，异形容器只在必要时选用，因其制造成本约为圆柱罐的2倍以上。三片罐的设备投入和生产效率比两片罐低很多，因此在选用哪种罐型时，要考虑到包装最终的核算成本问题。为了节约原材料，罐的罐盖直径部分都较小，所以罐的上缘部分常采用缩颈结构，如双缩颈、三缩颈等罐型，在加工上多采用旋压缩颈结构。
在众多的金属容器中，尤其是罐头食品用容器的规格尺寸、结构形式都已经标准化了。我国巳参加国际标准化组织，通用的三片式容器都采用国际标准。如罐头容器圆罐系列的规格尺寸就是采用国际通用的规格系列。一般商品的填装率为85%~95%。规格尺寸、罐容的确定应尽量符合标准化规格要求。因特殊要求需设计新罐型时，要根据包装要求及包装量，先设计出容器的造型和结构尺寸，然后计算罐容。有时还要综合考虑其他因素，如商品受热时体积膨胀等来核算罐容和结构尺寸，最后根据核算结果来确定或选定金属罐的规格尺寸。
罐容是指20℃时的金属罐的容积，计算时要扣除罐底和罐盖的高度，如圆罐的罐容可按下式计算：
3、内容物及包装要求
选定罐型时，要根据内容物的特性和包装要求来确定其罐形结构、封口及开启方式。罐身成型后，可根据包装要求，合理确定封口方式，一般选用标准的二重卷边结构。常用的开封形式有卷封式、侧面卷开式、饮料罐易开盖式和整体拉开盖式等，在选择罐形时，同时应确定开封形式。根据容器的密封状态要求，可选气密式容器和非气密式容器。罐壁接缝形式也可选钩接式、粘接式、锡焊式和熔焊式等类型。根据容器所罐装的内容物，其开启方式可选切开式、卷开式、拉开式和其他各种开启式等类型。如食品和饮料罐一般要求密封性好，饮料罐为方便开启，多选用易拉盖。午餐肉类食品，为开启后肉品完整，多采用侧开式方罐或全开式易拉盖圆罐。而对千非食品杂罐，则侧重要求反复开启与再密封，对千造型和装溃设计要求较高。而化工罐，则侧重千密封性、强度、运输方便及安全性等，其罐形的结构形式上就具有相应的选择和要求。
4、罐的强度和罐壁厚度的确定
对于非压力容器，根据要求选择壁厚，一般为0.15~0.5mm。选择原则是罐身直径大时选大值，直径小则选小值。对于压力容器（如含气饮料），则应根据罐内压力大小及材料的许用应力来确定。两片罐的罐身无侧缝，罐底与罐壁为一整体，其罐底主要起支撑整个容器的作用，罐底的外形通常设计为圆拱形，要求具有一定的抗弯强度，如啤酒饮料罐，其罐底的最小抗弯强度为586~620kPa。罐身的侧壁厚度可依公式确定，必须保证其纵向抗压强度不低于1330N。三片罐为提高容器的结构强度，可在容器侧壁滚压加强筋，在罐盖和罐底上设置膨胀圈。
5、容器外表面的装溃设计
容器的外表面装溃设计一般由装溃设计人员根据商品信息进行色彩、图案和文字以及商标标志的设计，由印铁厂负责装溃的实施。在印铁厂实施装溃时，先以合适的涂料或油墨在罐外表面打底进行底涂处理，然后再依装溃设计的内容借助印刷技术实施彩色印刷，而后再涂布罩光保护涂料即完成装溃印刷。
|
