Производство стеклянной и металлической тары

При внедрении острого  инструмента в тело полосы жести, опирающейся на плоскость, полоса изгибается в сторону инструмента. Поэтому ступенчатое дно канавки, внедряясь во внутренний слой, влияет на раскрытие нахлестки. Для компенсации этого явления производится расплющивание среднего слоя, который, внедряясь во внутренний и наружный слои соответственно, уменьшает расстояние нахлестки.

Ввиду того, что после  сворачивания бланка производится склепывание  его свободных концов и он остается изогнутым под действием замыкающих сил замковой части продольного шва, корпус после выхода из формующего автомата находится в напряженном состоянии под действием внутренних упругих сил, величина которых равна величине момента, приложенного при формовании корпуса. Эти внутренние силы, возникающие в обечайке, действуют на продольный шов и деформируют его в сторону увеличения зазоров этого шва. Поэтому механические свойства жести непосредственно влияют на режимы технологического процесса и на качество изготовления корпуса. Как бы сильно ни был сжат продольный шов во время склепывания, после снятия нагрузки молота шов деформируется под влиянием внутренних сил в обечайке, возникающих при формовании корпуса. Эти силы стремятся раскрыть шов, в котором под действием внешней нагрузки появляются замыкающие силы. Под действием этих сил крючки деформируются. В замковой части шва величина зазоров зависит от радиуса корпуса, толщины и механических свойств жести, а также величины перекрытия шва. Чем больше предел текучести жести и ширина шва, тем больше зазоры в шве при одном и том же радиусе корпуса. С уменьшением толщины жести наружный и внутренний зазоры шва увеличиваются [1].

Нахлестка не может создавать  замыкающих сил, поэтому момент внутренних сил, возникающих в участке корпуса, расположенном в зоне нахлесток, воспринимается ближайшей к нахлесткам замковой частью шва. В этих участках возникает дополнительная деформация, которая увеличивает зазор в замковой части шва после нахлестки на 20 – 30 %.

Таким образом, чем больше ширина нахлестки и перекрытие шва, тем больше раскрывается замковая часть шва у нахлестки и тем больше раскрывается сама нахлестка.

Так как зазор в  нахлестке имеет клиновидную  форму как в поперечном, так  и в продольном направлении, максимальная величина зазора получается на торце корпуса. Такой зазор, как правило, не пропаивается из-за слабого действия капиллярных сил. Поэтому торцовая часть наружного лепестка нахлестки предварительно скашивается и ширина нахлестки по возможности уменьшается, что способствует лучшей пропайке торца корпуса и улучшению герметичности углошва при закатывании [1].

Пайка шва. Пайка продольного шва производится подачей расплавленного припоя в зазор нагретого шва. Заполнение зазора шва припоем происходит под действием капиллярных сил, втягивающих припой в глубину шва. Для движения припоя вдоль зазора существенное значение имеет способность расплавленного припоя смачивать поверхность жести.

Для создания условий, благоприятствующих пайке, поверхность жести обрабатывают паяльной жидкостью. Это производится до склепывания продольного шва путем промазки крючков роликами и щетками и промазкой роликами наружного зазора шва после склепывания.

Для заполнения шва припоем  необходимо прогреть шов до температуры плавления припоя, иначе затекающий в зазор припой быстро отдает тепло окружающим его слоям жести и теряет подвижность.

Нагрев шва обычно производится самим паяльным валом, подающим расплавленный припой к  шву благодаря подаче большего количества припоя, чем это нужно для заполнения шва. Такой метод достаточно эффективен, так как припой обладает высокой теплопроводностью. Однако для высокоскоростных паяльных автоматов скорость нагрева шва паяльным валом уже недостаточна, поэтому применяется более эффективный предварительный подогрев шва газовыми горелками или токами высокой частоты. Это позволяет сократить время нагрева до 0,2 – 0,3 с, а также сократить длину паяльного вала за счет той его части, которая осуществляет прогрев шва [1].

Время прогрева шва, а  также возможность поддержания необходимой его температуры во время заполнения припоем зависит от количества припоя, подаваемого вращающимся паяльным валом. С увеличением скорости вращения этого вала и понижением температуры припоя толщина слоя последнего на паяльном валу увеличивается. При скорости вращения вала 220 – 250 об/мин возможен отрыв капель припоя от вала под действием центробежных сил. Практически вал вращается со скоростью 100 – 200 об/мин.

Так как наружная часть  продольного шва нагревается  валом больше, чем внутренняя, шов деформируется, изгибаясь выпуклостью наружу корпуса. Поэтому корпус соприкасается с валом во время пайки не по всей длине продольного шва, так как стрела прогиба шва составляет 0,4 – 0,6 мм.

Путь движения припоя , а, значит, и время заполнения припоем  зазоров в шве зависят от длины последнего. С точки зрения герметичности корпуса пропайка зазора с внутренней стороны шва необязательна. Однако при высоких размерах и большом диаметре пропайка зазора с внутренней стороны увеличивает прочность шва. Такое требование к пропайке зазора шва ограничивает производительность паяльных автоматов, так как времени требуется в несколько раз больше, чем для заполнения зазора снаружи шва [1].

Так как паяльный вал  наносит на корпус избыточное количество припоя, последний после окончания пайки удаляется с наружной поверхности корпуса вращающимся матерчатым диском, протирающим околошовную зону корпуса. Для качественной очистки необходимо, чтобы припой во время очистки имел наименьшую вязкость, т. е. был достаточно разогрет. Поэтому очистные диски устанавливаются сразу же за паяльной ванной или между ванной и очистителем устанавливают устройства для подогрева продольного шва (рис. 3. 14).

Так как очистной диск вращается со сравнительно большой  скоростью, капли припоя под действием  центробежных сил срываются с диска и летят вдоль движения корпусов, попадая на их внутренние поверхности. Для предохранения корпуса от попадания припоя внутрь применяется противозабросное устройство, перекрывающее промежутки между корпусами, проходящими над очистным диском. Застывающий припой весьма чувствителен к вибрациям и ударам, поэтому необходимо быстро охладить пропаянный шов до температуры ниже 140 °С, при которой кристаллизация припоя полностью заканчивается. Для охлаждения шов обдувается воздухом. Интенсивность охлаждения шва воздухом относительно небольшая. Поэтому длина участка обдува паяльной машины весьма значительна [1].

Отбортовка  корпусов. Пропаянный и охлажденный корпус подвергается отбортовке фланцев. Эта операция производится методом раздачи кромок корпуса с помощью профильного патрона, перемещающегося вдоль оси корпуса (рис. 3. 15). Рабочая поверхность отбортовочного пуансона выполняется с упором для калибровки диаметра отогнутого фланца. Качество данной операции зависит от соответствия профиля отбортовочного пуансона толщине и механическим свойствам жести.

Материал корпуса будет  изгибаться по профилю патрона только в том случае, если радиус профиля  будет меньше радиуса свободного изгиба. Если материал имеет низкий предел текучести (мягкая жесть), то может произойти подворот кромки фланца книзу (посаженный фланец) даже при стандартном профиле патрона.

Так как при отбортовке происходит значительная деформация материала (относительное удлинение на 8 – 15 %), упругая малопластичная жесть может дать разрывы по фланцу при любой конфигурации отбортовочного пуансона. Практически для жести нормальной толщины  (0,22 – 0,28 мм)  и с обычными механическими свойствами эти дефекты встречаются редко. При изготовлении корпусов из тонкой жести с малым удлинением (3 – 5 %) этот дефект встречается часто [1].

Закатывание

Присоединение дна и  крышки к корпусу производится на закаточных машинах (рис. 3. 16). На корпус надевается донышко, и в собранном виде эта пара плотно прижимается к патронам 1 и 3 и начинает вращаться.

Расположенный сбоку  закаточный ролик 2, свободно сидящий  на оси, прижимается к вращающемуся донышку и под действием возникающих  сил трения также начинает вращаться. При этом ролик обкатывает донышко  и придает ему нужную форму.

Сложность формы шва  и особенности силового воздействия вынуждают производить закатывание в два последовательно выполняемых этапа. Первый этап обеспечивает подгиб поля крышки и ее завитка под фланец корпуса 4. Во время второго этапа шов окончательно сжимается, его межслойные зазоры уменьшаются до предела, заполняется уплотняющим материалом и герметизируется.

Закатывание производится при помощи закаточного патрона  и закаточных роликов первого и второго этапов.

Наружный диаметр закаточного  патрона устанавливается в зависимости  от диаметра вытянутой части крышки. Конус в крышке обеспечивает центрирование крышки по патрону, а также облегчает снятие банки по окончании закатывания. Закругление у основания патрона такое же, как внутреннее закругление основания крышки. Толщина тела патрона должна быть равна глубине вытяжки крышки.

Закатывание может производиться  при вращающейся или неподвижной  банке.

Первый способ проще, но не всегда допустим при закатывании  наполненных банок, так как при большой скорости вращения часть содержимого может выбрасываться. Второй способ больше подходит для закатывания наполненных банок, но машины для его осуществления более сложные.

Учитывая целесообразность использования унифицированных  машин, для производства банок нередко  применяются машины, где банки  при закатывании неподвижны, а ролики обегают банку.

Такие машины позволяют  выполнять каждый этап закатывания  одновременно двумя попарно работающими роликами. Так как ролики, выполняющие первый и второй этапы, совмещены в одном узле, закатывание происходит последовательно при неизменном положении банки, а продолжительность закатывания уменьшается.

Качество шва после  первого этапа проверяется визуально, размеры шва измеряются с помощью  шаблонов, внутренние элементы проверяются  после распиливания шва.

На герметичность шва  решающее влияние оказывает величина усилия нажима закаточного ролика второго этапа [1].

Для роликов первого  этапа с внешней канавкой нажимное усилие примерно вдвое меньше, чем для роликов первого этапа.

Важным показателем  качества являются правильные размеры  элементов шва, которые замеряются специальными шаблонами до и после распиливания шва. Однако, необходимо помнить, что размеры шва могут быть правильными, а шов – негерметичным. Банка является качественной, если все показатели отвечают поставленным требованиям (качество нанесения пасты, нормальная пропайка продольного шва и т. д.) [1]

Изготовление  цельноштампованных банок

Штампованные банки  из жести или алюминия производятся путем вытяжки с прижимом, являющейся одной из распространенных операций листовой штамповки. Вытяжка представляет собой процесс превращения плоской заготовки в полую деталь – банку. Для данной операции применяются матрица 1, пуансон 2 и прижимное кольцо (складкодержатель) 3. (рис. 3. 17).

Усилие прижима Q обеспечивает получение гладкой поверхности вытянутой банки. Чрезмерное увеличение силы прижима может привести к разрыву металла при штамповке. Оптимальной силой прижима заготовки считается минимальная сила, достаточная для устранения образования складок на отштампованном изделии. Для практических расчетов используют опытные значения среднего удельного давления силы прижима, исходя из предположения, что эта сила равномерно распределена по всей площади кольцевого участка, ограниченного диаметрами d₂ и D₃. Данная сила определяется по формуле

Рабочий процесс вытяжки  неизбежно сопровождается противодействующими ему сопротивлениями, важнейшими из которых являются:

а) сопротивления деформации вытяжки и поперечного сжатия металла;

б) силы трения на поверхностях соприкосновения штампуемого материала с инструментом, вызываемые силой прижима;

в) дополнительные сопротивления  от трения и изгиба, возникающие при перемещении металла по закругленной входной кромке матрицы.

Так как в процессе вытяжки банок из-за неоднородности физико-механических свойств металла (анизотропии, неравномерности толщины жести) фланец банки получается неодинаковой ширины и образуются так называемые фестоны; поэтому необходима дополнительная операция – обрубка фланца. Для облегчения процесса вытяжки, устранения обрывов и складок, а также уменьшения усилий, возникающих при вытяжке, радиусы закругления матрицы r_м и пуансона r_n принимают возможно большими (10 – 25 толщин жести). Однако для последующей закатки банки необходимо иметь равномерный фланец и вполне определенный радиус отбортовки фланца. Поэтому после вытяжки банки кроме операции обрубки фланца необходимо производить его формовку (получить требуемый радиус отбортовки) [1].

В зависимости от принятой технологии изготовления цельноштампованных банок инструмент для их производства может быть пооперационный и комбинированный. При пооперационном изготовлении банок на двух прессах на штампе первой операции производится вырубка заготовки и вытяжка банки; на штампе второй операции – образование рельефа дна, обрубка фланца и оформление радиуса отбортовки фланца.