塑窗型材断面设计（一）

　 作者：姚春贵 孔榕

　　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：㎜

	A类	B类	C类
可视面	≥2.8	≥2.5	不规定
非可视面	≥2.5	≥2.0	不规定

　　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