专利名称：金属表面的装饰加工方法
技术领域：
本发明涉及主要是板材形式的金属制品的表面装饰加工技术。
在技术水平上，公知的金属装饰加工方法包括加工件表面制备，选择对应于多色图案的暗部，通过用其它无色透明清漆涂层制作沟槽来涂覆图案背景和复制图案图形，因此通过以在对应于图案的一处暗部的每一背景区的复制而逐步生锈来实现背景涂覆，同时在每一区段维持生锈状态，确保给定暗部的获得，并且在复制图形图案之后，产生额外相似绿锈的具有沟槽部分(发明人证书SU-A-No.1158388)。
该公知方法保证了在金属制品上获得高质量装饰图案(彩色图画和纪念品)。然而，由于高劳动强度，该公知方法不能用来工业(大规模)生产金属饰面材料，这是因为成品的高成本。因而，该公知方法具有极为有限的应用范围，这似乎是其主要缺点。
另一种金属装饰加工方法公知为被作为模型，其包括通过金属表面的局部塑性变形以最初预定的装饰浮雕的轮廓来在金属表面形成具有涂层的整个金属表面的其它覆盖物，该覆盖物随后硬化(专利US-A-No.3764067，1973)。
该公知方法的缺点在于其没有确保获得高质量的装饰图案，这是因为用相同的涂料来对装饰浮雕和金属残余部分(背景)着色。
本发明针对解决确保获得高质量装饰图案的技术风险，同时保持在装饰制品生产过程中的高效率和涂料消耗的显著降低。
用以下方法解决所提出的风险根据本发明，当应用金属装饰加工方法时，该方法包括以预定初始轮廓在金属表面上形成装饰浮雕，在金属的整个装饰表面上涂覆涂层，以及进行确保涂料硬化的操作-涂覆在具有初始轮廓的金属表面的涂料在操作之前被完全机械除去，确保涂料硬化，并且将过量的涂料重复使用。
此外，给定的风险解决如下-通过金属表面区域的机械塑性变形来形成装饰浮雕；-通过至少一种化学物质的局部作用，在被处理金属的表面对其进行蚀刻来形成装饰浮雕；
-通过在金属表面上的强激光照射作用来形成装饰浮雕；-以深度小于被处理金属的厚度的沟槽和/或孔洞形式来形成装饰浮雕；-以锁闭组件(locking element)来制作沟槽和/或孔洞；-将液体涂料涂覆到整个金属装饰表面，通过热干燥保证涂料硬化；-将粉末涂料涂覆到整个金属装饰表面，通过在涂料烧结温度下热处理工件来保证涂料硬化；-在垂直于被处理金属表面的方向上对粉末涂层进行压缩；-进行压缩粉末层的同时除去涂覆在金属表面具有初始轮廓的区域的涂料；-将溶于粘合剂溶液中的粉末材料层涂覆于整个金属装饰表面；-涂覆的涂层的厚度不超过装饰浮雕部分的最大厚度；-利用刮具除去涂覆在金属表面具有初始浮雕部分的涂层；-使用配备启动输送器的刮具来除去过量涂料。
所提出的金属装饰加工方法优于公知方法(作为模型)之处在于本方法提供保持产品生产的高生产率水平，同时确保所得装饰图案的基本质量得到改善，这是因为仅涂覆装饰浮雕的部分。由于引入从具有初始浮雕的金属装饰表面(换言之，从位于装饰浮雕部分之间的金属表面区域)完全除去未硬化涂料的操作，从而保证涂料消耗的明显减少，这是因为将去除的涂料重复利用。在此有必要指出，原则上，通过机械除去位于装饰浮雕部分之间的金属表面区域的硬化涂料可以保证装饰图案(由模型法得到)质量的提高。然而，引入该额外操作将不仅导致与去除硬化涂料有关的额外(非基本)的支出，还将导致填充在装饰浮雕部分容积中的涂料整体性的丧失，因为涂料暴露于研磨工具的操作之下。换言之，这不仅导致不实用的涂料浪费，而且降低所得产品的耐久性，因为由于硬化涂料的机械缺陷导致其装饰浮雕部分脱落的可能性增加。
从保证填充有与初始浮雕的表面区域等高的装饰浮雕部分容积中的涂料的产品的观点来说，借助机械手段除去过量非硬化涂料是最优的。
通过金属表面区域的机械塑性变形形成装饰浮雕允许使用广泛的压力金属加工设备，其还可以降低成品的成本。
通过金属表面局部蚀刻涂覆形成装饰浮雕可以获得实际上是任意形状的装饰浮雕。
使用激光制造设备允许在装饰图案示出中达到高精确度。
以深度小于被处理材料的沟槽和/或孔洞的形式形成装饰浮雕可以简化该方法的实施。
使用粉末(干)涂料比液体涂料或通过将粉末涂料溶于粘合剂溶液得到的涂料的优点在于处理工作件之后立即被送入烧结室进行硬化。
优选(在实施方法期间)使用液体涂料，其硬化通过加热干燥而不是在标准条件下硬化来提供硬化，因为使用该涂料简化了其重复利用的过程。
通过附图和说明来进一步解释本发明。
图1示出用于实施金属装饰加工的工艺线图；图2-示出在金属带表面上制作的装饰浮雕的变体(上视图)；图3-在金属带表面上制作的装饰浮雕的另一变体(上视图)；图4-用来在金属带表面上形成装饰浮雕的设备；图5-通过模压形成装饰浮雕之后的金属带片断(纵剖面)；图6-在平滑装饰的不平整部分的操作之后的金属带片断(纵剖面)；图7-用激光装置在装饰浮雕的金属带表面成型的设备；图8-以涂层涂覆整个装饰金属带表面的设备；图9-以粉末涂料层涂覆整个装饰金属带表面的设备；图10-用来从具有最初轮廓的金属带表面区域机械除去全部涂料的设备；图11-同上，使用粉末涂料的情况；图12-用来压缩粉末涂层的实施手段的变体，同时保证从具有最初轮廓的金属带区域机械除去全部涂料；图13-通过机械塑性变形形成在装饰浮雕部分中之后的金属片断；图14-同上，在以与用于装饰浮雕部分成型的工具相同形状的大尺寸工具来校准装饰浮雕部分之后。
实施装饰金属加工方法的生产线(图1)包括沿金属带横向1顺序安置的以预定初始轮廓(主要为直线的)在金属带表面1上形成装饰浮雕的设备2，涂覆整个具有涂层5的金属带1的装饰表面4的设备3，用来从具有初始轮廓的金属带1表面区域4完全机械除去涂料的装置6，中间物7，保证涂料硬化(该容器根据所用涂料的类型，提供进行涂料干燥、聚合和烧结的充足条件)，用来抛光具有初始轮廓的金属带1表面4区域4的装置8，将金属带1切割成有限长度的板材10的装置9和大量堆叠和包装的板材10的部分11。此外，该生产线还包括从具有初始轮廓的金属带表面1的区域4完全机械除去涂料的装置6上收集过量涂料的中间物12，送回到涂覆具有涂层5的整个金属带1的装饰表面4的设备3。
可以使用压力机械金属加工的设备，如滚轧机设备或压力机来实现以预定初始轮廓在金属带表面1上形成装饰浮雕的设备2。
实施装饰金属加工方法的优选方案包括通过在金属带1表面4生成沟槽(凹槽)13或孔(洞)14来形成浮雕(图3)。作为基本情况(图4)，在具有预定的，例如直线型，轮廓的金属带1表面上成型时，用来以深度小于金属带1的厚度H的沟槽13和孔洞14的形式形成装饰浮雕的设备2表示用来平滑表面4的不平整部分17，形成在冲压过程中(图15)，生成锁闭组件18(图6)的，以及用来恢复位于装饰浮雕部分13和/或14之间的金属带1表面4区域4(校准)的初始轮廓的压力机15和装置16。
也可以通过局部去除金属带1表面4的材料6来形成装饰浮雕部分(沟槽13)，例如通过凹槽、切割的机械应用。以实施装饰金属加工方法的优选实施方案来应用激光刻图装置19，可以生成矩形和梯形截面的沟槽13和孔洞14。这里，当用有限长度的金属板来代替金属带时，可以使用局部化学蚀刻方法来在其表面形成装饰浮雕，因而可以将在半导体技术上广泛使用的光刻法应用来保护遮罩的成型。光刻法(见物理百科全书，M，S.P.出版，“大俄罗斯百科全书”，1998，v.5，p.350)包括用光敏材料层，如光敏剂涂覆工作件表面、写入(光复制)和从未曝光部分除去光敏层材料。
用来涂覆具有涂层5的整个金属带1的装饰表面4的设备3的结构的实现依赖于所用涂料的类型液体涂料(通过采用各种溶剂获得)，溶于粘合剂物质中的基于粉末材料的涂料，干粉(颗粒)涂料。当使用液体涂料或基于粘合剂溶液的涂料时，涂覆具有涂层5的整个金属带1的装饰表面4的设备3可被用作涂料输送装置，其亦与整个金属带1的宽度相接触(刷、垫、辊)。而且可以使用具有下开口通道、确保通过液体重力流动来涂覆的涂料输送装置20。也可以使用将液体涂料喷洒到移动表面上的喷洒装置。
当使用干粉(颗粒)涂料时，涂覆具有涂层5的整个金属带1的装饰表面4的设备3，而不是用粉末来涂覆金属带1表面4的装置21，也含有在垂直于金属带1表面4的方向上压缩(冲压)粉末涂层5的中间物22(图9)。
用来从具有初始轮廓的金属带1区域4完全机械除去涂料的装置6，在一般情况下以刮具的形式使用，其形状在金属带1的横向上与其初始轮廓相一致(图10)。在金属带1下方，防止用来收集过量涂料的中间物(例如托盘)，过量涂料在各个泵(图中未示出)的帮助下返回到设备3中(图1)。当使用粉末涂料时，刮具25连接启动传输器26通过旋风分离器(图中未示出)来收集和将过量涂料送回到设备3中(图11)。
图12示出用来压缩粉末涂层的中间物的实施方案，其同时确保完全机械除去覆盖在具有初始轮廓的金属带1的表面4区域4的涂料。安置来自弹性形变材料的组件27以便提供其在容器28内垂直穿越的可能性并且相对于金属带1是被以弹簧29弹性负载。在此有必要指出，同时从对应于装饰浮雕部分的表面区域上除去(齐平)过量涂料。
制成根据所有涂料类型来保证涂料硬化的中间物7，例如干燥室的形式，其中通过非接触加热源(热高频，红外加热器)或利用接触式加热器(一侧或两侧加热)来保持温度范围。当使用粉末涂料时，依然以腔室形式制成中间物7，但其中的温度范围应该保证粉末涂料颗粒的烧结。当应用在常温下自硬化的基于粘合剂涂料时，使用腔室仅仅是为了保护金属带1表面4不受污染。
所用抛光装置8应考虑提出关于产品的特定参数。在给定情况下，可以使用技术和操作参数满足每种特定情况需求的任意抛光装置。
通过以下方式实施金属装饰加工方法。借助于例如用于滚轧机设备的导辊在水平方向上运动金属带1。借助于设备2以预定初始轮廓在金属带1的表面4上进行装饰浮雕的成型。然而，金属带1的轮廓也可以是曲线的，其对应于圆筒表面区域，因而金属带1的表面4可以是凹凸不平的，这常常是室内墙装饰所需要的，尤其是游泳池的碗型建筑(pool’bowls)。在优选的本方法实施方案中，以沟槽(洞、凹槽)13、或不同形状的孔、或同时以沟槽13和孔洞14的形式来形成装饰浮雕(图3、4、5)，从而沟槽13和孔洞14的深度小于金属带1的厚度H。为了避免硬化的涂料从沟槽13和孔洞14中脱落，例如用锁闭组件18来实现(图6)。
借助例如一个压力机15，利用金属带1表面4部分的机械塑性变形来形成装饰浮雕(图4)。然而，对于成型复杂的装饰浮雕，设备2可包括串联排列的几个压力机。如果需要，设备2包括在每一次或仅仅在特定冲压操作之前加热金属带1的设备。冲压操作之后，进行平滑金属带1的表面4的不平整部分17的操作，该不平整部分17是由于应用装置16导致的机械塑性变形的结果。在此，不平整部分17的平滑操作允许同时形成锁闭组件18(图5和6)，以防止装饰浮雕部分的脱落(尤其是沟槽13和孔洞14)。然而，在大量情况下，单独进行锁闭组件18的形成是合适的，例如通过用与给定装饰浮雕部分的工具A形状相同的大尺寸工具B来校准每个装饰浮雕部分(图13和14)。(除了生成锁闭元件之外)为了消除硬化涂料从装饰浮雕部分中脱落的可能性，也可以改善金属带1材料与涂料的粘结性。根据所应用的金属带1的公知特性，按照本技术领域的标准和所用技术，包括压力金属加工，来选择冲压区域。
装饰浮雕部分(沟槽13和看到14)的形成可以通过根据激光制造设备实现的设备2，尤其是装置19(图7)进行，包括串联排列的强激光辐射源、扫描元件(以垂直于刻画表面的方向，换言之金属带1的横向)和聚焦元件(柱面透镜)。将强激光辐射源和扫描元件连接到控制单元的终端(未示出)，按照待形成的装饰浮雕，提供将金属带1表面4局部脉冲暴露于强激光辐射。在此，不仅可以获得矩形装饰部分，而且还有梯形部分(图7)。制造具有梯形轮廓的装饰部分可防止硬化涂料从中脱落，其增强了装饰图案的耐久性。在金属带1表面暴露于强激光辐射期间，由于熔融材料的沸腾和向上喷射导致发生一部分金属带1材料的移除，从而形成表面4的局部部分。
可以使用金属板材料化学蚀刻在有限长度的金属板上形成装饰浮雕部分。在此，将金属板表面覆盖以保护涂层，其上通过例如应用光刻法，在未来装饰浮雕部分的位置上生成窗口。将非保护金属板表面空间暴露在蚀刻剂(一种化学物质混合物，用来蚀刻给定材料)中。金属(在非保护区域)在蚀刻剂作用下溶解，结果在其表面形成复制保护涂层的窗口形状的沟槽和孔洞。其后将保护涂层从金属板上去除，并且将金属板传送到用来涂覆具有涂层5的装饰表面的设备3。
在以预定初始轮廓在金属带1表面上形成装饰浮雕之后，用涂层5覆盖整个金属带1的装饰表面4。因而可以使用基于各种溶剂的液体涂料、基于粘合剂的浆状涂料以及干粉涂料。涂料的选择主要取决于初始金属板轮廓。例如，借助于装置20来进行液体和浆状涂料的涂覆(图8)。将涂料置于具有底部输出开口通道的容器中，通过该通道液体由重力流动而被运送到金属带表面4。液体涂料液面探测器和控制阀确保维持容器中的设定涂料液面。结果，确保所涂覆的涂层5具有恒定厚度。涂层5的厚度应该不超过装饰浮雕部分(沟槽13和/或孔洞14)的最大深度。涂层5的最优厚度应为装饰浮雕部分的最大深度的0.5-0.9。如果涂层5的厚度小于下限，则不能保证完全填充装饰浮雕部分。如果涂层5的厚度大于上限，则会增加过量的涂料，因此该方法的经济性下降。以上既适用于基于溶于粘合剂溶液(浆状涂料)的粉末涂料，也适用于干粉涂料。
装置20也可被用来以浆状涂料涂覆表面4。如同以上所已经指出的，可将不同的装置用于液体涂料涂覆，包括喷涂装置。从公知装置中选择涂覆涂层5的一种或另一种装置由关于成品所提出的特定要求来决定，换言之，从获得所需技术结果的观点看来，这些特征并非是指基本特征的数量。
示于图9的装置可被用于涂覆干粉涂料的情况。来自容器21的涂料从底部开口到达金属带表面4。之后，利用装置22在垂直于金属带1表面4的方向上进行粉末涂层5的压缩，以冲压弹性形变材料，如橡胶部件，以在垂直方向上校准的形式进行。结果，改进了装饰浮雕部件的制造。
其后从具有初始轮廓的金属带1表面4的区域4(换言之，从位于装饰浮雕部件之间的表面区域)完全移除非硬化涂料。为此，使用不同设计的刮具。尤其是使用示于图10的刮具23，在垂直于牵引表面的方向上其形状复制金属带1的表面4的轮廓。过量涂料(液体涂料情况)沿金属带边缘流入托盘24中，其中通过泵(未示出)将过量涂料送回设备3重复利用。图1示出涂料返回生产线将其进料到设备3的方案。
为了除去过量的粉末涂料，适合应用刮具25，示于图11，并且配备有气动输送器26。过量的涂料沿气动输送器被气流输送到旋风分离器(未示出)，在其中进行分离。其后，将分离的粉末涂料送回设备3。
有利的是，将示于图12的装置用作有所粉末涂层的装置。一方面，来自弹性形变材料的组件27被弹簧29压入装饰浮雕部分(填充其容积)，另一方面，将粉末涂料从表面4的部分4中去除(即，位于装饰浮雕部分之间的表面4的空间)。换言之，示于图12的装置确保在给定方法下进行两次分离，即粉末涂层压缩操作和从具有初始轮廓的金属带1表面4去除粉末涂料的操作。
取决于涂层5的厚度，作为上述操作的结果，同时从对应于装饰浮雕部分的金属带1表面空间去除过量的涂料。因此，在对应于装饰浮雕的表面4的空间中的未固化涂料相对于区域4齐平。此外，在操作上，保证填充在装饰浮雕部分中的涂料进行固化。关于应用装置7，进行液体涂料的热干燥，或适当温度下粉末涂料的烧结，或溶于粘合剂溶液中的涂料粉末的自固化(聚合反应)。因而，使用根据涂料制造商推荐的参数范围，其涂料被用来实施所建议的金属装饰加工方法。
其后(当需要确保成品的所需特征时)进行金属带1表面4区域4的抛光，将金属带1切割成所需有限长度的板10，将其它板10堆叠和包装到区域11中。
所提出的金属装饰加工方法可以被用于主要在不锈钢板的金属板饰面上获得装饰图案的工业中。本方法可以确保高生产率地制造高质量饰面金属板，因此需要观察由所用金属和涂料性质所决定的公知技术的参数。
总结本发明涉及装饰金属制品加工方法，以及在生产过程中保持该生产率和显著降低涂料消耗的同时，增强装饰图案的质量。
本金属装饰加工方法包括以预定初始轮廓在金属表面上成型的操作，覆盖整个装饰金属表面的操作，确保完全机械除去涂覆在具有初始轮廓的金属表面区域的涂料的操作，确保位于装饰浮雕部分容积中的涂料硬化，和将移除自经加工金属的过量涂料重复利用的返回操作。
权利要求
1.一种金属装饰加工方法，包括以装饰浮雕的预定初始轮廓在金属表面成型、以涂层涂覆整个装饰金属表面、以及进行确保涂料硬化的操作，其明显特征在于在进行确保涂料硬化的操作之前，完全除去涂覆在具有初始轮廓的金属表面空间的涂料，以及直接将过量涂料用来重复利用。
2.如权利要求1的方法，其特征在于利用金属表面区域的塑性变形来形成装饰浮雕。
3.如权利要求1的方法，其特征在于通过将所加工金属表面局部暴露于至少一种用来蚀刻所加工金属的化学物质中来形成装饰浮雕。
4.如权利要求1的方法，其特征在于通过将所加工金属表面暴露于强激光辐射中来形成装饰浮雕。
5.如权利要求1或2或3或4的方法，其特征在于以深度小于所加工金属厚度的沟槽或/和孔洞的方式来形成装饰浮雕。
6.如权利要求5的方法，其特征在于用锁闭组件来形成沟槽和/或孔洞。
7.如权利要求1的方法，其特征在于以液体涂料层来覆盖整个金属装饰表面，所述液体涂料以热干燥来得到硬化。
8.如权利要求1的方法，其特征在于以粉末涂料层来覆盖整个金属装饰表面，所述粉末涂料以在涂料烧结温度下工件的热处理来得到硬化。
9.如权利要求1的方法，其特征在于在垂直于所加工金属表面的方向上进行粉末涂料的压缩。
10.如权利要求9的方法，其特征在于在进行粉末涂料压缩的同时，除去涂覆在具有初始轮廓的金属表面上的涂料。
11.如权利要求1的方法，其特征在于以溶于粘合剂溶液中的粉末涂料层来覆盖整个金属装饰表面。
12.如权利要求1或7或8或11的方法，其特征在于具有涂层的覆盖物不超过装饰浮雕部分的最大宽度。
13.如权利要求1或7或8或11的方法，其特征在于利用刮具来除去涂覆在具有初始轮廓的金属表面区域的涂层。
14.如权利要求13的方法，其特征在于使用配备有气动输送器的刮具来去除过量涂料。
全文摘要
本发明的金属表面装饰加工的方法包括，在金属表面上形成具有预定轮廓的装饰浮雕，将涂料膜涂覆在所装饰的金属表面上，进行从具有原始轮廓的金属表面区域所述涂料的机械移除，硬化含在装饰浮雕部分的容积内的涂料膜并且将从金属表面移除的过量涂料送回以再利用。
文档编号B05D3/02GK1708412SQ200380101991
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月20日 优先权日2002年10月23日
发明者安德烈·维莱诺维奇·柳博米尔斯基 申请人:安德烈·维莱诺维奇·柳博米尔斯基