Алюминиевая банка: сплавы и технологии

Алюминиевая упаковка

Алюминий повсеместно используется в различных банках для упаковки продуктов для пищи (рисунок 1.1). Главные методы изготовления подобных металлических банок – круглых и прямоугольных – показаны на рисунке 1.2.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 1.1 – Многообразие металлических пищевых банок [1]
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 1.2 – Методы изготовления банок из листа алюминия [1]

Алюминиевая упаковка для пива и напитков

Металлические банки для пива и прочих напитков востребованы во всем мире с 60-х годов прошлого столетия. В Америке практически 100 % пива реализуется в металлических банках, в странах Европы – где нибудь 50 %. Металлические банки потребляются в больших количествах по большей части в 2-ух типах емкости: 0,33 и 0,50 л. Огромные объемы производства оправдуют высокоскоростные, высокоточные производственные линии.

Так же, эти главные типоразмеры металлических банок имеют аналогичный диаметр, применяют одинаковые крышки и выделяются только высотой.
Большое преимущество металлических пивных банок перед ключевым соперником – стеклом – возможность полной переработки металлических банок после их применения в новые пивные банки.

Сколько весит пивная банка

  • Вес алюминиевой банки уменьшается постоянно: за 25 лет она стали легкими процентов на 30.
  • Современная пустая банка из под пива емкостью 0,5 л – корпус, крышка и механизм открытия – весит около 15,5 г
  • Чтобы собрать 1 килограмм металлического лома из пивных банок, нужно, чтобы их было около 65 штук. О переработке лома металлических банок см. тут.

Конструкция

Металлические пивные банки (и для газированных напитков тоже) должны держать внутреннее лишнее давление до 6 атмосфер. По этой причине конструкция банки включает толстое куполообразное дно и очень тонкие стенки, которые, однако, при помощи внутреннего давления обеспечивает банке достаточную конструктивную надёжность.

Весь вид обычной пивной банки и назначение разных ее элементов показано на рисунке 1.3.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 1.3 – Детали конструкции алюминиевой банки и их функции [2]

Высота и диаметр пивной банки

Действует отечественный нормативный документ на конструкцию алюминиевой банки – ГОСТ Р 51756-2001 “Банки металлические глубокой вытяжки с легковскрываемыми крышками”. Он, разумеется, согласуется с подобными международными нормами.

Опираясь на него важные параметры и размеры пивных металлических банок следующие (с точностью до 1 мм).

Высота пивной банки:

Диаметр пивной банки:

Толщина стенки пивной банки

  • Корпус алюминиевой банки делают путем вытяжки за два прохода из плоской круглой заготовки которая называется «чашки».
  • После стенки этой чашки утоняют при их последовательной раскатке до толщины только лишь в одну треть от начальной (рисунок 2).
  • Дно банки профилировано специальным образом не только для того, чтобы держать большое внутреннее давление, но и для отличного сочетания с крышкой нижестоящей алюминиевой банки – для удобства упаковки.
  • Стенку банки раскатуют до толщины 0,110 мм и менее практически по всей высоте. На данный момент самая маленькая толщина стенки, сообщают, уже доходит до 0,08 мм.

Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 2 – Толщина стенки банки имеет разную толщину [1].

  • Сверху корпуса банки стенка толще и толщина пивной банки здесь составляет 0,16 мм.
  • Это необходимо как для удобства формирования суженой «горловины», так же и для создания качественного соединения с крышкой. Металлические крышки банок поставляют отдельно и ставят на корпус при помощи известного шва «двойной замок» сразу же после наполнения банки пивом или остальным напитком (рисунок 3).


Алюминиевая банка конструкция, материалы, технологияРисунок 3 – Конструкция соединения крышки банки с ее корпусом:
шов “двойной замок” [1]

Крышка пивной банки

Начало бурного роста популярности металлических пивных банок относится к 1964 году, когда была изобретена конструкция “легковскрываемой” крышки (рисунок 4.1).
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 4.1 – Разные типы легковскрываемых металлических крышек [1]
На “пивных” банках эти крышки открываются что именуется без всякого оружия простым поворотом специализированного «ушка» (рисунок 4.2а). Либо даже с помощью одной руки (!) (рисунок 4.2б).

Ушко ставят на крышку при помощи которая называется интегральной заклепки (рисунок 5). Ее именуют интегральной, так как она сформировывается конкретно из металла крышки.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технологияРисунок 4.2а – Крышка легко открывается и остается на банке [1]
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 4.2б – Открытие банки с помощью одной руки [7]
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технологияРисунок 5 – Технология формовки интегральной заклепки на крышке банки [1]

Механизм открытия пивной банки

Задача ушка и лепестка (называют его еще и “язычком”), достичь хлопка выходящего углекислого газа при усилии на ушке около 3 килограммов и полного проталкивания лепестка (язычка) вовнутрь банки при усилии до 7 килограммов, причем лепесток должен остаться висеть в середине банки.
Это можно достигнуть выполнением вдоль периметра лепестка специализированных насечек такой глубины, что остается лишь 0,085 мм металла вблизи заклепки и 0,110 мм на другой стороне (рисунок 6). В то же время, материал на насечках весьма прочный, чтобы не разрушаться в ходе тех. процесса или при разгрузке в магазине.
В середине лепестка можно заметить еще 1, внутренний ряд насечек. Они не такие глубокие и служат, как говорят, для направленного направления металла на ключевых насечках и устранения разрывов ключевых насечек при их формировании.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технологияРисунок 6 – Хитроумные насечки предоставляют
надежное открытие банки в 2 этапа:
сначала выпуск газа, после проталкивание лепестка вовнутрь банки [1]

Материалы

Требования к материалам

Основным требованием к материалам пивных банок считается их способность к формовке с большими пластическими деформациями. Сплавы алюминия подойдут в этом смысле замечательно. Также, для крышек пивных банок важна способность предсказуемо разрываться по насечкам.

Алюминий справится с этим значительно лучше, чем сталь. Дополнительным хорошим моментом считается то, что и корпус, и крышка – металлические, что сводят до минимума любые потенциальные гальванические эффекты, которые могли бы приводить к ускоренной коррозии.

Материал корпуса

Детали пивных банок делают из алюминиево-марганцевых и алюминиево-магниевых сплавов (таблица). Для корпуса банки используют ленты толщиной 0,30 мм из сплава алюминия 3004 или его вариации – силумина 3104 – в состоянии Н19.

Материалы крышки и ушка

Для крышек используют лакированную ленту из сплава алюминия 5182 в состоянии Н48 толщиной 0,26 мм, а для производства «ушек» – ключей легкого открытия – ленту из сплава алюминия 5042 в состоянии Н18 толщиной 0,45 мм.
Таблица – Сплавы алюминия пивной алюминиевой банки
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология

Технология

Производственный цикл металлических банок

На рисунке ниже показан производственный цикл металлических банок для пива и прохладительных напитков.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 7.1 – Стереотипный производственный цикл металлических пивных банок [4]

Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология

Рисунок 7.2 – Пресс глубокой вытяжки [1]

Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 7.3 – Вытяжная труба и раскатка стенок банки в “бодимейкере” [1]

Лист алюминия в рулоне

Заводы по изготовлению металлических пивных банок потребляют огромное количество листа алюминия, который поставляется в больших рулонах. Корпус и крышка банки делаются из листов из алюминия – из самых разных сплавов алюминия.

Каждый рулон весит около 11 тонн и при его размотке лист проходит расстояние 9-13 километров.
Металлические рулоны поступают на завод по изготовлению металлических банок и загружаются в “размотчик” (uncoiler). Это машина, которая разматывает лист алюминия перед началом линии по изготовлению банок.

Тут же на лист алюминия наносят специализированную смазку. Эта смазка помогает металлическому листу более “гладко”, без повреждений, проходить все формообразующие операции.

Изготовление корпуса банки

Стереотипная очередность технологических операций по изготовлению корпуса банки показана на рисунке 7. Первой операцией в производстве банок считается вырубка круглых заготовок, к примеру, диаметром 140 мм. Естественно, при этой вырубке появляются отходы: эти потери составляют около 12-14 %. Они тут же отправляются на переплавку для производства нового листа и новых пивных банок.
Из исходной круглой заготовки методом глубокой вытяжки (штамповки) получают переходную заготовку – неглубокую “чашку” (рисунки 8 и 9). Из этой “чашки” методом раскатки получают уже практически готовый корпус банки, а еще образовывают купол днища (рисунки 8, 10, 11).

После эту банку-полуфабрикат моют, наносят на нее рисунки и покрывают лаком и лишь после этого завершают ее механическую формовку – формирование горла и отбортовку (рисунок 8).
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология Рисунок 8 – Производственная технология корпуса алюминиевой банки (0, 33 мм) [1]
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 9 – Глубокая вытяжная труба – формовка “чашки” [2]
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 10 – Раскатка стенки банки [2]Алюминиевая банка конструкция, материалы, технологияРисунок 11- Формовка днища [2]

Изготовление крышки пивной банки

Лист алюминия подается в рулоне весом до 8 тонн. Из каждого рулона выполняется до 2,5 миллионов крышек.

Алюминиевый лист, имеющий подготовительное покрытие из лака, подается в специализированный пресс, на котором делают практически готовую крышку. После делают формирование сложной кромки крышки, которая потом обеспечит ее хорошее соединение с корпусом банки.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 12 – Еще не полностью готовая крышка [3]

Изготовление ушка пивной банки

Производственная технология ушка – ключа-открывашки – включает около 13 операций (рисунок 13), перед тем как его можно будет ставить на крышке.
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 13 – Технологичные операции изготовления ушка [3]

Лом металлических пивных банок

Одна пивная банка емкостью 0,5 л весит около 15,5 г. Для одного килограмма металлического лома из пивных банок 0,5 л нужно собрать их около 65 штук.
Простой переплав металлических банок даёт в среднем подобный состав алюминия:

  • Si – 0,26 %
  • Fe – 0,40 %
  • Cu – 0,20 %
  • Mn – 0,86 %
  • Mg – 1,22 %
  • Ti – 0,04 %
  • остальное – Al.


“Алюминий” такого химического состава вполне ложится в интервалы химического состава сплавов 3004 и 3104 (см. таблицу выше), которые используют для производства корпуса банки. По этой причине большая часть лома металлических банок переплавляется и возвращается к их изготовителям (рисунки 14 и 15) .
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технология
Рисунок 14 – Рециклинг металлических банок [5]
Алюминиевая банка конструкция, материалы, технологияРисунок 15 – Линия переработки использованных металлических банок
в слитки для прокатки листов для изготовления новых металлических банок [5]