食品罐高强度精细材料密封

在过去十年中,由于关闭操作过程中的罐装皱纹问题,三件式食品罐的重量减轻没有取得真正的进展。 为了解决这个问题,设在德国杜塞尔多夫的钢铁应用研究协会(FOSTA)委托在切姆尼茨(萨克森州)的弗劳恩霍夫机床和成型技术研究所(IWU)与工业伙伴一起开展了一项研究项目。

虽然罐体关闭过程中的皱纹问题是限制进一步降低口径的主要因素,但人们认识到,如果关闭过程得到优化,进一步降低三件罐口径的潜力是显著的。

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在调查中,选择了直径为70毫米的三件罐罐,采用SEFEL的标准OIII封闭几何形状,因为它们常用于罐装制造业。 目前用于这些食品罐的标准材料的硬度为TH550,厚度为0.17毫米。 在该项目的框架内,调查了五种不同的盖子材料。 以硬度为TH550的镀锡板和厚度降低0.15毫米的镀锡作为参考。 检查了四种厚度为0.15毫米的材料,以及600N/mm2和650N/mm2范围内的超强拉伸强度,可变应力在2至10%之间,直至断裂点。

使用有限元素模拟进行过程分析

滚筒关闭分为两个阶段:第一个关闭操作和第二个关闭操作。 第一次操作的滚筒轮廓 – 其几何形状与第二次操作完全不同 – 显著影响结收时皱纹的行为。

图 1 封闭模型与模型的抽象

图 2 关闭模拟后的结果

因此,进行了有限的元素分析(FEA),目的是确定第一次密封操作中皱纹的主要因素和原因(见图1和2),为此应用了ESI集团的PAM-STAMP软件包。

其中一个主要影响因素是材料硬度与滚筒几何形状之间的关系。 因此,在 AEF 模拟期间,对不同的滚筒轮廓进行了分析,以最大限度地降低皱纹的高度。 这使得优化滚筒轮廓,以尽量减少所有高强度末端密封过程中的皱纹。 该项目的工业合作伙伴制造了优化的 Rulina 轮廓,并在不同的关闭机器上进行了测试。 三个接缝制造商和一个可以制造商进行工业测试与新旧滚轮配置文件的第一次关闭操作。

奥西利亚尔保守主义的工业测试

本节涉及辅助罐头(AC)的工业测试。

AC 作为一家金属包装制造商已有 60 年,是欧洲食品罐头行业最有经验的公司之一,为全球 500 多家公司(从大型跨国公司到小型罐头厂)提供解决方案。

努力通过开发以最健康、最环保的方式保存食物的系统来改善人们的生活,鼓励他们不断创新并提供新的格式和专利。 这是使他们能够继续在国际上发展和扩大其进程的关键。

图 3 显示初始组件。 它们是由项目合作伙伴制造的。 底部已密封在交流中。

图3:密封部件

图3:密封部件

交流生产

图4:在交流机器中的罐子

图5:密封罐样品

图 4 和 5 显示了在测试期间制造的某些罐子的样品,以实现最佳 Sefel 0III 关闭值。

皱纹分析

皱纹是密封期间在帽钩末端形成的波纹。 皱纹的百分比定义为皱纹大小与钩子总大小的百分比。 最多,我们设定了 30% 的可接受皱纹百分比。

图 6 在 Op1 中的结果

图 7:OP2 的结果

在两次密封操作的部分图像中,我们看到,在第一次操作中,我们很好地符合双封口。 在第二次操作熨烫后,我们有一个良好的构象和没有皱纹的所有盖子材料测试的封闭。

图 8 TH650 的盖子 – OP2 后无皱纹

图9:SF650帽 – OP2后无皱纹

双闭合的几何参数

对每个材料规格的 24 个示例进行了关键关闭参数的评估。

在图表中,我们看到我们在两个极端之间有着非常相似的值。 我们有一个很好的数据分组,但重点非常接近上限。

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图10 : 交汇高度

%22%22图 11 重叠

对于所有关闭,我们的所有值都高于较低的接受限制。 数据具有非常高的差异,特别是在 TH 材料的情况下。

%22%22 图 12 帽钩

帽钩的数据分组是好的。 至于这一进程,我们注意到,它侧重于名义上。

孔隙度测试

为了执行此测试,接缝浸入硫酸铜溶液中一分钟。 在此之后,氧化点被寻求,这表明这些点没有由清漆覆盖,由刷关节。

图13。 孔隙度测试

图14。 孔隙测试后的迷你

所有罐测试的所有类型的材料通过孔隙检查。

压力测试

已进行了第一次泛DEO测试。 此测试源自高压灭菌器密封食品罐的灭菌过程。 罐体密封在两侧,固定在支撑上,并在不断增加的压力下进行分析,以确定在什么压力下发生不可接受的泄漏或变形。

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图 15 变形测试

此测试的结论是,所有强度较大的材料都有改进的潜力,同时保持相同的功能要求。 从这个样本中仍然可以推断出,与纯强度增加的材料相比,高强度和高拉长的材料在组件功能方面具有更大的改进潜力。

在 PNR 压力测试中,罐子固定在压缩装置中。 然后,罐子会随着内部压力而逐步加载。 在压力逐渐增大期间,记录盖子中心点的变形。 每次测量压力负荷下的中央变形后,记录压力释放后中心点的剩余变形。 目标是不超过限制值 – 面板的最大变形 = 0.5 mm -,因为否则罐将不能安全站立,并会在视觉上出现%22膨胀%22。

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图 16 PNR 测试设备

以0.5毫米的无回报参考,我们需要每端的压力

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与图17相比

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正如我们在图表中看到的,在一些压力结束后,面板的永久变形方面有显著差异。 SF 材料端具有出色的压力行为。

结论:
该项目的工业参与者估计,使用具有650 N/mm2和高应力的盖材,将减少盖板的厚度0.02毫米(20微米),同时保持相同的功能。 然而,这一点的确认将是未来大规模生产测试的主题。 目前正在与潜在的财团伙伴讨论这项工作。 有关 FOSTA 以及如何获取完整项目报告的更多详细信息,
请访问 http://www.stahlforschung.de

感激
杜塞尔多夫钢铁应用研究协会(FOSTA)的研究项目IFG 19436 BR / 1237%22扩大用高强度细钢制成的盖子无皱封闭工艺的限度%22,得到了联邦经济和能源部的支持,通过德国工业研究协会联合会(AiF),作为促进工业研究计划的一部分合作(IGF)由德国联邦议院支持。

该项目在弗劳恩霍夫机床和构象技术研究所(IWU)进行。

该项目的工业合作伙伴

  • 材料供应商(蒂森克虏伯·拉塞尔斯坦有限公司,塔塔钢铁)
  • 密封机(坎特克有限公司 KG ,拉尼科·马希·奥托·尼姆施有限公司,格布吕德·莱昂哈特有限公司 – Kg 布莱玛·基尔切斯,费鲁姆有限公司,用于罐装技术)
  • 关闭工具(美子工程公司)
  • 罐装制造商 (罐装 SA, 辅助温室 SA, 国际包装协会, 胶水和马斯特兰德 A/S)
  • 测量设备(CMC-昆克有限公司)
  • 化合物(瓦科尔有限公司,汉高粘合技术)。

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