对200升钢桶桶底强度的研究

文/刘裕祥

【摘要】为保证包装钢桶的可靠性和耐用性，对钢桶的物理性能和机械性能应全面考虑。国标GB/T 325中200升闭口钢桶是桶身与桶底、桶顶卷边而形成的，现在采用圆卷边，再加上桶底、桶顶与桶身翻边处通过机械预压、整平、紧密配合后大大增加了钢桶的强度。

【关键词】钢桶；桶底强度；机械预压

1 引言

在我国改革开放政策指引下，各种产品内销出口任务日益增多，随着化工、石油、医药等工业生产速度逐年递增，其产品不仅品种多，而且花色也剧增，这些产品对包装用钢桶的强度要求更高了。下面对如何提高200升钢桶桶底强度问题提出一些建议。

2 钢桶的可靠性和耐用性

产品的流通过程很复杂，在这个过程中所遭受到的破坏因素和破坏形式也是多种多样的。因此，为保证包装钢桶的可靠性和耐用性，必须周全地考虑到所有的破坏因素。这就对包装钢桶的物理性能和机械性能提出了很高的要求，同时还必须有一定的安全系数，在日常生活中可以看到，一些产品的包装在达到消费手中时，就已经破烂不堪，根本谈不到保护产品的作用，更谈不上使产品美观和吸引用户了。国外有许多用户对200升钢桶周转使用，产品用完之后，钢桶基本上完好如新，还可以复用或另作他用，例如：我厂从德国进口采用200升钢桶包装的化工原料，料用完后，工厂又把此钢桶装化工产品销往国内用户；另外，我厂生产的200升钢桶装化工产品出口到美国，美国用完料后，利用此钢桶装油漆等溶剂第二次运输使用。现在，国内外对各种不同的包装，都规定了标准化的规格，以适应产品对牢固性及其它各方面的需要。

3 卷边形式与受力情况分析

国标GB/T 325中200升闭口钢桶是桶身与桶顶、桶底卷边而成型的，在填充料（密封胶）不变的情况下，卷边的形状不同，钢桶强度也不同，我厂参照国标GB/T 325生产的钢桶卷边有两种形式，第一种形式为平卷边，第二种形式为圆卷边，如放大图（图1、图2）。

图1 平卷边示意图

图2 圆卷边示意图

表1 平卷边抽检情况（单位：mm）

我厂实际生产的钢桶卷边形式和放大图相类似，其测得的数据如下

（1）平卷边桶抽检情况（如表1）。已知薄钢板厚度为δ=1.25mm。从上表中可以计算平卷边厚度平均值为δ1=6.603mm，那么，卷边扣弯曲半径可以计算得：

R1=(δ1-δ)/2=(6.603-1.25)/2=2.677(mm)

r1=δ/2+δ=1.25/2+1.25=1.875(mm)

（2）圆卷边抽检情况（见表2）。

表2 圆卷边抽检情况（单位：mm）

已知薄钢板厚度δ=1.25mm，从上表中可以计算出圆卷边后的平均直径d2=9.9765≈10mm，那么，卷边扣弯曲半很可以计算得：

R2=(d2-δ)/2=(10-1.25)/2=4.375(mm)

r2=(d2-3δ)/2=(10-3×1.25)/2=3.125(mm)

（3）钢在常温下变形时，其组织结构及机械性能也有了显著的改变。

随着变形程度的增加，强度极限及硬度上升，而延伸率及冲击韧性降低。钢在常温下变形时，硬度升高是由于变形后晶格与晶粒均产生了扭曲，产生了内应力，使原子处于高位能的状态，因此，要使金属继续变形就需要更大的外力；同时，晶粒与晶粒之间生产了碎晶阻碍滑移的摩擦阴力增大，也就增加了变形的困难。薄钢板弯曲度增加之后，就产生上述情况，此时继续增加外力，使之变形过大时，钢板的弯曲的地方就失去了弹性和延伸率，容易产生裂纹和撕裂现象。

图3 钢板弯曲半径r

为了弯曲时防止破坏，钢板弯曲时最小半径必须这样选择，最小弯曲半径：

rmin=K•δ

K——系数，一般取0.25～1；

δ——钢板厚度，mm；

钢板的厚度为δ=1.25mm，代入上式，得：

rmin=K•δ=0.25×1.25=0.312(mm)

rmin= K•δ=1×1.25=1.25(mm)

为了使金属薄钢板不产生破裂，规定半径必须增大约1倍。所以，

r大=2×rmin=2×1.25=2.5(mm)

根据理论分析及计算结果可以看出，钢桶的卷边形式不同使薄钢板产生弯曲半径也不一样。

平卷边：r1<r大

圆卷边：r2>r大

圆卷边不易使桶顶、桶底卷边处的钢板产生破裂现象，保证了钢桶的牢固性。通过钢桶的性能试验更加证实了圆卷边比平卷边好。

（4）钢桶的桶底、桶顶与桶身翻边处通过机械传动机构预压、整平、紧密配合后提高了钢桶的强度和密封性。

我厂生产200升闭口钢桶，用于包装化工产品，此产品对包装要求较严，不仅要适应内装物使其质量指标不发生任何变化，而且，对

桶的强度、密封性等诸方面都要求很高。储运过程中钢桶避免不了撞击、坠落等，所以，要想法提高钢桶的强度和密封性。

国标GB/T 325标准中对钢桶桶底、桶顶与桶身卷边组合时只有尺寸和填密封胶等技术要求，但是，对卷边组俣时没有规定桶底、桶顶和桶身翻边的宽窄尺寸，更没有规定卷边组合成形的技术要求。因此，我厂生产200升钢桶时，桶底、顶与桶身卷边组合成形前，将桶底和桶顶折边尺寸严格控制在30±1mm，桶身折边尺寸控制在18±1mm范围内，并且桶底、桶顶与桶身组合后在专用机械传动机上夹紧滚动使之桶底折边、桶顶折边和桶身翻边部分预压、整平按一定角度紧密配合，如图4所示。另外，钢桶卷边组合成形前，使桶身折边的焊缝处暴露在卷边外的突出小铁舌打磨平整，然后在卷边机上卷边组合成形。这样生产制造的钢桶的双重卷边无铁舌，而且，外观光滑、均称。通过钢桶性能试验证明：这种成形方法大大提高了钢桶强度和密封性（密封胶不变）。

图4 钢桶组合成形翻边尺寸控制

4 200升闭口钢桶试验情况

我厂出口化工产品的包装钢桶符合“国际海上危险货物运输规则”第Ⅱ类技术条件要求。

“海运危规”第4.2.1.2.1条规定，应进行跌落试验、液压试验、堆码试验和气试验。

（1）跌落试验

a.试验数量：3个钢桶

b.跌落目标：符合“海运危规”4.2.。1.2.3.3规定

c.跌落高度：符合“海运危规”4.2.1.2.3.4规定

d.撞击点：符合“海运危规”4.2.1.2.3.5规定

（2）堆码试验

按“海运危规”4.2.1.2.6.3试验方法进行。具体作法是事先装好（按规定）水的钢桶一只，将两块平整 的板平放于桶上，保持平衡。其上放置相当于堆积八只钢桶高，底层桶所承受的重量1561kg铅块（每桶高882mm，每桶毛重223kg，堆积高度为H=8×0.882=7.065m，底层桶承重G=（8-1）×223=1561kg）。重压24小时，量其尺寸，桶身均无任何变形。检查结果符合“海运危规”第4.2.1.2.6.4条规定。

（3）液压试验

a.试验数量：一只桶

b.试验方法：符合“海运危规”第4.2.1.2.5.3条规定。

c.试验标准：符合“海运危规”第4.2.1.2.5.4条规定。

（4）渗漏试验

空钢桶内通入干燥气体，当气压上升到49kPa，稳压5分钟。

a.试验方法：符合“海运危规”4.2.1.2.4.3条规定。

b.试验标准：符合“海运危规”第4.2.1.2.4.5条规定。按照以上程序完成了两次试验，其试验结果如下：

第一次试验：平卷边钢桶试验结果，见表3。

表3 平卷边钢桶试验记录表

第二次试验：圆卷边钢桶试验情况，见表4。

表4 圆卷边钢桶试验记录表

以上各种试验证明，200升钢桶采用了圆卷边，合理的选用桶底、桶顶与桶身组合时通过机械预压、整平及选用合理的密封胶等一系列技术措施，大大提高了钢桶的桶底强度和密封性，保证了化工、石油、医药等产品在流通过程中的意外损失，减少了索赔等现象，无形中增加了各单位的经济效益。