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食品罐成形工艺优化及落料分析

2019-06-05 08:22:09

采用有限元方法对新型锥形食品罐的成形工艺进行优化,解决实际生产过程中出现的盖边法兰褶皱问题,并对落料预成形进行分析。结果表明,采用含加强筋的结构及合理的压边力能有效减轻盖边法兰褶皱现象,在保证落料尺寸足够的前提下,生产的零件应尽可能使法兰边规整。金属包装行业现已形成了包括涂印、制罐、制盖以及制桶等完整包装工业体系,零件生产线丰富,应用领域广阔。金属包装行业总体呈现快速发展的趋势,相对于欧美发达国度,国内依然拥有巨大的潜力。如何在激烈的市场竞争中,提供金属包装罐盖,适应多样化零件种类的开发,满足不同的客户群体,抢占市场先机是金属包装企业的共同目标。

目前越来越多的食品2片罐采用锥形结构设计,其上大下小的结构特点使罐内物体较容易倒出,同时可以降低空罐的运输成本(罐与罐相套),还有利于装满物体的实罐在超市货架的码放(罐底可以放在盖面内部)。但锥形结构在拉深成形过程中,不可避免的出现悬空的变形区域,容易出现失稳起皱现象。传统的压边结构也会出现盖边法兰褶皱现象,而盖边法兰的平面度是罐盖配合的关键。不同的落料尺寸会产生不同的法兰边界,可能加深材料成形的困难程度(材料变薄严重),还影响成形零件的美观,后期导致成品质量下降。鉴于目前CAE技术的发展以及在冲压工程中的广泛应用,现通过对锥形铝质2片罐成形过程进行有限元分析,探讨如何基于有限元模拟分析成形工艺参数和模具结构优化等问题。

锥形食品罐初步设计方案

零件图设计完成后,需要对零件进行理论分析,计算零件的落料尺寸及设计拉深成形工艺。落料尺寸的计算一般先采用分区域展开计算的方法,再根据计算结果将各个区域进行平滑过渡连接,局部区域需要根据拉深经验进行调整,后期形成光滑平整连接的落料尺寸。

考虑零件封罐时的罐盖配合问题,尽可能保证罐口R角处局部周边法兰的平面度,此区域的法兰褶皱尽量降到低。根据零件成形原理,产生褶皱的原因是面内2个方向的应力不均导致的。由于冲压成形时,外围材料不停地向零件中心流动,说明在局部区域材料存在收缩率过快现象。这是由初始落料尺寸与后期零件之间的形状差所决定,因此为了降低材料流动过程中产生的面内张应力和压应力的差值,减缓材料的环向收聚力,在模具设计时针对压料圈和下模,添加局部加强筋结构设计,并采用有限元方法对结果进行模拟。采用有限元方法对新型锥形食品罐的成形工艺进行优化,解决了实际生产过程中出现的盖边法兰褶皱问题,并对落料预成形进行分析,结果表明:

(1)在不改变后期零件的结构,采用含加强筋的辅助结构及合理的压边力能有效减轻盖边法兰褶皱现象。

(2)不同落料形状及尺寸会造成不同的法兰边界,并影响整体零件的减薄率和零件强度,在保证落料尺寸足够的前提条件下,生产的零件应尽可能使法兰边界规整。