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《金屬包裝設計與制造》（5）
金屬容器的標準化設計
文/吳若梅、劉躍軍
一、金屬容器的標準化設計要求
金屬容器工程設計中，無論是結構設計（包括材料選擇、形體設計、尺寸設計、配合設計、確定技術條件和試驗方法等），還是制造工藝設計（包括工藝規程設計，加工裝備設計、生產線規劃設計、先進加工方法選定等）以及繪制金屬容器設計總圖、零部件圖、容器展開圖、主體效果圖和制造工藝規劃圖等都應得到相關標準的支持。
1、容量、尺寸規格的確定
包裝容器工程設計中，凡涉及容器容最、尺寸規格等參數的確定，應優先考慮選用相關標準中的標定值或推薦值，優先選擇相關標準中的結構形體和局部結構，以使同類產品具有互換性和通用性，適應目前同類產品的規模生產，減少新增投入，方便儲存流通。
2、標準金屬材料的選用
金屬容器工程設計中，應優先考慮選用按標準生產的常用金屬包裝材料，例如國標中提到的不銹鋼冷軋鋼板、連續熱鎖鋅鋼板、冷軋電鎖錫鋼板、噴霧罐用鋁材、易拉罐罐體用鋁合金帶材等，因為這些材料具有標準規范所確定的性能規格和質量要求，確保所設計的容器或制品的性能、質最達到設計要求，實現金屬容器要求的預期效果。對于非標準材料或一些新型材料，應通過相應標準的試驗程序，檢測其材料性能，依據試驗結果選擇使用場合。
3、金屬容器技術要求的確定
在設計容器時，所提出的容器的各項技術要求，包括工藝要求、使用條件、檢測手段、表面處理等，可以參照同類容器標準的規定加以提出，也可以根據所設計金屬容器的使用場合具體確定。
4、容器圖樣的繪制
金屬包裝容器的圖樣繪制， 要根據我國國標中規定的制圖標準以及包裝標準中相關繪制要求進行繪制。應符合機械制圖標準等要求，按規定的線型、符號及方法繪圖，并按標準規定使用圖紙、加注尺寸和標出文字說明等。
二、設計圖樣的要求
圖紙是工程師交流設計思想的語言。設計工作的成果最終都將以工程圖紙的形式呈現出來。繪制包裝圖樣時，同樣應嚴格遵守相關的國家標準。
1、金屬容器圖樣類型
(1) 產品包裝圖(packaging figure) 表達包裝件包裝各組成部分結構、尺寸、外觀及其與被包裝產品相互關系的必要的數據及技術要求的圖樣。
(2) 金屬容器圖(figure of packaging container) 表達包裝容器結構、尺寸、外觀和技術要求的圖樣。
(3) 容器零部件圖(container detail drawing) 表達容器零部件結構、尺寸、材質、數量、外觀及技術要求的圖樣。
2、產品包裝圖的表達
現以金屬茶葉罐禮品包裝為例，闡述產品的包裝圖表達方式，產品的包裝圖（圖2-9)需清楚表達出產品的包裝組成及裝配要求，在繪制產品包裝圖時，可附加必要的局部剖視圖或局部視圖，如圖2-10所示為產品包裝結構的示意圖畫法。
在產品包裝圖中，其內容金屬罐也可用雙點畫線或細實線表示出主要輪廓特征，金屬罐在包裝容器內的固定、防護等，可用示意圖表示，并可附加文字說明，如圖2-11所示為表示包裝內部產品定位的示意圖畫法。
為進一步了解產品包裝的安裝定位及襯件結構，允許用簡化示意圖標注必要的外形、安裝和連接尺寸來表示，產品在包裝容器中的位置的簡化示意畫法如圖2-12所示。
3、金屬容器圖的表達
(1) 包裝容器圖
現以金屬桶為例，闡述金屬容器圖的表達方式。包裝容器圖一般只需畫出其外形，但對于工藝結構比較復雜的包裝容器，要標注包裝容器的零部件序號，并在明細欄內按序號填寫零部件名稱、材質、規格、數量，在圖樣上標出容器的內外部尺寸，必要時需在技術要求中注明允許的被包裝產品的極限質量，包裝容器圖如圖2-13所示。
(2) 圖文版面圖
繪制包裝容器圖（如金屬罐）圖文版面及位置圖時，一般按文字、圖案的最大外尺寸，在四邊用點劃線連接成矩形，并按比例標注在圖樣上，表示包裝容器的圖文版面及位置畫法如圖2-14所示，文字、圖案居中時，可不標注位置尺寸。
(3) 零部件圖
容器零部件圖一般根據裝配時所需的位置、形狀和尺寸畫出。零部件在裝配過程中的裝配尺寸，應標注在產品包裝圖或包裝容器圖上，如需在零部件圖上標注時，應在有關位置或尺寸上注明或在技術要求中說明，如圖2-15所示為大口徑液氮容器結構示意圖。
三、金屬罐設計的一般原則
金屬罐的設計一般是根據用戶需求選擇罐形、材料、封口形式以及罐表面的裝潰設計。一般情況下，制罐設備的設計都會考慮到金屬罐有關標準的應用條件。
1、制罐材料的選擇
制罐的原材料有鍍錫板、涂料鍍錫板、黑鐵皮、涂料無錫鋼板、鋁合金薄板等。淺拉深罐材料主要選用無錫鋼板或涂料無錫鋼板。深拉深加工時，材料的變形量大，使用鋁合金薄板才能滿足沖拔拉深時塑性變形的要求。經過對模具制作及沖壓工藝的調整后，目前人們也選用鍍錫板來制造深拉深罐。
變薄拉深罐的原材料主要有鋁合金薄板和鍍錫薄鋼板，現在人們普遍選用的是美國鋁業協會標準(AA標準）的3000系列鋁合金，由于國際上鋁合金的價格不斷上揚，國內外許多廠家都轉向選用鍍錫板來制造變薄拉深罐。
2、罐形和罐容規格的選擇
金屬罐的罐形、尺寸以及封口方式都受到制罐設備的限制，目前批證生產的常用金屬罐的規格尺寸和結構形式都已標準化，不僅促進了制造設備的標準化和規范化，也使制罐變得簡單易行了。盡管如此，也需要遵循一些基本的通識規則。
在現代制罐技術條件下，可以制造出各種結構形式和罐型的金屬容器。根據容器的外形，有圓形罐（豎圓罐、平圓罐）和異形罐（方形罐、橢圓形罐、梯形罐、馬蹄形罐等）兩大類。表2-1為我國常見金屬罐罐形分類與編號。通常圓柱形容器是所有的容器中制作最容易、用料最節省、容積最大的一類，但外觀較一般；異形容器造型獨特，但制作較困難，用料及成本都較大。此外，還應綜合考慮其他因素，以確定容器的封閉形式、開啟方式、側縫結構、蓋及底的結構等。
表2-1 常見金屬罐罐形分類與編號
| 罐型 |
編號 |
圓罐 |
按內徑、外高排列 |
沖底圓罐 |
200 |
方罐 |
300 |
沖底方罐 |
400 |
橢圓型罐 |
500 |
沖底橢圓罐 |
600 |
梯形罐 |
700 |
馬蹄形罐 |
800 |
從罐型上看，各種罐型都各有特點，圓柱形容器具有用料最少容星最大的特點。在容量相同的條件下，方形容器的用料最多，比圓形容器的用料多40%，其他棱柱形容器也都比圓柱形容器用料多。因此在設計選定容器形狀時，應盡量選用圓柱形容器構型，異形容器只在必要時選用，因其制造成本約為圓柱罐的2倍以上。三片罐的設備投入和生產效率比兩片罐低很多，因此在選用哪種罐型時，要考慮到包裝最終的核算成本問題。為了節約原材料，罐的罐蓋直徑部分都較小，所以罐的上緣部分常采用縮頸結構，如雙縮頸、三縮頸等罐型，在加工上多采用旋壓縮頸結構。
在眾多的金屬容器中，尤其是罐頭食品用容器的規格尺寸、結構形式都已經標準化了。我國巳參加國際標準化組織，通用的三片式容器都采用國際標準。如罐頭容器圓罐系列的規格尺寸就是采用國際通用的規格系列。一般商品的填裝率為85%~95%。規格尺寸、罐容的確定應盡量符合標準化規格要求。因特殊要求需設計新罐型時，要根據包裝要求及包裝量，先設計出容器的造型和結構尺寸，然后計算罐容。有時還要綜合考慮其他因素，如商品受熱時體積膨脹等來核算罐容和結構尺寸，最后根據核算結果來確定或選定金屬罐的規格尺寸。
罐容是指20℃時的金屬罐的容積，計算時要扣除罐底和罐蓋的高度，如圓罐的罐容可按下式計算：
3、內容物及包裝要求
選定罐型時，要根據內容物的特性和包裝要求來確定其罐形結構、封口及開啟方式。罐身成型后，可根據包裝要求，合理確定封口方式，一般選用標準的二重卷邊結構。常用的開封形式有卷封式、側面卷開式、飲料罐易開蓋式和整體拉開蓋式等，在選擇罐形時，同時應確定開封形式。根據容器的密封狀態要求，可選氣密式容器和非氣密式容器。罐壁接縫形式也可選鉤接式、粘接式、錫焊式和熔焊式等類型。根據容器所罐裝的內容物，其開啟方式可選切開式、卷開式、拉開式和其他各種開啟式等類型。如食品和飲料罐一般要求密封性好，飲料罐為方便開啟，多選用易拉蓋。午餐肉類食品，為開啟后肉品完整，多采用側開式方罐或全開式易拉蓋圓罐。而對千非食品雜罐，則側重要求反復開啟與再密封，對千造型和裝潰設計要求較高。而化工罐，則側重千密封性、強度、運輸方便及安全性等，其罐形的結構形式上就具有相應的選擇和要求。
4、罐的強度和罐壁厚度的確定
對于非壓力容器，根據要求選擇壁厚，一般為0.15~0.5mm。選擇原則是罐身直徑大時選大值，直徑小則選小值。對于壓力容器（如含氣飲料），則應根據罐內壓力大小及材料的許用應力來確定。兩片罐的罐身無側縫，罐底與罐壁為一整體，其罐底主要起支撐整個容器的作用，罐底的外形通常設計為圓拱形，要求具有一定的抗彎強度，如啤酒飲料罐，其罐底的最小抗彎強度為586~620kPa。罐身的側壁厚度可依公式確定，必須保證其縱向抗壓強度不低于1330N。三片罐為提高容器的結構強度，可在容器側壁滾壓加強筋，在罐蓋和罐底上設置膨脹圈。
5、容器外表面的裝潰設計
容器的外表面裝潰設計一般由裝潰設計人員根據商品信息進行色彩、圖案和文字以及商標標志的設計，由印鐵廠負責裝潰的實施。在印鐵廠實施裝潰時，先以合適的涂料或油墨在罐外表面打底進行底涂處理，然后再依裝潰設計的內容借助印刷技術實施彩色印刷，而后再涂布罩光保護涂料即完成裝潰印刷。
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