《包装容器结构设计与制造》

课

程

设

计

指

导

书

包装容器结构设计与制造

一、目的

《包装容器结构设计与制造》是研究包装制品结构设计与成型加工技术的一门系统应用科学。通过本课程的学习，旨在培养学生最基本的设计理论知识与实际设计技能。因此，在教学过程中，除了系统地讲授必要的包装容器成型工艺和制品结构设计的理论外，还应使学生作一定的设计技能锻炼，旨在培养学生综合应用所学知识、分析和解决具体产品包装设计问题的能力。

1) 具体应用和巩固本课程及有关选修课的理论知识，了解包装容器的一般设计方法和步骤，培养学生的设计能力，为以后进行设计工作打下基础；

2) 通过对包装容器的结构设计，加深对包装容器结构设计的认识，培养学生独立分析问题和解决问题的能力；

3) 设计采取分组方式进行，第一组设计金属制品包装容器，第二组设计纸制品包装容器，第三组设计塑料制品包装容器。

二 要求

在课程设计中要求学生注意培养认真负责，踏实细致的工作作风和保质、保量、按时完成任务的习惯。在设计过程中必须做到：

1) 随时复习教科书和听课笔记；

2) 及时了解有关资料，做好准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性；

3) 认真绘图和计算，保证图纸质量和计算正确；

4) 按预定计划循序完成设计任务。

金属容器设计部分

1、 设计任务

要求设计者对所给的设计课题经过认真构思，通过查询相关的规格尺寸和辅导教材，并听取意见作进一步的修改。

2、 设计内容

a) 三片罐设计

i. 选择合适的金属材料

ii. 罐型及罐容规格的选择

③罐身的设计及罐身坯料厚度计算

④罐盖和罐底的设计

⑤二重卷边

b) 二片罐设计

i. 选择合适的金属材料

ii. 罐型及罐容规格的选择

iii. 罐壁厚度

iv. 制造工艺方法

v. 封口方式

vi. 开封形式

vii. 坯料尺寸计算

3、 设计步骤

三片罐的结构设计

(1)罐形及规格

三片罐中最常用的罐形是圆形罐(竖圆罐、平圆罐)，此外还有方形罐、椭圆形罐、梯形罐等异形罐。在罐形的选择上应综合考虑包装要求和成本等因素。圆形罐在所有的罐形容器中是制造最容易、用料最省、容积最大的，但外形无特色。异形罐造型独特，但制造较困难，用料及成本较大。从最经济化原则考虑在设计中应尽量选用圆形罐，在有特殊要求的情况下才选异形罐。

罐的规格，即罐容器的规格尺寸。对于通用三片罐可以根据标准的规格系列来确定。对于有特殊要求的或特殊形状的罐类容器，可以根据实际需要确定其规格。三片罐规格尺寸的确定过程为：

①根据被包装物的包装要求确定罐形；

②根据被包装物的包装量计算所需容量，并以被包装物的填

装率(约85％～95％)来核算罐容；

③最后根据计算结果选定罐的规格尺寸。

（2）罐身

①罐身接缝 由前述三片罐加工工艺方法可治，不同的加工工艺方法形成的罐身接缝也不相同，共有四种接缝结构形式。

②切角与切缺 切角是将罐身板一端切去的上下两角，而另一端切制出的两个锐角即为切缺，目的是在罐身两端钩合后，钢板重叠量减少，便于翻边及封罐。切角和切缺的深度为

2．1～2．5mm，随罐径增大而增大，允许偏差为±0．15mm。

③端折(成钩) 端折的目的就是为了使罐身的两端能够钩合。成钩要求罐身两端成钩与罐身成相反的35°一45°，且两端咸钩宽度一致，成钩的宽度为2．3—2．8mm，随罐径增大而增大，允许偏差为±0．15mm

④接缝结构 罐身板两端成钩相互钩合后，通过踏平机利用机械压力将钩踏平，形成罐身接缝结构。

踏平后接缝尺寸标准为：

接缝宽度b 2.9—3.4mm(随罐径增大而增大)

接缝厚度t 4tb+ e(mm)；其中，tb是罐身板厚度；e是修正系数，一般取≤0．2mm。 叠接缺口深度h 0.5±0.1mm。

⑤罐身刚性圈 当罐身直径较大时，为了提高刚性，可在其圆周方向滚压刚性圈。同时在纵向接缝处预压出预压筋，以便而后滚压刚性圈。

⑥翻边 罐身上下边缘向外翻出的部分即为翻边，其目的是与罐盖或罐底做卷边密封。 ⑦罐身坯板尺寸计算 以圆罐为例，罐身坯板尺寸计算公式为：

L (d tb) K （1）

式中 d--罐内径，mm;

L--罐身坯板长度，mm；

tb-罐身坯板厚度，mm；

Ka--修正系数，mm；

H h (3~3.5) K （2）

式中 H--罐身坯板宽度，mm；

h--罐的外高，mm。

罐身坯板长度尺寸偏差为±0．25mm；罐身坯板宽度尺寸偏差为±0．1mm，切斜误差不得超过0．25％。

对于电阻焊罐，其坯板长度按式(3．1)，Ka一般取0—0.3mm。

``` 对大型圆罐，设计刚性圈时，按式(3．2)计算的坯板宽度应适当加大些。

⑧罐身坯板厚度 一般金属罐容器所用板材厚度在0．15～o．50mm之间，选择原则是罐身直径大取大些，罐身直径小取小些。对于食品罐和其它压力容器则应根据罐内压力大小及材料的许用应力来确定，罐身板材厚度的计算公式为：

tb Pd

(3)

式中 p--罐内压力，MPa；

d--罐内径，cm；

[ ]——罐材的许用应力，MPa；

tb-罐身板材厚度，cm。

(3)罐盖和罐底

①膨胀圈纹 罐盖或罐底的膨胀圈纹结构见图4-76。其结构一般为一、二道外凸筋和若干级30的环状斜坡构成，圈纹形状视罐盖或罐底的直径而定。

罐盖与罐底的膨胀圈纹可增加罐盖(底)的机械强度；凭借膨胀圈的伸缩性可避免环境温度的变化引起罐卷边的破坏，保证密封性。

②翻边 罐盖(底)外缘翻边向内弯曲形成的边钩将与罐身 的翻边做卷边密封。一般罐盖(底)外缘翻边的形状和规格见图4-36，

③罐盖(底)坯板尺寸计算 圆罐罐盖(底)坯板尺寸计算公式为：

D1 D KD1 (4)

式中 D1——罐盖(底)坯板计算直径，mm；

D——罐内径，mm；

KD1--修正系数。一般选择0.3-0.6mm

(4)二重卷边

二重卷边是三片罐罐身与罐盖(底)相互卷合构成的密封形式，也是目前唯一的一种封口形式。它的结构由相互钩合的二层罐身材料和二层罐盖(底)材料及嵌入它们之间的密封胶构成。其结构见图4-70。

①卷边厚度(T) 卷边厚度于是指卷边外部测得的垂直于卷边叠层的最大尺寸。其计算公式如下：

T 3tc 2tb g (5)

式中 tc——罐盖(底)坯板厚度，mm；

tb——罐身坯板厚度，mm；

∑g——层间间隙之和，约为0.15～0.25mm。

卷边厚度f受卷边轮封卷压力影响，一般压力大r值小，压力小则T值大。

②卷边宽度(w) 卷边宽度是指从卷边外部测得的平行于卷边叠层的最大尺寸。其计算公式如下：

W 2.6tc BH Lc (6)

式中 BH——身钩长度，mm；

Lo——身钩空隙，mm，要求越小越好。

卷边宽度大小还受压辊沟槽的形状、卷封压力及下托盘推力等因素影响。且身钩长度BH对罐的影响较大，一般来说，BH值小，容易产生渗漏现象，BH值太大则容易产生垂边，故身钩长度BH必需适中。

③埋头度(C) 埋头度是指卷边项部至盖平面的距离，它一般由上压头凸缘厚度决定，即：

C W (7)

式中 W--卷边宽度，mm；

a—修正系数，一般为0．15-0．30mm。

④罐身身钩长度(BH) 罐身身钩长度是指罐身翻边向内弯曲成钩状的长度。其值为

1．8--2．2mm。

⑤罐盖盖钩长度(CH) 罐盖盖钩长度是指罐盖圆边翻向卷边内部弯曲部分的长度。盖钩长度取决于头道压辊沟槽的形状，其值与身钩基本一致。

⑥叠接长度(OL) 叠接长度是指二重卷边成型后，卷边内部盖钩与身钩相互叠接的长度。其计算公式如下：

OL BH CH 1.1tc W (8)

式中 BH--身钩尺寸，mm；

CHl盖钩尺寸，mm；

c。——罐盖(底)坯板厚度，mm；

W--卷边宽度，mm。

⑦叠接率(KOL) 叠接率是表示卷边内部盖钩与身钩相互叠接的程度。其计算公式如下：

KOL W (2.6% (9) TC 1.1TB) 100

式中 KOL--叠接率，％；

OL——叠接长度，mm；

W——卷边宽度，mm；

Tc——罐盖(底)坯板厚度，mm。

对圆罐，要求KOL>50％。

根据材料和罐径的不同，二重卷边的结构尺寸也不同，表4-10给出了马口铁二重卷边的尺寸。

二片罐的结构设计

(1)二片罐的结构设计

二片罐的罐形、结构尺寸及封口形式由于受制罐设备的限制，可变化的余地很小，其结构设计在实质上是选定罐形、制造工艺方法及封口形式等。在具体设计中应注意以下几个方面。 a．罐形和罐容规格的选择 二片罐的罐形和罐容与三片罐基本相同，首推选择圆形罐且要求罐容规格尽量选用标准规格尺寸。

b．罐壁厚度 对非压力容器根据要求选定壁厚，一般为0.15～0.5mm左右；对于压力容器(如盛装含气饮料)，则应按公式(3．3)计算罐壁所需最小厚度。

c．制造工艺方法 二片罐的制造方法有浅拉深、深拉深及变薄拉深3种方法，根据要求合理选定。

d．封口形式 一般可选用标准的二重卷封结构。

e．开封形式 常用的开封形式有顶开式、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，²同时应确定开封形式。

(2)二片罐坯料尺寸计算

二片罐在罐身成型时，先用板料冲压出圆形坯料，然后再冲压拉深成型罐。圆形坯料尺寸，通常依照表面积不变或者体积不变原则计算。

对拉深罐的圆形坯料尺寸，按表面积不变原则计算；对于变薄拉深罐，其圆形坯料尺寸则接体积不变原则来计算。圆柱形罐坯料表。