彩印覆膜鐵基板的平面各項性能差異對罐身圖文變形的影響

文/程柏松

【摘 要】利用彩印覆膜鐵沖壓制造二片罐，罐身表面的圖案和文字經常出現不協調的扭曲變形，影響罐體的美觀，降低消費者的購買欲望。對制罐用覆膜鐵基板材料的研究結果表明，基板的平面各向性能差異對罐身表面圖文變形結果的影響非常顯著，是導致圖文不協調變形的關鍵原因。

【關鍵詞】彩印覆膜鐵 各項性能差異 圖文變形

覆膜鐵作為一種理想的包裝材料，具有良好的裝飾、隔熱、耐腐蝕及耐沖壓等特性，近年來受到食品包裝行業的廣泛重視。然而，利用彩印覆膜鐵沖壓制罐卻發現，罐體表面的圖案和文字經常出現不協調的變形，以圖1所示為例，靠近罐體下方部位的文字和圖案都出現了扭曲變形（設計要求圖文排列整齊），嚴重影響了罐體的整體美觀度。

因此，目前亟需找出導致罐身圖文不協調變形的根本原因，為后續攻克覆膜鐵的圖文不協調變形問題提供理論依據和解決思路。

1 罐身表面圖文的預變形設計

罐子的圖文預變形設計流程如圖2所示，其中，圖2a為罐體的最終成形圖，為生產出符合最終設計要求的罐子，設計者通常將罐底和罐身二者分別進行圖文設計。具體來說，由于罐身部位經由沖壓成形工序完成，所以需依據圖2b的罐身平面展開圖，反向設計得到沖壓前的罐身平面圖，結果如圖2c所示。而罐底由于垂直于模具的沖壓方向，所以在沖壓成形過程中，除了局部為增加承壓能力而設計的膨脹圈（如圖2a罐子上方中間部位及邊部靠近黑色圓環部位）外，罐子的底部幾乎不發生變形或變形量很小。因此，從罐子的整體變形情況考慮，對罐底不做圖文的反向預變形設計，其圖文效果如圖2d所示。

圖1 彩印覆膜鐵罐效果圖

2 罐身圖文不協調變形的原因分析

罐身表面圖案變形的本質是金屬基板材料發生了塑性流動，進而帶動罐身表面的圖案及文字變形。圖1的罐子采用的基板由國內某知名廠商供貨，通過圖文的不協調變形結果不難發現，罐身由上至下的軸向變形不均較為嚴重，如最下方一行文字發生了明顯的扭曲變形，白色圖形的下部也發生了嚴重的扭曲變形（按圖2b的要求，白色圖案的展開圖底部應平直不扭曲），而罐身環向的變形則較為均勻。需要說明的是，一方面，設計人 員在罐身圖文的預變形設計時，以基板的各個方向性能相同為準則，所以不存在圖文預變形設計帶來的誤差。另一方面，罐體成型模具的參數也經過嚴格校準，如內外模具的間隙、壓邊力等參數，可以保證沖壓成型工藝的穩定控制。因此，圖文的不協調扭曲變形受到模具的影響極小。

表1 基板的力學性能測試結果

我們知道，實際的板材在軋制成型過程中，板材越薄，材料的性能指標越難控制，尤其是基板材料的各向異性，據此初步推斷，基板材料不同方向的力學性能控制不均很有可能是導致圖文不協調變形的根本原因。表1是0.14mm厚基板不同方向的力學性能測試結果。可以看出，基板不同方向的力學性能存在較大差異，完全符合前述的推斷結果，其中，軋制方向0°的屈服強度最低，與軋制方向垂直的90°方向的屈服強度最高，二者相差65MPa，而45°方向的屈服強度則介于二者之間。從成型過程分析可知，罐身的成型是由板料沖壓時沿著罐體的軸向拉伸和環向收縮兩部分組成，如前所述，罐體環向變形較為均勻，因此，軸向的圖文不協調變形則可以歸結為由基板不同方向的力學性能差異引起的。

（a）罐子的成形效果圖

（b）罐身的側面展開圖

（c）罐身的預變形設計效果圖

（d）罐底的平面效果圖
圖2 罐子的圖文預變形設計

從變形的本質上來說，罐體環向不同的罐身部位在成型過程中，由于不同部位沿“軸向”（即基板平面不同方向）的力學性能存在差異，特別是屈服強度偏差較大，使得罐身環向各個部位由彈性變形進入塑性變形的起始時間不一致，持續時間也不相同，也就是說，屈服強度低的部位提前產生塑性變形，反之則后產生塑性變形，加之，基板各個方向的抗拉強度也不相同，進而導致罐身環向各個部位的總的塑性變形量不同，以致最終形成不協調的圖文形貌。雖然目前基板材料的延伸率較低，但由于普遍采用二次沖壓成形制罐，因此，對材料的延伸率不需做過高要求即可滿足生產需求。

圖3 國外基板生產的罐子效果圖

圖3為采用德國某供應商提供的基板生產的彩印覆膜鐵罐效果圖，可以看出，罐體下方的文字排列非常整齊，白色圖案底部雖略有扭曲變形，但與圖1相比已大大減輕。通過對該基板材料性能進行測試后發現，基板三個方向（0°、45°、90°）的屈服強度在538MPa—540MPa之間，抗拉強度在541MPa—543MPa 之間，延伸率則在2.6MPa—3.0MPa之間，基板的各向性能非常接近，因此罐身的圖文效果非常理想。至此可以肯定，基板材料不同方向力學性能的差異對覆膜鐵沖壓制罐表面圖文形貌的影響非常關鍵。有鑒于此，該問題應引起國內基板供應商的重視并盡快提出解決辦法，為大力發展覆膜鐵兩片罐提供必要的技術支持。

結語

基板材料的平面各向性能差異對罐身表面圖文變形效果具有重要影響，各向性能的差異越明顯，圖文發生不協調變形的程度越大。

由于基板材料平面各向性能的差異非常明顯，導致罐身成型時，罐身環向不同部位由彈性進入塑性變形階段的起始時間不同，塑性變形的持續時間也不相同，而且基板材料不同方向的抗拉強度也相差較大，最終導致罐身環向不同部位產生的總的塑性變形量不同。

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