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(zhì)量輕，可塑性好，裝飾性豐富，可做陽(yáng)極氧化、電泳、粉未噴涂、氟碳漆噴涂等表面處理，是理想的建筑
門窗型材之一.
門窗做為建筑的外圍構(gòu)件既要滿足它的功能性,同時(shí)還要體現(xiàn)它對(duì)建筑的裝飾功能.所以門窗型材的截面設(shè)計(jì)包含內(nèi)容較多,本文就門窗型材截面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素做簡(jiǎn)要說(shuō)明。
門窗的基本功能是通風(fēng)和采光,同時(shí)還要承受外界的風(fēng)壓和雨雪侵襲以及使用中開啟、關(guān)閉力和自身重力。門窗在使用過(guò)程中是否安全，主要看它的承受風(fēng)壓的能力。同時(shí)其水密、氣密性能、保溫和隔音性能除了與
密封材料結(jié)構(gòu)、材質(zhì)有關(guān)外，還要考慮
五金件槽口適配性、擠壓工藝的可行性，建筑內(nèi)外的裝飾性、組裝的合理性、自身的安全性和經(jīng)濟(jì)性等內(nèi)容。這些內(nèi)容側(cè)重點(diǎn)不同，但是相輔相成，缺一不可。下面主要從型材設(shè)計(jì)時(shí)：對(duì)五金槽口、力學(xué)性、工藝性、組裝性注意事項(xiàng)做些交流。
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。
1.1 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，由于在形狀象字母“C”俗稱為C槽。主要用于鋁全金門窗，由于C槽是依靠不銹鋼頂絲和不銹鋼襯板與五金槽口夾緊來(lái)保障五金件的安裝牢固。不銹鋼頂絲受力后會(huì)在型材表面產(chǎn)生約0.5—1.0mm的局部變形使不銹鋼釘與
鋁型材緊密的結(jié)合在一起確保
合頁(yè)在受力后不產(chǎn)生位移。
在槽口設(shè)計(jì)時(shí)， 有幾個(gè)關(guān)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(shè)計(jì)的搭配關(guān)系看，此尺寸大于12.5mm防誤器的操作不靈活或不起作用。Y尺寸一般大于或等于10mm，如果小于9mm，防誤器無(wú)法安裝。
圖1
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(dòng)桿在窗扇的c槽中靈活滑動(dòng)，傳動(dòng)桿經(jīng)過(guò)表面處理后的最大尺寸：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。
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(guò)五金件上部的
拉桿和上下的合頁(yè)固定在窗框型材的內(nèi)表面,因此在窗扇和窗框X軸方向有合頁(yè)通道空間尺寸：E，一般在3.5—5.0mm，合頁(yè)通道尺寸為3.5mm時(shí)，五金件承受窗扇的重量為90kg，為5mm時(shí)，五金件承受窗扇重量可達(dá)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，用于安裝鎖塊，為了使鎖塊的規(guī)格統(tǒng)一，將尺寸規(guī)范為兩種槽口V0.1和V0.2，V0.1開口尺寸為12—14mm，適用于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(duì)塑料門窗和木門窗的專用槽口。由于U槽
五金價(jià)格比C槽五金價(jià)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(xiàn)了現(xiàn)在的
鋁門窗用U槽口。
2.1 U型槽口五金件采用自攻螺釘連接方式安裝，當(dāng)自攻螺釘承受由門窗開關(guān)所產(chǎn)生的縱向剪切力時(shí)，由于自攻釘?shù)挠捕却笥阡X合金型材，自攻釘就會(huì)破壞鋁合金型材，造成安裝釘孔擴(kuò)大，長(zhǎng)期使用五金件的螺釘連接就會(huì)出現(xiàn)脫扣。
2.2 U型槽五金的材質(zhì)為鋼，當(dāng)五金通過(guò)鋼制自攻釘連接到鋁型材上，當(dāng)受到雨水和潮濕空氣侵蝕時(shí)會(huì)發(fā)生明顯的電化反應(yīng)影響螺釘?shù)倪B接強(qiáng)度，破壞門窗的防水構(gòu)造。出于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(shè)計(jì)的力學(xué)性
3.1 型材設(shè)計(jì)應(yīng)參照的標(biāo)準(zhǔn)：
1主要受力桿件：立面內(nèi)承受并傳遞門窗自身重力及水平風(fēng)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、扇桿件系統(tǒng)的基本構(gòu)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、扇桿件系統(tǒng)中，鑲嵌或固定于主型材桿件上，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、拼樘框等主要受力桿件所用主型材壁厚應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算或試驗(yàn)確定。主型材截面主要受力部位基材最小實(shí)測(cè)壁厚，外門不應(yīng)低于2.0mm；外窗不應(yīng)低于1.4mm。
基材：指表面未經(jīng)處理的鋁合金
建筑型材。(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(yīng)不小于1.2mm。 (GB 5237.1-2008)
5 .鋁合金門窗工程用鋁合金牌號(hào)一般為：6063、6060、6061等6系合金，其供貨狀態(tài)、化學(xué)成份、力學(xué)性能、尺寸允許偏差應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《鋁合金建筑型材 第1部分：基材》GB/T5237.1規(guī)定。型材截面尺寸允許偏差可選用普通級(jí)或高精級(jí)，有配合要求的選用高精級(jí)或超高級(jí)。
3.2.型材的力學(xué)設(shè)計(jì)主要針對(duì)門窗的受風(fēng)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(shí)應(yīng)選擇豎梃和橫梃作為校核依據(jù)。
3.3 在型材設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，對(duì)于型材作用集中的部位必須考慮加固或加強(qiáng)的可能性。
3.4型材截面設(shè)計(jì)還要結(jié)合實(shí)際使用條件，如型材連接、五金安裝、成品安裝等確定局部強(qiáng)度。
4.型材設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮降低材料成本。
4.2根據(jù)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(jié)面積，提升玻璃與型材粘結(jié)強(qiáng)度。
4.3 在斷面設(shè)計(jì)時(shí),充分了解裝配關(guān)系和生產(chǎn)工藝,提高組裝效益,降低生產(chǎn)難度.降低門窗的生產(chǎn)綜合成本。
5 鋁型材設(shè)計(jì)的組裝性
型材截面設(shè)計(jì)要充分考慮其組裝的可能性，型材實(shí)際尺寸與理論設(shè)計(jì)尺寸之間總會(huì)有差異，準(zhǔn)確判斷并運(yùn)用這些差異是保障型材裝配的關(guān)鍵。
5.1:根據(jù)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(jié)合使用長(zhǎng)度、配合方式以及表面處理方式，預(yù)留合理的配合間隙 。
6 鋁型材設(shè)計(jì)的工藝性
首先要符合擠壓、生產(chǎn)工藝。 考慮型材外形、腔體結(jié)構(gòu)是否對(duì)模具壽命影響， 要確保后續(xù)加工便利(鉆孔是不是有臺(tái)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(shí)型材質(zhì)量和生產(chǎn)條件最佳。型材性能要求越高擠壓比越大同時(shí)生產(chǎn)難度越大。
注：擠壓比=盛錠筒斷面積/型材斷面積。
6.2、避免大尺寸平板結(jié)構(gòu)
在設(shè)計(jì)大尺寸平板結(jié)構(gòu)型材時(shí)，要考慮由于自重作用使中間部位產(chǎn)生凹陷，或因平板截面過(guò)大導(dǎo)致平面度惡化，因此，可以中間位置設(shè)計(jì)加強(qiáng)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(jīng)濟(jì)性方面考慮， 減小壁厚對(duì)節(jié)約原材料、降低成本是很重要的一個(gè)方面，但是，隨著局部壁厚的減薄，型材表面容易產(chǎn)生骨影、分色條紋缺陷，同時(shí)平面度、扭擰度、彎曲度都會(huì)惡化，因此，在設(shè)計(jì)型材截面時(shí)我們可以考慮以斜面過(guò)渡。
表面會(huì)產(chǎn)生陰影、分色條紋缺陷
6.4、型材結(jié)構(gòu)合理
應(yīng)盡量避免由于型材結(jié)構(gòu)原因造成的模具懸壁梁過(guò)大，否則會(huì)導(dǎo)致模具設(shè)計(jì)制造困難、使用壽命縮短，從而造成型材成本增加。通常懸壁梁舌比應(yīng)≤3(高倍≥5難做)。
注：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(dāng)鋁型材截面外接圓≤150mm，膠條、毛條槽口釘位壁厚X≥1.0mm：當(dāng)型材截面外接圓≥150mm，槽口釘位壁厚X≥1.2mm。
6.6 避免表面處理后型材無(wú)法裝配
在型材斷面設(shè)計(jì)前，須確定后續(xù)的表面處理方式，因?yàn)楸砻嫣幚砉に囍苯佑绊懗叽绲淖兓?噴粉/漆會(huì)使產(chǎn)品開口變小，內(nèi)腔變窄，而氧化則相反;所以在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮材料留出余量。
6.7 螺絲孔設(shè)計(jì)合理
1、螺絲孔內(nèi)徑D大于3mm，以確保模具強(qiáng)度，模具芯頭不易損壞
2、螺絲孔開口A按60度設(shè)計(jì)，以保證模具強(qiáng)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(zhì)量
4、螺絲孔應(yīng)緊貼型材內(nèi)壁，盡量避免懸空或拉筋
6.8 尺寸公差要符合標(biāo)準(zhǔn)
公差制定要充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)能力，因鋁擠型是在熱壓狀況下成型出模的，產(chǎn)品的公差相對(duì)膠件，五金件要大。一般門窗、
幕墻型材按GB5237.1高精級(jí)控制，一般
工業(yè)型材按GB/T14846高精級(jí)控制，特殊裝配位置可按超高精級(jí)控制。
6.9 合理型材工藝圓角
1、擠壓型材做不到絕對(duì)的尖角，設(shè)計(jì)上的尖角棱線鋁型材會(huì)有R0.2左右的圓角，經(jīng)后續(xù)的拋光，氧化，噴漆等工藝，圓角會(huì)達(dá)到R0.3左右.所以，型材最小圓角按R0.3設(shè)計(jì)。
2、型材腔體內(nèi)拐角處最好不要設(shè)計(jì)成直角或銳角，因?yàn)樾筒纳贤蛊鸬墓战?，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(shè)計(jì)，不僅要對(duì)
門窗生產(chǎn)工藝，加工設(shè)備、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、五金裝配尺寸有深入的了解，還要兼顧構(gòu)件的力學(xué)性，型材間的裝配關(guān)系，同時(shí)還要熟悉鋁合金型材生產(chǎn)工藝和模具技術(shù)，對(duì)技術(shù)人員的綜合素質(zhì)要求較高。門窗美化著我們生活環(huán)境，是造福后代的行業(yè)，值得我們?nèi)ゲ粩鄬W(xué)習(xí)?，F(xiàn)階段，隨著各地門窗標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)門窗性能提出了更高的要求，只有引入標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化，結(jié)合新工藝、新材料不斷創(chuàng)新，才能生產(chǎn)出符合客戶需求的高品質(zhì)的門窗產(chǎn)品，滿足當(dāng)今建筑綠色、環(huán)保的要求。
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