鋁質易拉蓋輕量化的蓋型分析與模具改進

吳秋輝

（福建博瑞特金屬容器有限公司，福建莆田 351100）

0 引言

易拉罐在很多產品的包裝中得到了廣泛使用。由于鋁質易拉罐對鋁材料的大量使用，需要投入很多的成本，影響企業的經濟效益。而易拉蓋是易拉罐的重要部分，它對易拉罐的使用效果有直接的影響，為確保易拉罐能夠安全和便利使用，需要對鋁質易拉蓋作輕量化的蓋型分析，并對鋁質易拉蓋模具實施改進。

1 易拉蓋概述

易拉蓋由鋁材、鍍錫或者鍍鉻的薄鋼板等金屬制作而成，開啟部位設置刻痕，且裝有提拉附件，便于對罐體的開啟。常見的易拉蓋有孔開式和全開式，其中孔開式易拉蓋又分作撕脫型和掀壓型。易拉蓋按用途可分為三片罐飲料蓋和兩片罐飲料蓋，其中三片罐飲料蓋可以是平蓋或無氣蓋，三片罐主要由罐身、底蓋、易拉蓋三部分構成，三片罐罐身由馬口鐵焊接而成，通常是罐身和易拉蓋通過卷封后進行空罐的制作，在飲料廠完成灌裝后進行卷封底蓋處理；兩片罐飲料蓋可以是拱蓋或者有氣蓋，兩片罐由罐體與易拉蓋兩部分構成，罐身通過鋁合金薄板拉伸制成，在飲料廠完成罐裝后再直接進行易拉蓋卷封處理[1]。

易拉蓋基本蓋的生產工藝流程如圖1 所示，圖2 是撕脫型易拉蓋成品蓋生產工藝流程。

圖1 基本蓋生產工藝流程

圖2 撕脫型易拉蓋成品蓋生產工藝流程

2 鋁質易拉蓋蓋型分析

傳統普通易拉蓋一般采用圖3a）所示形狀與結構，主要包括蓋本體、舌片、拉環，在蓋本體上設置手指槽和線號，舌片通過刻線和蓋本體連成一體，拉環與蓋本體鉚釘連接。此類易拉蓋耐壓能力弱，灌裝中經常出現蓋面變形，且變形位置不固定，當變形在切線附近出現時，易導致切線整體爆開，舌片或內容物飛脫，對消費者造成傷害。

圖3 易拉蓋改進前后結構

為了避免上述情況的發生，改進后的結構如圖3b）所示，使用上下模具對蓋本體面直接實施擠壓，讓材料發生塑性變形，在蓋本體切線附近形成一條沿著蓋本體平面下凹加強拱。此加強拱和蓋本體的切線呈平行狀態，其寬度0.5～0.9 mm，深度0.05～0.09 mm，蓋本體平面形成的圓弧弧度94°～98°。蓋本體增設加強拱，能強化切線附近強度，防止切線附近發生變形，避免切線處整體爆開，避免舌片和內容物飛脫，確保消費者安全使用。

3 鋁質易拉蓋模具改進

市場中各種各樣易拉蓋的形狀和結構各異，且開啟方式不同，但所有易拉蓋都包括蓋體以及開啟拉環等部分。如圖4 所示，202RPT 成品蓋是在同一臺高速沖床中加工成形，沖床配置兩副成形模具，稱作主模和拉環模，其中主模主要用在成形的刻線、加強梁和鉚釘等部分，而拉環模主要用在成形的拉環中[2]。

圖4 202RPT 成品蓋

以下主要介紹主模及拉環模，涉及的工藝和參數來自改進后202RPT 成品蓋的生產，蓋材厚度0.224 mm，拉環材厚度0.305 mm，由于材料的厚度不同，其成形參數不同。

3.1 主模的設計

3.1.1 模具的主模構成

主模主要由模座、真空槽、各站的成形模具等部分構成，其中真空槽是由四周真空的槽塊、同步性輸送的皮帶、蓋板、皮帶托條和蓋體等構成的槽型結構空間，再把真空泵管道和真空槽連接形成真空系統。當蓋體完成一道工序后，借助同步性輸送皮帶向下道工序輸送。蓋體在各站模具間運送時一定要確保蓋體具有穩定的位置，即要求不能出現移動或者旋轉等情況，這需要通過真空系統內負壓將蓋體緊緊在同步皮帶孔內吸附。根據圖2 撕脫型易拉蓋成品蓋生產工藝流程可知，由基本蓋至成品蓋需要8 道工序，因此主模需要具備8 站成形的模具類型。

3.1.2 各站的工藝特點和成形參數

主模需要具備8 站成形的模具，而各站的工藝有其特點和成形參數，8 站主要包括起泡成形、紐扣成形、紐扣整形、加強梁和止滑點的成形、刻線成形、拉環定位和組裝、刻字或者凸字成形、打拱[3]。

（1）在起泡成形中，基本蓋在起泡的凸凹模作用下形成一個泡狀凸起，起泡的凸凹模尺寸要按照紐扣尺寸大小和材料厚度確定。

（2）在紐扣成形中，為確保蓋面上涂層處在成形過程中不會出現刮傷的情況，同時也保證后續拉環組裝質量，紐扣宜進行多次成形。在紐扣的凸凹模作用下，凸包會進一步受到拉伸而形成紐扣狀。紐扣整形的目的是成形出滿足拉環組裝尺寸的紐扣。

（3）在加強梁和止滑點的成形中，成形加強梁的主要作用是防止后續刻線成形中金屬出現不規則流動而造成刻線破裂現象發生。止滑點的主要作用是使拉環保持在特定位置。

（4）在刻線成形中，刻線的作用主要是使蓋面依據預設形狀實施開啟。以刻線刀對蓋材擠壓、變形處理，進而形成倒梯形的輪廓線，刻線刀斷面形狀如圖5 所示。完成刻線后，金屬剩余的厚度稱作刻線余厚，刻線余厚的大小和易拉蓋性能有著密切關系，若刻線余厚太大，會造成開啟失效或困難，刻線余厚太小會造成耐壓不足。

圖5 刻線刀斷面形狀

（5）在拉環定位和組裝中，主要是把經拉環模成形后拉環向蓋體的紐扣上套好，再沖制為鉚釘。

（6）刻字或凸字成形站主要按照客戶的需求對蓋面上特定的位置進行所需標示的刻字，如品名、公司的LOGO 等，其字體可以為刻字，也可以是凸字。

（7）打拱的作用主要是借助成形的模具對蓋面打造向上凸起類的拱面，以增強蓋體的耐壓性能。此站主要是對有氣蓋的產品生產使用，生產無氣蓋產品時此站可以省略不用。

3.2 拉環模的設計

拉環成形所用的模具稱作拉環模，它是多工位的級進模。級進模設計的關鍵點是排樣的設計和排樣圖的繪制，在日常拉環模的設計期間被稱作料帶圖的設計。

在料帶圖的設計中，料帶圖的設計能否成功，對拉環模的設計質量產生直接影響。料帶圖一經確定，每個拉環間步距、各工位的成形內容以及拉環成形的次序等內容均得到確定。料帶圖一旦出現設計錯誤，將導致所制造的拉環模不符合拉環產品要求。因此，料帶圖設計中要擬定多種方案，比較后選擇最佳方案。

料帶圖的設計不僅要遵循普通沖模排樣的原則，且還要對諸多方面實施綜合考慮，要求利于成形處理，后道工序不能對前面已經成形的工序產生影響；做好空工位的合理設置；按照實際情況做好成形方向的選擇，確保送料順暢，便于模具的加工和制造；對輪廓形狀進行分解和沖裁時，要求前后的連接要具有良好平直性和圓滑性；盡量提高材料的利用率，達到最小限度的廢料產生。

4 結語

綜上所述，易拉蓋是易拉罐生產的重要組成部分，直接關系到易拉罐的使用性能，對易拉罐產品的受歡迎程度也有著一定的影響。為確保易拉蓋具有良好的使用效果，需要做好鋁質易拉蓋的蓋型分析，并根據實際情況對模具實施合理改進，提升易拉蓋的使用性能。