PVC门窗型材断面设计

PVC门窗型材断面设计

塑窗结构分为断面结构和外型结构。断面结构决定型材的使用功能、性能优劣和挤出成型加工的难易；外形结构决定型材的外观、整窗的造型和成本的高低。型材的特点取决于各种结构元素及其配合特性。这些，有关资料多有介绍，本文不再赘述。

站在最终产品角度讲，型材结构特点决定着成窗的总体结构和成窗的功能，因此在设计型材断面时，应多方位多角度加以考虑。

严格说来，塑料异型材断面设计者相关知识应当宽泛，包括房屋建筑风格以及对门窗的功能要求、硬质ＰＶＣ塑料的特性、异型材挤出成型技术、五金件性能与规格、门窗的组装工艺以及安装技术等。在设计时，一般应首先考虑以下几方面：

外形与尺寸

型材的断面设计，首先涉及到的就是型材外形。推拉窗框为轨道式外形，不论框包扇，还是扇包框，都须突出其滑道功能。平开式固定窗框，主要特征是有明显的框（或扇）翅以实现直压玻璃的功能。

窗型确定后，确定尺寸系列（或强度系列）以满足使用环境的力学性能要求，如６０系列、７０系列等。

之后，须据基本要素的组合需求，确定其外形轮廓尺寸--应定在一个合理的范围内，除保证力学性能要求和功能要求外，还应考虑造型。尺寸又不宜过大，过大不仅浪费原料，还影响采光等，应遵循最大系列最小尺寸的原则。如等同６０系列强度的框、纱轨一体结构的９２推拉框，有些厂家改变纱扇结构后，由９２ｍｍ规整为８８ｍｍ，甚至为８５ｍｍ，一体框由９２ｍｍ降为８５ｍｍ后，总体强度完全等同于９２ｍｍ框（原６０系列），出材率大为提高。

型腔结构

中空腔室结构是塑窗型材的基本特征。型腔结构决定着型材截面尺寸大小和型材的惯性矩以及成窗的抗风压能力，因此，设计者应首先考虑腔室的结构。腔室的典型组成要素为增强腔、排水腔及五金件腔等。为增强保温性能，除以上三个基本腔室外，还可设计为四腔室、五腔室（如图１）

图1

增强腔放置钢衬，是其中最大的腔室（通称主腔室）。为了获取钢衬尽可能大的惯性矩和节省钢衬材料，应让受风压方向尺寸较大。排水腔应与主腔室隔开，避免钢衬锈蚀。五金件腔室（有时也为副钢衬腔室，或叫次加强钢衬腔室）是让紧固螺钉穿过两层壁厚，更加牢固，同时提高抗风压强度（见图２）。

图２

壁厚与筋肋

型材的外形与主、副腔室方案确定后，设计和调整型材外壁厚与筋板厚度。型材的惯性矩，与截面尺寸及型腔分布状况有关（实际上也是筋板的分布）。为了获得较大的惯性矩和刚性，应将型材的质量尽可能分布到型材的周围边缘部位。不言而喻，型材外壁应比内壁要厚，内壁厚一

般不超过外壁厚的８０％。因薄内壁可避免型材生产时产生收缩痕。外壁较厚和内筋较多的型材，其刚性和焊接强度可相应提高，内筋的合理分布还可提高型材的低温落锤冲击强度。型材壁厚影响物料的消耗，是决定门窗成本的一个主要方面。同时，壁越厚冷却定型越慢，也是制约型材生产效率的要素之一。然而，为保证型材的刚性和门窗安全，壁厚不得任意减薄，尤其那些小型窗或小型窗构件。已颁布的ＧＢ／Ｔ８８１４－２００４中，对型材的壁厚就有明确的规定（见下表）。

主型材壁厚分类单位：㎜

无疑，设计断面厚度时须遵从标准规定。

另外，型材的焊接强度、五金件安装的牢固度都与型材壁厚相关，宜厚不宜薄。

功能要素

在窗型材断面设计中，功能结构不可忽视，所谓功能结构，就是满足塑窗安装各种配件所需的沟槽（见图３）。

各种功能槽的尺寸都与配套件或相应行业规定有关。以玻璃安装槽深度为例，根据（ＤＩＮ１８３１６）规定：

图３

1、玻璃安装槽；

2、压条固定槽；

3、五金件槽；

4、密封条槽；

5、排水槽；

6、增强腔

玻璃最大边长１００ｃｍ时，槽深１０ｍｍ

玻璃最大边长１００－２５０ｃｍ时，槽深１２ｍｍ

玻璃最大边长２５０－４００ｃｍ时，槽深１５ｍｍ

玻璃最大边长４００－６００ｃｍ时，槽深１７ｍｍ

玻璃最大边长６００ｃｍ以上时，槽深２０ｍｍ

此外，玻璃安装槽的实际尺寸还应考虑玻璃每边搭接量≥８ｍｍ（ＪＧ／Ｔ３０１８－９４），从总体上还应考虑玻璃最大尺寸与安装内口的尺寸差，单玻≤４－６ｍｍ，双玻≤７－９ｍｍ等等。

上列四项是型材断面设计的基本要求。完善设计还应从总体窗型结构及工艺性能方面考虑其它设计原则：

注意尺寸链的分配

断面设计中的尺寸分配是断面设计的基本程序，一般应以最小尺寸为原则，在保证功能的同时，尽量节约原材料。比如图４的推拉框轨。

图４

图５

推拉框轨的最小高度尺寸“２３ｍｍ”是由以下链状尺寸决定的：搭接量为８ｍｍ，则扇提升量至少加８ｍｍ，铝滑轨高５ｍｍ，扇提升量再加５ｍｍ，则８＋８＋５＝２１ｍｍ，考虑到各种因素误差（包括整窗制造误差）２ｍｍ，则２１＋２＝２３ｍｍ，因此框轨最小尺寸就是２３ｍｍ。推拉扇滑槽尺寸相应为８ｍｍ＋５ｍｍ＋１０ｍｍ（若取１０ｍｍ规格的滑轮）＝２３ｍｍ（见图５）。五金件规格的不同，搭接量要求的不同，计算结果也不同。如果上滑轨搭接量按上述尺寸链，超过８ｍｍ则扇的安装就会发生困难（见图６）。

图６

断面设计与插接的关系

许多厂家的型材，尤其是扇与扇梃型材，多采取插接形式（如上亮部分）。不少厂家设计的固定推拉窗，分格中梃均为插接，一般有两种断面结构，如图７、图８。这两种设计插接效果是不一样的。由于插接端铣大都是按平刀直角铣削，就会形成第一种设计插接有一个１０°的倾斜缝（除有特殊刀具外），无疑会影响成窗美观（分别见图９、图１０）。

图７图８

图９图10

焊接的要求

两段型材焊接（多为直角焊接），可理解为型材的延伸：框－框焊接为向一个方向延伸；框－梃焊接为向两个方向延伸。既然是一个延伸的过程，自然应该把两部分理解为同一断面，或者说两焊接型材须断面相同或相似（外形相同，内筋可略有区别），这些细节往往被忽视。比如图１１和图１２两组断面：第一种焊接断面相同（图１１），第二种断面相似（图１２），二者焊接结果分别如图１３和图１４。

11

图

不难看出：第二种设计焊接后，中梃的筋板没有与框筋板相互焊接，除影响焊接强度外，更重要的是中梃筋板的９０°板锥，妨碍框钢衬的穿插，操作时还须去除。而中梃筋板与框板筋的错位，又使框的排水腔与中梃钢衬腔贯通，因此，中梃钢衬的锈蚀将难以避免（如图１３）。正确的断面组合及焊接效果见图１４。

图13 图14

插接与焊接的另一种制约关系

型材断面的设计，既要考虑焊接，也要考虑插接，有些厂家的型材往往只能焊接，或者只能插接，这不便于门窗厂家的组装。请看下列断面窗：

图15 图16：焊接

插接、焊接（上亮中梃的处理）

图17：插接图18：插接、焊接

图１５情况属于参与焊接（或插接）断面完全相同且断面为直线型配合，不论插接与焊接都符合工艺要求。

图１６参与延伸断面相同，但断面配合属曲线型，端铣难以铣出配合曲面，宜焊接，不宜插接。

图１７参与延伸断面相同，由于主体型材没有焊接切口深度，或者说Ｖ口切割后插接件不能补偿切口缺材，所以不能焊接，只能插接。

因此，在设计断面时，除考虑断面相同原则外，还要考虑切口是否有补偿作用和加工工艺性，如果改图１７为图１８的结构，框主体就可以与梃焊接了，原因如上说。其立体图（见图１９）。

图1：焊接图2：插装

图3：插接、焊接

图19

断面结构与窗型设计与工艺制作的关系

如果需要这样一种窗型，如图２０

图19

这种窗型重要的工艺特性是，扇外开，固定玻璃内安装（从安装和维修方面是必须考虑的）。其节点图见图２１

图21

窗框结构需设计二种型材：框、Ｚ梃。横框由三段型材组成，第一段型材与第二段型材要反向焊接，第二段型材与第三段型材也要反向焊接（如图２１）。按上述原则，设计见图２２。

图22

多数厂家在断面设计中，都能考虑其工艺性，但也有些厂家在平开窗的设计中存在些问题：

图23 图24

如图２３，这种框体设计不能通过Ｚ梃换向，换向后会出现钢衬腔错位。

如图２４，这两种设计虽可使安装换向，但可能会出现两种情况：一是筋板阻挡，二是中梃钢衬不能防止锈蚀。因此，都是不可取的（如图１３）。说明断面设计中细部尺寸欠考虑，同样会影响窗型设计、工艺制作和窗户的使用寿命。

系列型材断面数量的最小化

塑窗型材系列多，设计时，都希望以最少的断面完成一个或多个系列设计，除可制造成本降

低外，组装厂制造也方便。为此，不少型材厂家都曾进行过努力。如５５系列变８８系列，６０系列变９２系列，９２系列变８８系列或８５系列等。其中５５系列变８０系列或６０系列变９２系列，仅是从组装工艺上进行了一些改变（纱轨与框体合一），主要型材仍为原标准系列配套产品（扇、纱扇等）。９２系列变８８系列则为改变纱扇结构，压缩尺寸，目的主要是提高出材率。这些，无疑是一种断面数量的优化过程。目前，断面数量的优化潜力仍然很大。虽说各厂家的型材特点不同，但其设计理念大体相同。可以下面二图为例：

图25 普通加强结构图26 复合加强结构图２５中，（１）为普通抗风压连接方管，（２）为加强扁钢连接式。目的在于提高抗风压强度，如若设计成图２６的那样，只要一个加强拼管，就既能满足普通风压强度需要，又能解决高强度风压设计。再看图２７的９０°转角设计，其特点是功能多，既能完成本系列型材（８８系列）９０°转向，又能完成组合型材９０°转向（连门窗），生产使用都方便。

图27 转角的综合设计

断面特性与工艺简化

就国内各类欧式窗而言，较有代表性的断面有两种，见图２８

（1）（2）

图28

我们设计以下窗型：见图２９。

第一类断面设计有两种制作方法：插接或焊接（见图３０）。

第二类断面设计有一种制作方法：中梃焊接＋卧亮（见图３１）。

第一类型材具有反背功能，框体（或王字梃）可直接装配压条，简化了工艺，也节省了材料（见图３２）。

图29

图30

图31

图32

而第二类型材要实现一体窗，分格中梃除用王字梃外，还须配以卧亮，无疑用料较多。并且工艺较复杂：将卧亮先与框（或梃）装配后，再一起切割４５°焊角，然后焊接组装，（见图３１）。因此，设计断面时应从窗型的总体结构综合考虑，尽量采用装配功能较好的断面。

总之，异型材的优劣，首先取决于断面结构是否科学合理，之后才谈的上生产制做。因此，断面设计是非常重要的。断面设计须遵循的原则和注意的事项很多。不才在此抛砖，与同仁磋商，以求进步。

（资料整理）

2010年8月