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鋁門窗型材結構設計應注意的幾個問題 |
| 發言人：陳怡如 |
鋁是地殼中含量最豐富的金屬元素,約占8.3%，是可再生資源。特別是6XXX系合金質量輕，可塑性好，裝飾性豐富，可做陽極氧化、電泳、粉未噴塗、氟碳漆噴塗等表面處理，是理想的建築門窗型材之一.門窗做為建築的外圍構件既要滿足它的功能性,同時還要體現它對建築的裝飾功能.所以門窗型材的截面設計包含內容較多,本文就門窗型材截面設計時應考慮的因素做簡要說明. 門窗的基本功能是通風和採光,同時還要承受外界的風壓和雨雪侵襲以及使用中開啟、關閉力和自身重力。門窗在使用過程中是否安全，主要看它的承受風壓的能力。同時其水密、氣密性能、保溫和隔音性能除了與密封材料結構、材質有關外，還要考慮五金件槽口適配性、擠壓工藝的可行性，建築內外的裝飾性、組裝的合理性、自身的安全性和經濟性等內容。這些內容側重點不同，但是相輔相成，缺一不可。下面主要從型材設計時：對五金槽口、力學性、工藝性、組裝性注意事項做些交流。 1.鋁門窗五金件槽口設計： ADVERTISEMENT 五金件是門窗的心臟，與型材的適配性尤其重要，鋁合金平開門窗常用的五金槽口有：平槽、C型槽和U型槽。 1. 平槽 2. C槽 3. U槽 1.1 平槽主要外開窗和外懸窗，五金件主要是滑撐，其框和扇裝配尺寸一般在16.5--17.5mm之間。 1.2 C型槽口基本寬度為15 / 20毫米，由於在形狀象字母「C」俗稱為C槽。主要用於鋁全金門窗，由於C槽是依靠不鏽鋼頂絲和不鏽鋼襯板與五金槽口夾緊來保障五金件的安裝牢固。不鏽鋼頂絲受力後會在型材表面產生約0.5—1.0mm的局部變形使不鏽鋼釘與鋁型材緊密的結合在一起確保合頁在受力後不產生位移。 在槽口設計時， 有幾個關健尺寸需注意： 1.2.1 圖1所示的X,Y尺寸，X尺寸一般在：10.5—12mm之間，從五金件設計的搭配關係看，此尺寸大於12.5mm防誤器的操作不靈活或不起作用。Y尺寸一般大於或等於10mm,如果小於9mm，防誤器無法安裝。 圖1 ADVERTISEMENT 1.2.2圖2所示，c槽20mm尺寸一般公差在：20+0.3mm,3+0.2/-0.1，為了保證五金件和傳動杆在窗扇的c槽中靈活滑動，傳動杆經過表面處理後的最大尺寸：19.7x2.7mm。開口處的尺寸15mm一般公差在：15+0.3mm。窗扇和窗框相距在X軸的尺寸A是安裝五金件的空間尺寸，一般控制在11.5—12mm之間。 圖2 1.2.3圖3所示，窗扇的凸緣尺寸I最大為22mm,由此尺寸確定窗扇和窗框之間的搭接量為:5.5—6.0mm,窗扇通過五金件上部的拉杆和上下的合頁固定在窗框型材的內表面,因此在窗扇和窗框X軸方向有合頁通道空間尺寸：E，一般在3.5—5.0mm,合頁通道尺寸為3.5mm時，五金件承受窗扇的重量為90kg,為5mm時，五金件承受窗扇重量可達到130kg。 圖3 1. 2.4, 圖4所示，窗扇中部的隔熱T形條禁止高出C槽表面線。 圖4 1.2.5 圖5所示，窗框型材B尺寸，用於安裝鎖塊，為了使鎖塊的規格統一，將尺寸規範為兩種槽口V0.1和V0.2，V0.1開口尺寸為12—14mm,適用於厚度較大的型材斷面，V.02開口尺寸為9.7---11.5mm適用厚度較小的型材斷面。 圖5. 2. U型槽口基本寬度：12.2 / 16.2mm,在歐洲是針對塑料門窗和木門窗的專用槽口。由於U槽五金價格比C槽五金價格低30—40%，所以就有廠家把塑鋼窗的五金槽口移植到鋁合金門窗上，就出現了現在的鋁門窗用U槽口。 2.1 U型槽口五金件採用自攻螺釘連接方式安裝，當自攻螺釘承受由門窗開關所產生的縱向剪切力時，由於自攻釘的硬度大於鋁合金型材，自攻釘就會破壞鋁合金型材，造成安裝釘孔擴大，長期使用五金件的螺釘連接就會出現脫扣。 2.2 U型槽五金的材質為鋼，當五金通過鋼製自攻釘連接到鋁型材上，當受到雨水和潮濕空氣侵蝕時會發生明顯的電化反應影響螺釘的連接強度，破壞門窗的防水構造。出於安全考慮不贊成鋁合金門窗使用U槽五金。 3.鋁門窗型材設計的力學性 3.1 型材設計應參照的標準： 1主要受力杆件：立面內承受並傳遞門窗自身重力及水平風載荷等作用力的中橫框、中豎框、扇挺等主型材，以及組合門窗拼樘框型材。 (GB T8478-2008) 2主型材：組成門窗框、扇杆件系統的基本構架，在其上裝配開啟扇或玻璃、輔型材、附件的門窗框和扇挺型材，以及組合門窗拼樘框型材。 (GB T8478-2008) 3輔型材：門窗框、扇杆件系統中，鑲嵌或固定於主型材杆件上，起到傳力或某種功能作用的附加型材(如玻璃壓條、批水條等)。 (GB T8478-2008) 4 型材壁厚要求：(GB T8478-2008) 外門窗框、扇、拼樘框等主要受力杆件所用主型材壁厚應經設計計算或試驗確定。主型材截面主要受力部位基材最小實測壁厚，外門不應低於2.0mm；外窗不應低於1.4mm。 基材：指表面未經處理的鋁合金建築型材。(GB 5237.1-2008) 除壓條、壓蓋、扣板等需要彈性裝配的型材之外，型材最小公稱壁厚應不小於1.2mm。 (GB 5237.1-2008) 5 .鋁合金門窗工程用鋁合金牌號一般為：6063、6060、6061等6系合金，其供貨狀態、化學成份、力學性能、尺寸允許偏差應符合國家標準：《鋁合金建築型材 第1部分：基材》GB/T5237.1規定。型材截面尺寸允許偏差可選用普通級或高精級，有配合要求的選用高精級或超高級。 3.2.型材的力學設計主要針對門窗的受風荷載的部位，一般門窗的主要受力部位為框梃、中挺，在受力分析時應選擇豎梃和橫梃作為校核依據。 3.3 在型材設計過程中應按等強度設計，對於型材作用集中的部位必須考慮加固或加強的可能性。 3.4型材截面設計還要結合實際使用條件，如型材連接、五金安裝、成品安裝等確定局部強度。 4.型材設計經濟性 4.1在型材外輪廓尺寸、慣性矩一定的條件下,型材斷面的設計應優先考慮降低材料成本. 4.2根據型材的使用功能,在保證性能的前提下,合理減少玻璃槽口的壁厚 .利用斜角，降低打膠難度，增加膠的粘結面積，提升玻璃與型材粘結強度。 4.3 在斷面設計時,充分了解裝配關係和生產工藝,提高組裝效益,降低生產難度.降低門窗的生產綜合成本。 原設計 優化後 優化後對比。 5 鋁型材設計的組裝性 型材截面設計要充分考慮其組裝的可能性，型材實際尺寸與理論設計尺寸之間總會有差異，準確判斷並運用這些差異是保障型材裝配的關鍵。 5.1:根據配合方式減小配合接觸面，以保證配合順暢。 5.2分析型材的彈性變形，結合使用長度、配合方式以及表面處理方式，預留合理的配合間隙 。 6 鋁型材設計的工藝性 首先要符合擠壓、生產工藝。 考慮型材外形、腔體結構是否對模具壽命影響， 要確保後續加工便利(鑽孔是不是有台階，薄壁盲孔是不是有加厚等等)。 6.1、擠壓比合理 擠壓比為30-80時型材質量和生產條件最佳。型材性能要求越高擠壓比越大同時生產難度越大。 註：擠壓比=盛錠筒斷面積/型材斷面積。 6.2、避免大尺寸平板結構 在設計大尺寸平板結構型材時，要考慮由於自重作用使中間部位產生凹陷，或因平板截面過大導致平面度惡化，因此，可以中間位置設計加強筋以保證平面度及型材成形度。 6.3、避免型材壁厚急劇變化 從經濟性方面考慮， 減小壁厚對節約原材料、降低成本是很重要的一個方面，但是，隨著局部壁厚的減薄，型材表面容易產生骨影、分色條紋缺陷，同時平面度、扭擰度、彎曲度都會惡化，因此，在設計型材截面時我們可以考慮以斜面過渡。 表面會產生陰影、分色條紋缺陷 6.4、型材結構合理 應儘量避免由於型材結構原因造成的模具懸壁梁過大，否則會導致模具設計製造困難、使用壽命縮短，從而造成型材成本增加。通常懸壁梁舌比應≤3(高倍≥5難做)。 註：舌比是通孔型材空心部份面積與開口部份尺寸的平方的比值 6.5、鋁型材毛條口或膠條口釘位壁厚合理 當鋁型材截面外接圓≤150mm，膠條、毛條槽口釘位壁厚X≥1.0mm：當型材截面外接圓≥150mm，槽口釘位壁厚X≥1.2mm。 6.6 避免表面處理後型材無法裝配 在型材斷面設計前，須確定後續的表面處理方式，因為表面處理工藝直接影響尺寸的變化,噴粉/漆會使產品開口變小，內腔變窄，而氧化則相反;所以在設計時要考慮材料留出餘量。 6.7 螺絲孔設計合理 1:螺絲孔內徑D大於3mm，以確保模具強度，模具芯頭不易損壞 2:螺絲孔開口A按60度設計，以保證模具強度 3:螺絲孔壁厚T1與相連接部位壁厚T均勻，以保證表面質量 4:螺絲孔應緊貼型材內壁，儘量避免懸空或拉筋 6.8、尺寸公差要符合標準 公差制定要充分考慮現場實際生產能力，因鋁擠型是在熱壓狀況下成型出模的，產品的公差相對膠件，五金件要大。一般門窗、幕牆型材按GB5237.1高精級控制，一般工業型材按GB/T14846高精級控制，特殊裝配位置可按超高精級控制。 6.9 合理型材工藝圓角 1:擠壓型材做不到絕對的尖角，設計上的尖角稜線鋁型材會有R0.2左右的圓角，經後續的拋光，氧化，噴漆等工藝，圓角會達到R0.3左右.所以，型材最小圓角按R0.3設計。 2:型材腔體內拐角處最好不要設計成直角或銳角，因為型材上凸起的拐角，反映在模具上是凹槽，凹下的缺口使得模具容易磨損壞，所以在拐角處盡可以增大尖角倒圓半徑。 門窗型材截面設計，不僅要對門窗生產工藝，加工設備、相關標準、五金裝配尺寸有深入的了解，還要兼顧構件的力學性，型材間的裝配關係，同時還要熟悉鋁合金型材生產工藝和模具技術，對技術人員的綜合素質要求較高。門窗美化著我們生活環境，是造福後代的行業，值得我們去不斷學習。現階段，隨著各地門窗標準的提高，對門窗性能提出了更高的要求，只有引入標準化和系統化，結合新工藝、新材料不斷創新，才能生產出符合客戶需求的高品質的門窗產品，滿足當今建築綠色、環保的要求。 |
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