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幕墙铝材壁厚控制
吴TAO
>《幕墙》
2022.03.29
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本文对铝合金型材的壁厚进行了探讨,讲解了壁厚的知识,客户与型材厂家对壁厚的不同要求,生产过程中如何控制壁厚,以达到型材产品的壁厚更趋于合理。
1.
前言
关于铝合金型材的壁厚问题一直是铝型材行业讨论的话题,壁厚偏差多少合适,壁厚为多厚合适。虽然铝合金型材有国家标准,铝合金门窗也有国家标准,但在实际执行过程中或多或少的存在差异。分析其原因主要是对型材的壁厚标准理解不同,对型材壁厚偏差产生的原因不清楚。
铝合金型材包括了铝合金建筑型材、铝合金工业型材等,本文主要对铝合金建筑型材的壁厚进行阐述,其它类的产品的壁厚控制不做说明。下面就对铝合金建筑型材的壁厚知识及控制进行说明。
2.壁厚的概念
2.1
国标对壁厚的分类
铝合金建筑型材标准
GB5237.1
中规定见如图
1
。
图
1
国标将型材的壁厚分成了三类,因
BC
两类的公差是一样的,所以在行业中通常将壁厚分成两类,即翅壁壁厚与腔体壁厚。按型材壁厚
1.5
举例,翅壁壁厚的高精级公差是±
0.13mm
;腔体壁厚的公差是±
0.21mm
。见图
2
。
图
2
2.2
门窗系列壁厚
门窗型材,客户在选择时首先要选壁厚,就是要壁厚多少的产品系列,这也是门窗系列型材的一个特点。其次选择的是门窗系列大小、隔热条宽度、是否是系统门窗等等。门窗系列的壁厚一般分为
1.8mm
、
2.2mm
等。
而我们通常说的某某系列壁厚为
1.5mm
,是指该系列的主要产品壁厚是
1.5mm
。比如平开系列的窗框、窗扇、中梃等主要受力杆件品种的壁厚为
1.5mm
。推拉窗则是指边封、上滑、下滑、上固、光企、勾企、上方、下方等受力杆件品种。
在此特别注意,国标
GB/T8478-2020
标准明确规定:
所以对于外门外窗,窗的主型材受力部位壁厚要达到
1.8mm
以上,门的要达到
2.2mm
以上。
2.3
公称壁厚
所谓公称,是指统一公认的称呼,机器性能、图纸尺寸等的规格或标准,也可指产品合乎法规的准确公正的名称标识。公称壁厚,铝行业内一般认为是能够表示出这个产品的壁厚指标,都认可的那个壁厚值。比如图
2
的产品公称壁厚是
1.5mm
。
而产品的不同壁厚有多处,选择哪个壁厚值为公称壁厚呢?我们认为选择这个产品的数量多的那个壁厚为公称壁厚。见图
3
。
图
3
图
3
是普通平开窗的窗框产品,各处的壁厚不相同,
1.2mm
、
1.3mm
、
1.5mm
、
1.8mm
,而其中是
1.5mm
的壁厚有腔体一周的壁厚和大面的翅壁厚,
1.5mm
的壁厚占了多数,所以这个窗框产品的公称壁厚就是
1.5mm
。
2.4
未注壁厚
在制图中,一个产品标注尺寸时,有未注壁厚一说,就是没有标记的壁厚都是一个数值。铝合金型材产品在制图时也是按此规定,产品图纸中没有标记的壁厚就是未注壁厚。如图
3
的窗框壁厚,在实际图纸中就不标
1.5
这个数值,而是在说明中标出:未注壁厚为
1.5mm
。
可见,在一定程度上可以理解为公称壁厚与未注壁厚是同一数值。
3壁厚的要求
3.1
国标对型材壁厚的要求
国标对型材壁厚有明确的规定的,属于刚性要求,也就是型材生产厂家必须要执行。而客户提出的壁厚要求超出国标规定的就是柔性要求,客户提出的柔性壁厚要求可以跟客户协调解决。
GB5237.1-2008
标准中对型材的壁厚的要求是:
在
GB5237
里规定的型材的壁厚公差,在公差范围内都是符合国标要求的。如图
2
带筋方管的壁厚尺寸标注,腔体的
1.5mm
壁厚为
1.5
±
0.21mm
即
1.29~1.71mm
都是合格的,符合国标要求。
3.2
客户对壁厚的要求
在
GB5237
里对于壁厚的规定公差有时客户会不认可。试想,客户要的壁厚是
1.5mm
,而实际测量的壁厚是
1.7mm
,那么成本增加
14%
。客户不想增加成本,提出壁厚公差要在±
0.05mm
的范围内。这就是柔性的壁厚要求了,可以协商。
3.3
喷涂产品的壁厚
喷涂产品如粉末喷涂、氟碳漆喷涂产品都有涂层的厚度,测量产品壁厚时应考虑在内。
粉末
喷涂的涂层厚度国标要求不小于
40
μ
m
,实际喷涂时的厚度一般在
60~80
μ
m
,也就是约
0.07mm
的厚度。如里是返喷料进行二次喷涂,喷涂层厚可达到
100
μ
m
以上。
粉末喷涂型材的腔体壁厚部位喷涂后增加的涂层壁厚是单面,而翅状部位的增加涂层厚度则是正反两面,也就是增加两个
0.07mm
厚度。见图
4
。
图
4
图
4
带筋方管产品,如喷涂层厚度为
60
μ
m
,则腔体壁厚测量值为
1.56mm
,而筋的壁厚为
1.62mm
。
4壁厚控制的意义
4.1
客户对壁厚控制的意义
铝型材产品的结算方式有理论结算与过磅结算。理论结算是按产品理论数值结算;过磅结算是按产品的过磅重量结算。
型材产品的重量包括型材本身重量、包装物重量(含保护膜)、喷涂层重量等附加品重量。以喷涂产品纸包装为例,
纸包装的重量占总重量的
6%
,喷涂粉末的重量占总重量的
5%
,即一吨铝型材产品中有
60kg
是包装物,有
50kg
是喷涂粉末。
型材本身重量跟型材断面的壁厚有关,壁厚越厚,型材越重。以
1.5mm
壁厚的产品为例,增加壁厚
0.1mm
则产品重量增加
7%
。这个增重跟包装的重量相当,对于客户来讲,实际使用的是产品的长度,不是重量,所以客户都想买壁厚刚好的,或是薄点的产品,以实现自己利益的最大化。
4.2
生产厂家对壁厚控制的意义
铝型材产品是通过模具挤压而成,挤压模具是消耗品,挤压到一定程度后会报废。所以模具的使用量是生产厂家要控制的成本。
模具上机挤压,铝合金在高温、高压下通过模具工作带而形成产品形状。模具的挤压缝隙就是型材的壁厚。模具的工作带受到铝合金的连续摩擦而变的粗糙,挤压出的产品表面不光滑,会有挤压痕。当挤压痕严重了模具就需要下机进行抛光处理。
模具的工作带每进行一次抛光处理,模具的挤压缝隙就会增加,也就是型材的壁厚就会增加。如型材翅的最初的壁厚是
1.20mm
,抛光一次后变为
1.22mm
,两次变为
1.24mm
,多次后变为
1.33mm
,达到标准的最大值后模具报废。
所以,对于生产厂家来讲,壁厚的公差范围越大,其模具的使用寿命越长,生产成本越低。
4.3
壁厚按理论结算
铝型材产品的结算方式为理论结算,理论重量是产品设计时的重量。壁厚是设计壁厚,
不存在壁厚超不超的问题。理论结算时需要对图纸的理论壁厚进行确认。
按图纸设计壁厚结算,壁厚公差按国标要求为正负值。如壁厚
1.5mm
,公差为±
0.13mm
。铝型材产品最初壁厚是
1.37mm
,最终壁厚是
1.63mm
,生产的产品过磅重量跟理论重量相当。
理论结算客户要求壁厚公差不按国标正负值,而是要求壁厚不低于
1.5mm
,理论壁厚还按
1.5mm
时计算则对生产厂家不利。壁厚不能低于
1.5mm
,实际壁厚则超过
1.5mm
,实际重量大于理论重量。型材厂家要提前确认好理论重量,按正公差一半的壁厚重新计算型材米重。比如壁厚要求是
1.5
+0.15
mm
,则按
1.575mm
的壁厚计算米重。这样计算对于供需双方比较合理。
5壁厚偏差产生原因
5.1
抛光
铝型材产品的壁厚偏差产生原因有多种,前面讲模具抛光是一种原因。抛光次数越多,壁厚越厚,产品米重越重。为了减少抛光次数,生产厂家通过模具氮化来提高模具的工作带硬度,使通过工作带的铝量增加。
5.2
模具加工误差
模具加工时的误差是产生壁厚偏差的原因之一。因挤压时存在铝的收缩,模具设计时的开模壁厚要大于图纸壁厚,这样铝降温收缩后才正好是图纸壁厚。而实际生产时的铝收缩率跟理论收缩率不完全相同,这样就造成产品的壁厚与图纸壁厚存在偏差。
再者,模具加工使用的线切割也存在加工精度的问题,有
0.03mm
的偏差。
5.3
模具的弹性变形
模具在挤压时,受力了高温高压的作用,模具会产生弹性变形,从而导致挤压通过的缝隙改变,型材壁厚产生偏差。
另,带工头的组合模具,工头在挤压过程中发生摆动,致使腔体壁厚发生偏差。见图
5
图
5
对于带腔体的产品,其腔体壁厚是上模与下模配合间隙决定挤压产品壁厚,而翅壁壁厚是下模直接线切割的缝隙。由于模具上下模的配合公差的存在,换句说就是腔体的壁厚偏差更不容易控制,所以腔体壁厚公差大于翅壁壁厚公差。见图
5
产品,公差为±
0.21mm
与±
0.13mm
。
6型材生产厂家的壁厚控制
6.1
开模壁厚控制
型材生产厂家在开模时要对型材壁厚进行控制,因为型材壁厚会越来越厚,所以挤压模具的第一次出材壁厚是综合考虑后的合理壁厚。
考虑到客户对产品壁厚的要求,一般认为符合±
0.1mm
能够接受,同时考虑到模具的加工精度,第一次的出材壁厚控制在
-0.05mm
,例如壁厚是
1.5mm
的产品,第一次的出材壁厚是
1.45mm
为好。
6.2
理论结算的开模壁厚
理论结算的型材壁厚,第一次的出材壁厚控制在客户接受的最薄壁厚。这是生产厂家最大利润壁厚。
6.3
生产过程中壁厚的控制
因模具在生产过程中壁厚会增加,所以要记录每次上机的出材壁厚。这样能够最大程度满足不同客户要求。比如客户要求壁厚
1.5mm
以上。就要使用壁厚达到
1.5mm
以上的模具进行上机生产。
实现生产中常以“新模具”、“正常模具”、“老模具”加以区分,客户要薄壁厚的使用“新模具”,要壁厚厚的使用“老模具”进行生产。
7 总结
铝合金型材壁厚的控制是一个系统工程,从产品的设计、模具的控制、生产的控制等方向都要有严格的程序才能实现。型材壁厚公差的存在,给了生产厂家的生产空间,要与客户进行有效的勾通,以达到双方都能接受的壁厚公差,相互理解,实现共赢。
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