钢桶辅件多模冲压工艺研究

文/黄小林

金属包装是中国都市型工业的重要组成部分，以其特有的加固性、密封保藏性、金属装饰魅力而成为不可替代的传统包装方式。其产值约占中国包装工业总产值的10%，主要为食品、罐头、饮料、油脂、化工、医药及化妆品和出口礼品包装等行业提供配套服务。据中国包装联合会金属容器委员会有关报告显示，我国已成为世界第二金属包装大国，我国金属包装业尚有巨大发展空间，新的上市公司和龙头企业不断涌现，企业现代化水平越来越高。

在金属容器制造领域，发达国家已经达到了较高的自动化水平，近年来我国金属印刷及制桶技术也呈现欣欣向荣、不断发展的局面。作为金属容器必不可少的辅助部件，因其工序较多、材料成型难度较高而对生产制造提出了较高的技术要求。

近年来，金属包装容器消费量逐步提升，综合市场、资源、发展前景等各方面的因素，以自动化、智能化为主要方向的高速自动化生产线及其关键技术的研发成为了目前行业技术发展的方向。

在金属包装行业相对成熟的发达国家已经实现了制桶过程的自动化，国内部分有实力的企业也曾引进过类似的自动化生产工艺，并且也出现了全自动制桶生产工艺及设备。目前，国内依然存在着大量手动或半自动型作业设备，生产效率与作业方式均较为落后，但引进新工艺则意味着更高的成本，金属包装行业大多企业目前还无力引进国际一流的高精尖设备或工艺。随着我们经济方式向集约型不断转变以及人们生活水平与生活理念的转变，人们对产品外观、性能、质量、安全等方面的要求也越来越高，越来越多的金属包装行业企业感觉到，依照目前的生产工艺，已经越来越达不到市场的要求了，新型基于现有技术和设备的智能化升级技术以及智能控制技术的研发势在必行。
在本项目立项前，公司在辅助部件生产线智能化、设备设计加工制造等方面已经取得技术突破，以往项目的经验积累为本项目研发提供了参考依据。研发中心近年来的创新成果为本项目奠定了基础。多模卷冲生产装备研发采用卷料生产，代替传统卷料经整平工序后进行辅料冲压的生产方式，节省整平工序，在缩短产品生产周期、降低单位产品能耗、减少员工投入上有极大突破，同时采用的多模冲压工艺，改变单模冲压每次只生产一个产品的现状，在提高产品生产效率方面非常明显。基于多模卷冲生产装备的上述特点，生产线将得到规模化推广，对提高公司市场竞争力起到较大作用，市场前景广阔。对提高国内金属包装容器生产设备的智能自动化程度行起到较好效果。

本项目的研发，一方面能够实现对现有设备的升级改造，突破其原有的产能限制，最大化合理利用；另一方面在降低人工劳动强度的同时，达到产品质量及稳定性的大幅度提升。通过本项目的实施，能够大幅提高公司生产效率和产能，在节约劳动力资源、节约原材料、节约能源等方面也具有突出意义。本项目大胆的将马口铁卷料送料冲压技术引入金属容器辅助部件生产工艺中，实现生产能力成倍提升，对于今后标准化配件项目的推广实施，对提升我国金属包装容器中辅助配件的标准化进程具有重要的引导作用。

该项目主要技术创新有以下几点：

1、全自动数控卷料连续送料系统

本项目研发罐盖/底钢卷直接自动开卷冲压技术与设备，国内首次运用卷冲、多模技术，实现各规格辅助部件高速自动化生产新工艺，降低中间产品的转移，提升产品成品的稳定性。基于马口铁卷料自动化送料系统，送料平稳、准确、速度能够满足高速冲压需求，实现对马口铁的整卷精确送料；实现了卷料的直接输送、冲压，转向的送料方式也节省了整个装置的排布空间，使得送料更加稳定，
不仅提高了生产效率，设备运行的稳定性也更高。

2、交替式相切型多模系统

交替式相切型多模系统，研发设计多排模同时阵列式运行，通过头道与成型工艺间的磨合，实现两者速度的最大化，实现多模冲压。将片状钢板放卷后向模具进行输送；模具具有三个冲压工位，首先由第一冲压工位对卷料钢板的中部冲压，然后二三工位同时对卷料钢板的左右进行冲压，完成落料；从第二、第三冲压工位冲压成型的料件左、右侧与卷料钢板的两个相邻边沿相切；最后将料件输送出去。

3、新型废料连续处理技术

解决在卷料冲压过程中如何处理废料，送料、退料效率高,送料、退料方位准确,完全实现送料、退料自动化的同时大大的提高冲压的生产效率。接料杆钩住废料，收料架移动收回废料，其结构简单，使用方便，自动化程度高，同时减少了劳动力，而且使得设备运行更加稳定，减少了生产危险。

4、多模多通道注胶工艺

多模注胶工艺，开发多喷头多通道注胶新技术，以适应超高速冲压装备的生产速度，实现注胶速度大幅提升。三模注胶机的驱动结构，其一次动作可以完成三个花篮盖的注胶，且单次注胶工作周期缩短，提高了花篮盖的注胶效率，满足现代化生产需求。多通道多层烘烤工艺，开发多通道多层烘箱新技术，以适应超高速冲压装备的生产速度，实现烘烤速度大幅提升。

5、关键零部件与设备的动态设计、加工过程模拟与优化

重点罐盖、罐底冲压、多工位组合优化的制罐技术与设备，重点针对传动机构、供送机构、机架等，基于设备高速、平稳、低噪、耐磨、可靠运行的要求，对各机构及关键零部件进行结构设计与建模，建立机构动力学模型，进行动力学分析；采用有限元分析技术，对整机、部件和关键零件进行模态分析和动载荷作用下的刚强度分析；综合动力学模型和有限元分析技术，采用多目标、多参数优化设计方法，对设备结构系统进行优化设计，重点解决设备结构的轻量化、驱动凸轮的结构与形线优化、高速运行平稳性可靠性等。

有待进一步解决的问题：

目前国内外钢提桶辅助部件生产速度一般都在30～45个/分钟，本项目研发的设备高于国内水平，目前正在使用的3 条钢提桶辅助部件生产线均超过国内外最高生产速度，最大可达105个/分钟，但受限于局部生产制造环节，当前只能达到80个/分。如何从80个/分钟向105个/分钟是本项目的一个重大技术难点。

速度提升的问题主要包含以下两方面：

（1）电气控制方面。当前行业内所使用的电气元件已经远超于国内的常规水平，但是离国外的领先水平仍有一定差距，因此突破电气控制设计的瓶颈，也是克服提速的一大难题。

（2）注胶方面。由于当前钢提桶底盖密封胶固化周期较长，成为多模卷冲提速的一个瓶颈，因此采用新的密封胶固化工艺，有效解决固化周期长的劣势，也是未来整套装备提速的关键因素。