(1) Конструкция двойной завальцовки

Двойная завальцовка представляет собой соединение банки (корпуса), крышки и дна, которые объединяются в пятислойное замковое соединение.

Её конструкция показана на рисунке 3-1 и состоит из двухслойного материала корпуса банки, трёхслойного материала верхней и нижней крышек, а также герметика, расположенного между ними.

Толщина завальцовки (t), ширина завальцовки (w) в конструкции двойной завальцовки; подрез (undercut), длина крюка корпуса (bh), длина крюка крышки (ch), длина перекрытия (a, степень перекрытия), а также показатели складчатости, такие как степень плотности (компактности), являются элементами, формирующими двойную завальцовку.

Хотя базовая конструкция двойной завальцовки не изменилась, в её форме произошли некоторые изменения, например: изменение внешнего вида завальцовки, смещение завальцовки или уменьшение размеров её конструкции. По внешнему виду двойная завальцовка может быть ушковидной или прямоугольной. Экономичный метод герметизации показан на рисунке 3-2. Такая завальцовка отличается от обычной: она располагается в нижней части банки. Данное изменение формы не влияет на базовую конструкцию двойной завальцовки, а лишь изменяет её положение. В результате этого можно сэкономить до 28 % материала крышки банки.

Кроме того, микрозавальцовка (мини-завальцовка), применяемая для банок для напитков формата 206, также изменяет размеры двойной завальцовки без изменения её базовой конструкции. Она соответствует требованиям герметичного хранения напитков и одновременно позволяет экономить материал крышки и герметизирующий клей.

(2) Форма герметизации металлических контейнеров

Герметизация металлических контейнеров осуществляется в месте соединения корпуса двухсоставной банки (корпуса) или трёхсоставной банки (корпуса) с верхней или нижней крышкой, при этом образуется как минимум один или два шва (за исключением цельных аэрозольных баллонов).

Единственным способом завальцовки, применяемым для металлических контейнеров более ста лет, является двойная завальцовка (двойной шов). Для выдерживания жёстких испытаний на падение корпус банки иногда требует применения тройной завальцовки (тройного шва). В зависимости от требований к содержимому степень герметичности после укупорки можно разделить на газонепроницаемую герметизацию (форма закрытия, при которой через шов не просачивается газ), жидконепроницаемую герметизацию (форма закрытия, при которой через шов не протекает жидкость) и плотную герметизацию для твёрдых веществ (форма закрытия, при которой не происходит высыпание твёрдого содержимого).

Металлические контейнеры обладают незаменимым преимуществом, так как позволяют длительное хранение пищевых продуктов, однако они имеют и недостаток — склонность к протечкам в зоне шва. Утечки приводят к порче или вытеканию содержимого. По статистике ведомств лёгкой промышленности, более 70 % аварий качества пищевых консервов в Китае вызваны проблемами герметизации, что наглядно показывает важность качества укупорки металлических контейнеров.

(3) Основные части механизма завальцовки и их функции

Механизм завальцовки состоит из трёх основных частей: завальцовочного пуансона (seaming chuck), завальцовочных роликов и опорной плиты (стола). Эти три элемента называются тремя основными элементами завальцовки и герметизации и являются незаменимыми.

① Завальцовочные ролики
По рабочей последовательности завальцовочные ролики подразделяются на первый и второй ролики. По форме различают три типа завальцовочных роликов:

• ролик с наружной кривой,
• ролик с внутренней кривой,
• направляющая с внутренней кривой.

a) Завальцовочный ролик с наружной кривой
Рабочая поверхность такого ролика расположена на внешнем контуре. Этот тип ролика прост в обработке, контроле и изготовлении, отличается низкой стоимостью и удобством установки и регулировки. Поскольку ролик располагается снаружи герметизируемой банки, на окружности можно установить два или четыре ролика, что позволяет одновременно выполнять первую и вторую операции завальцовки на одном механизме. Завальцовочный ролик оснащён радиально-упорным подшипником. В процессе завальцовки под действием усилия он свободно вращается вокруг оси установки (ведомое вращение).

b) Завальцовочный ролик с внутренней кривой (применяется редко)
Рабочая кривая такого ролика расположена на внутренней стороне отверстия ролика, поэтому оптические методы проекции не могут быть использованы, что усложняет обработку и контроль и приводит к высокой стоимости изготовления. Кроме того, поскольку ролик накрывает крышку банки, невозможно одновременно выполнять первую и вторую операции завальцовки на одном механизме, что делает конструкцию машины более сложной, снижает производительность и увеличивает стоимость.
В то же время данный тип ролика имеет и преимущества: его внутренний диаметр близок к диаметру крышки банки, поэтому площадь контакта между роликом и крышкой в процессе завальцовки значительно больше, чем у ролика с наружной кривой. Благодаря этому процесс завальцовки более рационален, а качество шва выше.
Ролик с внутренней кривой, как и ролик с наружной кривой, устанавливается на радиально-упорном подшипнике и в процессе завальцовки свободно вращается под действием усилия.

c) Направляющая с внутренней кривой
Направляющая с внутренней кривой использует ту же внутреннюю форму кривой, что и ролик с внутренней кривой, и имеет схожие преимущества и недостатки. Отличие заключается в том, что направляющая является неподвижной (не имеет собственного вращения). Неподвижная направляющая упрощает конструкцию машины, однако из-за того, что она не движется вместе с банкой, неизбежно возникает значительное относительное скольжение. Завальцовочное оборудование должно быть применимо к определённому диапазону диаметров банок: если средний диаметр выбран оптимально, относительное скольжение минимально, но при изменении диаметра банки скольжение возрастает, что приводит к появлению царапин на поверхности завальцовки. Кроме того, внутренний диаметр направляющей с внутренней кривой достаточно велик, что позволяет одновременно размещать несколько и более завальцовочных механизмов.

② Пуансон (завальцовочный патрон)
Пуансон используется для фиксации положения корпуса банки и крышки, обеспечивая равномерную толщину шва и надёжную герметичность. Коническая поверхность наружного контура пуансона (угол около 4°) взаимодействует с усилием опорной плиты, создавая достаточное трение для предотвращения проскальзывания крышки относительно завальцовочного ролика или пуансона, возникающего из-за деформации металла в процессе завальцовки. Глубина и наружный диаметр пуансона должны соответствовать глубине посадки и диаметру крышки банки. Глубина пуансона часто влияет на ширину крюка. Как правило, пуансоны изготавливаются в комплекте с крышками для обеспечения оптимальных характеристик.

③ Опорная плита (поддон, подъёмная платформа)
Опорная плита служит для поддержки корпуса банки и подачи корпуса с крышкой в зону завальцовки. При этом корпус и крышка поднимаются и прижимаются. Пружина поддона оказывает давление на корпус и крышку, предотвращая смещение головки банки в процессе завальцовки.

(4) Подающее движение при двойной завальцовке

В процессе двойной завальцовки один или два завальцовочных ролика совершают радиальное движение относительно корпуса банки, одновременно осуществляя вращательное движение вокруг него. Совокупность этих двух движений называется подающим движением, а радиальное перемещение ролика за один оборот банки называется величиной подачи.

Существуют две формы вращательного движения: в первой вращается корпус банки, а ролик остаётся неподвижным; во второй корпус не вращается, а ролик вращается вокруг банки. Оба способа оказывают одинаковое влияние на процесс завальцовки. В процессе завальцовки металл корпуса подвергается растяжению и сжатию. Для обеспечения качества шва необходимо, чтобы деформация материала происходила равномерно, а величина деформации за единицу времени не была чрезмерной. Это означает, что подача ролика в радиальном направлении должна быть равномерной и не превышать определённого предела. Малая подача обеспечивает высокое качество герметизации, но снижает производительность оборудования; большая подача повышает производительность, но ухудшает качество шва.

Обычно подающее движение одного завальцовочного ролика завершается примерно за три оборота ролика вокруг корпуса банки, а подача двух роликов — за два оборота. В настоящее время применяются два основных способа подачи роликов. Первый — эксцентриковый механизм (часто используется в оборудовании, где корпус банки не вращается): ролик устанавливается на эксцентриковом валу и приводится во вращение вокруг банки планетарной передачей; при одном обороте эксцентрикового вала завершается подача для обеих операций завальцовки. Такое движение неравномерно и приближено к косинусоидальному закону. Второй способ — привод качающегося рычага от кулачка, при котором закон движения зависит от профиля кулачка. За исключением сложных участков начала и конца хода, рабочая часть может быть спроектирована с почти постоянной скоростью подачи. Вход ролика в рабочую зону при кулачковом приводе ближе всего к равномерному движению подачи.

Особым случаем является орбитальная завальцовка. В таких машинах применяется вертикальная компоновка: корпус банки вращается с помощью пуансона и опорной плиты, а на одном рабочем столе несколько банок одновременно совершают орбитальное движение вокруг центра вращения. Направляющая установлена эксцентрично, и величина эксцентриситета соответствует полному ходу подачи завальцовки.

(5) Процесс формирования двойной завальцовки

Двойная завальцовка выполняется в два этапа, которые осуществляются соответственно первым и вторым завальцовочными роликами, как показано на рисунке 3-3.

Сначала первый ролик перемещается радиально относительно корпуса банки. Под действием усилия в канавке ролика и на кромке крышки (дугообразной или прямой) наружный край крышки загибается по нормали к кривой канавки. Когда ролик достигает позиции 3, формирование предварительного шва завершается: крышка и фланец корпуса банки загибаются по периметру, образуя заданную форму и размер начального шва. Затем первый ролик выходит из рабочей зоны.

Одновременно в работу вступают второй ролики, которые радиально перемещаются относительно банки, уплотняя предварительно сформированный шов и плотно прижимая его до достижения позиции 5 часов, в результате чего крышка и корпус банки образуют плотный и герметичный шов. После возврата вторых роликов процесс герметизации завершается.