皇冠蓋抗彎曲力預(yù)測(cè)模型的研究

潘 亮，黃曉暉

（寶鋼股份制造管理部，上海 201900）

0 引言

皇冠蓋的主要原材料為金屬鍍鉻馬口鐵，目前國(guó)內(nèi)皇冠蓋的外形結(jié)構(gòu)已經(jīng)由原來(lái)的裙邊齒數(shù)24齒改成了21齒［1］，材料的厚度由原來(lái)的0.25mm～0.30mm減薄到0.18mm～0.24mm。自2013年以來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)食品安全的重視，國(guó)內(nèi)啤酒廠對(duì)皇冠蓋提出了一項(xiàng)新的檢測(cè)指標(biāo)——抗彎曲力檢測(cè)?；使谏w的抗彎力直接關(guān)系到灌裝啤酒的密封性好壞，本文將探討影響皇冠蓋抗彎曲力的幾個(gè)重要因素及抗彎曲力預(yù)報(bào)模型的建立［2］。

1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

由于材料厚度及硬度的不同，檢測(cè)人員往往需要對(duì)所有規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行一一檢測(cè)。為建立簡(jiǎn)單、實(shí)用的抗彎曲力預(yù)測(cè)模型，以便于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員掌握，本文在大量檢測(cè)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，研究了抗彎曲力與厚度增量及硬度的關(guān)系［3］。

1.1 試驗(yàn)材料與方法

本次試驗(yàn)選擇牌號(hào)為MR T－5CA、硬度（HR30T）為60～68、厚度為0.20mm～0.23mm的鍍鉻板材料進(jìn)行印涂烘烤及加工后測(cè)試其抗彎曲力性能指標(biāo)，其中印涂烘烤的時(shí)間及溫度保持不變，為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的合理性，每種樣品的檢測(cè)個(gè)數(shù)為20個(gè)。試驗(yàn)用鍍鉻板的厚度增量及硬度如表1所示。

表1 試驗(yàn)用鍍鉻板的厚度增量及硬度

目前啤酒廠規(guī)定皇冠蓋抗彎曲力的檢測(cè)值合格范圍在120N～150N之間（抗彎曲力是指壓倒皇冠蓋唇齒和帽子邊沿一樣齊時(shí)的壓力）?？箯澢z測(cè)儀器采用DCP－KY3000型電腦測(cè)控壓縮試驗(yàn)儀，抗彎曲性能檢測(cè)過(guò)程如圖1所示。

圖1 抗彎曲性能檢測(cè)示意圖

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

通過(guò)上述檢測(cè)，可以得到所有樣品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖2為不同材料厚度增量時(shí)，兩種材料硬度下20個(gè)皇冠蓋樣品的抗彎曲力隨厚度增量的變化情況。

從圖2可以得出，在印涂烘烤條件不變的情況下，皇冠蓋的抗彎曲力同時(shí)受到材料厚度增量與硬度的雙重影響，材料厚度增量和硬度越大時(shí)，其相應(yīng)的抗彎曲力也就越大，但是兩者對(duì)抗彎曲力的影響程度并不相同。倘若將材料的硬度（HR30T）范圍分為9個(gè)等級(jí)，等級(jí)變化梯度為1，當(dāng)材料厚度增量為0.015，硬度為65時(shí)，其抗彎曲力為121.9N；而材料厚度增量為0.02，硬度為61時(shí)，其抗彎曲力為123.49N。由此可以看出，當(dāng)材料厚度增加一個(gè)等級(jí)，而硬度降低近4個(gè)等級(jí)時(shí)，材料的抗彎曲力反而有所增大，可以說(shuō)明，在材料厚度及硬度可選范圍內(nèi)，厚度增量對(duì)抗彎曲力的影響程度要大。

2 皇冠蓋抗彎曲力模型的建立

為了在材料的厚度增量與硬度已知的情況下，預(yù)報(bào)皇冠蓋的抗彎曲力，就需要研究皇冠蓋抗彎曲力預(yù)報(bào)模型［4］。根據(jù)皇冠蓋抗彎曲力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料硬度一定時(shí)，皇冠蓋抗彎曲力與材料的厚度增量的關(guān)系曲線可用多項(xiàng)式表示為：

其中：ai為多項(xiàng)式系數(shù)；Δh為厚度增量，mm。

當(dāng)材料厚度增量一定時(shí)，皇冠蓋抗彎曲力與材料硬度的關(guān)系曲線可用多項(xiàng)式表示為：

其中：bj為多項(xiàng)式系數(shù)；κ為硬度，HR30T。

根據(jù)對(duì)大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，抗彎曲力同時(shí)受到材料厚度增量與硬度的雙重影響，但影響程度并

其中：A1、A2分別為材料厚度增量及硬度對(duì)皇冠蓋抗彎曲力的影響系數(shù)。

3 模型的應(yīng)用

為了說(shuō)明抗彎曲力模型的實(shí)用性及計(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)的吻合程度，并及時(shí)對(duì)模型中的系數(shù)加以修正，以便技術(shù)人員能夠快速、準(zhǔn)確地完成對(duì)不同厚度增量及硬度下的皇冠蓋抗彎曲力的初步預(yù)測(cè)，本文對(duì)模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。

圖3為厚度增量不變時(shí)，抗彎曲力隨硬度變化的計(jì)算結(jié)果，以及材料硬度（HR30T）為61、62、65、66、68時(shí)抗彎曲力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

圖4為材料硬度（HR30T）為65時(shí)，抗彎曲力隨厚度增量變化的計(jì)算結(jié)果，以及材料厚度增量分別為0.005mm、0.015mm、0.025mm、0.035mm、0.045mm時(shí)抗彎曲力的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

由圖3、圖4的對(duì)比結(jié)果可以看出，預(yù)測(cè)模型曲線完全符合材料厚度增量及硬度對(duì)抗彎曲力的影響趨勢(shì)。實(shí)測(cè)結(jié)果在預(yù)測(cè)模型曲線上下浮動(dòng)，浮動(dòng)范圍保持在－4%～4%之間，而啤酒廠規(guī)定皇冠蓋抗彎曲的檢測(cè)值所允許的波動(dòng)范圍為－11.1%～11.1%（注：檢測(cè)值合格范圍為120N～150N，可以認(rèn)為合格基準(zhǔn)值為135N）。因此可以看出，模型預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值基本吻合，這也說(shuō)明預(yù)測(cè)模型準(zhǔn)確程度較高，能夠幫助現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員完成對(duì)材料合格程度的初步預(yù)判。不相同，材料厚度增量對(duì)抗彎曲力的影響較為明顯。因此材料厚度增量及硬度共同影響下的抗彎曲力模型可以表示為：

圖2 兩種硬度下抗彎曲力與材料厚度增量的關(guān)系

圖3 抗彎曲力隨硬度的變化曲線

圖4 抗彎曲力隨厚度增量的變化曲線

4 結(jié)論

（1）在大量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，完成了材料厚度增量及硬度對(duì)皇冠蓋抗彎曲力影響的初步分析，并進(jìn)一步提出了皇冠蓋抗彎曲力預(yù)測(cè)模型。

（2）經(jīng)過(guò)對(duì)模型預(yù)測(cè)曲線與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步對(duì)比，驗(yàn)證了預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確程度，與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合程度達(dá)96%以上，大大縮短了檢測(cè)時(shí)間，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值。

［1］蔡云紅，易端陽(yáng)，何淵井.我國(guó)皇冠蓋行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.包裝與食品機(jī)械，2012，30（1）：56.

［2］喻文林，陳志信，陳業(yè)英.提高易開(kāi)蓋抗壓強(qiáng)度的研究［J］.包裝工程，1994，15（6）：268－271.

［3］鄺霜，齊秀美，尉冬，等.不同馬氏體體積分?jǐn)?shù)雙相鋼的顯微組織變化特征［J］.鋼鐵，2012，47（10）：83－84.

［4］潘亮，程知松，范愛(ài)琴，等.X—H軋制法軋制H型鋼軋制力模型的研究［J］.鋼鐵，2007，42（6）：54－57.