内装物其气雾剂的金属包装容器结构设计文档格式.docx
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表2-1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2-2碳氟化合物推进剂的性质
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
3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。
3.1喷雾罐的罐型、结构
喷雾罐的罐型、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）应满足装物的包装要求。
在选定罐型时，要根据装物的特性、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，由于此次设计的是发胶气雾剂喷雾罐，所以罐身选择圆形三片罐。
3.2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由于我们设计的容器为320ml的喷雾罐，所以选中Φ52mm的规格。
由h=4v/3.14dd得h=150mm查容量公差表可知，201～430ml喷雾罐的容量公差围为±
3ml。
选取h=150mm时，符合公差围。
即容积V为（320±
3）ml。
表3-1喷雾罐可选择的规格及主要参数
规格（mm）
罐（mm）
罐高度（mm）
全容积（mL）
罐口直（mm）
变形压力（MPa）
爆破压力（MPa）
65
135～313
405～1000
25.4±
0.10
21.2
≧1.44
52
79.5～202.5
140～405
45
101.6～183.6
140～270
表3—2容量公差
包装容量或满口容量
mL
公差
％
＜80
±
5
80～100
101～150
151～200
6
201～430
3
431～650
13
651～1000
2
1001～1400
20
（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
可按罐压力P、材料许用应力来确定板材的厚度，计算公式如下：
σ=PD/2T<
=[σ]（4—1）
式中P——罐压力，MPa；
D——罐径，cm；
σ——罐工作压力，MPa；
［σ］罐身材料许用应力，MPa；
t——罐身壁厚，cm。
表4-1材料σ表
材料名称
牌号
（σs）/MPa
（σb）/MPa
镀锡薄钢板
15
225
373
普通碳素钢
Q216
216
412
球墨铸铁
QT40-10
294
392
灰铸铁
QT45-5
324
441
表4-2压力性能
由表4-1和4-2得：
P=0.8Mpa[σ]=249Mpa
选用的喷雾罐直径D=52mm，代入公式（4—1）算得：
t≥PD/2[σ]=0.086（mm）
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0.2mm。
4.2喷雾罐的辅助材料选择
（1）喷雾罐涂料
涂料是指金属罐表面的涂料，它是为了防止金属罐盛装装物长期直接接触使金属腐蚀或释放出金属离子污染装物而必须使用的涂料，主要起保护装物的作用。
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4—3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
GMW系列
两片罐印刷
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％）。
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。
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。
5喷雾罐容器的结构设计
5.1喷雾罐整体结构形式
金属气雾罐（如图5.1）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。
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5.3）为Z型罐罐底结构。
图5.1喷雾罐的基本结构图5.2三片罐的结构
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
图5.3Z型罐罐底结构
5.2喷雾罐的细节结构与尺寸设计
5.2.1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5.4）。
图5.4Z型喷雾罐顶开口结构
5.2.2二重卷边结构
钢制喷雾罐的二重卷边结构如图5.5所示。
图5.5二重卷边结构
5.3阀门的结构选用
5.3.1阀门的工作原理和结构
工作原理及结构说明：
开口直径为25.4mm的金属喷雾罐所采用的标准结构如图5.6所示，平时通过弹簧的压力作用，阀门处于关闭状态，当按动按钮时，阀杆向下运动，阀杆喷孔离开密封圈处于开口状态，使杆体和阀体混合室连通，在推进剂的压力作用下使装物经导管，阀体喷孔，混合室，再通过阀体喷孔，阀杆，最后从按钮喷孔喷出。
当弹簧将阀杆顶回，阀杆喷孔被密封，阀门又处于关闭状态。
图5.6标准阀门结构示意图
1-触动器；
2-阀杆；
3-阀座；
4-衬垫；
5-阀门杯；
6-蒸发开关；
7-阀体；
8-阀体喷嘴；
9-导管；
10-弹簧；
11-混合室；
12-阀杆喷嘴；
13-喷嘴
5.3.2阀门的类型
a凸型阀门b凹型阀门
按阀门的结构分为雄型（凸型）和雌型（凹型）阀门。
在结构上，雄型阀杆高出阀门固定盖的小平面，促动器套在阀杆上;
雌型阀门的促动器与阀杆为连体结构，插在低于阀门固定盖小平面的阀杆座上。
选用凸型阀门。
6喷雾罐的制造工艺
6.1三片罐加工工艺流程
6.1.1制造工艺流程
三片喷雾罐的制造工艺除了罐盖与普通的三片罐不同之外，其余完全一样。
具体的工艺流程如下：
（1）罐盖（罐底）：
板料分切→涂油→冲裁成型→圆边→注胶→烘干
（2）罐身：
板材下料→印刷→裁罐身→成圆→搭接焊结→补涂→
烘干（滚筋）→翻边→封底→检验→罐装→封盖
6.1.2罐身纵缝焊接
三片喷雾罐的罐身板经过卷圆成型后，其侧缝需焊接，通常有锡焊和滚焊两种焊接方法。
由于锡焊焊锡中含铅量多，当装物中含有有机硫化物时，产生黑色的硫化铅沉淀物会堵塞阀门，还会由于乙酸盐和硝酸盐的阴离子作用而溶解，从而引起侧缝的泄漏。
目前罐体纵接缝一般采用电阻滚焊法焊接，即罐体接缝通过电极被熔融以后加压焊合。
这种焊接法最大优点是不用焊锡，除白铁皮以外的钢板都可以使用，由于这种焊缝的强度比钢板本身高，所以不用担心锡焊罐中常常出现的蠕变问题。
6.1.3罐身与罐盖，罐底的封合
三片喷雾罐的罐身与罐盖，罐底的结合不都是采用二重卷边工艺封合的，为保证罐的气密性，卷边必须外涂密封胶。
6.2坯料尺寸的确定
6.2.1罐身板的尺寸确定
由于采用的电阻焊罐，罐身板的长度和宽度计算方法如下：
（1）罐身板长度
L=［π（D+tb）＋ls］（6—1）
式中L——罐身板计算长度，mm；
D——圆罐直径，这里D=52mm；
tb——镀锡薄钢板的厚度，前面算出tb=0.2mm；
ls——焊缝搭边宽度，一般为0.3～0.5mm，这里取0.32mm。
代入数据算得：
L=164mm
（2）罐身板宽度
B=（h＋lb）±
0.05（6—2）
式中B——罐身板计算宽度，mm；
h——成品罐外高，前面算出h=150mm；
lb——罐身口缘翻边用料宽度，一般取2.5～3.5，这里取3.0mm。
代入数据算得：
B=153mm
6.2.2罐盖与罐底型坯尺寸
（1）灌盖外凸状，罐底凹球面状，依据面积不变原则，坯件落料尺寸可通过成型后的罐盖罐底尺寸面积计算，公式如下：
D1=D＋k=52+15.5=67.5mm（6—3）
D1——罐盖（底）板落料计算尺寸，mm；
D——罐径，mm；
k——修正系数，mm。
k值选取与罐形大小、设备条件、薄钢板及胶膜厚度有关，查表k=15.5
表5—1罐盖（底）板料计算修正系数
罐径/mm
52.3
65.3～72.9
83.3～98.9
105.1
153.4
k值/mm
15.5
16.0
16.5
17.0
18.0
6.2.3二重卷边的尺寸计算
二重卷边是罐身与罐盖（底）的组合，以五层卷边形式咬合在一起的卷封形式。
1）卷边厚度（T）。
卷边厚度T是指卷边外部测得的垂直于卷边叠层的最大尺寸。
其计算公式如下：
T＝3tc＋2tb＋∑g=0.6+0.4+0.2=1.2mm（6-4）
式中tc——罐盖（底）坯板厚度，mm；
tb——罐身坯板厚度，mm；
∑g——层间间隙之和，约为0.15～0.25mm。
卷边厚度T受卷边轮封卷压力影响，一般压力大T值小，压力小则T值大。
（2）卷边宽度（W）。
卷边宽度是指从卷边外部测得的平行于卷边叠层的最大尺寸。
W＝2.6tc＋BH＋Lc=0.52+2.0+0.1=2.62mm（6-5）
式中BH——身钩长度，mm；
Lc——身钩空隙，mm，要求越小越好。
卷边宽度大小还受压辊沟槽的形状、卷封压力及下托盘推力等因素影响。
且身钩长度BH对罐的影响较大，一般来说，BH值小，容易产生渗漏现象，BH值太大则容易产生垂边，故身钩长度BH必需适中。
（3）埋头度（C）。
埋头度是指卷边项部至盖平面的距离，它一般由上压头凸缘厚度决定，C＝W＋α=2.62+0.2=2.82mm（6-6）
式中W——卷边宽度，mm；
α——修正系数，一般为0.15～0.30mm。
（4）罐身身钩长度（BH）。
罐身身钩长度是指罐身翻边向弯曲成钩状的长度。
其值为1.8～2.2mm。
（5）罐盖盖钩长度（CH）。
罐盖盖钩长度是指罐盖圆边翻向卷边部弯曲部分的长度。
盖钩长度取决于头道压辊沟槽的形状，其值与身钩基本一致。
（6）叠接长度（OL）。
叠接长度是指二重卷边成型后，卷边部盖钩与身钩相互叠接的长度。
OL＝BH＋CH＋1.1tc－W=2.0+2.0+0.22-2.82=1.4mm（6-7）
式中BH——身钩尺寸，mm；
CH——盖钩尺寸，mm；
tc——罐盖（底）坯板厚度，mm；
W——卷边宽度，mm。
（7）叠接率（KOL）。
叠接率是表示卷边部钩盖与身钩相互叠接的程度。
KOL＝｛OL/［W－（2．6tc＋1．1tb）］｝×
100％=1.4/1.88=74.5%（6-8）
式中KOL——叠接率，％；
OL——叠接长度，mm；
W——卷边宽度，mm；
tc——罐盖（底）坯板厚度，mm。
综上，计算的结果为：
所求量
tb
L
B
D1
T
W
C
BH
CH
OL
KOL
结果mm
0.2
164
153
67.5
1.2
2.62
2.82
2.0
1.4
74.5%
7校核检验
7.1
周向强度、罐底强度校核
材料厚度T=0.2
罐压力P=0.8MPa
许用应力[σ]=249MPa
选用的喷雾罐直径D=52mm，
由σ=PD/2T<
=[σ]得：
σ=104<
249MPa
7.2
堆码强度校核
公式如下：
F=KW（H-h）/h
式中
钢桶堆码负荷F，N；
堆码高度H=0.45m；
单个钢桶高度h=0.15m；
单个钢桶盛装物品后的质量W=0.64kg；
劣变系数K=3
代入F=KW（H-h）/h得：
F=3.84N
8技术要求
8.1气密性要求
喷雾罐罐体，阀门及组装连接部位的气密性决定着气雾罐气密性能和质量，喷雾罐及其阀门要求在0.8MPa的压力条件下，在1min部的泄露。
8.2耐压强度要求
标准气雾罐在1.2Mpa的压条件下，保压10s，气雾罐不得发生永久形变；
继续升压至1.4MPa，保压10s，气雾罐不得发生爆裂。
阀门在1.8MPa压条件下，保压1min，其固定盖小凸高度h的变形量△h不大于0.30mm。
8.3阀门液罐的拉脱力
插管不小于49N，外插管部小于40N。
8.4外涂层要求
喷雾罐外涂层附着力200g/二级，涂层布脱落，在55℃水浴条件下，保温15min的涂层布脱落，不起皱。
涂层要采用与装物相适应的材料，外涂层硬度不小于2H。
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