Aluminum raw material influence on the formation of caps earing defects in pharmaceutical packaging

Deep drawing is a complex sheet forming operation employed in industry for the production of closed bottom metallic containers. In particular, in the pharmaceutical packaging business deep drawing is used to produce aluminum caps on bespoke applications. Datwyler deep drawing combiseal caps production process physiologically exhibits the formation of defected pieces. Under this perspective, earing presence results in the main criticality among all the possible defects. Accordingly, this thesis project focused on the analysis of earing formation issue, and mainly on the influence of the raw material on the arising of defects. Raw material knowledge was deepened, a testing method was developed, both aiming for the experimental evaluation of the material anisotropy in terms of its mechanical parameters. The scope of the study was to extend the theoretical knowledge regarding the presence of earing in deep-drawn components to the case of combiseal production. Statistical analyses of experimental results of raw material testing showed the centrality of anisotropy in regards to earing formation. Anisotropy coefficients and cupping test outcomes were correlated to earing formation quality of materials thanks to the use of MINITAB software. Analytical models were considered for the prediction of earing, given material and machine properties. Results brought to the discussion with the aluminum supplier to adjust quality specifications agreements with the objective of preventing defects and to further classify incoming raw material coils.

L’imbutitura profonda è una complessa operazione di formatura della lamiera utilizzata in industria per la produzione di contenitori chiusi metallici. In particolare, il settore del packaging farmaceutico sfrutta il processo di imbutitura per la produzione di capsule in alluminio. Il processo produttivo da imbutitura delle capsule combiseal Datwyler manifesta fisiologicamente la formazione di pezzi difettosi. Nel merito, la presenza di earing sulle capsule risulta nelle massime criticità produttive tra tutti i difetti possibili riscontrati. Questo progetto di tesi, si è quindi concentrato sull’analisi del problema della formazione di earing, e principalmente sullo studio dell’influenza della materia prima sull’insorgere dei difetti. La conoscenza della materia prima è stata approfondita, un metodo di test è stato sviluppato internamente, concentrandosi sulla valutazione dell’anisotropia in termini di proprietà meccaniche dell’alluminio. L’obiettivo dello studio è stato l’estensione delle conoscenze teoriche in merito alla presenza di earing su prodotti da imbutitura al caso della produzione combiseal. L’analisi statistica dei risultati sperimentali dei test sulla materia prima usata in produzione ha dimostrato la centralità dell’anisotropia nella formazione di earing. Parametri meccanici di anisotropia e test di simulazione di imbutitura sono stati correlati con successo alla tendenza del materiale a formare earing attraverso l’uso del software MINITAB. Modelli analitici sono stati considerati per la previsione della formazione di earing, conosciute le proprietà del materiale e della macchina. I risultati hanno portato alla discussione con il fornitore di alluminio per ritrattare le specifiche di qualità al fine di prevenire la formazione di difetti e per classificare la materia prima in precedenza al suo uso in produzione.