《金属包装设计与制造》（12）

标准钢桶的工艺尺寸及受力分析

文/吴若梅、刘跃军

一、用料计算及排样

钢桶的钢板材料占总成本的60%~80%，钢板材料工艺废料平均为20%~40%，为了保证材料利用率高、降低成本、钢桶质最好、工装模具结构简单、工艺操作方便、生产效率高，必须做好下料预算和钢桶制件的排样。

1、排样原则

材料利用率以K表示，K为单张板制件总净重与单张板料的总重之比。排样时条料上会产生结构废料和工艺废料，如图8-15所示。

排样形式一般有直排、斜排、对排、混合排、多排等，根据制件的不同而不同。在排样时，一般要从以下几点考虑：

①改善制件结构形状，提高材料利用率。

②在保证模具寿命和产品质量的前提下，合理地选择搭边值。一般情况下，最小送料搭边值b1为材料厚度，边缘搭边值b2=1.2b1。

③可采用几种制件混合排样，以进一步提高材料利用率，如废料可冲压垫圈、图钉片等，减少复杂形状拉深件的工艺补充废料。

2、下料预算

(1) 桶身下料

以圆柱形钢桶为例，桶身是由长方形钢板（图(8-16)经过卷圆、磨边、缝焊、翻边等工序后形成的。

如桶身无波纹、环筋（图8-17所示）

则 a=π(d+t)+B         (8-4)

b=G+2c               (8-5)

如桶身有波纹和环筋（假设为半圆形状态），波纹与环筋的料长为2πf1+nπf2，F为钢桶外高，则

b=F-2t+2c+(2π－4）f1+（π-2)f2        (8-6)

公式在应用时要根据设备及模具的实际情况进行修正。

(2) 桶顶（底）下料

图8-18所示为桶顶（底）形状尺寸示意图，按拉深前后毛坯的面积相等的原则计算毛坯尺寸，则圆形毛坯直径为：

各分型面积可由第四章查表可得，可最终得到其下料尺寸。

(3) 三重卷边结构设计

桶身与桶顶（底）接合边缘组合尺寸是指桶身半成品的板边尺寸与桶底、顶盖拉伸凸缘尺寸的组合，该组合尺寸的确定奠定了卷边能否完成以及卷合多少层数的基础，因此必须精确地确定该组合尺寸（图8-19)。

三重圆形卷边的组合尺寸设计公式如下：

式中，L'——桶身板边缘尺寸，mm

L——桶顶（底）凸缘尺寸，mm

A——三重圆卷边厚度尺寸，mm

B——三重圆卷边宽度尺寸，mm

T——桶板材厚度，mm（设全桶的板材厚度相同）

R——桶顶（底）转角半径，通常取(10~16)t，mm。

参照本书二重卷边厚度、宽度计算式及其表示方法，可得

A=7t+Σg

B=BH+Lc+5.5t          （8-12）

在近似计算条件下，A、B计算公式如下式所示

A=B=7t+b               （8-13）

式中，b——修正系数，一般取0.25~0.5mm。

二、成型过程受力分析及强度计算

钢桶的结构已经基本定型，假设圆柱桶内装满液体，桶壁均受到向外的压力［图8-20(a)］。内压力沿半径方向辐射作用千钢桶内壁［图8-20(b)］。钢桶在内压力作用下，其圆周均匀增大，所以通过钢桶轴线的任何截面上，将作用着相同的轴力N［图8-20(c)］。

要使钢桶受均匀内压力时强度足够，则该压力作用于桶壁、桶底、桶顶的应力应小于材料许用应力，即：

6θ<［δ］            （8-14）

6a<［σ］             （8-15）

式中，［σ］——材料许用应力，N

6θ——桶壁所承受的正应力，N

6a——桶底、顶径向截面所受正应力，N

为保持桶内应力平衡，则液体作用于桶壁圆弧面的力与桶体的反作用力N之差为零，即

式中，d——钢桶内径，mm

L——桶高，mm

P——桶内壁的压力，Pa

t——壁厚，mm

θ——液体作用于桶壁圆弧面的单元角，mm

N——桶体的反作用力，Pa

因桶壁厚度t远小于桶内径d，所以

桶顶（底）所受的应力为

钢桶能否承受一定的外力作用，还取决于钢桶的结构。钢桶的桶身是用整块薄钢板焊接而成，桶顶、桶底与桶身是卷边接合，钢桶焊接处的强度在正常使用情况下应不低于原整块钢板的强度，内压力一般不超过2×l05Pa。在实际应用中，钢桶经常受到外力的作用，如严重的跌、撞会使钢桶产生凹陷、扁瘪甚至泄漏，为加强钢桶的强度，在桶身、桶底、桶顶上加工一些波纹和环筋，可以使刚性大大加强。钢桶卷边部分对整个钢桶来说是比较突出的边缘，也是最易被外力跌、撞凹瘛的薄弱环节。

如果钢桶卷边部分强度足够，则必须

采用卷边法接合桶身与桶底、桶顶，本身也是一种加强方式，特别是三重圆卷边已经代替了二重矩形卷边，这是制桶技术的一大进步。