microbik.ru
  1 2 3 4 ... 6 7
Глава 3. Металлическая тара
Металлическая тара имеет разные конструкции в зависимости от назначения и широко применяется в разных отраслях промышленности.

Основные наиболее массовые виды металлической тары – жестяные консервные банки, к которым предъявляются требования не только по герметичности и прочности, но и коррозионной стойкости, обеспечивающей длительное хранение пищевых продуктов без изменения их качества.

Банки и другие виды металлической тары, а также крышки для укупорки стеклянных банок и бутылок, тубы, применяемые для герметичной укупорки продуктов изготовляются преимущественно из белой жести, а также алюминия и его сплавов. В связи с дефицитностью олова вместо белой жести для производства металлических банок применяют черную, хромированную жесть, алюминий и алюминиевую жесть с лаковым защитным покрытием [1].

По способу изготовления банки бывают сборные (из корпуса и концов – донышка и крышек) и цельноштампованные (с прикатанной или припаянной крышкой).

По форме банки выпускаются цилиндрические и фигурные (прямоугольные, овальные, эллиптические и др.).

В зависимости от назначения банки изготовляются герметичные и негерметичные. Последние применяются ограниченно, главным образом для некоторых нестерилизуемых пищевых продуктов [1].
3. 1. Служебное назначение металлической тары

Металлическая тара предназначена для упаковки, хранения и транспортировки пищевых продуктов. Жестяные банки предназначены для упаковки, хранения и транспортировки нестерилизуемых продуктов (сушек, сухарей, печенья, вафель и т. д.), алюминиевые – для консервов (рыбных, мясных, овощных, молочных и т. д.).
3. 2. Технические требования, конструкторские

решения и используемые материалы

Банки должны быть герметичными, при испытании сжатым воздухом должны выдерживать избыточное давление 0,05 – 0,1 МПа в зависимости от их размеров.

Банки должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать без нарушения герметичности внутреннее давление при стерилизации и охлаждении консервов, наружное давление при создании вакуума внутри и другие внешние воздействия.

Поперечные швы должны быть гладкими, без наката, подрезов и морщин. Внутренние поверхности банок могут быть лакированными и нелакированными. Для некоторых видов консервов банки изготовляют только с лакированной внутренней поверхностью. Наружные поверхности банок могут быть лакированными или литографированными.

Внутренняя поверхность лакированных банок должна быть гладкой, глянцевой, без царапин и других нарушений лакового покрытия, без пузырей. Допускается неравномерность толщины лаковой пленки в пределах 2 мкм. Внутренняя и наружная поверхности нелакированных банок должны быть гладкими, без трещин, царапин и ржавчины.

На поверхности банок допускаются легкая матовость; поверхностные точки диаметром до 1 мм; легкие царапины, не нарушающие цельности банок; крупинки олова и пузырьки диаметром не более 2 мм в количестве не более трех пузырьков на банку. В местах нахлестки в угловых швах с внутренней стороны банки допускаются наплывы припоя общей площадью не более 50 мм2.

Уплотняющий материал не должен выступать из-под закаточного шва ни снаружи ни внутри банки. У фигурных банок резиновая прокладка может незначительно выступать из-под закаточного шва. Отбортованные края банки должны быть одинаковой ширины и не иметь трещин или вмятин [7].

Как уже было сказано ранее, по способу изготовления банки делятся на сборные и цельноштампованные, по форме – на цилиндрические и фигурные.

Элементы банки. Сборная жестяная банка имеет, как правило, цилиндрическую форму и состоит из трех частей: донышко 3 и крышка 1 присоединяются к отбортованному корпусу 2 с помощью закаточного шва (рис. 3. 1).

Корпус банки образуется при свертывании в цилиндр прямоугольной заготовки (бланка), на которой предварительно загибаются края; последующего склепывания этих краев «в замок» и пропайки продольного шва припоем. Такой шов состоит из четырех слоев жести, плотно прилегающих друг к другу и только на концах корпуса он делается внахлестку. Последнее позволяет иметь в углошве (месте пересечения продольного шва с поперечным) только 7 слоев жести, что облегчает отбортовку корпуса и последующую его закатку, а также создает условия для получения герметичного углошва.




1


2

3
Рис. 3. 1. Конструкция сборной жестяной банки
Для получения продольного шва «в замок» у заготовки-бланка с правой стороны обрубают уголки, а с левой – заготовку просекают в двух местах. Затем образовавшиеся поля между просеченными и обрубленными уголками загибают в противоположные стороны под углом ≈145 º.

При свертывании бланка в цилиндр край поля служит упорной базой. Для создания постоянства этого упора левое поле целесообразно делать примерно на 0,5 мм шире правого. При этом внутри шва образуется профильный канал, по которому в процессе пайки из шва отводятся газы. Канал заканчивается у границы нахлестки внутри корпуса, что предотвращает появление свищей и выдувание припоя в этом месте.

Длина загнутых полей определяется конструкцией шва: размеры полей могут быть одинаковыми слева и справа; одно из них может быть длиннее другого. Наиболее целесообразным является шов, в котором перегибы пологие. Верхнее поле нахлестки в таком шве получается жестким, что улучшает прилегание слоев жести друг к другу; обеспечивает хорошую пропайку и исключает образование свищей. Контур обрубленных концов правой стороны заготовки может иметь различные формы и размеры. Опыт показывает, что наибольшие герметичность и прочность шва достигаются при короткообрубленных уголках (укороченном углошве).

При изготовлении корпуса и его закатке нахлестка продольного шва подвергается значительным деформациям. Так во время перегиба фланца корпуса при образовании закаточного шва может изменяться взаимное расположение слоев нахлестки. Верхний слой отстает от нижнего и скользит по границе припоя, в результате чего образуется выступ, который значительно затрудняет герметизацию шва. Поэтому контур обрубленного уголка подбирают так, чтобы место возможного образования выступа было предварительно обрезано; необрезанной остается небольшая часть уголка шириной ≈1,0 – 1,5 мм.

Поперечный (закаточный) шов образуется путем двойного загиба поля донышка (крышки) вокруг фланцев корпуса. Герметичность закаточного шва достигается с помощью эластичной уплотнительной прокладки (тонкий слой высушенной пленки синтетической пасты), располагаемой на фланце крышки (в основном в завитке) и плотно заполняющей зазоры между сжатыми слоями жести. Такое расположение пленки пасты, а также определенные физико-химические свойства и соответствующее количество этой пасты должны исключить возможность выдавливания пленки при закатке банки.

Для устранения возможной необратимой деформации под действием перепада давлений (внутреннего или наружного) крышка и донышко имеют специальную форму, называемую рельефом. Этот рельеф обычно состоит из кольцевого выступа – бомбажного кольца и нескольких кольцевых ступеней, способствующих упругой деформации крышки. Форма рельефа бывает различной, в зависимости от перепада давления, который крышка должна выдерживать. По окончании стерилизации и охлаждения консервов давление внутри банки падает и крышка под действием упругих сил возвращается в первоначальное состояние. Это предохраняет закаточный шов от перегрузок.

Закаточный шов выполняется в две операции. Первая – подгиб поля крышки и ее завитка под фланец корпуса, вторая – окончательное формирование шва и равномерное обжатие его по всему сечению. Межслойные зазоры в шве заполняются уплотняющей пленкой и герметизируются.

Окончательное оформление закаточного шва может осуществляться по разному. Закаточный шов может быть обжат равномерно по всему сечению (рис. 3. 2. а) или более сильно в нижней части сечения (рис. 3. 2. б). Второй вариант создает дополнительную жесткость и увеличивает прочность шва.


а) б)

Рис. 3. 2. Виды закаточного шва
Правильность образования закаточного шва характеризуется величиной E, определяющей степень зацепления крючков корпуса и крышки и называемой перекрытием шва (рис. 3. 3). Для швов мелких консервных банок E рекомендуется выдерживать в пределах 1,3 – 1,5 мм.

Коэффициент перекрытия шва, обеспечивающий герметичность банки и ее прочность, должен быть не менее 45 %. Данный коэффициент определяют по формуле:
K = (B1 + B2 + 1,1t – L)/(L – (2,2t – 1,1S))100 %, (3. 1)
где B1 и B2 – размеры крючков корпуса и крышки;

S и t – толщины жести корпуса и крышки;

L – высота шва [1].

Пользуясь формулой (3. 1), находят оптимальные размеры шва, задавшись размерами крючков и толщиной жести.

Таким образом, для каждой толщины жести и принятых размеров крючков корпуса и крышки меняются размеры шва.

Толщина шва определяется по формуле:
T = (3t + 2S + 0,16)  0,10 мм, (3. 2)
где 0,16 – общая толщина пленки пасты;

0,10 – допуск на разнотолщинность слоев жести.

На месте углошва допускается легкий накат и увеличение толщины шва до 20 % [1].
T







L E B1

B2







Рис. 3. 3. Конструкция закаточного шва
Высота шва также определяется из предполагаемого равенства поверхностей крышки до и после деформации. При закатывании, принимая крючки крышки и корпуса равными и составляющими 2/3L. В этом случае
L = 0,375(D3заг – d3в)/(Dзаг + 3dв + 7t) - 0,16t, (3. 3)
где Dзаг – диаметр заготовки крышки;

dввнутренний диаметр банки;

t – толщина жести крышки (корпуса) [1].

Для закатывания и вскрытия жестяной банки важно правильно выбрать толщину жести для корпуса и концов. По условиям закатывания толщина жести для корпуса и концов может быть одинаковой. Если фланец корпуса будет жестче, чем фланец крышки, последний при деформации может дать неправильный шов. Крышки рекомендуется изготавливать из более жесткой жести, чем корпус, хотя это и увеличивает усилие при вскрытии банок.

Конструктивные особенности сборных банок. Большой интерес представляют легковскрываемые банки. На бланк корпуса с наружной стороны такой банки наносят продольные насечки, а в промежутке между этими насечками – расходящиеся наклонные канавочки (елочки) расширением в сторону направления срываемой полоски, что предотвращает возможность ее обрыва до полного вскрытия банки. Бланк корпуса имеет выступающий язычок, необходимый для захвата ключиком (рис. 3. 4).




Рис. 3. 4. Бланк корпуса легковскрываемой банки
Крышка банки в отличие от донышка имеет большую глубину вытяжки. К наружной стороне крышки прикреплен специальный ключик для вскрытия. Как показывает опыт, при использовании данной конструкции вскрытие банок на 100 % не гарантируется вследствие неоднородности механических свойств жести [1].

Недостатками конструкции таких банок также являются повышенный расход жести ( 5 %) из-за увеличения размеров заготовок корпуса и крышки и необходимость в дополнительных приспособлениях для изготовления банок (нанесение насечки на корпусе и специальный штамп для крышки).

Сборные банки с концами, припаянными к корпусу (рис. 3. 5), предназначены для расфасовки стерилизованного молока. Имеющееся в крышке отверстие для заполнения банки запаивается. Такая конструкция банки гарантирует герметичность, но не нашла широкого применения, так как для производства таких банок требуется специальное оборудование. Данная банка состоит из съемной крышки 1, кольца крышки 2, прокладки из фольги 3, корпуса 4 и дна 5. Такие банки используются для расфасовки растворимого кофе, сухого молока, различных концентратов и других сыпучих пищевых продуктов. Так как продукты, расфасованные в эти банки, не подвергаются стерилизации, от банок не требуется высокой прочности и герметичности. Прокладка в крышке делается из лакированной алюминиевой фольги, препятствующей проникновению воздуха в банку. Фольговая прокладка скрепляется с крышкой на специальном станке, а затем вместе с крышкой прикатывается к корпусу. Донышко прикатывается к корпусу после заполнения банки продуктом.
1

2 1 – крышка съемная;

3 2 – кольцо крышки;

3 – прокладка из фольги;

4 – корпус;

4 5 – дно

5

Рис. 3. 5. Конструкция банки со съемной крышкой
Для упаковки некоторых пищевых продуктов также изготовляют картонно-металлические банки. Корпус такой банки делают из плотно навитой бумаги (картона), внутренняя поверхность которой имеет слой подпергамента или фольги, а концы – из тонкой жести или алюминия. Для изготовления таких банок применяют специальное оборудование [1].

Цельноштампованные банки производятся путем вытяжки тонкого металла с применением специального оборудования.

Штампованная банка отличается от сборной отсутствием продольного и нижнего закаточных швов, что делает ее более герметичной. Такие банки применяются в тех случаях, когда требуется тара различных форм (прямоугольная или овальная) и в количестве, обеспечивающем потребность небольших предприятий.

В отличие от сборных банок, штампованные, изготовляемые из белой хромированной жести или алюминия методом холодной штамповки, выпускаются преимущественно небольшой высоты. Опыт показывает, что при вытяжке белой жести отношение высоты к диаметру банки (за одну операцию) не превышает 0,5. Рекомендуется применять холоднокатанную жесть, которая имеет необходимые механические свойства для глубокой вытяжки. При вытяжке алюминиевой полосы можно получить более высокие банки, особенно при штамповке в 2 – 3 операции.

Цельноштампованные банки могут быть также получены путем холодного выдавливания (экстрюдинга). При таком способе изготовления высота банки может превышать ее диаметр в несколько раз. Исходным материалом для таких банок является алюминиевая полоса (лист) толщиной 4 – 5 мм, из которой предварительно отштамповываются круглые или восьмигранные заготовки [1].

Технологический процесс производства таких банок основан на текучести материала.

Для облегчения вскрытия штампованных банок из белой жести на крышке делают надрезы. Затем, пользуясь специальным ключом, можно легко открыть банку по местам предварительного надреза.

Опыт применения такой конструкции показал, что для нормального вскрытия таких банок нужно, чтобы жесть обладала вполне определенными механическими свойствами – твердостью и эластичностью, а надрезы имели определенную глубину (примерно равную толщине жести). Однако и при этих условиях нормальное вскрытие банок происходит не всегда и такая конструкция не надежна [1].

Для алюминиевых банок разработаны крышки со специальными надрезами; ключик в виде кольца, закрепленный на крышке, позволяет легко вскрыть банку. На рис. 3. 6 показана крышка алюминиевой банки снабженная кольцевым надрезом и ключиком.

Для изготовления металлических банок применяются следующие материалы: основной – жесть; вспомогательные – уплотняющий материал, припой, паяльная жидкость (флокс) и флюс (для сборных банок). При производстве штампованных банок требуются жесть или алюминий, уплотняющий материал и материал для смазки жести перед штамповкой.
4




3

2
1

1 – ключик;

2 – заклепка полая;

3 – удаляемый участок

крышки; 4 – надсечка
Рис. 3. 6. Конструкция крышки алюминиевой банки с ключиком и кольцевым надрезом
Жесть. Для производства банок используют белую жесть горячего лужения толщиной 0,17 – 0,38 мм. Она представляет собой тонкую листовую или рулонную сталь, покрытую с двух сторон оловом. Толщина слоя оловянного покрытия составляет 2 – 3 мкм. Дополнительно жесть может иметь лаковое или эмалевое защитное покрытие.

Белая жесть электролитического лужения более экономична, так как для нее толщина слоя оловянного покрытия составляет 0,4 – 1,1 мкм. Однако такая жесть имеет худшие антикоррозионные свойства и может применяться для производства консервной тары только будучи лакированной с двух сторон.

Для изготовления штампованных банок обычно применяют белую рулонную или листовую холоднокатанную жесть, для литографированных банок – белую листовую жесть, так как имеющееся оборудование приспособлено для нанесения печати только на листы.

Кроме белой жести в производстве консервной тары применяется черная или хромированная рулонная жесть, покрытая с обеих сторон лаком. Такая жесть более дешевая по сравнению с белой и используется главным образом для производства укупорочных изделий [7].

Листы и ленты из алюминия. Алюминий обладает удовлетворительными антикоррозионными и механическими свойствами и производится в достаточном количестве, поэтому он получает все более широкое применение для производства штампованных банок, туб и других видов специальной тары, а также крышек к стеклянным банкам [7].

При производстве пищевой тары могут также найти применение деформируемые алюминиевые сплавы типа АДО (дюралюмин отожженный), АДОО (дюралюмин отожженный дважды), АМц (алюминий с марганцем) и АМг2 (алюминий с магнием).

Для получения герметичного соединения корпуса с дном и крышкой жестяной банки применяют уплотняющие материалы – тонкие пленки высушенной пасты и резиновые кольца. Резиновые кольца используют главным образом при выработке фигурных жестяных банок и крышек для стеклянных банок, а при производстве цилиндрических банок уплотняющим материалом является пленка высушенной пасты [7].

Водно-аммиачная паста применяется для герметизации двойного закаточного шва цилиндрической консервной тары и не должна содержать вредных примесей.

Перед наложением на крышки водно-аммиачная паста представляет собой густую вязкую жидкость. Плотный остаток пасты должен составлять 40 – 49 %, вязкость по вискозиметру Светлова – не менее 60 Ст (вязкость – свойство жидкостей и газов, характеризующее сопротивление действию внешних сил, вызывающих их течение; измеряется: динамическая – Па  с (СИ), Пз – в СГС; кинематическая – м2/с (СИ), Ст – в СГС), содержание аммиака – 1 %. Консистенция и состав пасты однородные, она должна быть ярко окрашена безвредной пищевой краской.

Пасту разливают по полю крышки равномерным слоем. После высушивания при температуре 80 – 90 С , продолжающегося в течение 12 – 18 мин в туннельной или вертикальной роторной сушилке, пленка должна быть однородной , без пузырьков и пробелов. Перед закатыванием банок содержание влаги в уплотняющей пленке должно составлять не более 2 %.

Паста должна хорошо растекаться по жести и прилипать к ней. Высушенная пленка должна быть прочно связана с жестью, без изменений выдерживать в течение 2 часов температуру стерилизации 120 С, а также быть стойкой в течение длительного срока хранения консервов [7].

Резиновые кольца для жестяных консервных банок. Для уплотнения закаточного шва фигурных банок обычно применяют прокладочные кольца прямоугольного сечения, изготовленные из каучука без вулканизации. В материалах, используемых для производства этих колец не должно содержаться вредных примесей.

Кольца должны быть эластичными, относительное удлинение при их растяжении составляет не менее 40 % первоначальной длины. Кроме того они должны быть пластичными и не разрываться при сплющивании при температуре 70 – 100 С. При нагревании до 120 С в течение 30 мин с последующим охлаждением на воздухе форма их сечения и другие свойства не должны изменяться.

Кольца не должны растворяться в жире и масле, при их кипячении в течение 30 мин в растворах кислот, сахара или поваренной соли в этих растворах не должно появляться ни вкуса, ни запаха, ни окраски.

Кольца хранят при температуре 0 – 20 С в темном помещении или укупоренной таре. Их нельзя хранить в таре, подверженной коррозии. Срок хранения колец – 1год с момента изготовления [7].

Резиновые кольца для крышек СКО. Эти кольца делают из вулканизированных викелей (резиновых труб), причем используемые материалы не должны содержать вредных примесей. Все резиновые кольца имеют прямоугольное сечение высотой 2,5  0,3 мм и шириной 2,2  0,2 мм. Внутренний диаметр кольца составляет: для крышек СКО83 – 85,5  1 мм; СКО70 – 72,3  1мм; СКО58 – 60,5  1 мм.

Кольца должны свободно входить в завитки фланцев крышек и располагаться в них без складок и выпучивания. Не допускается выпадение колец из крышек при транспортировке и надевании их на банки. По окончании стерилизации и после выдержки в термостате при температуре 70 С в течение трех суток кольца должны оставаться упругими и эластичными. Они также должны быть стойкими к воздействию кислот, растительных и животных жиров. Поверхность колец должна быть ровной, без швов, пор и складок [7].

Припои. Для пропайки продольного шва сборных банок применяют оловяно – свинцовый сплав (припой). При изготовлении банок из белой жести употребляют припои ПОС – 40 (бессурьмянистый), ПОССу – 40 – 0,5 (малосурьмянистый), ПОССу – 40 – 2 (сурьмянистый), а также другие припои, допущенные к применению санитарно-эпидемиологическим управлением РФ.

Ввиду дефицитности и высокой стоимости олова разрабатываются способы применения новых видов припоев с низким содержанием олова и обладающих достаточно высокими физико-механическими свойствами. Такие припои: ПОССу – 5 – 1 и ПОССу – 4 – 6. При разработке этих способов возникают трудности, связанные с повышенной тугоплавкостью малооловянистых припоев.

Для жестянобаночного производства чаще всего используются припои в виде прутков и ленты. Припои должны быть однородны по составу.

После пайки корпус подвергается отбортовке, при которой в месте нахлестки продольного шва края жести стремятся сдвинуться один относительно другого. Припой обладает временным сопротивлением разрыву, которое в 7 – 8 раз меньше сопротивления, оказываемого белой жестью. Разрыва в месте нахлестки не происходит потому, что относительное удлинение припоя в 2 – 2,5 раза больше удлинения основного металла [7].

Паяльная жидкость (флокс) применяется для очистки поверхности жести. При изготовлении корпусов сборных банок флоксом перед пайкой смазывают продольный шов.

Флокс должен удовлетворять следующим требованиям: улучшать смачивание поверхности жести жидким припоем; удалять с поверхности жировые вещества, а также другие загрязнения и окислы металлов; не оказывать корродирующего действия на жесть и припой; не загрязнять поверхность консервных банок; не оказывать вредного влияния на их содержимое.

Имеется несколько видов флоксов. В жестяно-баночном производстве применяют главным образом канифольную и олеиновую паяльные жидкости.

Паяльные жидкости, не содержащие канифоли, сильнее действуют на металл консервных банок, чем канифольная жидкость. Но канифольная жидкость плохо смывается с банок и загрязняет механизмы корпусообразующей машины [7].

Флюсы применяются для очистки расплавленного припоя и предотвращения его окисления, а также для очистки и облуживания паяльного вала корпусообразующей машины. Наиболее часто в качестве флюсов используют хлористый цинк или смесь «хлористый цинк – аммоний»

Хлористый цинк применяется в виде кристаллов, порошка или крепкого раствора. Раствор хлористого цинка можно получить из твердого хлористого цинка или путем химической реакции цинка с соляной кислотой.

Хлористый цинк – аммоний это эвтектическая смесь, состоящая из 73 % ZnCl2 и 27 % NH4Cl. Это наиболее благоприятный для использования флюс, имеющий температуру плавления 288 С, в то время, как ZnCl2 имеет температуру плавления 300 С.

Паяльный порошок из ZnCl2 и NH4Cl получают следующим образом: растворят 73 кг ZnCl2 в 60 л воды 25 кг NH4Cl в 42 л воды. Затем раствор NH4Cl вливают в раствор ZnCl2. К смешанному раствору добавляют 100 мл чистой крепкой соляной кислоты и дают раствору отстояться. Затем из слитого раствора выпаривают жидкость [7].

<< предыдущая страница   следующая страница >>