授课教案 湖南工业大学包装与印刷学院 2006年5月
授 课 教 案 湖南工业大学包装与印刷学院 2006 年 5 月
第一篇包装容器结构设计基础 、基本要求:了解包装容器的功能和设计、评价方法 二、教学内容 、包装容器绪论 2、包装容器结构设计与评价 、学时分配:2学时 1包装容器绪论 1.1包装容器绪论 、包装容器的功能和结构设计要素 包装容器的功能、被包装产品、包装容器材料、环境条件等。 2、包装容器材料 纸与纸板、塑料、金属、玻璃、陶瓷等。 2包装容器结构设计与评价 21包装容器结构设计方法学 现代设计方法的特点: 程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机应用性等。 2、设计方法 突变论、信息论、系统论、离散论、智能论、控制论、对应论、优化论、寿命论、模糊论等。 22包装结构设计评价 1、评价的意义 通过全面、科学的评价,使设计更满足目标要求,保证设计质量 通过评价,使设计师和工程师在设计整个过程保持明确的方向,避免盲目性。 2、评价目标 技术评价目标、经济评价目标、社会性评价目标、审美性评价目标, 3、评价内容 ①技术方面的评价 ②经济方面的评价 ③社会方面的评价 23包装容器与人体工学 手对容器的动作总结起来有以下几种: ①把握动作一开启、移动、摇动 ②支持动作=支脱 ③触摸动作一探摸 一般来说容器的直径最小不应小于2.5厘米,需要握力很大的容器,容器的长度就要比手幅的宽度 长
第一篇 包装容器结构设计基础 一、基本要求：了解包装容器的功能和设计、评价方法 二、教学内容： 1、包装容器绪论 2、包装容器结构设计与评价 三、学时分配:2 学时 1 包装容器绪论 1.1 包装容器绪论 1、包装容器的功能和结构设计要素 包装容器的功能、被包装产品、包装容器材料、环境条件等。 2、包装容器材料 纸与纸板、塑料、金属、玻璃、陶瓷等。 2 包装容器结构设计与评价 2.1 包装容器结构设计方法学 1、现代设计方法的特点： 程式性、创造性、系统性、优化性、综合性、计算机应用性等。 2、设计方法： 突变论、信息论、系统论、离散论、智能论、控制论、对应论、优化论、寿命论、模糊论等。 2.2 包装结构设计评价 1、评价的意义 通过全面、科学的评价，使设计更满足目标要求，保证设计质量。 通过评价，使设计师和工程师在设计整个过程保持明确的方向，避免盲目性。 2、评价目标 技术评价目标、经济评价目标、社会性评价目标、审美性评价目标。 3、评价内容 ①技术方面的评价 ②经济方面的评价 ③社会方面的评价 2.3 包装容器与人体工学 手对容器的动作总结起来有以下几种： ①把握动作—开启、移动、摇动 ②支持动作==支脱 ③触摸动作—探摸 一般来说容器的直径最小不应小于 2.5 厘米，需要握力很大的容器，容器的长度就要比手幅的宽度 长
握力 11 14cm 省力 超极限 瓶盖与手的尺寸 力指数一年龄与握力大小的关系 最短 男(cm)女(cm) (cm) 大|9.7大8.7 中8.7中7.6 最大9(cm)最小2.5(cm) 小7.6小|6.6 成年男女的手幅与手部的测量参数 容器的最佳直径尺寸和长度
第二篇金属包装容器结构设计与制造 、基本要求 研究对象:本篇研究的是金属包装制品,是以金属或金属合金为主要材料的包装制品,如金属 罐、金属软管、金属桶以及其他金属制品等。 2、研究内容:包括金属包装制品的结构设计与计算、加工成型原理、生产制造工艺等。重点内容 是金属罐制品的设计和制造 3、学习目的:掌握典型金属包装制品的结构特点、用途、加工工艺、成型原理及主要生产设备的 基础知识 二、教学内容: 共分六大部分 1、成型工艺基础 2、二片罐结构设计及制造 片罐结构设计及制造 4、金属桶结构设计及制造 5、喷雾罐结构设计及制造 6、金属软管结构设计及制造 三、学时分配:16学时 3成型工艺基础 基本要求:掌握一般金属包装容器成型工艺基础 教学内容: 1、冲裁工艺 2、弯曲成型 拉伸原理 重点与难点:成型工艺原理 学时分配:2学时 3.1冲裁工艺 冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺,包括落料、冲孔、切口、剖切和修边等工艺,但在 般情况下往往指落料和冲孔。此工艺即可以直接把材料制成零件,又可以为弯曲、拉深和成型等工序做 准备。从材料上冲下所需形状的零件或毛坯,称为落料,在工件上冲出所需形状的孔,叫做冲孔 l、冲裁过程 (1)弹性变形。冲裁开始,凸模对材料加压,由于弯矩作用,材料不仅产生弹性压缩,而且还有拉 弯,并稍许把材料压进凹模腔口。此阶段内的应力状态未达到塑性条件,处于弹性变形阶段。 (2)塑性变形。凸模继续对材料加压,当材料的应力状态满足塑性条件时,产生塑性变形,同时, 还伴有材料的弯曲和拉伸。随着变形的增加,模具人口附近产生应力集中,直到应力之达到最大值并出 现微裂纹。 (3)断裂分离。凸模连续压入,已形成的上、下微裂纹逐渐 扩大并向材料内部延伸,当两条裂纹重合或相交时,材料便被剪 断分离。 2、冲裁模间隙 根据对冲裁过程的分析知道,冲裁用凸、凹模之间的间隙 对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命等影响很大。 (1)冲裁模间隙值的确定
第二篇 金属包装容器结构设计与制造 一、基本要求： 1、研究对象：本篇研究的是金属包装制品, 是以金属或金属合金为主要材料的包装制品，如金属 罐、金属软管、金属桶以及其他金属制品等。 2、研究内容：包括金属包装制品的结构设计与计算、加工成型原理、生产制造工艺等。重点内容 是金属罐制品的设计和制造。 3、学习目的：掌握典型金属包装制品的结构特点、用途、加工工艺、成型原理及主要生产设备的 基础知识。 二、教学内容： 共分六大部分: 1、成型工艺基础 2、二片罐结构设计及制造 3、三片罐结构设计及制造 4、金属桶结构设计及制造 5、喷雾罐结构设计及制造 6、金属软管结构设计及制造 三、学时分配：16 学时 3 成型工艺基础 基本要求：掌握一般金属包装容器成型工艺基础 教学内容： 1、冲裁工艺 2、弯曲成型 3、拉伸原理 重点与难点：成型工艺原理 学时分配：2 学时 3.1 冲裁工艺 冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺，包括落料、冲孔、切口、剖切和修边等工艺，但在一 般情况下往往指落料和冲孔。此工艺即可以直接把材料制成零件，又可以为弯曲、拉深和成型等工序做 准备。从材料上冲下所需形状的零件或毛坯，称为落料，在工件上冲出所需形状的孔，叫做冲孔。 1、冲裁过程 （1）弹性变形。冲裁开始，凸模对材料加压，由于弯矩作用，材料不仅产生弹性压缩，而且还有拉 弯，并稍许把材料压进凹模腔口。此阶段内的应力状态未达到塑性条件，处于弹性变形阶段。 （2）塑性变形。凸模继续对材料加压，当材料的应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形，同时， 还伴有材料的弯曲和拉伸。随着变形的增加，模具人口附近产生应力集中，直到应力之达到最大值并出 现微裂纹。 （3）断裂分离。凸模连续压入，已形成的上、下微裂纹逐渐 扩大并向材料内部延伸，当两条裂纹重合或相交时，材料便被剪 断分离。 2、冲裁模间隙 根据对冲裁过程的分析知道，冲裁用凸、凹模之间的间隙 对冲裁件质量、冲裁力和模具寿命等影响很大。 （1）冲裁模间隙值的确定
①理论确定法.理论确定法的主要依据是保证冲裁时材料上、下两剪裂纹重合而交于一条连线。 ②经验确定法。根据实践经验,往往采用下述经验公式来计算合理间隙。 C=mt (2)冲裁模间隙对冲裁的影响 3、凸、凹模刃口尺寸的计算 模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素,模 具的合理间隙也要由模具刃口尺寸及其公差来保证 4、冲裁力及其降低方法 (1)冲裁力的计算:计算冲裁力的目的在于合理的选用压 力机和设计模具。显然压力机的吨位必须大于所计算的冲 裁力,以适应冲裁的要求。 (2)降低冲裁力的方法:在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时,所需冲裁力可能会超过现 有压力机吨位,此时必须考虑采取降低冲裁力的措施。 5、精密冲裁 (1)精冲法:精冲法又称齿圈压板冲裁法。这种冲裁法与普通冲裁在工艺上的区别,除凸、凹模间 隙极小与凹模刃口带圆角外,在模具结构上还比普通冲裁模多装一个齿圈压板与一个顶出圈。 (2)半精冲 6、整修 1)外缘整修:将预先留有整修余量的落料件置于整修凹模上,其凸模将毛坯压入凹模,余量被凹 模切去。外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模结构等因素有关。 (2)内孔整修:内孔整修过程与外缘整修相似,不同处就是内孔整修利用凸模切除余量。整修的目 的是校正孔的坐标位置,提高光洁度和孔的尺寸精度 32弯曲成型 1、弯曲变形过程 (1)弹性弯曲阶段。板料在外加弯曲力矩作用下发生弯曲变形,先通过弹性弯曲阶段。 (2)塑性弯曲阶段。随着外加弯矩的增加,板材的弯曲变形增大,其内、外表层金属先达到屈服极限 板料开始由弹性变形阶段转入塑性变形阶段
①理论确定法.理论确定法的主要依据是保证冲裁时材料上、下两剪裂纹重合而交于一条连线。 ②经验确定法。根据实践经验，往往采用下述经验公式来计算合理间隙。 C=mt （2）冲裁模间隙对冲裁的影响 3、凸、凹模刃口尺寸的计算 模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模 具的合理间隙也要由模具刃口尺寸及其公差来保证。 4、冲裁力及其降低方法 （1）冲裁力的计算：计算冲裁力的目的在于合理的选用压 力机和设计模具。显然压力机的吨位必须大于所计算的冲 裁力，以适应冲裁的要求。 （2）降低冲裁力的方法：在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时，所需冲裁力可能会超过现 有压力机吨位，此时必须考虑采取降低冲裁力的措施。 5、精密冲裁 （1）精冲法：精冲法又称齿圈压板冲裁法。这种冲裁法与普通冲裁在工艺上的区别，除凸、凹模间 隙极小与凹模刃口带圆角外，在模具结构上还比普通冲裁模多装一个齿圈压板与一个顶出圈。 （2）半精冲 6、整修 （1）外缘整修：将预先留有整修余量的落料件置于整修凹模上，其凸模将毛坯压入凹模，余量被凹 模切去。外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模结构等因素有关。 （2）内孔整修：内孔整修过程与外缘整修相似，不同处就是内孔整修利用凸模切除余量。整修的目 的是校正孔的坐标位置，提高光洁度和孔的尺寸精度。 3.2 弯曲成型 1、弯曲变形过程 （1）弹性弯曲阶段。板料在外加弯曲力矩作用下发生弯曲变形，先通过弹性弯曲阶段。 （2）塑性弯曲阶段。随着外加弯矩的增加，板材的弯曲变形增大，其内、外表层金属先达到屈服极限， 板料开始由弹性变形阶段转入塑性变形阶段
(b)b>3 2、弯曲变形过程的特点 (1)变形区主要处在弯曲件的圆角部分,而在远离圆角区的两段则不发生变形 (2)在弯曲变形区内,其外区的切向金属受拉伸长,其内区的切向金属受压缩短。在这两个变形区 内,有一层金属层长度不变,即应变中性层。 3、最小弯曲半径 1)应变中性层的位置。在冲压板料时,为确定凸模的最小圆角半径及弯曲件的毛坯 尺寸,必须先确定应变中性层的位置。 (2)最小弯曲半径的确定。在弯曲过程中,材1) 料外层纤维受拉应力,当材料的厚度一定时,弯曲半 径越小,则拉应力越大 4、弯曲回弹现象 (1)回弹值的计算。弯曲变形结束后不受外力 作用时,总是伴有弹性变形,使弯曲间的弯曲中心角 与弯曲半径变得同模具的尺寸不一致,这种现象称为 图11-7应变中性层的位置 (2)影响回弹量的因素 ①材料的机械性能 ②弯曲变形程度 ③弯曲中心角 ④弯曲方式 ⑤工件形状 ⑥模具结构 (3)减小回弹的措施 2 5、弯曲件的工艺性 弯曲间的工艺性是指弯曲工件的形状、尺寸、精度要 求,材料选用及技术要求等是否合乎弯曲加工的工艺要求。 (1)弯曲件的弯曲半径 (2)弯曲件的形状 (3)弯曲件孔边距离 工艺孔 (4)弯曲件直边高度 (5)设计工艺、槽 33拉深原理 将平板毛坯通过拉深模具制成 开口筒形或其他断面形状的零件,或
2、弯曲变形过程的特点 （1）变形区主要处在弯曲件的圆角部分，而在远离圆角区的两段则不发生变形。 （2）在弯曲变形区内，其外区的切向金属受拉伸长，其内区的切向金属受压缩短。在这两个变形区 内，有一层金属层长度不变，即应变中性层。 3、最小弯曲半径 （1）应变中性层的位置。在冲压板料时，为确定凸模的最小圆角半径及弯曲件的毛坯 尺寸，必须先确定应变中性层的位置。 （2）最小弯曲半径的确定。在弯曲过程中，材 料外层纤维受拉应力，当材料的厚度一定时，弯曲半 径越小，则拉应力越大。 4、弯曲回弹现象 （1）回弹值的计算。弯曲变形结束后不受外力 作用时，总是伴有弹性变形，使弯曲间的弯曲中心角 与弯曲半径变得同模具的尺寸不一致，这种现象称为 回弹。 （2）影响回弹量的因素 ①材料的机械性能 ②弯曲变形程度 ③弯曲中心角 ④弯曲方式 ⑤工件形状 ⑥模具结构 （3）减小回弹的措施 5、弯曲件的工艺性 弯曲间的工艺性是指弯曲工件的形状、尺寸、精度要 求，材料选用及技术要求等是否合乎弯曲加工的工艺要求。 （1）弯曲件的弯曲半径 （2）弯曲件的形状 （3）弯曲件孔边距离 （4）弯曲件直边高度 （5）设计工艺、槽 3.3 拉深原理 将平板毛坯通过拉深模具制成 开口筒形或其他断面形状的零件，或
将筒形或其他断面形状毛坯再制成筒形或其他断面形状的零件,这种工序成为拉深(或拉延 l、拉深变形过程 (1)凹模口凸缘部分。这部分材料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下,材料发生塑性变形而逐渐 进入凹模。 (2)凹模圆角部分这部分材料除了上述区域那样为径向拉应力和切向压应力以外,还承受凹模圆角处的 压力、摩擦力和弯曲作用而产生的 压应力,这是一个过渡区。 (3)筒壁部分。这部分材料已经 成为筒形,材料不会有大的变形。 (4)凸模圆角部分。这部分材料 承受着凸模圆角作用的径向和切向 拉应力。还承受凸模圆角的压力和 弯曲作用在厚度方向上的压应力。 (5)筒底部分。此外材料在拉深 过程中保持平坦,不产生大的变 形,只是由于凸模拉伸力的作用 材料承受双向拉应力而略为变薄 2、拉深过程的力学分析 (1)凸缘变形区的应力分布 (2)起皱现象分析 (3)拉裂问题分析 (4)克服拉裂和起皱的主要措施 ①防止拉裂的主要措施 ②防止起皱的主要措施 3、拉深系数与拉深次数 在制定拉深工艺程序和设计拉深模具时,必须预先 确定零件能否用一道拉深工序或多道工序拉深 (1)拉深系数 (2)影响拉深系数的因素 (3)拉深次数 (4)首次拉深后各次拉深方法 4、拉伸件工艺性和拉伸工序计算 (1)拉深件工艺性要求 (2)拉深工序计算
将筒形或其他断面形状毛坯再制成筒形或其他断面形状的零件，这种工序成为拉深（或拉延）。 1、拉深变形过程 （1）凹模口凸缘部分。这部分材料在径向拉应力和切向压应力的共同作用下，材料发生塑性变形而逐渐 进入凹模。 （2）凹模圆角部分这部分材料除了上述区域那样为径向拉应力和切向压应力以外，还承受凹模圆角处的 压力、摩擦力和弯曲作用而产生的 压应力，这是一个过渡区。 （3）筒壁部分。这部分材料已经 成为筒形，材料不会有大的变形。 （4）凸模圆角部分。这部分材料 承受着凸模圆角作用的径向和切向 拉应力。还承受凸模圆角的压力和 弯曲作用在厚度方向上的压应力。 （5）筒底部分。此外材料在拉深 过程中保持平坦，不产生大的变 形，只是由于凸模拉伸力的作用， 材料承受双向拉应力而略为变薄。 2、拉深过程的力学分析 （1）凸缘变形区的应力分布 （2）起皱现象分析 （3）拉裂问题分析 （4）克服拉裂和起皱的主要措施 ① 防止拉裂的主要措施 ② 防止起皱的主要措施 3、拉深系数与拉深次数 在制定拉深工艺程序和设计拉深模具时，必须预先 确定零件能否用一道拉深工序或多道工序拉深， （1）拉深系数 （2）影响拉深系数的因素 （3）拉深次数 （4）首次拉深后各次拉深方法 4、拉伸件工艺性和拉伸工序计算 （1）拉深件工艺性要求 （2）拉深工序计算
两片罐的结构设计及制造 基本要求:掌握金属两片罐的结构特点,使用材料及工艺 教学内容: 1、二片罐结构 片罐制造工艺 3、金属罐的设计 重点与难点:金属二片罐的制造工艺 学时分配;6学时 41二片罐结构 l、二片罐组成 二片罐罐身由侧壁和罐底组成。其成型方法有浅拉伸法和多级拉伸法 2、二片罐的特点及规格尺寸 (1)二片罐的分类 ①拉深罐 ⊙罐盖上缘 ②变薄拉深罐 (2)二片罐的特点 ①外表面可全面印刷和装潢,提高包装效果 ②二片罐质轻、壁薄 罐身 ③罐身与罐底为一体且无接缝,力学强度高, 密封性好 ④与罐盖卷封作业容易 ⑤成型工艺简单、成型速度快 罐身下缘 (3)二片罐的材料 罐底 (4)二片罐的规格尺寸 3、二片罐的结构 (1)罐身罐盖 42二片罐罐身的制造工艺及质量检测 (1)罐身制造工艺 ①浅拉伸罐(浅冲罐)。其罐稿与罐径比小于1 ②拉伸深罐(深冲灌)。其罐高与罐径比大于 拉深杯 (a)双动作式 冲切 拉深 再拉深 再拉深杯 (b)三动作式 图3-48拉深加工方式
4 两片罐的结构设计及制造 基本要求：掌握金属两片罐的结构特点，使用材料及工艺 教学内容： 1、二片罐结构 2、二片罐制造工艺 3、金属罐的设计 重点与难点：金属二片罐的制造工艺 学时分配：6 学时 4.1 二片罐结构 1、二片罐组成 二片罐罐身由侧壁和罐底组成。其成型方法有浅拉伸法和多级拉伸法。 2、二片罐的特点及规格尺寸 （1）二片罐的分类 ①拉深罐 ②变薄拉深罐 （2）二片罐的特点 ①外表面可全面印刷和装潢，提高包装效果 ②二片罐质轻、壁薄 ③罐身与罐底为一体且无接缝，力学强度高， 密封性好 ④与罐盖卷封作业容易 ⑤成型工艺简单、成型速度快 （3） 二片罐的材料 （4） 二片罐的规格尺寸 3、二片罐的结构 (1) 罐身 罐盖 4.2 二片罐罐身的制造工艺及质量检测 (1) 罐身制造工艺 ①浅拉伸罐(浅冲罐)。其罐稿与罐径比小于 1 ②拉伸深罐(深冲灌)。其罐高与罐径比大于
③变薄拉伸罐 □口日 图3-46变薄拉深原理 D一初次不变薄拉深;I1,12,I3一三次变薄拉深; 2)质量检测 1一凸模;2一凹模 ①对罐体的技术要求 ②质量检验方法 43盖的制造工艺 1、圆形顶开盖的制造工艺 顶开盖即板材经冲压成形具有加强楞的圆形或异型盖,开罐时用专用工具切开。圆形顶开盖的制造 工艺路线为: ①切板 ②冲盖圆边 ③注胶和烘干 马口铁 (a)剪切 (b)冲盖 (c)卷边 (d)注胶与干燥 图322罐盖的加工工艺流程 2、易开盖制造工艺 (1)易开盖的分类 ①接开口大小分 ②接所用的材料分 ③接开启方式分 (2)对铝合金材料的性能要求
③变薄拉伸罐 (2)质量检测 ①对罐体的技术要求 ②质量检验方法 4.3 盖的制造工艺 1、 圆形顶开盖的制造工艺 顶开盖即板材经冲压成形具有加强楞的圆形或异型盖，开罐时用专用工具切开。圆形顶开盖的制造 工艺路线为： ①切板 ②冲盖圆边 ③注胶和烘干 2、易开盖制造工艺 （1）易开盖的分类 ①接开口大小分 ②接所用的材料分 ③接开启方式分 （2）对铝合金材料的性能要求
(3)易开盖的制造工艺及设备 ①拉环式易开盖生产过程 ②基盖生产 ③成品盖 (4)对易开盖的技术要求 ①基本尺寸检查 ②主要性能 ③外观质量要求 ④涂层质量要求 (5)质量检查方法 ①易开盖耐压强度试验 ②易开盖密封性试验 44确定金属罐的罐型、结构 (1)影响成本的因素 (2)应满足内包装物的包装要求罐容是指20℃时的金属罐的容积,计算时要扣除罐底和罐盖的高度。 45金属罐原材料的选择 应根据金属管的结构强度来确定材料及其厚度。金属管所用的板材厚度约为0.15~0.5Jm (1)材料厚度的确定应根据金属罐的结构强度来确定制罐材 (2)用料面积的计算 5金属三片罐的结构设计及制造 基本要求:掌握金属三片罐的结构特点,使用材料及工艺 教学内容 罐身、罐盖 2、二重卷边 片罐制造工艺 4、金属罐的设计 重点与难点:金属三片罐的制造工艺 学时分配:4学时 5.1三片罐的结构 三片罐由罐身、罐底和罐盖三部分组成。罐身的上缘和下缘分别为罐盖与罐身、罐身与罐底的结合 部,为使罐身上缘与一定规格的罐盖相封合,可设计成缩口结构
（3）易开盖的制造工艺及设备 ①拉环式易开盖生产过程 ②基盖生产 ③成品盖 (4)对易开盖的技术要求 ①基本尺寸检查 ②主要性能 ③外观质量要求 ④涂层质量要求 (5)质量检查方法 ①易开盖耐压强度试验 ②易开盖密封性试验 4.4 确定金属罐的罐型、结构 （1）影响成本的因素 （2）应满足内包装物的包装要求罐容是指 20℃时的金属罐的容积，计算时要扣除罐底和罐盖的高度。 4.5 金属罐原材料的选择 应根据金属管的结构强度来确定材料及其厚度。金属管所用的板材厚度约为 0.15～0.5mm。 (1)材料厚度的确定应根据金属罐的结构强度来确定制罐材 (2)用料面积的计算 5 金属三片罐的结构设计及制造 基本要求：掌握金属三片罐的结构特点，使用材料及工艺 教学内容： 1、罐身、罐盖 2、二重卷边 3、三片罐制造工艺 4、金属罐的设计 重点与难点：金属三片罐的制造工艺 学时分配：4 学时 5.1 三片罐的结构 三片罐由罐身、罐底和罐盖三部分组成。罐身的上缘和下缘分别为罐盖与罐身、罐身与罐底的结合 部，为使罐身上缘与一定规格的罐盖相封合，可设计成缩口结构