三片罐中，有圆罐和异形罐，圆罐是最常见的罐型。不管是圆形还是异形三片罐，它们的结构和图3-1 所示大体相同。罐身的形状多为柱体，圆罐截面为圆形，异形罐截面为异形。罐身上通常设置下列一些结构。

1. 罐身接缝

罐身接缝是罐身成型后罐身板两端的接缝。目前的三片罐罐身接缝多为搭接电阻缝焊，也有少数企业生产的三片罐采用锁边接缝、针焊接缝、对接焊缝或粘接接缝等（图3-2) 。

2. 环筋

罐身强度不够时，将因内部负压或侧向撞击力使局部内陷或在轴向载荷下崩塌，使罐身结构轴向强度下降。因此在设计上可选用适当厚度的罐材，还可在侧壁设计加强筋（水平波纹）来提高罐的强度。但是过深及太多的加强筋（水平波纹），反而会使罐身轴向承载力下降。

当罐身直径和高度较大时，为防止罐身发生内凹和外凸，可在其圆周方向滚压环筋，以增强罐身的强度。首先在罐身的接缝处预压出凹窝（预压筋），以便在罐身上滚压环筋，图3-3所示为两种常见的环筋结构。

3. 翻边

罐身两端被翻出的部分即翻边，其结构如图3-4所示，尺寸见表3-2所示。罐身上下边缘向外适当翻边，以便和罐盖或罐底进行卷边密封。

4. 下料尺寸

以圆罐为例，罐身板的下料长度和宽度计算方法如下：

(1) 罐身板长度

式中， L 罐身板计算长度， mm

D——圆罐内径， mm

tb——薄钢板厚度， mm

A——焊缝搭边宽度， mm

（2）罐身板宽度

B=(h+δ)±0.05

式中B——罐身板计算宽度， mm

h——成品罐外高， mm

δ——系数，一般取δ=3.5。

圆罐设置环筋时，可适当增加罐身宽度，即式(3-2) 中的系数δ取4.5~5 。

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罐盖和罐底设计

多数情况下， 三片罐的底和盖结构相似。为提高罐盖结构的强度，采取罐底和罐盖膨胀圈设计。在负压作用下使盖、底可沿膨胀圈拱起，而外观无明显的变化。适当的罐底或罐盖外形设计，可提高盖或底的结构强度，保护封口结构的完整性。如图3-5所示为三片罐罐盖常见结构形式。

为增加底盖的强度，保证罐头密封结构， 以及罐头在杀菌过程中， 不致因罐盖膨胀变形而破坏卷边结构，需要在罐盖上压出一定形式的膨胀圈纹，以保证罐盖具有足够的结构强度和弹性。罐盖的膨胀圈纹形式均采用凸筋外加环状斜坡构成，具体设计方法及要点见第七章金属罐盖的设计与制造，图3 -6 为罐盖（底）主要结构尺寸示意图，表3 -3 为金属罐盖的主要尺寸表。

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二重卷边结构

随着冷冲压工艺技术的成熟，金属罐身与罐盖的结合，出现了“二重卷边”结构， 如图3-7 所示。这种特殊结构的发明，是容器结构设计中一次创新和变革。从金属罐的结构可以看出，二重卷边是罐身和罐盖（底）的接缝结构，以5 层咬合连接在一起的卷封形式，也是金属罐容器目前最主要的一种封口形式。其结构工艺过程是通过罐身和罐盖（底）两者各自连续翻边再相互紧压结合而成，其间会填充密封胶，形成高度密封的接缝结构。这种特殊卷封结构适应于制罐、装罐和封罐的高速度、自动化的大批量生产，同时保证了金属罐可靠的密封性，在一定程度上提高了容器的刚度、强度及运输流通中的可靠性。

1. 二重卷边结构要素

二重卷边是容器罐身和罐盖（或底）相互卷合构成的密封接缝。它的结构由相互钩合的二层罐身材料和三层罐盖材料及嵌入它们之间的密封胶构成。二重卷边结构的纵向剖面如图3-8 所示， 二重卷边结构中的卷边厚度、卷边宽度、埋头度、身钩、盖钩、叠接长度及叠接率是构成二重卷边的要素。要使二重卷边有良好的密封性，必须有足够大的叠接率。

2. 二重卷边内部结构

二重卷边内部结构包括身钩、盖钩、叠接长度及盖钩空隙和身钩空隙。盖钩空隙和身钩空隙要求越小越好，但需有一定的间隙。

（1）身钩(B1) 。罐身身钩长度是指罐身翻向卷边内部弯曲部分的长度，其值约为1. 8 ~ 2. 2mm 。身钩长度必须适中，过小将危及罐的密封性，过大则容易产生铁舌。

（2）盖钩(B2) 。罐盖盖钩长度是指罐盖圆边翻向卷边内部弯曲部分的长度。其大小与头道辐轮曲线形状有关，其值应与身钩基本一致。

（3）叠接长度(E) 。叠接长度指卷边内部盖钩和身钩相互叠接的长度， 一般按下式计算：

E = B1 + B2 + 1. 1tc - W

式中：E——叠接长度， mm

B1——身钩尺寸， mm

B2——盖钩尺寸， mm

tc——罐盖板材厚度， mm

W——卷边宽度， mm 。

叠接率是表示卷边内部盖钩和身钩互相叠接的程度，叠接率越高，卷边密封性越好，以百分比表示，叠接率可按下式进行计算：

式中，OL——叠接率，%

E——叠接长度，mm

W——卷边宽度，mm

tc——罐盖板材厚度，mm

tb——罐身板材厚度，mm

正常情况下，叠接率应达到50 ％ 以上，提高叠接率应增大身钩、盖钩尺寸或减小卷边宽度。

3. 二重卷边外部结构

二重卷边外部结构包括卷边厚度、卷边宽度、埋头度及层间间隙。外部结构尺寸既要有足够的卷边宽度w, 合理的卷边厚度T 值，同时还要考虑调试时，卷边宽度每增加0.1mm, 叠接率OL 会减少7%~8％ 这一因素。

(1) 卷边厚度(T)

卷边厚度是指从卷边外部测得的垂直于卷边叠层的最大尺寸。该尺寸取决于两道卷边棍轮的压力、罐形与板材厚度的变化，可根据表3 -4 查取，也可用式3-5 计算。

式中，tc——罐盖材料厚度，mm

tb——罐身材料厚度，mm

∑g——层间间隙之和，∑g=g1+g2+g3+g4,其总和的标准值为0.15~0.25mm。卷边厚度T受两道压辊卷封压力的影响，压力大T值小，压力小T值大。

(2) 卷边宽度( W )

卷边宽度是指从卷边外部测得的平行于卷边叠层的最大尺寸。该尺寸取决于辐轮沟槽形状、卷边压力、身钩尺寸及板材厚度。卷边宽度按下式计算：

W=2.5tc+B1+Lc

式中，W——卷边宽度，mm

tc——罐盖材料厚度，mm

B1——身钩长度，mm

Lc——身钩空隙，mm

卷边宽度大小还受压辗沟槽的形状、卷封压力、托盘顶推力等因素影响。

(3) 埋头度（ C) 埋头度指的是卷边顶部至盖平面的高度。一般由上压头凸缘的厚度和卷边宽度决定。

C=W+a

式中，W——卷边宽度，mm

a——修正系数，常取0.15~0.3mm。

盖钩空隙和身钩空隙要求越小越好，但需有一定的间隙。表3-5 为马口铁罐二重卷边的主要设计尺寸。

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1. 容器受力状态

三片罐受力情况主要有罐内的正压或负压和外部机械作用力两大类。如食品罐头需要在食物装入罐内后，排空空气，密封杀菌，达到保质的目的。因此在常温下罐内显负压力状态，在热力杀菌处理时则显正压力状态。对于盛装含气饮料或喷雾产品的金属罐，则需要耐内部高压功能。当内压力超过罐端承受能力时，将发生永久的变形或翘曲，影响卷边封口的完整性而引起泄漏。除了轴向载荷和侧向的作用力外，还有因野蛮装卸而导致的外力，这种外力的作用也将使罐的结构产生严重的破坏。

如图3-9 所示圆柱形三片金属罐的受力情况。

2. 容器强度及结构设计

在金属包装容器结构设计时，可采用强度校核法验证包装的承载能力。

如以圆柱体容器为例，在容器壁面内各点处，一般都呈三向应力状态，容器罐身横截面上：切向应力σ1，纵向应力σ2厚度方向上应力σ3。但对薄壁容器而言，其厚度t 远小于圆截面直径D, 所以σ3与σ1相比总是小得多。此时在工程计算上可设σ3 =0。根据材料力学的力平衡方程，可求得σ1=pD/2t，σ2=pD/4t，其中p 为圆柱体形容器内压。

对于三片式金属容器而言，由于考虑到容器罐身存在焊缝，其焊缝处强度一般低于容器材料强度，因此，按第三强度理论进行强度验算（第三强度理论又称为最大剪应力理论，其表述是材料发生屈服是由最大切应力引起的）， 三片罐容器的强度条件应为：

其中，φ为焊缝系数（φ≤1），具体数值可查阅有关设计手册。

若按第四强度理论进行强度验算，其强度条件为

同理，对于三片罐式金属容器，其强度条件为：

其中，σr4为按第四强度理论计算的当量应力，（第四强度理论又称为畸变能理论，其表述是材料发生屈服是畸变能密度引起的）。

通过罐的强度校核，我们可以在进行结构设计时，在同样直径尺寸和压力大小条件下，设计罐身波纹或加强筋，或者罐盖底膨胀圈及台阶来增加容器强度。也可以通过增加或减少容器壁厚t，达到节省材料、经济性更好的目的。返回搜狐，查看更多