彩印覆膜铁基板的平面各项性能差异对罐身图文变形的影响

文/程柏松

【摘 要】利用彩印覆膜铁冲压制造二片罐，罐身表面的图案和文字经常出现不协调的扭曲变形，影响罐体的美观，降低消费者的购买欲望。对制罐用覆膜铁基板材料的研究结果表明，基板的平面各向性能差异对罐身表面图文变形结果的影响非常显著，是导致图文不协调变形的关键原因。

【关键词】彩印覆膜铁 各项性能差异 图文变形

覆膜铁作为一种理想的包装材料，具有良好的装饰、隔热、耐腐蚀及耐冲压等特性，近年来受到食品包装行业的广泛重视。然而，利用彩印覆膜铁冲压制罐却发现，罐体表面的图案和文字经常出现不协调的变形，以图1所示为例，靠近罐体下方部位的文字和图案都出现了扭曲变形（设计要求图文排列整齐），严重影响了罐体的整体美观度。

因此，目前亟需找出导致罐身图文不协调变形的根本原因，为后续攻克覆膜铁的图文不协调变形问题提供理论依据和解决思路。

1 罐身表面图文的预变形设计

罐子的图文预变形设计流程如图2所示，其中，图2a为罐体的最终成形图，为生产出符合最终设计要求的罐子，设计者通常将罐底和罐身二者分别进行图文设计。具体来说，由于罐身部位经由冲压成形工序完成，所以需依据图2b的罐身平面展开图，反向设计得到冲压前的罐身平面图，结果如图2c所示。而罐底由于垂直于模具的冲压方向，所以在冲压成形过程中，除了局部为增加承压能力而设计的膨胀圈（如图2a罐子上方中间部位及边部靠近黑色圆环部位）外，罐子的底部几乎不发生变形或变形量很小。因此，从罐子的整体变形情况考虑，对罐底不做图文的反向预变形设计，其图文效果如图2d所示。

图1 彩印覆膜铁罐效果图

2 罐身图文不协调变形的原因分析

罐身表面图案变形的本质是金属基板材料发生了塑性流动，进而带动罐身表面的图案及文字变形。图1的罐子采用的基板由国内某知名厂商供货，通过图文的不协调变形结果不难发现，罐身由上至下的轴向变形不均较为严重，如最下方一行文字发生了明显的扭曲变形，白色图形的下部也发生了严重的扭曲变形（按图2b的要求，白色图案的展开图底部应平直不扭曲），而罐身环向的变形则较为均匀。需要说明的是，一方面，设计人 员在罐身图文的预变形设计时，以基板的各个方向性能相同为准则，所以不存在图文预变形设计带来的误差。另一方面，罐体成型模具的参数也经过严格校准，如内外模具的间隙、压边力等参数，可以保证冲压成型工艺的稳定控制。因此，图文的不协调扭曲变形受到模具的影响极小。

表1 基板的力学性能测试结果

我们知道，实际的板材在轧制成型过程中，板材越薄，材料的性能指标越难控制，尤其是基板材料的各向异性，据此初步推断，基板材料不同方向的力学性能控制不均很有可能是导致图文不协调变形的根本原因。表1是0.14mm厚基板不同方向的力学性能测试结果。可以看出，基板不同方向的力学性能存在较大差异，完全符合前述的推断结果，其中，轧制方向0°的屈服强度最低，与轧制方向垂直的90°方向的屈服强度最高，二者相差65MPa，而45°方向的屈服强度则介于二者之间。从成型过程分析可知，罐身的成型是由板料冲压时沿着罐体的轴向拉伸和环向收缩两部分组成，如前所述，罐体环向变形较为均匀，因此，轴向的图文不协调变形则可以归结为由基板不同方向的力学性能差异引起的。

（a）罐子的成形效果图

（b）罐身的侧面展开图

（c）罐身的预变形设计效果图

（d）罐底的平面效果图
图2 罐子的图文预变形设计

从变形的本质上来说，罐体环向不同的罐身部位在成型过程中，由于不同部位沿“轴向”（即基板平面不同方向）的力学性能存在差异，特别是屈服强度偏差较大，使得罐身环向各个部位由弹性变形进入塑性变形的起始时间不一致，持续时间也不相同，也就是说，屈服强度低的部位提前产生塑性变形，反之则后产生塑性变形，加之，基板各个方向的抗拉强度也不相同，进而导致罐身环向各个部位的总的塑性变形量不同，以致最终形成不协调的图文形貌。虽然目前基板材料的延伸率较低，但由于普遍采用二次冲压成形制罐，因此，对材料的延伸率不需做过高要求即可满足生产需求。

图3 国外基板生产的罐子效果图

图3为采用德国某供应商提供的基板生产的彩印覆膜铁罐效果图，可以看出，罐体下方的文字排列非常整齐，白色图案底部虽略有扭曲变形，但与图1相比已大大减轻。通过对该基板材料性能进行测试后发现，基板三个方向（0°、45°、90°）的屈服强度在538MPa—540MPa之间，抗拉强度在541MPa—543MPa 之间，延伸率则在2.6MPa—3.0MPa之间，基板的各向性能非常接近，因此罐身的图文效果非常理想。至此可以肯定，基板材料不同方向力学性能的差异对覆膜铁冲压制罐表面图文形貌的影响非常关键。有鉴于此，该问题应引起国内基板供应商的重视并尽快提出解决办法，为大力发展覆膜铁两片罐提供必要的技术支持。

结语

基板材料的平面各向性能差异对罐身表面图文变形效果具有重要影响，各向性能的差异越明显，图文发生不协调变形的程度越大。

由于基板材料平面各向性能的差异非常明显，导致罐身成型时，罐身环向不同部位由弹性进入塑性变形阶段的起始时间不同，塑性变形的持续时间也不相同，而且基板材料不同方向的抗拉强度也相差较大，最终导致罐身环向不同部位产生的总的塑性变形量不同。

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