鋼桶製造中卷封滾輪的設計和卷封質量的缺陷處理

鋼桶製造中卷封滾輪的設計和卷封質量的缺陷處理

文/徐志偉

摘要：200升閉口鋼桶是油脂公司鋼桶生產的主要產品。目前，該制桶生產線卷封工藝採用的是三重七層卷邊。要得到此種形狀的卷邊，關鍵是卷封滾輪的輪槽曲線。因此，必須進行嚴格的工藝設計，才能滿足卷邊形狀、層數、鬆緊程度和密封抗滲漏性能。同時，正確判斷和處理生產中的缺陷，才能更好地滿足使用要求。

關鍵詞：鋼桶；滾輪設計；槽形曲線；缺陷處理

1 前言

卷封滾輪輪槽曲線對卷封尺寸和形狀起決定性作用。滾輪的設計目前在全國並沒有特定的標準和規定，各家鋼桶製造廠家均是結合用戶需求和自身情況自行設計出滿足要求的卷封輪。根據鋼桶行業的經驗來看，各大製造企業均是採用漸開線規律來設計輪槽曲線。天宇油脂公司卷封輪的設計同樣是根據此規律進行設計，所設計的輪槽曲線由多個圓弧段組成。

2 卷封滾輪設計

桶頂底預卷翻邊尺寸是大於桶身翻邊尺寸的，在卷封過程中，滾輪先與桶頂底接觸，並對其進行滾壓，在此過程中，滾輪輪槽曲線先決定了桶頂底的捲曲形狀。而桶身是在桶頂底捲曲過程中受到擠壓同時捲曲成型。

2.1 滾輪曲線分析

我們通過一種常用的使用了三重七層卷邊工藝的頭道輪滾輪曲線形狀來進行具體分析。

圖1中DE段為斜面，傾角為a，卷封開始時，桶頂底邊首先接觸的是這個面，a角度是頭道滾輪的重要參數，角度過小，會加大進給摩擦力，滾輪磨損會加劇，三角區圓弧段成型比較突然；a角過大會影響成型。按照國內大多數鋼桶生產企業的經驗，a角一般取值為5°～8°。

CD段為圓弧段，為卷封過渡階段，曲率半徑R是這個階段的重要參數，它的大小將決定成型，R太大會導致阻力大，下階段的成型將不完全；R太小，則會導致提前完成成型，達不到滾輪設計成型的目的。

BC段同樣為圓弧段，是卷封成型段，此處的曲率半徑R與上階段的曲率半徑不同，但是兩階段的曲線為圓滑過渡，R仍然是這個階段的重要參數，它的大小直接決定了卷邊的鬆緊程度和卷邊層數的多少。R過大，形成的卷邊圓弧越大，卷封層會壓不緊，內部結構鬆散，層與層之間的縫隙越大，嚴重影響了密封性能；R過小，卷層不能壓人圓弧區，卷邊形狀不能完全形成。圖中AB段為直面段，是卷封過程的收尾階段，當卷封成型完成後，方便滾輪退離桶身。

圖1 頭道滾輪曲線示例

2.2 數學建模分析

我們對卷封輪的曲線形狀進行了以上分析後，以滾輪理論曲線即漸開線圖建立坐標來得出曲率半徑與鋼板材料厚度及卷邊層數之間的關係。

如圖所示，以O為圓心，r為半徑畫圓，同時以O為原點，直線OA為坐標軸，直線OT為坐標Y軸，建立坐標系。A為漸開線起點，點M為漸開線上任意一點，BM與圓相切，切點為B，取BOA=?。

圖2 滾輪理論漸開線圖

由漸開線定律，得BM=AB=r?，作ME垂直X軸，BC垂直OA，MD垂直BC，則角MBD=?，得到：

X=OE=OC+CE=OC+DM=rcos?+r?sin?

Y=EM=CD=BC-BD=rsin?一r?cos?

從而，得到曲線方程為：

X=r(cos?+?sin?)

Y=r(sin? -?cos?) (1)

轉換為極坐標方程：

P2=x2+Y2(2)

將方程(1)代人式(2)，可得：

P=r2+?2

取?角從0～π，即上式為卷封滾輪輪槽曲線的極坐標方程，基圓半徑r值的大小主要與材料厚度和卷邊層數有關，因此，可由下式進行估算：

r=n·tr

其中，r為漸開線基圓半徑；t為鋼板材料厚度；n為卷邊層數，若七層卷邊則n=7。

2.3 卷封滾輪槽形設計

根據2.2節中得到的輪槽理論漸開線極坐標方程，用最接近的曲率圓弧段來代替其理論曲線得到較為理想的滾輪輪槽曲線。

圖3 頭道滾輪槽形狀

圖4 二道滾輪槽形狀

卷封滾輪輪槽加工是卷封輪加工的重要環節，要做到精確加工，一般是先根據加工圖製作輪槽樣板，再利用樣板來檢驗卷封輪輪槽的槽形是否符合要求。在輪槽和樣板加工時，盡量做到表面光滑且圓滑過渡。輪槽樣板材質選用15#鋼，熱處理要求HRC56～62；滾輪材質一般選用工具鋼或者滾動軸承鋼，先進行粗加工，再進行熱處理，要求是HRC62～66，最後再精加工保證其表面精度。

圖5 卷封滾輪及槽形樣板加工簡圖

在生產實際中，滾輪輪槽形狀不但與上述的幾個參數有關，還與桶身、桶底蓋翻邊尺寸等有關係，在卷封滾輪設計中，滾輪槽形設計是鋼桶卷封工藝的核心技術，好的滾輪可以大大減少卷封裝配中出現的質量問題。

3 卷封質量問題的原因分析和缺陷處理

3.1 卷封工藝的質量要求

卷封工藝是鋼桶生產中最重要也是最易出現質量問題的環節，卷封的質量直接會影響到鋼桶的性能，對於鋼桶卷封裝配工藝，質量要求如下：

(1)卷層表面光滑、平整；

(2)卷邊不得有鐵舌、毛刺、削絲；

(3)卷邊不得有二道壓痕；

(4)卷層間縫隙填充滿具有良好粘性和彈性的密封膠。

3.2 卷封質量問題分析和解決措施

在鋼桶卷封裝配過程中，經常會出現各種質量問題，這是應用三重七層卷邊技術後遇到的新問題，國內鋼桶生產企業目前應對這些技術問題的處理措施是調整設備參數或滾輪參數等，尚不能主動的從根本上解決這些難題，下面我們針對常見問題進行分析。

表1 鋼桶卷封質量問題分析及解決措施

4 小結

鋼桶作為一種常用的金屬包裝容器，幾乎要承受各種惡劣條件下的衝擊，這種性能是除其外觀指標外對所有工藝指標的考驗。卷封裝配工藝又是所有工藝中的重中之重，鋼桶卷封質量的好壞直接會影響到其性能。操作者素質、工藝設備、工藝技術等都會對卷封質量產生影響，卷邊質量除開外部因素，其自身卷邊工藝的合理性和先進性也十分重要，因此，卷封滾輪的設計和缺陷處理就是目前我公司鋼桶生產工藝的重點。當然，在改進卷邊質量的同時，加強操作者的技能水平也尤為重要。總之，鋼桶製造是一條漫長的探索之路，新技術的出現引發了新的問題，我們應了解在生產過程中，引起質量變化的因素是什麼，必須把這些因素逐一分析，在加工中消除或者大大地減少這些因素的影響。這將是一個不斷完善的過程，也是永無止境的一個過程。

參考文獻

1 楊文亮，辛巧娟．金屬包裝容器-鋼桶製造技術．印刷工業出版社，2007．6

作者簡介

徐志偉，2007年7月畢業於西南石油大學過程裝備與控制工程專業，機械助理工程師，現在四川天宇油脂化學有限公司綜合車間從事鋼桶生產及設備技術管理工作。

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