CC BY
16
Вилимок Ярослав Александрович, магистр, vilimokya@yahoo.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCHING THE DEPENDENCE OF THE RELATIVE MAXIMUM HEIGHT OF THE STEP PART ON THE TECHNOLOGICAL PARAMETERS
Y.A. Vilimok
A correlation is established between the maximum height of the step part and the maximum height of the spherical dome. The dependence of the relative maximum height of the step part on the technological parameters is revealed.
Key words: spherical dome, drawing, step detail, height limit, relative height limit.
Vilimok Yaroslav Aleksandrovich, master, vilimokya@yahoo. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.9: 663
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ КОРПУСА АЛЮМИНИЕВЫХ БАНОК
О.Д. Рожкова
Проведены исследования в области процесса вытяжки алюминиевых банок с легковскрываемыми крышками для газированных и негазированных напитков, а также анализ влияния геометрических параметров различных по типоразмерам алюминиевых банок на основные параметры и характеристики этапов процесса вытяжки.
Ключевые слова: алюминиевая банка, вытяжка.
Алюминиевые банки широко применяют в пищевой промышленности для упаковывания газированных и негазированных напитков. Готовая алюминиевая банка состоит из двух основных элементов - корпуса и лег-ковскрываемой крышки. Каждый из этих элементов производится отдельно друг от друга по различным технологиям. В отличие от крышки корпус изготавливается из нелакированной алюминиевой ленты. Ее сначала разматывают, а затем наносят смазку, вырубают круглые заготовки, реализуют двухступенчатую вытяжку, формуют купол банки, выполняют обрезку корпуса, мойку и сушку, наносят рисунок и защитный лак, опять сушат, наносят пищевое покрытие на внутреннюю поверхность, формуют и от-бортовывают горло банки и сушат. Крышки изготавливают вырубкой с формированием сложной кромки, нанесением пасты-герметика, насечек, сушкой с дальнейшим приклеиванием к крышке ушек [1].
Полученные корпуса банок и крышки к ним контролируют по основным показателям качества [2], упаковывают и отправляют на склад.
Важнейшим этапом процесса производства корпуса алюминиевых банок, главным образом определяющим качество готового изделия, является процесс вытяжки, в результате которого получается заготовка типа неглубокой чашки, стенки которой утончают до 1/3 их исходной толщины.
В предыдущей работе [3] была разработана методика и представлен алгоритм расчета данного процесса, состоящий из шести этапов. Исходными данными для анализа являются следующие параметры банки: наружный диаметр В нижней цилиндрической части, высота И нижней цилиндрической части, толщина А стенки, высота Ид дна, наружный диаметр верхней цилиндрической части, высота И верхней цилиндрической части алюминиевой банки, высота Н и внутренний диаметр С банки [2].
Проведем исследование и анализ влияния различных типоразмеров алюминиевых банок на параметры процесса их вытяжки.
Расчетная схема алюминиевой банки с ее основными геометрическими параметрами и разделением по объему на три основные части представлена на рис. 1. На первом этапе проведем анализ влияния основных геометрических размеров банки на ее объем ¥б по металлу, определяемый суммой объемов трех ее частей.
Рис. 1. Расчетная схема алюминиевой банки
Для вычисления объема Уб предложено полученное в результате преобразований выражение в виде
Уб =
р(И1 - Ид )А( В -А) +
рВ 2 И
д
16
+
+
рСИ 4
(2В1 - 2Ь - С)
5
в котором В1 = С + 2Ь, а И =—Н.
р(Н - И1 - И)-А-
' В±В -А Л
2
V
у
+
2
1
3
Для упрощения вычислений целесообразно воспользоваться предо
ложенным графиком зависимости объема Уб (мм3) от высоты Н (мм) и диаметра Б (мм) банки, построенным в среде ЫмНСЛБ (рис. 2).
Рис. 2. Графики влияния основных параметров алюминиевой банки на ее объем: 1 - Б = 80 мм; 2 - Б = 70 мм; 3 - Б = 60 мм;
4 - Б = 50 мм
Как показали исследования влияния на объем Уб банки ее внутреннего диаметра й, данный параметр влияет на величину Уб незначительно, и при изменении й от 50 до 63 мм объем изменяется на величину, равную менее 2 %.
Так как объем заготовки алюминиевой банки с учетом отходов, доля которых составляет около 20...30 %, увеличивается на эту же величину и составляет Узаг = (1,2...1,3)Уб [3], то влияние внутреннего диаметра й банки на ее объем рассматриваться не будет.
Анализ графиков показал, что, например, в диапазоне значений Н от 80 до 220 мм при Б = 50 мм объем банки изменяется от 27000 до 74000
о
мм3; а для банки с Н = 168мм, Б = 66,4 мм и й = 52,4 мм по графику (рис. 2) примерно получаем Уб = 88240 мм3.
Проанализируем влияние геометрических параметров банки на объем Уд ее дна и высоту Нс стенки полуфабриката последней вытяжки, определяемые соответственно по выражениям
Уд А; (2)
Нс = 4(1,2...1,3)уб 2 + а . (3)
с 4рА( Б -А) Анализ выражения (3) и входящих в него параметров в среде ЫшНСЛБ показал, что на величину Нс диаметр Б оказывает незначительное влияние. Например, при значении Н = 100 мм наблюдается следующее: при Б = 50 мм Нс = 122 мм, а при Б = 50 мм Нс = 114 мм (рис. 3).
Рис. 3. Графики, демонстрирующие несущественное влияние диаметра Б на высоту Нс стенки полуфабриката: 1 - В = 80 мм; 2 - В = 70 мм; 3 - В = 60 мм; 4 - В = 50 мм
С учетом того, что объем заготовки с отходами колеблется от 1,2 до 1,3 от величины Уб, то влиянием В пренебрегаем и строим графики по среднему значению диаметра В = 65 мм.
На рис. 4 представлены построенные графики зависимостей параметров Уд (мм3) и Нс (мм) от геометрических параметров банки.
Не" 2:0
200
1:0
100-
:0~
1.2*10
50 55 <Ю 65 70 75 Э0 Э
а
30 100 120 140 160 130 200 Н б
Рис. 4. Графики влияния основных параметров алюминиевой банки на объем дна (а) и высоту Нс стенки полуфабриката (б)
Диаметр заготовки круглой формы определяется по выражению
{
Вкр
4(1,2...1,3) Уб
рА
(4)
На рис. 5 представлены построенные графики зависимостей параметра Вкр (мм) от геометрических размеров банки.
Рис. 5. Графики влияния основных параметров алюминиевой банки
на диаметр заготовки: 1 - В = 80 мм; 2 - В = 70 мм; 3 - В = 60 мм; 4 - В = 50 мм
524
Графики показывают, что величина Вкр при увеличении параметра
Н от 80 до 220 мм при В = 80 мм увеличивается от 145 до 240 мм, при В = 70 мм увеличивается от 160 до 260 мм, при В = 60 мм увеличивается от 175 до 275 мм, при В = 50 мм - от 180 до 295 мм.
Анализ суммарной степени деформации проводим по выражению
Ух = 1 - В , (5)
4(1,2...1,3)Кб '
V рА
на основании которого строим графики зависимости параметра от геометрических параметров банки (рис. 6).
Рис. 6. Графики влияния основных параметров алюминиевой банки на суммарную степень деформации:
1 - В = 80 мм; 2 - В = 70 мм; 3 - В = 60 мм; 4 - В = 50 мм
Анализ графиков показал, что величина у^ при увеличении параметра Н от 80 до 220 мм при В = 80 мм увеличивается от 0,58 до 0,74, при В = 70 мм увеличивается от 0,6 до 0,75, при В = 60 мм увеличивается от 0,63 до 0,77, а при В = 50 мм - от 0,68 до 0,8.
Площадь поверхности полуфабриката банки после первой вытяжки выразим, учитывая степень деформации в процессе второй вытяжки, по выражению
^ (6) 1 -у 2
в котором деформация у 2 второй вытяжки определяется с учетом задаваемой степени у1 деформации первой вытяжки из выражения
! 1 - Уе У 2 = 1 --Г^.
1-У1
На рис. 7 показан график зависимости площади от геометрических размеров банки при степени у1 = 0,65 .
а б
Рис. 7. Графики влияния основных параметров алюминиевой банки на площадь поверхности полуфабриката:
1 - В = 80 мм; 2 - В = 70 мм; 3 - В = 60 мм; 4 - В = 50 мм
Высота полуфабриката банки после первой вытяжки
(1,2... 1,3) УбА
Нп =-^-А4-+ А, (7)
рА(Вп - А)
, „л ~ 1 ^ , В - 2А
где Вп = Св + 2А - наружный диаметр полуфабриката; Св = ——— -
диаметр по его внутреннему контуру; / - некоторый коэффициент, принимаемый равным 0,7.. .0,9.
Анализ влияния диаметра В в выражении (7) в среде ЫмИСЛВ на величину Нп показал, что он оказывает незначительное влияние по аналогии с рассмотренной выше величиной Нс . Поэтому влиянием В пренебрегаем и строим графики по среднему значению диаметра В = 65 мм.
На рис. 8 показан график зависимости высоты Нп от геометрических размеров банки при различных значениях коэффициента
Рис. 8. Графики влияния на высоту полуфабриката первой вытяжки основных параметров алюминиевой банки и коэффициента/: 1 -/ = 0,7; 2 -/ = 0,8; 3 -/ = 0,9
Анализ графиков показывает, что высота Hп при увеличении параметра Н от 80 до 220 мм при f = 0,7 увеличивается от 58 до 180 мм, при f = 0,8 увеличивается от 66 до 215 мм, а при f = 0,9 - от 83 до 242 мм.
Таким образом, разработанная программа позволила провести исследования процесса вытяжки корпуса алюминиевых банок и оценить влияние различных типоразмеров банок на основные параметры процесса. Программа также обеспечивает автоматический расчет основных параметров процесса вытяжки корпуса банки с различными геометрическими параметрами.
Список литературы
1. Давыдов И.Б., Пузиков И.В., Рожкова О.Д. Анализ технологии производства алюминиевых банок для пивоваренной промышленности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 3. С. 460-464.
2. ГОСТ 33748-2016 Банки алюминиевые глубокой вытяжки с лег-ковскрываемыми крышками. Общие технические условия. М., 2016. 28 с.
3. Рожкова О. Д. Анализ и методика расчета процесса вытяжки при производстве алюминиевых банок// Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. № 10. С. 531-536.
Рожкова Оксана Дмитриевна, магистрант, od.rozhkovaarmc-holding. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
RESEARCH OF THE MAIN PARAMETERS OF THE EXTRACTION PROCESS
ALUMINUM CAN HOUSINGS
O.D. Rozhkova
The article studies the process of drawing aluminum cans with easily opened lids for carbonated and non-carbonated beverages, analyzes the influence of geometric parameters of different sizes of aluminum cans on the main parameters and characteristics of the stages of the drawing process.
Key words: aluminum cans, extractor fan.
Rozhkova Oksana Dmitrievna, master, od.rozhkovaa rmc-holding.com, Russia, Tula, Tula State University
