《包裝機械設計》（1）

第十七章 金屬包裝容器的成型加工機械

金屬包裝容器指用金屬薄板材料制成的薄壁包裝容器。金屬包裝容器種類很多，從造型和結構上分，主要有罐、筒、盒、桶、軟管、箱等。

食品包裝用金屬罐是典型的金屬包裝容器，其結構形式主要有兩片罐和三片罐兩類。兩片罐又有深沖拉拔兩片罐（DRD）和變薄拉伸兩片罐（DWI）兩種；三片罐則有錫焊三片罐、電阻焊接三片罐和粘接三片罐三種。

金屬桶及金屬軟管在食品、化工及日用品領域中的用量日益增多。另外，金屬箔包裝作為一種具有廣泛前景的包裝也得到人們的高度重視。為此，本章重點介紹三片罐、兩片罐的成型加工機械。

第一節 金屬罐包裝容器成型機械

本節僅對罐頭食品、飲料類包裝的三片罐和兩片罐的金屬包裝容器的制造技術與加工機械加以分析和介紹。

一、三片罐的制造技術及設備

三片罐是指由罐身、罐底和罐蓋（頂蓋）三片組成的金屬罐。

（一）錫焊三片罐的制造技術及設備

錫焊三片罐按外形分有圓形罐、方形罐、梯（錐）形罐和馬蹄形罐等。其中圓形罐應用最廣、用量最大，下面以圓形罐為例介紹其制造技術及設備。

1.錫焊三片罐的制造流程

錫焊三片罐的加工制造分罐身、罐蓋、罐身與罐蓋組合三個工序。

罐身的加工工藝流程為：鍍錫薄板剪切下料→彎曲→切角和切缺→端折→成圓→涂焊藥→踏平→錫焊→焊處擦錫屑→冷卻→翻邊→罐身完成。

罐蓋的加工工藝流程為：鍍錫薄板剪切下料→涂油→沖蓋→卷邊→注膠→烘干→罐蓋加工完成。

罐身與罐蓋組合形成空罐的加工工藝流程為：罐身送入→加罐蓋→二重卷邊封口→空罐加工完成。

2.罐身加工機械

罐身加工有半自動與全自動兩種方式。

（1）半自動制造圓罐身的專用設備

圓罐身半自動加工制造設備包括剪板機、切角切缺機、端折機、成圓機、踏平機、焊錫機和翻邊機等。

剪板機是對罐身用的鍍錫薄鋼板進行裁切下料的機器。制罐中常采用的剪板機有閘刀式和圓刀式兩種，其中圓刀式應用最廣。圓刀式剪板機又稱圓盤剪床，在上、下兩根相反回轉的刀軸上各安裝有圓盤切刀和橡膠壓輪，靠上、下兩圓盤刀刀刃在接觸平面相交割，構成連續的剪刀，板材通過其間就被剪切分開。

切角切缺機、端折機、踏平機，均采用小型曲柄壓力機結構，配以相應的工模具來實現其工藝功能。切角切缺機用于在罐身料坯的兩端角部位切斜角和缺口；端折機用于彎折罐身縱向咬合縫的彎鉤；踏平機用于踏平并壓緊罐身成圓后的縱向接縫鉤合部，使之構成牢固連接的縱向接縫。

成圓機是將端折好并踏平的罐身坯料卷成圓筒形的機器。制作三片罐通常采用輥式成圓機，按三輥成圓法，使罐身板坯卷曲成理想的圓筒狀。通過調整輥與輥的間距，便可改變罐身板坯的成圓曲率。

焊錫機是用鉛錫焊料將接縫焊牢的機器。在踏平縱向咬口時，手工在接縫處涂上焊藥，再用焊錫機進行錫焊。

（2）自動制造圓罐身的專用設備

圓罐罐身采用現代化的自動連續生產線加工制造時，通常使用自動雙聯圓刀剪板機、自動聯合罐身制造機、自動翻邊機等高效率的機器。

自動雙聯圓刀剪板機，由兩臺圓刀剪板機相互垂直配置而成。其中一臺圓刀剪板機完成罐身坯料的長度裁切，另一臺圓刀剪板機完成寬度裁切。每臺剪板機上都有一對互為反向旋轉的上、下刀軸，軸上安裝有多對圓盤刀，且各自都有輸送器和工作臺。鍍錫薄鋼板在第一臺圓刀剪板機工作臺上由輸送器沿側向導板送進，經過圓盤刀之間而被剪切成長條，排出到第二臺剪板機前的連接工作臺上，由帶推爪的鏈條輸送器送到第二臺剪板機上，經過上、下圓盤刀軸之間，接受再次剪切，可得到滿足尺寸要求的罐身板坯料。

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圖17-1 罐身聯合制造機示意圖
1-送料器；2-彎曲器；3-切角切缺裝置；4-端折裝置；5-罐身成型機；6-導向軸
7-焊藥涂敷裝置；8-預熱裝置；9-焊錫機；10-擦錫裝置；11-冷卻段

自動聯合罐身制造機可完成罐身板坯料的卷圓和將罐身縱向接縫用錫焊焊牢的工作。該自動聯合機主要由罐身成型機和焊錫機組成。罐身成型機主要由罐身板坯料庫、真空送料裝置、彎曲處理裝置、切角切缺裝置、罐身板料輸送器、端折裝置、成型踏平裝置和導向軸等組成。它能完成從罐身板坯放入料倉到完成壓平咬合接口的罐身筒制造的多道工序。焊錫機由涂焊藥、預熱、焊錫、擦錫屑、冷卻等裝置組成，用于罐身咬口的錫焊和清整工作。圖17-1所示即為罐身聯合制造機，送料通常采用真空送料裝置，把板坯從料庫送出；彎曲處理采用軋輥裝置，使板坯通過時彎曲，減小板的彈性和消除應力集中現象；切角切缺、端折均采用偏心曲柄機構驅動專用模具完成；成圓有的采用輥成圓法，有的采用雙翼式抱合成圓法；錫焊各工序均采用自動焊接裝置完成，罐身加工的工藝流程如圖17-2所示。

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圖17-2 罐身加工工藝流程圖
1-送料；2-彎曲處理；3-切角切缺；4-端折彎曲；5-成圓壓接口；6-涂焊藥及預熱
7-焊錫；8-加熱；9-擦屑；10-冷卻

自動翻邊機是利用模具對罐筒兩端部施加圓周擠壓力，使其形成外翻喇叭口的機器。翻邊機如圖17-3所示，翻邊是為罐身與罐底進行二重卷邊封口準備條件。罐身生產線上采用的回轉式自動翻邊機，常見的有四頭式、六頭式等多種機型。回轉式翻邊機主要由機座1、翻邊驅動裝置2、翻邊模3、滑筒4、進罐軌道5、星形托罐輪6、操縱手柄7及傳動裝置8等組成。翻邊時，罐身由進罐軌道5進入翻邊機，逐個在星形托罐輪6的輪槽上定位。托罐輪6帶著罐身與對應的翻邊模3同步回轉，回轉中翻邊模3在凸輪驅動下向罐身作推進和退離運動。兩邊的翻邊模向罐身推進時，模具擠壓罐身口端使其邊緣向外翻，達到要求時，翻邊模與罐身分離退回原位，已翻邊罐身由托罐輪傳送到下方，由出罐軌道排出。

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圖17-3 回轉式翻邊機
1-機座；2-驅動裝置；3-翻邊膜；4-滑筒；5-進罐軌道；6-星形托罐輪；7-操縱手柄；8-傳動裝置

3.制蓋機

制蓋時，首先將鍍錫薄鋼板用波形壓力切板機裁切成波形邊沿的板條，以便提高板材利用率，如圖17-4所示。用波形板條在沖蓋機上沖壓成由加強圈、平面和斜面構成的蓋坯，再用卷邊滾壓機構滾壓其邊沿，便成為有鉤邊的蓋，如圖17-5所示。在蓋鉤邊中注涂密封膠，烘干后形成有彈性的膜，完成罐蓋的制造加工。

圖17-4 罐蓋用波形板條 　　　　　　　　　　　圖17-5灌蓋結構

罐蓋制造設備有半自動和全自動兩種，全自動的罐蓋制造設備主要包括波形壓力切板機、自動沖蓋機、罐蓋卷邊機、注膠機、烘干機等。

波形壓力切板機又稱渦形剪切機，屬于雙曲拐軸型壓力機，專用于切取有波形邊沿的板料。其滑動刀座上安裝有波形切刀，相對應的固定刀座上安裝著波形底刀。

自動沖蓋機由料盤、自動進給裝置、沖模廢料排出輥、蓋拋擲裝置以及與此直接聯接的罐蓋卷邊器組成。沖蓋機構采用升降式雙柱傾斜式（沖床）機構。沖蓋機構的落料口設有保險裝置，以防止兩片蓋同時落入卷邊器。如果出現兩片以上重疊輸送情況，離合器則自動作用，沖壓停止（卷邊器的排出口，也設有同樣的保險裝置）。有的沖蓋機上為防止蓋的表面出現紋，還設有高頻加熱裝置，對沖壓前的坯料進行加熱。

由沖蓋機沖出的罐蓋，其邊沿與蓋平面垂直，不利于后工序的卷封。為改善卷邊封口條件，防止注膠時膠液外溢，需對蓋進行卷邊，使罐蓋周邊向內呈50°左右的彎曲變形。圓罐罐蓋卷邊機有單輪和雙輪卷邊兩種，分別與單模沖蓋機或雙模沖蓋機配用。圖17-6所示為雙輪卷邊機構，圓盤2外緣固定內卷邊模3，座板5固定著外卷邊模6。內卷邊模與外卷邊模間構成卷邊滑槽7，占有180°或270°的弧長。滑槽7的寬度在蓋進口端較寬，蓋排出口處較窄，呈連續變化。圓盤2由電動機經減速后驅動作回轉運動。卷邊機安裝于沖蓋機之后，靠滑槽與沖蓋機的罐蓋排出滑道相銜接。沖蓋機沖壓出的蓋自傾斜滑道落下，直接或經傳送皮帶加速后進入卷邊機。罐蓋進入卷邊滑槽時，受回轉圓盤的帶動沿卷邊滑槽作滾動行進，在行進中同時受到卷邊模的擠壓，罐蓋邊緣被迫向內彎曲。到出口端完成卷邊而排出到蓋收集器或經傳送帶輸送走。

圖17-6 雙輪自動卷邊機構
1-灌蓋；2-圓盤；3-內卷邊模；4-蓋收集器；5-座板；6-外卷邊模；7-滑槽

罐蓋注膠機是往蓋的卷邊部分注入密封膠的設備。它能按注膠寬度和壓力進行注膠，以保證罐蓋與罐身連接處的密封性。圓罐蓋注膠機有單頭和四頭，它們分別有一個注膠嘴和四個注膠嘴，其中四頭注膠機是有注膠和烘干功能的聯合機。圖17-7所示為四頭注膠機，它主要由罐蓋供送裝置、注膠機構、烘干箱、機座、傳動機構、控制機構等組成。

圖17－7 四頭注膠機簡圖
1-下壓頭；2、3-星形輪；4-蓋膛；5-注膠嘴；6-針閥；7-上壓頭；8-頂桿； 9-圓柱凸輪；10-膠液管；
11-分配軸； 12-分配箱； 13-烘干箱； 14-導柱；15-螺桿； 16-蓋排出槽；17-加熱器；
18-控制盤；19-輸膠管；20-貯膠箱；21-氣壓泵

四頭注膠機工作時，罐蓋放于蓋膛4中，星形輪2、3將其送到注膠裝置的下壓頭1上，注膠裝置有四套注膠嘴和上、下壓頭。注膠嘴上的針閥6由固定凸輪9控制而實現開閉。壓氣泵21把壓縮空氣送入貯膠箱20，密封膠從輸膠管19送到分配箱12及注膠嘴5。注膠時下壓頭1上升，罐蓋被壓在上、下壓頭之間，由上壓頭7帶動回轉，注膠嘴5開啟針閥注膠。在注膠過程中，罐蓋轉兩周，以防止漏涂。注完膠的罐蓋，由星形輪撥出，進入烘干箱烘干。

注膠后的罐蓋通過傳送機構送入烘干箱加熱烘干，冷卻固化后輸送至下一工序。圖17－8所示為雙道式烘干箱的結構，傳送機構將罐蓋（罐）吸附在有磁性的不銹鋼帶上，經熱風烘干后再送入上部的冷卻通道進行冷卻，即完成整個烘干過程。烘干過程中，罐蓋（或罐）口朝下，熱風從外側以高速流向內側，實現有效的熱傳遞。烘干固化時間約3~5s。由于輸送帶有磁性，故蓋或罐不會傾倒，也不會出現無序現象。

圖17－8雙道式烘干機（烘干箱）原理圖
1-冷卻空載輸送機； 2-冷卻道； 3-加熱道； 4-取出傳送機；5-插掛鏈；6-主傳送機
7-雙帶傳送機；8-蓋或罐在箱內運行

4.罐身與罐蓋密封結合機械

罐身與罐蓋制好后，需要將兩者結合成罐容器。一般采用二重卷邊封口方式將兩者結合起來，使其密封。封罐機有單頭和多頭兩種類型。

封罐機主要由自動送罐裝置、自動送蓋和加蓋裝置、卷邊封罐裝置等組成。卷邊封罐裝置是封罐機的核心裝置，封罐機的具體結構可參考有關包裝機械的專業手冊。

封罐機工作時，罐身加上罐蓋后被送到封罐機的下壓頭上定位，下壓頭由凸輪驅動升起，與上壓頭一起將罐身罐蓋夾住，隨后卷封機頭對罐身罐蓋實施雙重卷邊封口。卷封機頭上安裝有兩道（每道兩個卷封滾輪）共四個卷封滾輪，第一道的兩個卷封滾輪先進行頭道卷邊，然后第二道卷邊工作滾輪完成卷封作業。圖17－9為二重卷邊封口作業示意圖。完成卷邊封口之后，下壓頭下降，空罐由排出裝置排出。在進行卷邊封口時，卷封滾輪相對罐體作旋轉運動，同時，還向罐體中心作徑向進給運動。其運動由專門機構實現。

圖17－9 二重卷邊封口作業示意圖

封罐機同樣可以用于裝滿物料后的罐的封蓋。用卷邊封口軌道卷封的封罐設備現已開始應用，這種軌道式封口的壽命長，工作效率更高。