镀锌金属物体及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有复杂形状的镀锌金属（特别是镀锌钢）的制造。具体来说，本发 明涉及具有包括多边形的形状的镀锌金属（特别是镀锌钢）物体的制造，其中制造要求从 包含多个自由边的薄的金属片基质形成此类物体，并对所述金属片基质进行镀锌。本发明 还涉及此类具有复杂形状的镀锌金属（特别是镀锌钢）物体，只要它们无法通过现有可行 的制造工艺的方式生产。
【背景技术】
[0002] 通常已知的是，金属片可以通过焊接、铆钉、钉牢、粘结、卷边、螺钉或夹固定的方 式进行组装。但是，在镀锌钢片的情况下，部分此类方法在实践中是不可用的或者经受强烈 的约束，这限制了它们的竞争力或者可以组装的产品的类型。例如，焊接工艺的最明显的健 康危害之一是产生烟雾和气体。由于锌是用于镀锌金属的涂层，在焊接过程中，其产生蒸发 滴（烟气），当呼吸时，可能深入肺部中。呼吸锌烟气的典型影响是金属烟雾病。在没有合 适个人保护的情况下，在进行焊接1小时或2小时之后，可能遭受严重的症状，例如口渴、腿 疼痛、头充血、咽喉干燥和咳嗽。因此，出于健康原因，非常厚的镀锌钢片（ISO 1461)的焊 接是不推荐的，或者应该是尽可能的避免的。
[0003] 片金属钉牢是一种冷成形技术，其在不使用固定件、螺钉、铆钉或点焊接的情况 下，将两件或更多件金属件接合在一起。其产生不影响表面精整的纽扣型接合件。其适用 于高强度固定，不产生废料，且比点焊接更负担得起。采用偏心式压机，该技术能够实现低 至1.0 mm的钉牢点直径，并且其实际循环时间可低至0· 4秒。例如，还已知的是，由0· 6mm 厚的镀锌钢和〇· 5mm厚的镀锌铜构成的LED(发光二极管）条，其通过直径为2. Omm的 钉牢点的方式，可以容易地接合在一起（德国魏因加滕市Tox Pressotechnik公司（Tox Pressotechnik GmbH, ffeingarten, Germany))〇
[0004] 美国专利第8, 555, 479号揭示了承重钢结构连接的生产，其中通过模具工具和对 立工具的方式，通过局部变形，使得第一金属工件与第二金属工件钉牢连接地连接在一起。 据说金属工件的厚度对于评价钉牢连接是最重要或者最显著的，因为钉牢连接的承重能力 与该变量直接相关。所揭示的方法适用于钢构建，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为4mm或者第二工件厚度至少为3mm。
[0005] 美国专利申请公开号2006/096075揭示了一种用于对多片延展性材料，例如铜、 铝、钢或铁进行机械互连（例如钉牢固定）的用于冲压机的模具，其中堆叠片的总厚度为 6. 3-25. 4mm η
[0006] 但是，上述所引用的现有技术参考文献没有解决制造具有复杂形状的某些类型的 镀锌三维金属物体的问题。具体来说，它们没有解决难以处理镀锌金属（特别是镀锌钢） 的问题，切割薄片基质具有包括多个自由边的形状。在此情况下，除了避免薄的镀锌涂层中 的裂纹之外，含铝镀锌涂层的延展性结合多个自由边的固定的要求，代表了形成最终物体 的困难。这是本发明解决的一个问题。
[0007] 目前，只有非常少的商业可用的镀锌钢盒或容器，并且它们大部分不是复杂形状 的物体，是由固体非孔或少孔镀锌钢片制造的。这大概是由于缺乏合适的、不昂贵的制造工 艺所导致的，如上所述。由于它们的高生产成本的结果，此类镀锌钢盒或者壳在电子工业中 具有有限的用途，例如，（用于装箱分流的）接线盒，其包括I. 52_厚的镀锌钢固体片，在 它们的前门上具有非常小的通风区域，以保持防尘和防水，并且通常还包括用于加锁的镀 锌钢连续铰链和搭扣。在该镀锌钢接线盒的构建中，开放表面（通风孔）与总表面的比例 低于0. 15。同样用于电缆线的是已知的4英寸预镀锌钢八边形盒，1. 5英寸深、0. 75英寸顶 出（knockouts)，其中开放表面与总表面的比例低于0. 10。
[0008] 目前可用的用于生产任意复杂形状和尺寸的镀锌钢三维物体的制造工艺经受许 多限制，因此无法合适地实现主要市场要求。使用通过连续过程热浸镀锌的预镀锌金属片 在原理上会提供形成所述金属片，进行后续金属切割和接合，从而由于部分锌铝合金的延 展性，产生复杂形状的物体的机会。但是，现有已知过程的一个首要缺点在于，在镀锌步骤 之后进行金属片基质的切割，因而切割边缘不含锌基镀锌涂层，因此没有受到耐腐蚀的保 护。这在大多数情况下是不可接受的。采用标准纯锌浴的热浸镀锌法的金属片基质的后镀 锌冷成形通常是不令人满意的，因为所得到的锌铁涂层是脆性的，并且金属片成形过程会 不可避免地导致保护涂层中的裂纹，因而使得三维物体对于耐腐性的保护的明显下降，不 仅是即时的而且也是长期的。在形成物体之后进行镀锌的现有已知过程的一个缺点在于， 将三维物体从工厂的成形区段传输至镀锌区段涉及生产工厂中比实际所需多得多的空间， 因而涉及额外的成本，特别是如果物体具有大体积的话。
[0009] 因此，本发明解决的一个问题是设计一种高度有效的方法用于制造任意复杂形状 和尺寸的镀锌钢三维物体，其具有高的产品质量，因为没有局部地破坏腐蚀保护，例如不会 产生镀锌层的裂纹，同时提供了后镀锌冷成形金属片基质的可能性而没有留下不含锌的切 割边缘，以及后续进行金属边缘的非热接合的可能性，从而没有破坏锌涂层。本发明解决的 另一个问题是设计用于生产任意复杂形状和尺寸的镀锌钢三维物体（例如但不限于，适于 运输物品的盒或承重容器）的非昂贵且灵活的制造过程。例如，但这仅仅是一个示例性实 施方式，该过程应该能够生产各种形状和尺寸，任选地在其表面的一部分具有大量开口或 孔的镀锌钢三维物体，从而提供具有足够机械强度的轻质盒、壳或容器，同时享有镀锌钢材 料的全部益处（特别是耐腐蚀性）。
【发明内容】
[0010] 在其最宽的概念中，本发明是基于出乎意料的发现，可以从薄的金属片基质，具体 是钢片基质，高效地生产任意复杂形状和尺寸的高质量耐腐蚀性的三维物体的镀锌金属， 特别是镀锌钢，所述基质可以在没有进行金属镀锌的情况下被预切割成包括多个自由边的 形状，之后形成三维物体，因此不会遭受各种上文所述的现有技术和过程的技术和经济劣 势。
[0011] 根据本发明的加工方法的第一个优势在于其确保了金属（例如钢）表面的完全覆 盖，因而确保了最终三维物体对于腐蚀的完全保护，从而参与高质量耐久金属（例如钢）产 品的生产。作为另一个优势，其不限于任意类型的金属冷成形方法，并且可适用于所有种类 的具有任意复杂形状和尺寸，任选地包括孔部分的预切割的镀锌金属片基质。因此，根据本 发明的方法对于生产用于许多终端用途的全部范围的轻重量但是耐机械性和耐腐蚀性的 三维金属物体是特别有用和灵活的。作为另一个优势，相对于现有技术，其在制造成本方面 是具有高度竞争力的。更准确地，通过权利要求1所定义的制造方法的方式，以及权利要求 11所定义的镀锌金属三维物体，实现了这些目的和优势。
[0012] 定义
[0013] 除非另有说明，本文所用术语"热浸镀锌"是指在批料操作中，通过将金属平坦产 品或片基质（例如但不限于铁或钢片基质）浸入纯锌或锌合金的熔融浴中维持足够的时 间，以在平坦产品或片基质的表面形成保护层的腐蚀处理。术语"纯锌"指的是现有技术的 锌镀锌浴，除了锌之外，其可含有痕量的一些不可避免的添加剂，例如，锑、铋、镍或钴，但是 不含显著量的合金元素。这不同于术语"锌合金"，其除了锌之外，含有显著量的一种或多种 其他合金金属，例如但不限于，铝。当用于钢镀锌时，这些其他合金金属也会参与铁锌合金 保护层的形成。
[0014] 除非另有说明，本文所用表述"耐受弯曲测试的可成形性"指的是在成形，在弯曲 测试指定的条件下对镀锌钢片进行折叠或弯曲之后，在没有使用放大辅助工具的情况下， 在镀锌涂层中没有可见的裂纹。
[0015] 除非另有说明，本文所用术语"冲孔"指的是一种金属成形过程，其采用压力迫使 冲压机通过金属片，以经由剪切形成孔，其中冲压机穿过片进入模具。工具、冲压机和模具， 可由硬化钢或者碳化钨制造。模具位于片的相对侧，绕着孔的周界支撑材料，并帮助使得剪 切力在清洁边缘（cleaner edge)局部化。在冲压机和模具之间存在小的间空，以防止冲压 机粘在模具中，并且需要较小的作用力来制造孔。可以产生多种形状的孔。
[0016] 在镀锌组合物或助熔组合物的以下描述