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【摘 要】二次冷轧马口铁易开盖相对普通马口铁易开盖，具有耐压高，开启轻，材料成本低等优点，但因其使用了薄且硬的二次冷轧马口铁材料，导致易开盖在批量的生产过程中存在盖面起皱、成型铆钉易破裂等缺陷，严重影响了产品质量。本文通过基本盖及成型盖的成型工艺研究，优化了基本盖的盖形结构，解决了起皱现象；采用了多级成型技术减少了材料变薄，增加了盖体的耐压强度；改进了起泡工艺，解决了盖体成型铆钉破裂的问题。研究结果为二次冷轧马口铁材料在易开盖中大批量应用提供了技术支持。
【关键词】二次冷轧马口铁材料 易开盖 多级成型 起泡
马口铁易开盖最早于1973年用于金属罐藏食品包装中，与铝易开盖相比，马口铁易开盖具有更好的耐腐蚀性能、便于回收、成本低等特点，因此在罐头食品包装上得到了快速发展。我国马口铁易开盖起步较晚，20世纪80年代末采用国产设备和技术生产的马口铁易开盖开始应用在八宝粥罐头上，才真正意义上突破了“罐头好吃口难开”的难题[1]。经过多年的努力，国产马口铁易开盖的产能、品质快速提升，已取代进口并且开始外销。随着市场竞争的日益激烈，国外易开盖的生产厂商进行了新一轮的技术革新即采用了二次冷轧材料（DR材）。使用该材料，可以显著降低原材料的厚度，以Y300为例，国内用料厚度为0.20mm，而国外为0.16mm，相差20%，且在耐压满足要求的情况下，开启力可以变的更低（更易开启）。为此有必要针对二次冷轧材料进行马口铁易开盖成型工艺的技术研究。
1 二次冷轧材料
钢基经过一次冷轧并完成退火平整后，再进行第二次较大压下量的冷轧加工的材料称为二次冷轧材料。
二次冷轧材料主要的特点：（1）材料更薄；（2）强度更高；（3）板形更好；（4）延伸率低。随着竞争越来越激烈，二次冷轧材料的优势就凸显了出来，在国外其占有量已达到20%以上，并在不断增长[2]。而国内以使用一次冷轧材料为主，主要原因为：采用进口二次冷轧材料，材料价格高，达不到降低成本的目的；国产二次冷轧材料，延伸率较低（3%～5%），成型较为困难，而欧洲达到8%～10%。为了提高竞争力，控制成本，需要针对国产二次冷轧材料进行易开盖成型工艺研究。本项目针对宝钢0.18mm DR8材料进行研究。
2 马口铁易开盖的生产工艺流程（图1）
与成型有关的工序为基本盖与成型盖成型。
3 基本盖成型工艺研究
基本盖决定了易开盖耐压及罐盖的配合，使用薄且硬的二次冷轧材料后，出现了两个问题：（1）因延伸率下降导致埋头筋斜面材料厚度变薄较为严重，影响到了耐压；（2）因材料强度较高，依靠模具的压边力无法有效的消除盖边面的起皱现象，卷封封罐后起皱情况将进一步扩到，影响到罐头的密封性。基本盖结构图见图2。
3.1 材料变薄量的改善
为了减少斜面的材料厚度变薄量，采用了多级成型替代现有的一次成型工艺，见图3。
多级成型工艺切料后先预成型埋头筋，再进行卷边成型，利于材料往埋头筋流动，减少了材料变薄量，采用切片的方式检测，0.18mm材料最薄厚度从原来的0.153mm（图4）变为0.171mm（图5）。
3.2 盖边面起皱问题的解决
起皱是因材料受力失稳，使其形成波浪形的皱折。失稳起皱的判据为：
t/d≥（0.09～0.17） （1-m）[3]。
式中：m为拉深系数， t为板料厚度，d为毛坯直径。
使用二次冷轧材料，t将变小，会导致起皱的产生。消除起皱的现象，需减少切口边缘的缩进量，如图6A1到A2、A2到A3之间的距离[4]，即增大拉深系数m。为此改进了卷边结构，减少了下料尺寸，用于卷封的角长从6.85mm减少到6.35mm（见图7），起皱问题得到了解决。
4 成型盖成型工艺研究
成型盖成型是在一个步进式的冲压工序中完成的，也称为组合成型，组合成型工序又分为以下工序：
起泡1→起泡2→起泡3→刻痕→膨胀→铆合→整形
其中起泡1、起泡2、起泡3为关键控制工序。使用二次冷轧材料后，主要出现的问题为起泡破裂，为此需对各站的起泡工艺进行研究，在延伸率只有3%～5%的材料上实现完整无破损起泡成型。
目前国内马口铁起泡工艺普遍采用了三次正起的起泡工艺（见图8），起泡1将所需的材料基本成形，起泡2减少各圆角半径和直径，达到所需要的形状，起泡3进行整形。使用二次冷轧材料后，发现在起泡3出现材料开裂的问题，经切片分析认为主要是因为是在起泡1时R1与R2的交接处的材料发生颈缩失稳造成，最薄处材料厚度为0.092mm（见图9）。起泡1为胀形，因二次冷轧材料延伸率较低，胀形的系数需取大值[5]，起泡1的形状采用球形，另外利用材料的包申格效应[6]进行反向的成形对材料进行软化，为此将起泡1改为图10所示。试制的样盖起泡1未出现颈缩现象，最薄处在圆弧的底部，材料厚度为0.148mm（见图11）。
改进后连续生产未出现铆钉破的问题。
5 成品盖性能对比
试制的产品与现有的产品进行对比见表1。
由对比可以看出，采用0.18mm二次冷轧材料，可以省料10.99%，全开力可以下降20N，凸角压强可以提高40Kpa。
结语
通过对马口铁成型工艺进行研究，解决了二次冷轧材料在使用过程中出现的埋头筋斜面材料厚度变薄量大，盖边面起皱以及起泡破的问题。生产的样盖具有更好的耐压强度，更易于开启且更节省材料。
参考文献
[1]王元，周政.马口铁食品三片罐工艺技术[M].北京：中国轻工业出版社，2008：149-150.
[2]李秀军.二次冷轧技术应用研究[J].宝钢技术，2006，（zl）61-63.
[3]翁其金.冲压工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，2004：165-194.
[4]Recommendation SEFEL N.1 For 《Non Easy Open》Steel Ends [M]. SEFEL，1999：4-5.
[5]刘建超，张宝忠.冲压模具设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2004：215-216.
[6]胡赓祥，蔡珣.材料科学与基础[M].上海：上海交通大学出版社，2000：154.
【关键词】二次冷轧马口铁材料 易开盖 多级成型 起泡
马口铁易开盖最早于1973年用于金属罐藏食品包装中，与铝易开盖相比，马口铁易开盖具有更好的耐腐蚀性能、便于回收、成本低等特点，因此在罐头食品包装上得到了快速发展。我国马口铁易开盖起步较晚，20世纪80年代末采用国产设备和技术生产的马口铁易开盖开始应用在八宝粥罐头上，才真正意义上突破了“罐头好吃口难开”的难题[1]。经过多年的努力，国产马口铁易开盖的产能、品质快速提升，已取代进口并且开始外销。随着市场竞争的日益激烈，国外易开盖的生产厂商进行了新一轮的技术革新即采用了二次冷轧材料（DR材）。使用该材料，可以显著降低原材料的厚度，以Y300为例，国内用料厚度为0.20mm，而国外为0.16mm，相差20%，且在耐压满足要求的情况下，开启力可以变的更低（更易开启）。为此有必要针对二次冷轧材料进行马口铁易开盖成型工艺的技术研究。
1 二次冷轧材料
钢基经过一次冷轧并完成退火平整后，再进行第二次较大压下量的冷轧加工的材料称为二次冷轧材料。
二次冷轧材料主要的特点：（1）材料更薄；（2）强度更高；（3）板形更好；（4）延伸率低。随着竞争越来越激烈，二次冷轧材料的优势就凸显了出来，在国外其占有量已达到20%以上，并在不断增长[2]。而国内以使用一次冷轧材料为主，主要原因为：采用进口二次冷轧材料，材料价格高，达不到降低成本的目的；国产二次冷轧材料，延伸率较低（3%～5%），成型较为困难，而欧洲达到8%～10%。为了提高竞争力，控制成本，需要针对国产二次冷轧材料进行易开盖成型工艺研究。本项目针对宝钢0.18mm DR8材料进行研究。
2 马口铁易开盖的生产工艺流程（图1）
与成型有关的工序为基本盖与成型盖成型。
3 基本盖成型工艺研究
基本盖决定了易开盖耐压及罐盖的配合，使用薄且硬的二次冷轧材料后，出现了两个问题：（1）因延伸率下降导致埋头筋斜面材料厚度变薄较为严重，影响到了耐压；（2）因材料强度较高，依靠模具的压边力无法有效的消除盖边面的起皱现象，卷封封罐后起皱情况将进一步扩到，影响到罐头的密封性。基本盖结构图见图2。
3.1 材料变薄量的改善
为了减少斜面的材料厚度变薄量，采用了多级成型替代现有的一次成型工艺，见图3。
多级成型工艺切料后先预成型埋头筋，再进行卷边成型，利于材料往埋头筋流动，减少了材料变薄量，采用切片的方式检测，0.18mm材料最薄厚度从原来的0.153mm（图4）变为0.171mm（图5）。
3.2 盖边面起皱问题的解决
起皱是因材料受力失稳，使其形成波浪形的皱折。失稳起皱的判据为：
t/d≥（0.09～0.17） （1-m）[3]。
式中：m为拉深系数， t为板料厚度，d为毛坯直径。
使用二次冷轧材料，t将变小，会导致起皱的产生。消除起皱的现象，需减少切口边缘的缩进量，如图6A1到A2、A2到A3之间的距离[4]，即增大拉深系数m。为此改进了卷边结构，减少了下料尺寸，用于卷封的角长从6.85mm减少到6.35mm（见图7），起皱问题得到了解决。
4 成型盖成型工艺研究
成型盖成型是在一个步进式的冲压工序中完成的，也称为组合成型，组合成型工序又分为以下工序：
起泡1→起泡2→起泡3→刻痕→膨胀→铆合→整形
其中起泡1、起泡2、起泡3为关键控制工序。使用二次冷轧材料后，主要出现的问题为起泡破裂，为此需对各站的起泡工艺进行研究，在延伸率只有3%～5%的材料上实现完整无破损起泡成型。
目前国内马口铁起泡工艺普遍采用了三次正起的起泡工艺（见图8），起泡1将所需的材料基本成形，起泡2减少各圆角半径和直径，达到所需要的形状，起泡3进行整形。使用二次冷轧材料后，发现在起泡3出现材料开裂的问题，经切片分析认为主要是因为是在起泡1时R1与R2的交接处的材料发生颈缩失稳造成，最薄处材料厚度为0.092mm（见图9）。起泡1为胀形，因二次冷轧材料延伸率较低，胀形的系数需取大值[5]，起泡1的形状采用球形，另外利用材料的包申格效应[6]进行反向的成形对材料进行软化，为此将起泡1改为图10所示。试制的样盖起泡1未出现颈缩现象，最薄处在圆弧的底部，材料厚度为0.148mm（见图11）。
改进后连续生产未出现铆钉破的问题。
5 成品盖性能对比
试制的产品与现有的产品进行对比见表1。
由对比可以看出，采用0.18mm二次冷轧材料，可以省料10.99%，全开力可以下降20N，凸角压强可以提高40Kpa。
结语
通过对马口铁成型工艺进行研究，解决了二次冷轧材料在使用过程中出现的埋头筋斜面材料厚度变薄量大，盖边面起皱以及起泡破的问题。生产的样盖具有更好的耐压强度，更易于开启且更节省材料。
参考文献
[1]王元，周政.马口铁食品三片罐工艺技术[M].北京：中国轻工业出版社，2008：149-150.
[2]李秀军.二次冷轧技术应用研究[J].宝钢技术，2006，（zl）61-63.
[3]翁其金.冲压工艺及模具设计[M].北京：机械工业出版社，2004：165-194.
[4]Recommendation SEFEL N.1 For 《Non Easy Open》Steel Ends [M]. SEFEL，1999：4-5.
[5]刘建超，张宝忠.冲压模具设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2004：215-216.
[6]胡赓祥，蔡珣.材料科学与基础[M].上海：上海交通大学出版社，2000：154.