广东易拉罐设备定制东莞易拉罐缩口机定制江苏易拉罐缩口机定制铝合金易拉罐的设计及成型制造技术
引言
铝质易拉罐由于其质量轻、容重比大、便于开启和携带、保质期长等优点，深受人们的欢迎，在饮料包装容器中占有很大比重。但只要稍加留意就会发现市场上销量很大的饮料( 例如饮料量为330 毫升的可口可乐、青岛啤酒等) 的饮料罐( 即易拉罐) 的形状和尺寸几乎都是一样的!看来，这并非偶然，这应该是某种意义下的最优设计。当然，对于单个的易拉罐来说，这种最优设计可以节省的钱可能是很有限的，但是如果是生产几亿，甚至几十亿个易拉罐的话，可以节约的钱就很可观了。本文旨在研究易拉罐的形状和尺寸的最优设计问题，由于易拉罐看上去像个正圆柱体，但仔细观察发现，易拉罐是由不同的集合体组成。
示上面、侧面与下底面的厚度，R表示柱体部分的内径，r表示圆台顶部内半径，h，H 分别表示圆台与罐身的内高，如图1所示:
图 1 正圆柱体易拉罐截面图
易拉罐底部所用的材料的体积为π（R+b）2c，易拉罐圆台（含上底）所用材料的体积为： ππ(h+a)[r2+(R+b)r+(R+b)2]−h(r2+rR+R2)
易拉罐圆柱体部分罐身所用材料的体积为2πRHb，所以总材料的体积为：
一、易拉罐圆柱体模型
按照大多数人的饮水习惯，大约有70%的水分被人体吸收，而人体一般一次需要吸收的水大约为250毫升，所以必须喝进250/70%=357.17毫升的水，因此易拉罐内饮料的总体积为330~355毫升是合理的。但易拉罐的容积略大一点，这是由于饮料不能装满整个容器，易拉罐的最大容积一般为365毫升。
假设易拉罐中心纵断面的上半部分为一个正圆台，下半部分为一个正圆柱体。设圆台侧壁厚度与正圆柱体侧壁厚度相等，a，b，c 分别表
作者简介：郭校歌（1995-），河南汝州人，中原工学院材料与化工学院本科三年级学生，主要研究方向为金属材料。
F(r，R，h，H)
=
π
易拉罐制造工艺
(h+a)[r2+(R+b)r+(R+b)2
]−πh(r2+rR+R2)
+2πRHb=aπ[r2
+(R+b)r+(R+b)2]+π
hb(r+2R+b)+πc(R+b)2+2πHRb
类似于圆柱体模型做法，将无穷小项忽略得：MinF(R,r,h,H)
=aπ(R2
+rR+r2)+bπh(r+2R)+πR2+2πRHb 分别对r,h,R求偏导并令其为零得：
R=3
√
aπ（1+0
）r=
33Va2 h=√
{
b2π(1+)
进而有H=V3
aπ+3π）−13
3Va
3
π√（3Vb3√ab2π+3b2cπ即又以上解析出r=0知要使易拉罐的用料最少，易拉罐的上部应为圆锥体。但实际易拉罐的顶部并非为圆柱体，而是圆台。这是因为易拉罐的拉环设计，为了方便饮用，顶部必须要有拉环。为了所用材料最少，就要尽可能减小上底圆台直径（理想状态r=0），故只有使圆台的直径恰好为拉环的长度，才能够最大程度的节约用料，而测得现有易拉罐上底拉环部分的总长度为45.94mm，而测得圆台上底的直径为54.42mm，两者比较接近，这说明现在的易拉罐设计符合最优设计原则。
二、易拉罐的成型制造技术
铝易拉罐的成形工艺是其生产的关键技术，它决定了易拉罐的结构尺寸和主要物理性能，是
易拉罐行业技术研究的热点，本文结合技术改造，对330mL容积206型的铝合金易拉罐成型公益特点以及模具设计进行了深入的探讨，使用3104铝合金板毛料厚度由0.30mm降低为0.28mm，为易拉罐的轻量化及铝合金薄板精密冲压成形的设计提供了有益的借鉴。
（一）铝合金易拉罐生产流程
铝合金易拉罐生产流程较为复杂，主要由冲压成型、金属表面处理、印刷、在线检测、包装等工艺组成，其工艺流程如图2所示。
图 2工艺流程
工艺流程中共有冲杯、变薄拉伸/修边、缩口/翻边三道精密成形工序。
（二）成形工艺分析
铝合金易拉罐的成型工艺就是将3104铝合金板冲压成成品罐的过程，冲杯、变薄拉深/修边、缩口/翻边加工后半成品形状变化如图3所示。
图 3成型工艺
(1)冲杯
该工序是将润滑后的3104铝合金板材由送料辊送进冲压机内的模具区，经落料、拉深后，
形成圆柱形杯状毛坯( 如图3a所示) 。 成形后的杯子不允许有内外划痕、皱折、破裂等缺陷，制耳率控制在0.45%以下为宜。从杯子的外观看，在距离杯高三分之二以上外壁有光亮带，此外还应控制好壁厚差以满足下道工序变薄拉深工艺的需要。
( 2) 变薄拉深/修边
该工序是将冲杯工序冲出的铝杯进行变薄
拉深和底部成形，并对波浪形罐口进行修整，获
得所需的罐体高度、外径、壁厚、底部几何形状及尺寸( 如图3b所示) 。
经变薄拉深后的罐体应内外表面光洁，不允许有拉沟、擦伤、压痕、砂眼、缺口及口部毛刺和底部皱折等缺陷。
易拉罐制造工艺
成品罐体的力学性能指标如轴向承压力、耐压强度、抗跌落能力均与这道工序的制造质量息息相关。
( 3) 缩口/翻边
缩口/翻边是对罐口进行缩口并形成搭接的舌缘，以便在灌装内容物后能与盖体牢固进行封口，缩口/翻边质量直接影响灌装后的二重卷封密封效果。
缩口翻边机采用的是级进缩口模具，根据所要达到罐口大小而采用缩口道数，如206 罐型口采用六道级进缩口和一道翻边，202 罐型口采用十一道级进缩口和一道翻边，在罐口缩口时须适量使用润滑油，以避免罐口被拉伤。
三、市场展望
每只罐的出厂价约0.83元。使用挤压方法生产易拉罐的设备投资在100万元左右,主要设备可以国内购买,部分辅助设备需要改制或自制。单机每日三班年产量为2000万只,需要生产场地约160m2,耗电约50kW。
使用拉深方法生产易拉罐的设备投资在36万元左右,所有设备均需自己设计制造,单机每日三班年产量为1000万只,需要生产场地100m2,耗电约15kW。
所以看来可以通过改善工艺流程，使用循环回收材料更具备经济参考价值。
四、结束语
现有的易拉罐生产技术依然存在着自动化程度低，废品率高的问题。成型技术的下一步发展和研究方向应当为，改善在冲压工序中产品的报废率，提高合格率，从而更好的提高生产效益创造更多的经济价值。
铝在包装业中强劲对手来自PET材料，PET材料可以通过注塑模具制成奇 异外观，而铝材就相对较难，但二种材料的价格上存在很大的差异，PET受石油 价格影响，而铝可通过自己的回收循环使用，降低材料成本，且受到环境组织的
重 视。 欧美及一些易拉罐消费活跃地区，不断提高铝罐及铝质包装材料的回收率，在回收方面开展较早的国家，已不再争论废铝罐回收价值问题，而已变成日常 的工作，而开展较晚的国家正在十分努力去做。
