皇冠盖抗弯曲力预测模型的研究

潘 亮，黄晓晖

（宝钢股份制造管理部，上海 201900）

0 引言

皇冠盖的主要原材料为金属镀铬马口铁，目前国内皇冠盖的外形结构已经由原来的裙边齿数24齿改成了21齿［1］，材料的厚度由原来的0.25mm～0.30mm减薄到0.18mm～0.24mm。自2013年以来，随着国家对食品安全的重视，国内啤酒厂对皇冠盖提出了一项新的检测指标——抗弯曲力检测。皇冠盖的抗弯力直接关系到灌装啤酒的密封性好坏，本文将探讨影响皇冠盖抗弯曲力的几个重要因素及抗弯曲力预报模型的建立［2］。

1 现场试验及数据分析

由于材料厚度及硬度的不同，检测人员往往需要对所有规格的产品进行一一检测。为建立简单、实用的抗弯曲力预测模型，以便于现场技术人员掌握，本文在大量检测结果的基础上，对试验的数据进行了统计分析，研究了抗弯曲力与厚度增量及硬度的关系［3］。

1.1 试验材料与方法

本次试验选择牌号为MR T－5CA、硬度（HR30T）为60～68、厚度为0.20mm～0.23mm的镀铬板材料进行印涂烘烤及加工后测试其抗弯曲力性能指标，其中印涂烘烤的时间及温度保持不变，为了保证试验数据的合理性，每种样品的检测个数为20个。试验用镀铬板的厚度增量及硬度如表1所示。

表1 试验用镀铬板的厚度增量及硬度

目前啤酒厂规定皇冠盖抗弯曲力的检测值合格范围在120N～150N之间（抗弯曲力是指压倒皇冠盖唇齿和帽子边沿一样齐时的压力）。抗弯曲力检测仪器采用DCP－KY3000型电脑测控压缩试验仪，抗弯曲性能检测过程如图1所示。

图1 抗弯曲性能检测示意图

1.2 试验数据分析

通过上述检测，可以得到所有样品的试验数据。图2为不同材料厚度增量时，两种材料硬度下20个皇冠盖样品的抗弯曲力随厚度增量的变化情况。

从图2可以得出，在印涂烘烤条件不变的情况下，皇冠盖的抗弯曲力同时受到材料厚度增量与硬度的双重影响，材料厚度增量和硬度越大时，其相应的抗弯曲力也就越大，但是两者对抗弯曲力的影响程度并不相同。倘若将材料的硬度（HR30T）范围分为9个等级，等级变化梯度为1，当材料厚度增量为0.015，硬度为65时，其抗弯曲力为121.9N；而材料厚度增量为0.02，硬度为61时，其抗弯曲力为123.49N。由此可以看出，当材料厚度增加一个等级，而硬度降低近4个等级时，材料的抗弯曲力反而有所增大，可以说明，在材料厚度及硬度可选范围内，厚度增量对抗弯曲力的影响程度要大。

2 皇冠盖抗弯曲力模型的建立

为了在材料的厚度增量与硬度已知的情况下，预报皇冠盖的抗弯曲力，就需要研究皇冠盖抗弯曲力预报模型［4］。根据皇冠盖抗弯曲力的实测数据可以发现，当材料硬度一定时，皇冠盖抗弯曲力与材料的厚度增量的关系曲线可用多项式表示为：

其中：ai为多项式系数；Δh为厚度增量，mm。

当材料厚度增量一定时，皇冠盖抗弯曲力与材料硬度的关系曲线可用多项式表示为：

其中：bj为多项式系数；κ为硬度，HR30T。

根据对大量试验数据的统计分析，抗弯曲力同时受到材料厚度增量与硬度的双重影响，但影响程度并

其中：A1、A2分别为材料厚度增量及硬度对皇冠盖抗弯曲力的影响系数。

3 模型的应用

为了说明抗弯曲力模型的实用性及计算结果与实际检测数据的吻合程度，并及时对模型中的系数加以修正，以便技术人员能够快速、准确地完成对不同厚度增量及硬度下的皇冠盖抗弯曲力的初步预测，本文对模型计算结果与实际检测数据进行了对比。

图3为厚度增量不变时，抗弯曲力随硬度变化的计算结果，以及材料硬度（HR30T）为61、62、65、66、68时抗弯曲力的实测数据。

图4为材料硬度（HR30T）为65时，抗弯曲力随厚度增量变化的计算结果，以及材料厚度增量分别为0.005mm、0.015mm、0.025mm、0.035mm、0.045mm时抗弯曲力的实测数据。

由图3、图4的对比结果可以看出，预测模型曲线完全符合材料厚度增量及硬度对抗弯曲力的影响趋势。实测结果在预测模型曲线上下浮动，浮动范围保持在－4%～4%之间，而啤酒厂规定皇冠盖抗弯曲的检测值所允许的波动范围为－11.1%～11.1%（注：检测值合格范围为120N～150N，可以认为合格基准值为135N）。因此可以看出，模型预测结果与实测值基本吻合，这也说明预测模型准确程度较高，能够帮助现场技术人员完成对材料合格程度的初步预判。不相同，材料厚度增量对抗弯曲力的影响较为明显。因此材料厚度增量及硬度共同影响下的抗弯曲力模型可以表示为：

图2 两种硬度下抗弯曲力与材料厚度增量的关系

图3 抗弯曲力随硬度的变化曲线

图4 抗弯曲力随厚度增量的变化曲线

4 结论

（1）在大量的现场检测数据的基础上，完成了材料厚度增量及硬度对皇冠盖抗弯曲力影响的初步分析，并进一步提出了皇冠盖抗弯曲力预测模型。

（2）经过对模型预测曲线与实测数据的进一步对比，验证了预测模型的准确程度，与实测结果吻合程度达96%以上，大大缩短了检测时间，具有进一步推广应用的价值。

［1］蔡云红，易端阳，何渊井.我国皇冠盖行业现状及发展趋势［J］.包装与食品机械，2012，30（1）：56.

［2］喻文林，陈志信，陈业英.提高易开盖抗压强度的研究［J］.包装工程，1994，15（6）：268－271.

［3］邝霜，齐秀美，尉冬，等.不同马氏体体积分数双相钢的显微组织变化特征［J］.钢铁，2012，47（10）：83－84.

［4］潘亮，程知松，范爱琴，等.X—H轧制法轧制H型钢轧制力模型的研究［J］.钢铁，2007，42（6）：54－57.