鍍鋅金屬物體及其制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及具有復雜形狀的鍍鋅金屬（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，且比點焊接更負擔得起。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。采用標準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計一種高度有效的方法用于制造任意復雜形狀 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 另一個問題是設計用于生產(chǎn)任意復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 的具有任意復雜形狀和尺寸，任選地包括孔部分的預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