包装金属容器结构设(课程设计).doc

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包装金属容器结构课程设计

1内装物分析及其气雾剂选择

1.1内装物及容量

内装物：

杀虫剂

储存温度：

-5—35℃

容量：

约500ml

1.2内装物相关特性分析

内装杀虫药品为液态，根据惯例，我们选择干式喷雾，即增加推进剂的用量或压力，造成微粒直径小于50um的喷雾，雾粒可以在空中悬浮5min以上。

内装物为气、液、液三相式（液态推进剂与液态的物料互不相容，罐内的液体明显的分为两层，同时在液面上方还有呈气相存在的雾化剂）。

1.3气雾剂的选择

喷雾罐内产品之所以能在阀门开启后自动喷出，完全是作为能源物质气化后产生喷发压力的作用。

这种作为能源的物质即为喷雾罐的推进剂，也称气雾剂、雾化剂。

1.3.1气雾剂的主要作用

①汽化内装物，使之形成胶体微粒。

液相与内装物产品混合成混溶液成为均质液体，当液相混合物穿过阀门从大约0.5mm直径的喷口射出时，推进剂由于从气压容器内的高压释放出来而立刻汽化，是内状物产品成细小雾滴。

②填补内状物喷出后的空间，保持压力不变：

掀动按钮时，阀门开启，液体内装物汲管上升并经阀门喷出，此时少量推进剂蒸发为气体来填补空间。

1.3.2气雾剂的喷出系统

（1）两相系统

物料与液态推进剂能充分混合时，罐内只存在气液两相。

例如气态推进剂与混溶的推进剂和物料的均质液体；压缩气体推进剂与液态物料等。

（2）三相系统

a．气、液、液三相式液态推进剂与液态的物料互不相容，罐内的液体明显的分为两层，同时在液面上方还有呈气相存在的雾化剂。

b．固、气、液三相式罐内有固态、液态物料以及液态与气态推进剂时，罐内物质呈现固、液、气三相式系统。

1.3.3气雾剂的分类

气雾剂是气雾的动力源，它能产生气压，使产品以雾状、细流状或泡沫状喷出而分配使用的物质，分为液化气和压缩气体两大类。

（1）压缩气体。

常见的压缩气体有CO2、N2、NO。

压缩气体是以蒸发气体形态溶解于液态物料中，随着内装物的喷出，其压力平稳降低，因此，不能保持常压，但在压力下降时，部分溶解液体可释放到上层空间，以弥补部分压力下降。

（2）液化气体

①碳氢化合物。

常用丙烷、丁烷和异丁烷类天然气体。

这些气体价廉、低毒、化学性质稳定，正常温度下不易引起任何腐蚀，但易燃。

②碳氟化合物。

碳氟化合物是品种最多，使用最安全的一类推进剂。

具有不易燃性，无味、低毒，能取得大的压力范围。

常用的推进剂有二氯二氟代甲烷、三氯氟甲烷等。

常见的推进剂的主要性质见表1-1、表1-2。

表1-1碳氢化合物推进剂的性质

名称

化学名称

分子式

沸点/℃

密度/（g/mL）

绝对压力/kPa

推进剂A-17

丁烷

CH3CH2CH2CH3

﹣1

0.56

212

推进剂A-31

异丁烷

（CH3）2CHCH3

﹣10

0.58

315

推进剂A-108

丙烷

CH3CH2CH3

﹣42

0.50

860

注：

1．名称中的数字指室温（21℃）下的英制表压力。

2．密度与绝对压力均指室温（21℃）下。

表1-2碳氟化合物推进剂的性质

名称

化学名称

分子式

沸点/℃

密度/（g/mL）

绝对压力/kPa

推进剂F-11

三氯氟甲烷

CCl2F

24

1.48

92

推进剂F-12

二氯二氟代甲烷

CCl2F2

﹣29

1.32

585

推进剂F-114

二氯四氟乙烷

CClF2CClF2

4

1.47

190

作为杀虫剂的雾化剂，由于储存温度在-5℃～35℃之间，考虑到内装物的特性及使用环境等问题，必须选用化学性质稳定及常温下不与包装容器发生反应的推进剂。

因此，选用推进剂A-108，丙烷（CH3CH2CH3），沸点低（-42℃），正常温度下不容易引起任何变化。

2罐形及尺寸规格的确定

金属罐的罐型、尺寸以及封口方式都受到制罐设备的限制，目前许多金属容器的规格尺寸、结构形式都已标准化。

因此，金属罐的设计实质上根据用户要求选定罐型、材料、封口形式以及外在表面进行装潢设计。

2.1喷雾罐的罐型和结构

喷雾罐的罐型和结构的确定必须考虑包装要求和制造成本等综合因素。

（1）影响成本的因素。

圆形罐和其他异型罐相比，不仅制作相对容易，而且用料较省。

因此在设计金属罐时，从节约用料、降低成本这一角度出发，应尽量选用圆形罐。

此外，二片罐生产线的生产效率比三片罐高，按设备投资远比三片罐大，在确定金属罐的造型结构、进行经济核算时必须考虑这些因素。

（2）应满足内装物的包装要求。

在选定罐型时，要根据内装物的特性、包装要求来确定金属罐的结构、形状、封口形状、底和盖以及侧缝的结构等。

此外，在金属罐的盖和底上要不要设置膨胀圈，罐身周围是否需要辊压环筋，都要视生产工艺、运输环境的具体要求而定。

综上所述，由于此次设计的是杀虫气雾剂喷雾罐，所以罐身选择圆形三片罐。

2.2喷雾罐的规格尺寸

根据GB13042—1998（包装容器/气雾罐）标准，容积按国际标准不大于1000ml由下表得:

规格（mm）

罐（mm）

罐高度（mm）

全容积（mL）

罐口内直（mm）

变形压力（MPa）

爆破压力（MPa）

65

65

135～313

405～1000

25.4±0.10

21.2

≧1.44

52

52

79.5～202.5

140～405

45

45

101.6～183.6

140～270

表2-1喷雾罐可选择的规格及主要参数

由于我们设计的容器为500ml的喷雾罐，所以选中Φ65mm的规格

可得：

查容量公差表（表2—2）可知，431～650ml喷雾罐的容量公差范围为±13ml。

选取h=160mm时，符合公差范围。

即容积V为（500±13）ml

表2—2容量公差

包装容量或满口容量

mL

公差

％

mL

＜80

±5

80～100

±4

101～150

±4

151～200

±6

201～430

±3

431～650

±13

651～1000

±2

1001～1400

±20

3喷雾罐材料的选择及依据

3.1喷雾罐的原材料选择

（1）材料种类确定

制作喷雾罐的金属材料有镀锡薄钢板和铝材，分别称之为Z型罐和Y型罐，镀锡薄钢板是以低碳薄钢板为原材料，两面通过热浸镀锡或电镀锡的方法，使薄钢板两面进行等后或等差镀锡获得的。

因为镀锡薄钢板因锡层无毒、无味、柔软、附着于钢基板上，使之具有良好的焊接性能，并具有光亮的外表。

具有原材钢板的力学性能，同时又有表面锡层的保护，克服了无锡钢板易生锈、不耐腐蚀的缺点，成型的金属包装容器，表面光亮美观，也易于涂饰和印刷，所以镀锡薄钢板的Z型罐在生产中被广泛应用，所以在此我们设计使用这一罐型。

按照国家标准，马口铁喷雾罐采用厚度为0.18～0.40mm，硬度为HR30T为48～65，镀锡量为4.9～20.29g/m2。

（2）材料厚度的确定

可按罐内压力P、材料许用应力来确定板材的厚度，计算公式如下：

（3—1）

式中P——罐内压力，MPa；

D——罐内径，cm；

σ——罐内工作压力，MPa；

［σ］罐身材料许用应力，MPa；

t——罐身壁厚，cm。

由已知得：

P=0.8Mpa[σ]=245Mpa

选用的喷雾罐直径D=65mm，代入公式（3—1）算得：

镀锡薄钢板喷雾罐采用材料厚度一般为0.18～0.5mm，硬度值HR30T为48～65，锡量为4.9～20.2g/m，故板材厚度选0.3mm。

3.2喷雾罐的辅助材料选择

（1）喷雾罐内涂料

内涂料是指金属罐内表面的涂料，它是为了防止金属罐盛装内装物长期直接接触使金属腐蚀或释放出金属离子污染内装物而必须使用的涂料，主要起保护装物的作用。

内涂料一般有以下几种：

①水果型涂料；②谷物型涂料；③肉类型涂料；④一般型涂料。

（2）喷雾罐外涂料

金属罐外壁涂覆涂料一般采用印铁方式，色泽鲜艳、光亮美观、容易保护，集装饰、广告、说明于一体。

主要分为如下几种：

①打底涂料。

用于金属表面并与油墨起连接作用，是金属和油墨之间的一层涂料，其作用是使涂膜牢固地附着金属表面上，并能油墨结合良好。

②白色涂料。

主要用于满版白色为底色的金属薄板印刷。

以使印在白色上面的彩色油墨更加鲜艳。

③照光油。

照光油也照光漆，涂布在印刷后的金属表面，能使表面增加光泽、美观，并可以保护印刷面。

同时，也使其增加一定硬度，使表面的涂膜具有一定的柔顺性和耐化学腐蚀性。

（3）印刷油墨

常用的金属罐印刷油墨及用途见下表

表3—1常用的金属罐印刷油墨及用途

印刷类型

油墨牌号

用途

胶印

GMD系列

适于两片罐、气雾罐印刷

胶印

GMW系列

两片罐印刷

胶印

MCCCM系列

适于三片罐、气雾罐印刷

平版

FSP-3系列

适于马口铁罐印刷

网印

A14系列

适于铝罐印刷

（4）密封胶

密封胶的主要功用是在金属罐的二重卷边内实现密封。

在金属罐使用、装卸、贮存、运输期间、甚至当卷边发生物理撞击时，它都能对罐内装物起到保护作用。

常用的密封胶有水性密封胶和溶剂性密封胶。

①水溶性密封胶。

大部分水基密封胶是从一种乳剂形式的聚合物开始的，俗称乳胶。

它的优缺点如下：

a．优点：

环保（无挥发性可燃性溶剂）；粘度和总固体含量范围大；适用于所有金属罐类型，且在盛装溶剂、油和压力气雾剂的金属罐是具有卓越的物理性能。

b．缺点：

注胶后的罐盖必须加热强制干燥；可能发生腐蚀、磨损喷嘴顶针和微生物滋生；密封胶在零摄氏度以下可能发生冻结和凝结。

②溶剂性密封胶。

溶剂性密封胶是将橡胶和填料粉碎后与溶剂混合而成。

溶剂性密封胶一般有地低固体分散体（30％～40％）和高固体含量分散体（50％～60％）。

a．优点：

比水溶性密封胶更加稳定及容易注胶，注胶后的罐盖可以风干；干燥时对气温和湿度的敏感度较低；粘度随着温度而变化，但一般不会冻结或凝结。

b．缺点：

液体因含溶剂而易燃，且对人体接触有伤害；有机物挥发不利于环境保护。

4喷雾罐容器的结构设计

4.1喷雾罐整体结构形式

金属气雾罐（如图4.1）按罐开孔形状分为Z型罐和Y型罐，Y型罐为铝制罐，由于经济和技术的条件，我们选择的材料为镀锡薄钢板的Z型罐。

Z型罐是由罐身、罐肩、罐底组成的三片罐，罐身纵接缝采用电阻焊式焊接成型，上下口缘翻边成缩颈翻边，与罐肩罐底采用二重卷边，这样能尽可能节约材料

图4.1喷雾罐的基本结构图4.2三片罐的结构

1-上盖；2-罐盖；3-卷边部分；

4-组合翼；5-带组合翼的侧接缝；6-罐底；

7-总高；8-罐高；9-标签高

气雾罐底为了提高耐压强度，设计成加工成凹球面型结构。

如图（图4.3）为Z型罐罐底结构。

图4.3Z型罐罐底结构

4.2喷雾罐的细节结构与尺寸设计

4.2.1罐口结构与尺寸

气雾罐罐口口缘需要管封，以及阀门的固定盖、密封垫圈组构，实现对气雾罐的密封。

气雾罐的罐口结构、规格尺寸见下图（图4.4）和下表（表4-1）。

图4.4Z型喷雾罐灌顶开口结构

表4—1金属喷雾罐灌顶开口尺寸／mm

开孔

形状

外径

D1

内径D2

接触高度H

半径R

最小值

最大值

平均值

（10只）

Z型

31.3±0.15

25.4±0.10

3.85

4.15

4.00±0.13

1.45

Y型

31.20±0.20

25.4±0.10

3.95