Алюминиевая банка: конструкция, материалы, технология

Упаковка для пива и напитков

Алюминиевые банки для пива и других напитков популярны во всем мире с 60-х годов прошлого века. В США почти 100 % пива продается в алюминиевых банках, в Европе – где-то 50 %. Алюминиевые банки потребляются в огромных количествах в основном в двух типах емкости: 0,33 и 0,50 л. Большие объемы производства оправдывают высокоскоростные, высокоточные производственные линии. Кроме того, эти основные типоразмеры алюминиевых банок имеют одинаковый диаметр, используют одинаковые крышки и отличаются только высотой.

Огромное преимущество алюминиевых пивных банок перед основным конкурентом — стеклом — возможность полной переработки алюминиевых банок после их использования в новые пивные банки.

Сколько весит пивная банка

  • Вес алюминиевой банки снижается из года в год: за 25 лет она стали легче процентов на 30.
  • Современная пустая банка из под пива емкостью 0,5 л — корпус, крышка и механизм открывания  — весит около 15,5 г
  • Чтобы собрать один килограмм алюминиевого лома из пивных банок, надо, чтобы их было около 65 штук. О переработке лома алюминиевых банок см. здесь.

Конструкция

Алюминиевые пивные банки (и для газированных напитков тоже) должны выдерживать внутреннее избыточное давление до 6 атмосфер. Поэтому конструкция банки включает толстое куполообразное дно и довольно тонкие стенки, которые, однако, с помощью внутреннего давления обеспечивает банке достаточную конструктивную прочность. Общий вид типичной пивной банки и назначение различных ее элементов показано на рисунке 1.

конструкция и функции элементов алюминиевой пивной банки
Рисунок 1 — Детали конструкции алюминиевой банки и их функции [2]

Высота и диаметр пивной банки

Действует отечественный нормативный документ на конструкцию алюминиевой банки —  ГОСТ Р 51756-2001 «Банки алюминиевые глубокой вытяжки с легковскрываемыми крышками». Он, конечно же, согласуется с аналогичными международными нормативами.  Согласно ему основные параметры и размеры пивных алюминиевых банок следующие (с точностью до 1 мм).

Высота пивной банки:

  • Банка емкостью 0,33 л — 115 мм
  • Банка емкостью 0,05 л — 168 мм

Диаметр пивной банки:

  • Дно банки — 66 мм
  • Крышка банки — 59 мм.

Толщина стенки пивной банки

Корпус алюминиевой банки изготавливают путем вытяжки за два прохода из плоской круглой заготовки так называемой «чашки». Затем стенки этой чашки утоняют при их последовательной раскатке до толщины всего лишь в одну треть от первоначальной (рисунок 2).  Дно банки профилировано особым образом не только для того, чтобы выдерживать высокое внутреннее давление, но и для хорошего совмещения с крышкой нижестоящей алюминиевой банки — для удобства упаковки. Стенку банки раскатывают до толщины 0,110 мм почти по всей высоте.  В настоящее время минимальная толщина стенки, сообщают,  уже доходит до 0,08 мм.

размеры корпуса алюминиевой пивной банки -высота, диаметр, толщина

Рисунок 2 — Толщина стенки банки имеет различную толщину [1].

 В верхней части корпуса банки стенка потолще и толщина пивной банки в этом месте составляет 0,16 мм.  Это нужно как для удобства формирования суженой «горловины», так и для создания прочного соединения с крышкой. Алюминиевые крышки банок поставляют отдельно и устанавливают на корпус с помощью известного шва «двойной замок» сразу после наполнения банки пивом или другим напитком (рисунок 3).

способ соединения корпуса банки и ее крышки - двойной замокРисунок 3 — Конструкция соединения крышки банки с ее корпусом:
шов «двойной замок» [1]

Крышка пивной банки

Начало бурного роста популярности алюминиевых пивных банок относится к 1964 году, когда была изобретена конструкция «легковскрываемой» крышки. Это крышка открывалась голыми руками простым поворотом специального «ушка» (рисунок 4). Ушко устанавливают на крышку с помощью так называемой интегральной заклепки (рисунок 5). Ее называют интегральной, потому что она формируется непосредственно из металла крышки.

крышка алюминиевой банки - функциональные элементыРисунок 4 — Крышка легко открывается и остается на банке [1]

Встроенная заклепка в крышке банки для крепления ключикаРисунок 5 — Технология формовки интегральной заклепки на крышке банки [1]

 Механизм открывания пивной банки

Задача ушка и лепестка (его называют еще и «язычком»),  добиться хлопка выходящего углекислого газа при усилии на ушке около 3 килограммов и полного проталкивания лепестка (язычка) внутрь банки при усилии до 7 килограммов, причем лепесток должен остаться висеть внутри банки.

Это достигается выполнением по периметру лепестка специальных насечек такой глубины, что остается только 0,085 мм металла вблизи заклепки и 0,110 мм на противоположной стороне (рисунок 6). В то же время, материал на насечках достаточно прочен, чтобы не разрушаться в ходе технологического процесса или при разгрузке в магазине.

Внутри лепестка можно заметить еще один, внутренний ряд насечек. Они не такие глубокие и служат, как утверждают, для направленного течения металла на основных насечках и предотвращения разрывов основных насечек при их формировании.

Насечки на крышке алюминиевой банки - функциональные и технологическиеРисунок 6 — Хитроумные насечки обеспечивают
надежное открывание банки в два этапа:
сначала выпуск газа, затем проталкивание лепестка внутрь банки [1]

Материалы

Требования к материалам

Главным требованием к материалам пивных банок является их способность к формовке с большими пластическими деформациями. Алюминиевые сплавы подходят в этом смысле идеально. Кроме того, для крышек пивных банок важна способность предсказуемо разрываться по насечкам. Алюминий справляется с этим намного лучше, чем сталь.  Еще одним положительным моментом является то, что и корпус, и крышка – алюминиевые, что сводят к минимуму любые возможные гальванические эффекты, которые могли бы приводить к ускоренной коррозии.

Материал корпуса

Детали пивных банок изготавливают из алюминиево-марганцевых и алюминиево-магниевых сплавов (таблица). Для корпуса банки применяют ленты толщиной 0,30 мм из алюминиевого сплава 3004 или его модификации — алюминиевого сплава 3104 — в состоянии Н19.

Материалы крышки и ушка

Для крышек  применяют лакированную ленту из алюминиевого сплава 5182 в состоянии Н48 толщиной 0,26 мм, а для изготовления «ушек» — ключей легкого открывания —  ленту из алюминиевого сплава 5042 в состоянии Н18 толщиной 0,45 мм.

Таблица — Алюминиевые сплавы пивной алюминиевой банки

Алюминиевые сплавы в пивной банке - для корпуса и для крышки

Технология

Цикл производства алюминиевых банок

На рисунке ниже показан цикл производства алюминиевых банок для пива и прохладительных напитков.

 

Рисунок 7 — Типичный цикл производства алюминиевых пивных банок [4]

Алюминиевый лист в рулонах

Заводы по производству алюминиевых пивных банок потребляют большое количество алюминиевого листа, который поставляется в больших рулонах. Корпус и крышка банки изготавливаются из алюминиевых листов — из различных алюминиевых сплавов. Каждый рулон весит около 11 тонн и при его размотке лист проходит расстояние 9-13 километров.

Алюминиевые рулоны поступают на завод по производству алюминиевых банок и загружаются в «размотчик» (uncoiler). Это машина, которая разматывает алюминиевый лист в начале линии по производству банок. Здесь же на алюминиевый лист наносят специальную смазку. Эта смазка помогает алюминиевому листу более «гладко», без повреждений, проходить все формообразующие операции.

Изготовление корпуса банки

Типичная последовательность технологических операций по изготовлению корпуса банки показана на рисунке 7. Первой операцией в производстве банок является вырубка круглых заготовок, например, диаметром 140 мм. Естественно, при этой вырубке образуются отходы: эти потери составляют около 12-14 %. Они сразу же отправляются на переплавку для изготовления нового листа и новых пивных банок.

Из исходной круглой заготовки методом глубокой вытяжки (штамповки) получают промежуточную заготовку — неглубокую «чашку» (рисунки 8 и 9). Из этой «чашки» методом раскатки получают уже почти готовый корпус банки, а также формируют купол днища (рисунки 8, 10, 11).  Затем эту банку-полуфабрикат моют, наносят на нее рисунки и покрывают лаком и только после этого заканчивают ее механическую формовку – формирование горла и отбортовку (рисунок 8).

Технология изготовления алюминиевой пивной банки  Рисунок 8 — Технология изготовления корпуса алюминиевой банки (0, 33 мм) [1]
 Операция глубокой вытяжки при изготовлении алюминиевой банки

Рисунок 9 — Глубокая вытяжка — формовка «чашки» [2]
Операция раскатки стенки алюминиевой банки

Рисунок 10 — Раскатка стенки банки [2]Формовка днища алюминиевой банкиРисунок 11- Формовка днища [2]

Изготовление крышки пивной банки

Алюминиевый лист подается в рулонах весом до 8 тонн. Из каждого рулона производится до 2,5 миллионов крышек. Алюминиевый лист, который имеет предварительное лаковое покрытие, подается в специальный пресс, на котором штампуют почти готовую крышку. Затем производят формирование сложной кромки крышки, которая потом обеспечит ее надежное соединение с корпусом банки.

Крышка алюминеивой пивной банки

Рисунок 12 — Еще не полностью готовая крышка [3]

Изготовление ушка пивной банки

Технология изготовления ушка – ключа-открывашки — включает около 13 операций (рисунок 13), прежде чем его можно будет устанавливать на крышке.

Технологические операции изготовления ключика пивной банки (ушка, открывашки и т.п.)

Рисунок 13 — Технологические операции изготовления ушка [3]

Лом алюминиевых пивных банок

Одна пивная банка емкостью 0,5 л весит около 15,5 г. Для одного килограмма алюминиевого лома из пивных банок 0,5 л надо собрать их около 65 штук.

Простой переплав отходов алюминиевых банок дает в среднем такой состав алюминия:

  • Si – 0,26 %
  • Fe – 0,40 %
  • Cu – 0,20 %
  • Mn – 0,86 %
  • Mg – 1,22 %
  • Ti – 0,04 %
  • остальное – Al.

«Алюминий» такого химического состава вполне укладывается в интервалы химического состава сплавов 3004 и 3104 (см. таблицу выше), которые применяют для изготовления корпуса банки. Поэтому подавляющая часть лома алюминиевых банок возвращается к их производителям.  

Источники:

  1. TALAT 3710
  2. SCIENTIFIC AMERICAN September 1994
  3. Institute of Brewing and Distilling — Cans and Packaging Materials — https://www.gbsinfo.com
  4. https://www.visy.com.au/packaging/beverage-cans/about/