鍍鋅金屬物體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有復(fù)雜形狀的鍍鋅金屬（特別是鍍鋅鋼）的制造。具體來說，本發(fā) 明涉及具有包括多邊形的形狀的鍍鋅金屬（特別是鍍鋅鋼）物體的制造，其中制造要求從 包含多個自由邊的薄的金屬片基質(zhì)形成此類物體，并對所述金屬片基質(zhì)進行鍍鋅。本發(fā)明 還涉及此類具有復(fù)雜形狀的鍍鋅金屬（特別是鍍鋅鋼）物體，只要它們無法通過現(xiàn)有可行 的制造工藝的方式生產(chǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常已知的是，金屬片可以通過焊接、鉚釘、釘牢、粘結(jié)、卷邊、螺釘或夾固定的方 式進行組裝。但是，在鍍鋅鋼片的情況下，部分此類方法在實踐中是不可用的或者經(jīng)受強烈 的約束，這限制了它們的競爭力或者可以組裝的產(chǎn)品的類型。例如，焊接工藝的最明顯的健 康危害之一是產(chǎn)生煙霧和氣體。由于鋅是用于鍍鋅金屬的涂層，在焊接過程中，其產(chǎn)生蒸發(fā) 滴（煙氣），當(dāng)呼吸時，可能深入肺部中。呼吸鋅煙氣的典型影響是金屬煙霧病。在沒有合 適個人保護的情況下，在進行焊接1小時或2小時之后，可能遭受嚴(yán)重的癥狀，例如口渴、腿 疼痛、頭充血、咽喉干燥和咳嗽。因此，出于健康原因，非常厚的鍍鋅鋼片（ISO 1461)的焊 接是不推薦的，或者應(yīng)該是盡可能的避免的。
[0003] 片金屬釘牢是一種冷成形技術(shù)，其在不使用固定件、螺釘、鉚釘或點焊接的情況 下，將兩件或更多件金屬件接合在一起。其產(chǎn)生不影響表面精整的紐扣型接合件。其適用 于高強度固定，不產(chǎn)生廢料，且比點焊接更負(fù)擔(dān)得起。采用偏心式壓機，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)低 至1.0 mm的釘牢點直徑，并且其實際循環(huán)時間可低至0· 4秒。例如，還已知的是，由0· 6mm 厚的鍍鋅鋼和〇· 5mm厚的鍍鋅銅構(gòu)成的LED(發(fā)光二極管）條，其通過直徑為2. Omm的 釘牢點的方式，可以容易地接合在一起（德國魏因加滕市Tox Pressotechnik公司（Tox Pressotechnik GmbH, ffeingarten, Germany))〇
[0004] 美國專利第8, 555, 479號揭示了承重鋼結(jié)構(gòu)連接的生產(chǎn)，其中通過模具工具和對 立工具的方式，通過局部變形，使得第一金屬工件與第二金屬工件釘牢連接地連接在一起。 據(jù)說金屬工件的厚度對于評價釘牢連接是最重要或者最顯著的，因為釘牢連接的承重能力 與該變量直接相關(guān)。所揭示的方法適用于鋼構(gòu)建，其中第一工件厚度大于第二工件厚度，并 且其中第一工件厚度至少為4mm或者第二工件厚度至少為3mm。
[0005] 美國專利申請公開號2006/096075揭示了一種用于對多片延展性材料，例如銅、 鋁、鋼或鐵進行機械互連（例如釘牢固定）的用于沖壓機的模具，其中堆疊片的總厚度為 6. 3-25. 4mm η
[0006] 但是，上述所引用的現(xiàn)有技術(shù)參考文獻沒有解決制造具有復(fù)雜形狀的某些類型的 鍍鋅三維金屬物體的問題。具體來說，它們沒有解決難以處理鍍鋅金屬（特別是鍍鋅鋼） 的問題，切割薄片基質(zhì)具有包括多個自由邊的形狀。在此情況下，除了避免薄的鍍鋅涂層中 的裂紋之外，含鋁鍍鋅涂層的延展性結(jié)合多個自由邊的固定的要求，代表了形成最終物體 的困難。這是本發(fā)明解決的一個問題。
[0007] 目前，只有非常少的商業(yè)可用的鍍鋅鋼盒或容器，并且它們大部分不是復(fù)雜形狀 的物體，是由固體非孔或少孔鍍鋅鋼片制造的。這大概是由于缺乏合適的、不昂貴的制造工 藝所導(dǎo)致的，如上所述。由于它們的高生產(chǎn)成本的結(jié)果，此類鍍鋅鋼盒或者殼在電子工業(yè)中 具有有限的用途，例如，（用于裝箱分流的）接線盒，其包括I. 52_厚的鍍鋅鋼固體片，在 它們的前門上具有非常小的通風(fēng)區(qū)域，以保持防塵和防水，并且通常還包括用于加鎖的鍍 鋅鋼連續(xù)鉸鏈和搭扣。在該鍍鋅鋼接線盒的構(gòu)建中，開放表面（通風(fēng)孔）與總表面的比例 低于0. 15。同樣用于電纜線的是已知的4英寸預(yù)鍍鋅鋼八邊形盒，1. 5英寸深、0. 75英寸頂 出（knockouts)，其中開放表面與總表面的比例低于0. 10。
[0008] 目前可用的用于生產(chǎn)任意復(fù)雜形狀和尺寸的鍍鋅鋼三維物體的制造工藝經(jīng)受許 多限制，因此無法合適地實現(xiàn)主要市場要求。使用通過連續(xù)過程熱浸鍍鋅的預(yù)鍍鋅金屬片 在原理上會提供形成所述金屬片，進行后續(xù)金屬切割和接合，從而由于部分鋅鋁合金的延 展性，產(chǎn)生復(fù)雜形狀的物體的機會。但是，現(xiàn)有已知過程的一個首要缺點在于，在鍍鋅步驟 之后進行金屬片基質(zhì)的切割，因而切割邊緣不含鋅基鍍鋅涂層，因此沒有受到耐腐蝕的保 護。這在大多數(shù)情況下是不可接受的。采用標(biāo)準(zhǔn)純鋅浴的熱浸鍍鋅法的金屬片基質(zhì)的后鍍 鋅冷成形通常是不令人滿意的，因為所得到的鋅鐵涂層是脆性的，并且金屬片成形過程會 不可避免地導(dǎo)致保護涂層中的裂紋，因而使得三維物體對于耐腐性的保護的明顯下降，不 僅是即時的而且也是長期的。在形成物體之后進行鍍鋅的現(xiàn)有已知過程的一個缺點在于， 將三維物體從工廠的成形區(qū)段傳輸至鍍鋅區(qū)段涉及生產(chǎn)工廠中比實際所需多得多的空間， 因而涉及額外的成本，特別是如果物體具有大體積的話。
[0009] 因此，本發(fā)明解決的一個問題是設(shè)計一種高度有效的方法用于制造任意復(fù)雜形狀 和尺寸的鍍鋅鋼三維物體，其具有高的產(chǎn)品質(zhì)量，因為沒有局部地破壞腐蝕保護，例如不會 產(chǎn)生鍍鋅層的裂紋，同時提供了后鍍鋅冷成形金屬片基質(zhì)的可能性而沒有留下不含鋅的切 割邊緣，以及后續(xù)進行金屬邊緣的非熱接合的可能性，從而沒有破壞鋅涂層。本發(fā)明解決的 另一個問題是設(shè)計用于生產(chǎn)任意復(fù)雜形狀和尺寸的鍍鋅鋼三維物體（例如但不限于，適于 運輸物品的盒或承重容器）的非昂貴且靈活的制造過程。例如，但這僅僅是一個示例性實 施方式，該過程應(yīng)該能夠生產(chǎn)各種形狀和尺寸，任選地在其表面的一部分具有大量開口或 孔的鍍鋅鋼三維物體，從而提供具有足夠機械強度的輕質(zhì)盒、殼或容器，同時享有鍍鋅鋼材 料的全部益處（特別是耐腐蝕性）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 在其最寬的概念中，本發(fā)明是基于出乎意料的發(fā)現(xiàn)，可以從薄的金屬片基質(zhì)，具體 是鋼片基質(zhì)，高效地生產(chǎn)任意復(fù)雜形狀和尺寸的高質(zhì)量耐腐蝕性的三維物體的鍍鋅金屬， 特別是鍍鋅鋼，所述基質(zhì)可以在沒有進行金屬鍍鋅的情況下被預(yù)切割成包括多個自由邊的 形狀，之后形成三維物體，因此不會遭受各種上文所述的現(xiàn)有技術(shù)和過程的技術(shù)和經(jīng)濟劣 勢。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的加工方法的第一個優(yōu)勢在于其確保了金屬（例如鋼）表面的完全覆 蓋，因而確保了最終三維物體對于腐蝕的完全保護，從而參與高質(zhì)量耐久金屬（例如鋼）產(chǎn) 品的生產(chǎn)。作為另一個優(yōu)勢，其不限于任意類型的金屬冷成形方法，并且可適用于所有種類 的具有任意復(fù)雜形狀和尺寸，任選地包括孔部分的預(yù)切割的鍍鋅金屬片基質(zhì)。因此，根據(jù)本 發(fā)明的方法對于生產(chǎn)用于許多終端用途的全部范圍的輕重量但是耐機械性和耐腐蝕性的 三維金屬物體是特別有用和靈活的。作為另一個優(yōu)勢，相對于現(xiàn)有技術(shù)，其在制造成本方面 是具有高度競爭力的。更準(zhǔn)確地，通過權(quán)利要求1所定義的制造方法的方式，以及權(quán)利要求 11所定義的鍍鋅金屬三維物體，實現(xiàn)了這些目的和優(yōu)勢。
[0012] 定義
[0013] 除非另有說明，本文所用術(shù)語"熱浸鍍鋅"是指在批料操作中，通過將金屬平坦產(chǎn) 品或片基質(zhì)（例如但不限于鐵或鋼片基質(zhì)）浸入純鋅或鋅合金的熔融浴中維持足夠的時 間，以在平坦產(chǎn)品或片基質(zhì)的表面形成保護層的腐蝕處理。術(shù)語"純鋅"指的是現(xiàn)有技術(shù)的 鋅鍍鋅浴，除了鋅之外，其可含有痕量的一些不可避免的添加劑，例如，銻、鉍、鎳或鈷，但是 不含顯著量的合金元素。這不同于術(shù)語"鋅合金"，其除了鋅之外，含有顯著量的一種或多種 其他合金金屬，例如但不限于，鋁。當(dāng)用于鋼鍍鋅時，這些其他合金金屬也會參與鐵鋅合金 保護層的形成。
[0014] 除非另有說明，本文所用表述"耐受彎曲測試的可成形性"指的是在成形，在彎曲 測試指定的條件下對鍍鋅鋼片進行折疊或彎曲之后，在沒有使用放大輔助工具的情況下， 在鍍鋅涂層中沒有可見的裂紋。
[0015] 除非另有說明，本文所用術(shù)語"沖孔"指的是一種金屬成形過程，其采用壓力迫使 沖壓機通過金屬片，以經(jīng)由剪切形成孔，其中沖壓機穿過片進入模具。工具、沖壓機和模具， 可由硬化鋼或者碳化鎢制造。模具位于片的相對側(cè)，繞著孔的周界支撐材料，并幫助使得剪 切力在清潔邊緣（cleaner edge)局部化。在沖壓機和模具之間存在小的間空，以防止沖壓 機粘在模具中，并且需要較小的作用力來制造孔?？梢援a(chǎn)生多種形狀的孔。
[0016] 在鍍鋅組合物或助熔組合物的以下描述