【摘要】环筋是200L钢桶桶身常见的结构形式，环筋不仅使钢桶外形美观，同时增加了钢桶的强度，在生产中有广泛应用。本文针对制桶企业在生产过程中，钢桶环筋在运输，加工工艺过程中存在的缺陷问题，通过分析钢桶在运输过程中的摩擦点，滚压成型及胀形加工的原理，找出造成缺陷的原因，并提出相应的解决方案，对企业生产具有一定的指导意义。
　　【关键词】钢桶 环筋 滚压成型 胀形
　　引言
　　钢桶是重要的包装容器，以其高强度、耐腐蚀、安全可靠等功能而广泛用于化工、石油、轻工、食品等行业的产品包装[1]。特别是在出口危险物品、军需隐蔽物资包装方面，其贮存、运输、装卸和使用性能，更是其他包装物所难以取代的，且可重复利用、具备回收价值、生态效益好[2]。
　　200L钢桶桶身的型式多种多样，根据标准规定，桶身主要包括只具有环筋、只具有全波纹、同时具有环筋和波纹三种型式。环筋和波纹是桶身上的常见结构，根据外形结构的不同，环筋可以分为普通环筋和W型环筋。在企业生产与运输过程中，环筋存在的缺陷也越来越突出，成为影响企业发展不可忽视的问题。造环筋缺陷的原因有很多，运输过程的摩擦与环筋生产工艺方法及设备运行情况都会对环筋生产造成影响。本文将通过钢桶运输过程中的摩擦及环筋的生产工艺过程及成型原理来分析环筋缺陷产生的原因，并提出相应的解决方案。
　　1 钢桶环筋在运输过程中缺陷及解决方案
　　钢桶在装卸和运输的过程时，普通环筋桶身之间会因摩擦而损坏，造成液体盛装物渗漏。为了解决这一问题，在钢桶桶身上引入W筋结构。W筋最初是由欧洲引入的，它的结构形式改变了我国钢桶在运输过程中不便于在国际标准集装箱堆放，浪费运输空间，运输费用高等不合理问题，经意大利GMI公司在我国推广，得到我国大多数用户的欢迎。W筋集装箱专用钢桶环筋结构巧妙地收缩了钢桶的环筋外径，并保持了环筋高度，在环筋与桶身相连的部位制造了向内凹进的环形槽，使环筋顶部的最大直径比原标准笑了10mm，在不影响强度的条件下使造型更为美观[3]，在集装箱运输中能最大限度地利用空间，达到最经济的运输成本。由于这种环筋的形状截面像“W”，故国内制桶行业中常把它称为W型环筋桶。
　　由于W型环筋钢桶与普通环筋钢桶因具有不同的外形尺寸，使得他们在运输过程中摩擦点不同，造成磨损的程度也不同。普通环筋钢桶在运输过程中，摩擦点位于环筋处，环筋与环筋之间存在硬摩擦，使磨损严重，渗漏严重。而W型环筋钢桶在运输过程中摩擦点主要在桶顶与桶底的卷边处，在W型环筋处因盛装物震动发生变形，也会产生轻微摩擦，但磨损程度较小，发生渗漏的情况较少。故采用W形环筋可以有效减少环筋在运输过程中的磨损、渗漏。由于W型环筋能有效减小钢桶之间的摩擦，外表美观，强度大，具有国际统一内径，外径尺寸，适合集装箱运输，所以近年来在我国石油化工系统已经有了广泛的应用。
　　2 钢桶环筋滚压成形缺陷及解决方案
　　随着W筋在钢桶上应用的普及，W筋的质量缺陷也逐渐在生产中显现出来，常见的缺陷主要表现为环筋表面凸凹点、撕裂、W形态出现双重筋及渗漏等。
　　W筋的成型工艺方法有两种，一种是通过胀形机在桶身上胀出一定高度环筋，另一种是用波纹成形机机在桶身上滚压形成W环筋，这两种方法均属于金属冷加工工艺，是金属塑性成型原理的具体应用。
　　滚压成型过程有两种运动，一是压辊垂直于桶身作进给运动（辅助运动），使桶身在压辊接触部位沿压辊法线方向挤压发生局部塑性变形，形成W形环筋，二是电动机及减速机带动压辊旋转，桶身通过摩擦力作用随压辊作旋转运动（主运动），使桶身仿形形成W环筋。
　　由于金属材料经过滚压成形应力分布变得均匀平缓，晶粒沿变形最大方向伸长产生纤维组织，使材料由各向同性变成各向异性，材料的强度和硬度都有显著提高[4]，同时滚压成型的W筋形状和尺寸由波纹机滚压模具的形状和尺寸决定，其精度高，结构简单，可根据桶身形状需要制作相应尺寸的滚压磨具。故滚压成形适用范围极大，尤其在200L钢桶的加工上，成为一种主要的加工方法。
　　滚压筋机通过上下W筋辊和波纹辊挤压桶身，同时上下滚轮做主动旋转，在摩擦力作用下带动桶身做同步转动，从而形成W环筋。国家对钢桶环筋及波纹都有标准规定。根据标准规定，环筋高度比波纹高度大5mm，由环筋和波纹的滚压成型原理可知，W筋辊直径必须大于波纹辊直径，才能满足工艺要求，在企业生产中，这一值大约为10mm。由于W筋辊与波纹辊安装在同一个轴上，它们在滚压过程中角速度相等，线速度不等，当压辊轴转动一周时，W筋辊将比波纹辊转动的圆周线大，这样W筋辊与波纹筋辊转动过程中圆周长度出现不同步性，导致W筋与波纹筋之间有相对运动，从而产生了一定的扭矩，还会造成W筋滚与钢桶桶身板材产生强度摩擦，造成钢桶桶身W筋处由于圆周线不同，产生一定的摩擦铁屑。当压辊轴不断转动，积累的扭矩越来越大，在压辊与桶身处的摩擦力也越来越大，使桶身在与压辊的接触部位沿压辊切线方向的变形越来越大，同时，在滚压过程中，毛坯变形区的厚度随着W筋高度的不断增加而变薄，当W筋高度达到一定限度时，W筋厚度会非常小（可以趋于零），当变形产生的拉力超过金属材料的抗拉强度极限时，滚压成形的环筋就会产生裂纹。
　　由上述分析可知，W筋与波纹筋，因为两压辊滚压线速度不同步，压辊与桶身产生摩擦过大造成的。为了解决这个问题，可将W筋压辊由两个均为主动辊改为一个为主动辊，一个为被动辊，例如将上W筋压辊由键连接改为由轴套连接，使上W筋压辊与传动轴之间有滑动。通过改变W筋辊的连接方式，有效减少W筋与波纹筋的缺陷，减少了摩擦铁屑的产生，使得钢桶内的内洁度得到一定的提高，消除了W筋环筋处凸凹点的产生，解决了生产工艺上的工装设计的不足。
　　3 钢桶环筋滚压成型缺陷及解决方案
　　胀形法是钢桶环筋制造的另一种常用法，胀形技术应用很广，不仅能够用于波纹、环筋、椎体的胀形，而且可以用于桶身胀形翻边。胀形机按胀形运动的转动方式凸轮式、锥体式和楔块式，锥体式和楔块式胀筋机的工作原理相似，均通过椎体的移动驱动胀块张开，实现环筋的胀形。如图1所示为钢桶环筋胀形原理图[5]。 　　图1 钢桶环筋胀形原理
　　1.气垫顶杆 2.定位板 3.胀块 4.芯杆 5.桶身 6.复位弹簧 7.锥块 8.行程开关
　　钢桶环筋胀形过程为，先将桶身套进涨筋机上，通过定位板2定位桶身位置，然后开启动力开关，芯杆4在动力F的作用下向左运动，芯杆与锥块7相连，随芯杆向左运动，锥块顶出胀块3，分瓣胀块向外张开使桶身环筋成型。芯杆在动力作用下继续向左运动，直到与行程开关相碰，停止向左运动。接着换向阀换向，芯杆向右运动，胀块在复位弹簧6的作用下向内收敛回到原位，将胀好形的桶身卸下。
　　钢桶环筋胀压成型的动力主要由液压传动或凸轮机构来提供，现代液压传动技术的发展，为钢桶环筋胀形技术的进步提供了有利条件。胀形法很容易获得钢桶桶身上的波纹且工艺简单，在生产中有广泛应用。使用胀形法加工环筋，常见的缺陷主要有以下方面：
　　（1）环筋尺寸回弹。由于胀形法主要是利用金属材料的塑性变形能力形成环筋，桶身材料的回弹性较大，胀形后的环筋尺寸往往小于标准要求，为了克服回弹，可采取多次胀形或者使胀形量适当大于标准值，抵消部分回弹量，这时需要桶身板材下料长度比理论计算值要大，以弥补变形产生的误差。还可以通过控制液压系统胀筋时间，完成胀筋后保持几秒钟再卸荷，
　　（2）环筋间距误差。环筋间距的设定是根据钢桶刚度及环筋滚动最佳接触点来确定的，不能随意变更，它是胀筋工序的一个主要工艺尺寸。造成环筋间距误差的原因主要有两个：一是胀块径向位置误差，造成胀形环筋不到位，可通过调整，使楔块处于正确的工作位置；二是液压阀（或气阀）出现故障，桶身到位不准，不在预定位置胀筋，这时可通过修理或更换相应控制阀来消除故障。
　　（3）胀筋不圆。胀筋机胀块沿圆周方向是由多块组成的，由于胀块和楔块在加工、安装以及磨损过程中存在误差，部分胀块卡死或挤死，无法在径向上向外扩张，或液压缸推力不足，使部分胀块正常扩张，部分胀块扩张不到位，造成胀形得到的环筋不圆。此种缺陷可通过检查胀块安装与磨损情况，以及主轴的运动部分，消除故障。
　　结语
　　环筋是200L钢桶桶身常见的结构形式，环筋缺陷问题是制桶企业常见的质量问题，在质量就是企业生命的今天，有效解决环筋质量问题，对企业的发展有重要意义。引起环筋缺陷的因素很多，本文从钢桶运输过程及制造工艺两个方面分别进行分析，为企业生产中这一质量问题的解决提供了借鉴价值。
　　参考文献：
　　[1]万敏，陶强，崔鹏.危险品包装的发展及常见质量问题探讨[J].包装工程，2011，32（3）：103-106.
　　[2]林陈彪.200L钢桶中段生产设备及技术分析[J].包装工程，2015，36（5）：86-89.
　　[3]杨文亮，辛巧娟.钢桶包装标准应用指南[M].北京：印刷工业出版社，2013.7.
　　[4]戴枝荣，张远明.工程材料[M].北京：高等教育出版社，2008.5.
　　[5]杨文亮，辛巧娟.金属包装容器-钢桶制造技术[M].北京：印刷工业出版社，2007.6.
　　作者简介：
　　雷明举（1984-），男，湖北十堰人，硕士，工程师，主要研究方向为现代机械设计研究。