CC BY
28
УДК 621.9; 663
АНАЛИЗ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ БАНОК
О. Д. Рожкова
В статье рассмотрены особенности и основные характеристики процесса вытяжки на специализированном оборудовании при производстве алюминиевых банок с легковскрываемыми крышками для газированных и негазированных напитков, а также методика разработки технологии их вытяжки.
Ключевые слова: алюминиевая банка, вытяжка.
Для упаковывания газированных и негазированных напитков в пищевой промышленности широко используют алюминиевые банки, отличающиеся значительным снижением потерь при транспортировке, длительным сроком хранения упаковываемых напитков, возможностью вторичной переработки, экономической эффективностью, удобством использования. Такую тару производят по ГОСТ 33748-2016, в котором представлены основные термины и определения, типы и размеры, технические требования и другие технические условия для алюминиевых банок глубокой вытяжки с легковскрываемыми крышками.
Технологический процесс производства алюминиевых банок с лег-ковскрываемыми крышками представлен на рис. 1.
Нелакированная алюминиевая лента Лакированная алюминиевая лента
в цех розлива напитков
Рис. 1. Технология производства алюминиевых банок с легковскрываемыми крышками
Таким образом, технология алюминиевой банки заключается в размотке и нанесении смазки на нелакированную алюминиевую ленту, поступающие на предприятие-изготовитель в рулонах, вырубка круглых заготовок, двухступенчатая раскатка, раскатка и формовка купола, обрезка корпуса, мойка и сушка банки, нанесение рисунков и защитного лака, сушка банки, нанесение пищевого покрытия на внутреннюю поверхность, формование горла банки и его отбортовка, сушка, контроль качества банки и упаковка банок. Одновременно с этим производят легковскрываемые крышки по следующей технологии: вырубка заготовок крышек из лакированной алюминиевой ленты, формирование сложной кромки, нанесение пасты-герметика, нанесение насечек, контроль наложения пасты-герметика, сушка, приклеивание ушек к крышке и упаковка крышек [1, 2]. Упакованные банки и крышки комплектно поставляются в цех розлива напитков, в котором на высокопроизводительных автоматических роторных машинах и линиях обеспечиваются необходимые операции процесса [3].
Одной из основных стадий процесса производства алюминиевых банок является вытяжка, которая реализуется непосредственно после процесса вырубки заготовок круглой формы. Вытяжка из круглых заготовок осуществляется в два этапа. Результатом вытяжки является заготовка в форме неглубокой чашки, из которой в дальнейшем путем раскатки в три этапа осуществляют утонение стенок до 1/3 их исходной толщины.
В работе [4] представлен технологический процесс производства алюминиевых банок из алюминиевой ленты, из которой в дальнейшем получают плоские круглые вырубаемые заготовки, с применением двух операций вытяжки без утонения стенки с дальнейшим образованием рельефа дна банки (формовка) и отбортовкой ее горловины. Был рассмотрен технологический процесс производства алюминиевых банок типа 202/211x408 (по ГОСТ Р 51756-2001) с применением глубокой вытяжки с прижимом, который в процессе вытяжки находится под определенным усилием и обеспечивает более высокую точность получения размеров и низкую шероховатость поверхности с высокой пластичностью и малыми усилиями.
Определение объема готовой банки по чертежу Определение объема заготовки банки с учетом отходов Расчет геометрии полуфабриката последней вытяжки
Расчет суммарной степени деформации вытяжки Определение параметров полуфабриката первой вытяжки
Рис. 2. Алгоритм расчета процесса вытяжки алюминиевой банки
532
Для определения объема готовой алюминиевой банки требуется чертеж банки, на котором должны быть показаны основные ее параметры и размеры. На рис. 3 представлена схема алюминиевой банки по ГОСТ 33748-2016, в таблице стандарта представлены значения основных параметров и размеров банок.
а б
Рис. 3. Основные параметры алюминиевой банки по ГОСТ 33748-2016 (а) и расчетная схема для определения ее объема
(по металлу) (б)
Объем алюминиевой банки (по металлу) может быть определен по формуле
Уб = VI + у> + Уз, (1)
где У[, У2, Уз - объемы соответственно нижней цилиндрической части, средней части в форме усеченного конуса, верхней цилиндрической части алюминиевой банки.
Выразив последовательно объем каждой из частей банки как разницу между объемом внешней и внутренней ее части, получим
^2 / л2
VI =
4
И -р
V
а-д
2
(¿1 - Ид)
у
У2 = 3р(н - ¿1 - И)-
А
4
ПА А2 +-1 + 1
4
4
Г А-д
12 у
2
Г А-Д 12
V п
П-Д
Уз
%п{
4
И -Р
а -д V 2
УЧ 2
2
л 2 ^-Д
2 У .
А1
(2)
И = РИД(П1 -д),
где П - наружный диаметр нижней цилиндрической части, м; И - высота нижней цилиндрической части, м; д - толщина стенки, м; Ид - высота дна, м; А1 - наружный диаметр верхней цилиндрической части, м; И - высота верхней цилиндрической части алюминиевой банки, м (см. рис. 3, б).
533
Подставив выражения (2) в формулу (1) получим объем алюминиевой банки (по металлу).
Объем заготовки алюминиевой банки с учетом отходов, учитывая, что их объем в среднем составляет 20-30%, определим по выражению
Кзаг = 1,2 Кб ...1,3 V). (3)
Для определения геометрии полуфабриката последней вытяжки определим толщину его дна, а также наружный и внутренний диаметры соответственно по формулам
Ад =Д, Бн = Б, dвн - Оя - 2Д. (4)
Тогда объем дна и высоту стенки полуфабриката последней вытяжки определим по выражениям
4
Уд А д, (5)
н - 4Узаг - Уд ) +д
н с --2-Т~ + А д,
р(Б2 - dв2н)
последнее из которых с учетом формул (4) и выражения (5) после преобразований запишется в виде
ТТ 4Узаг -раБ2
Нс - —^-+ д. (6)
с 4ра( Б -а)
Размеры круглой заготовки, получаемой после вырубки алюминиевой банки (толщина и диаметр), определим исходя из следующего.
Толщину круглой заготовки определяем из условия получения объема металла, необходимого для образования дна после прессовки, с учетом припусков на механическую обработку, без утонения дна на вытяжках и получения механических свойств металла дна детали, как а кр - а.
Диаметр круглой заготовки
Бкр
4Узаг
рА кр
(7)
Суммарная степень деформации вытяжки определяется по выраже-Б2 - d2
нию ух -1--н-~, которое с учетом выражения (4) после преобразо-
4Бкр а кр ваний запишется в виде
ух-1 • (8)
Задаваясь значением степени у1 деформации первой вытяжки, определяют степень деформации у 2 второй вытяжки из выражения
1 -Ух- (1 -У1)(1 -У 2), и после преобразований получаем
у 2 =1"^. (9)
1 -у1
Размеры полуфабриката первой вытяжки определяются исходя из степени деформации второй вытяжки. Площадь поверхности такого полуфабриката
„ _ра( В -а)
1 "у 2
Диаметр по внутреннему контуру полуфабриката первой вытяжки будет равен йп _0,7^вн...0,9^вн. Наружный диаметр полуфабриката Вп _ йп + 2Адн. Высота полуфабриката определится по выражению
Нп _-—--+ а дн,
п ра(Вп -а) дн
где Уст - объем стенок полуфабриката, м3, определяемый по выражению
к _ к -Р^А
^ст ^заг 4 ^дн?
тогда
V -рВ2 а
у заг л ^дн
Н п _ ат 4 а, +а дн. (10)
ра(Вп - а)
В ГОСТ 33748-2016 указано, что размеры алюминиевых банок с легковскрываемыми крышками (см. рис. 1, а) не являются контрольными, а их значения даны для изготовления соответствующего технологического инструмента. Использование при создании банок технологии с применением глубокой вытяжки с прижимом обеспечит более высокую точность получения размеров и низкую шероховатость поверхности с высокой пластичностью и малыми усилиями. Целью дальнейших исследований является разработка программы, позволяющей выполнить автоматический расчет технологии производства алюминиевой банки с легковскрываемой крышкой с различными геометрическими параметрами, и анализ влияния данных параметров на процесс двухступенчатой вытяжки.
Список литературы
1. Рожкова О. Д. Перспективные технологии изготовления алюминиевой тары для напитков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 6. С. 280-285.
2. Пантюхина Е.В., Котляров В.С., Пантюхин О.В. Перспективные технологии изготовления пищевой упаковки: учебник. Тула: Изд-во Тул-ГУ, 2018. 212 с.
3. Давыдова Е.В., Прейс В.В. Автоматизация загрузки укупорочных элементов в автоматические роторные машины для розлива жидких пищевых продуктов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 91-102.
4. Журавлев Г.М., Ле Минь Дык. Разработка технологического процесса изготовления цельной банки // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2011. Вып. 6. Ч. 2. С. 285-291.
Рожкова Оксана Дмитриевна, магистрант, od.rozhkovaarmc-holding.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ANALYSIS AND CALCULATION METHOD OF THE EXTRACTION PROCESS IN THE PRODUCTION OF ALUMINUM CANS
O.D. Rozhkova
The article deals with the features and main characteristics of the extraction process on specialized equipment in the production of aluminum cans with easy-to-open lids for carbonated and non-carbonated beverages, as well as the method of developing the technology of their extraction.
Key words: aluminum cans, extractor fan.
Rozhkova Oksana Dmitrievna, masters, od.rozhkovaarmc-holding. com, Russia, Tula, Tula State University
