YC550內(nèi)燃機(jī)散熱器的設(shè)計(jì)含15張CAD圖帶開(kāi)題
YC550內(nèi)燃機(jī)散熱器的設(shè)計(jì)含15張CAD圖帶開(kāi)題,yc550,內(nèi)燃機(jī),散熱器,設(shè)計(jì),15,cad,開(kāi)題
XXXXXXXX
XX設(shè)計(jì)
開(kāi)題論證報(bào)告
專(zhuān) 業(yè)
學(xué)生姓名
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
完成日期
課題名稱(chēng)：新島公司YC550內(nèi)燃機(jī)散熱器
一、課題來(lái)源、課題研究的主要內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
課題來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際
課題研究的主要內(nèi)容:
1新島公司的現(xiàn)狀
鹽城新島散熱器有限公司位于鹽城市經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū),總投資30000萬(wàn)元,是內(nèi)燃機(jī)散熱器的專(zhuān)業(yè)制造企業(yè)。公司年產(chǎn)內(nèi)燃機(jī)散熱器10萬(wàn)臺(tái)、四輪拖拉機(jī)制動(dòng)器6萬(wàn)臺(tái)。散熱器產(chǎn)品有：TY290、TY295、YC385A、YC385C、YC350、YC400、YC500、YC550、YC700，并可根據(jù)客戶(hù)要求加工制作汽車(chē)散熱器、摩托車(chē)散熱器、車(chē)用暖風(fēng)空調(diào)等產(chǎn)品。公司同時(shí)生產(chǎn)四輪拖拉機(jī)制動(dòng)器總成。
2對(duì)問(wèn)題的進(jìn)一步分析
經(jīng)過(guò)在新島公司的為時(shí)不長(zhǎng)的簡(jiǎn)短的參觀實(shí)習(xí)，發(fā)現(xiàn)該公司的主要市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品是拖拉機(jī)制動(dòng)器，而散熱器一直沒(méi)有較大的市場(chǎng)分額。單從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)方面講，大概主要有以下幾個(gè)問(wèn)題：
（1）、散熱器總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但部件復(fù)雜，屬于鈑金件產(chǎn)品。大部分的部件由模具沖壓而成，生產(chǎn)加工精度要求相對(duì)不高，也就沒(méi)有更多產(chǎn)品附加值。
（2）、散熱器是汽車(chē)的主要部件，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，產(chǎn)品的加工工藝和實(shí)現(xiàn)手段也已經(jīng)趨于統(tǒng)一，沒(méi)有更多的突破和創(chuàng)新的空間。
（3）、由于散熱器的改進(jìn)創(chuàng)新不可能是片面性的，涉及技術(shù)較多，研發(fā)的時(shí)間和資金投入都會(huì)很多，所以生產(chǎn)企業(yè)只能以引進(jìn)成品技術(shù)進(jìn)行再生產(chǎn)
3、 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
我國(guó)汽車(chē)散熱器的發(fā)展有多年的歷史，汽車(chē)散熱器屬于比較傳統(tǒng)的行業(yè)。根據(jù)《中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)年鑒》統(tǒng)計(jì)，從事汽車(chē)散熱器生產(chǎn)和服務(wù)的企業(yè)有100多家，但多數(shù)為中小企業(yè)，具有一定技術(shù)實(shí)力和用現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)質(zhì)量和性能穩(wěn)定；而中小企業(yè)多采用勞動(dòng)密集型的作業(yè)方式，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，其產(chǎn)品一般供應(yīng)國(guó)內(nèi)外的售后市場(chǎng)。
近年來(lái)，汽車(chē)散熱器廠商的利潤(rùn)有下降的趨勢(shì)，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈，一方面由于汽車(chē)產(chǎn)品的價(jià)格不斷下降，整車(chē)廠將成本下降的壓力轉(zhuǎn)嫁到零部件供應(yīng)商手中。另一方面上游的原材料價(jià)格不斷上漲，這使得汽車(chē)散熱器企業(yè)不得不加大研發(fā)力度，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)上就考慮如何降低散熱器產(chǎn)品的成本，在這種形勢(shì)下，那么大型的散熱器廠商技術(shù)實(shí)力有了一定程度的進(jìn)步，其產(chǎn)品可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量有了較大提高。
國(guó)際上散熱器系統(tǒng)輕量化已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，從鋁散熱器基礎(chǔ)材料至各種散熱器用管材及制造技術(shù)，以及散熱器系統(tǒng)輕量化所涉及的領(lǐng)域都進(jìn)行了充分的研究!保證了散熱器系統(tǒng)輕量化的順利進(jìn)行。而我國(guó)則隨著幾個(gè)引進(jìn)車(chē)型的國(guó)產(chǎn)化工作!才開(kāi)始鋁散熱器的生產(chǎn)%上述幾方面亦剛剛起步或尚未開(kāi)展大規(guī)模的研究工作!妨礙了我國(guó)引進(jìn)車(chē)型國(guó)產(chǎn)化工作以及自主發(fā)展轎車(chē)工業(yè)。其根本原因之一就是我們至今尚未完全掌握國(guó)外在20年前就已掌握的鋁散熱器用薄壁管材高頻焊制造技術(shù)和大批量生產(chǎn)手段。
鑒于我國(guó)轎車(chē)散熱器用管材的品種單一.性能落后.價(jià)格偏高以及制造技術(shù)落后的狀況。擺在我們面前的一個(gè)重要任務(wù)就是通過(guò)執(zhí)行轎車(chē)材料“九五”專(zhuān)題，使轎車(chē)鋁散熱器用帶材.管材國(guó)產(chǎn)化，達(dá)到性能優(yōu)異.質(zhì)量可靠.價(jià)格低廉.規(guī)格品種齊全。并能大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，高頻焊薄壁管材制造技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，打破國(guó)外市場(chǎng)及價(jià)格壟斷，達(dá)到國(guó)外九十年代初水平，為形成獨(dú)立自主的散熱器用管材研究開(kāi)發(fā)體系奠定基礎(chǔ)。
二、本課題擬解決的問(wèn)題
由于資金和技術(shù)限制的諸多原因，開(kāi)發(fā)新型的散熱器、改革加工手段都是不現(xiàn)實(shí)的。那么可以考慮改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品構(gòu)件、加工精度、加工工藝的優(yōu)化。從中間過(guò)程中進(jìn)一步的提高散熱器的技術(shù)整裝水平，降低制造成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
三、解決方案及預(yù)期效果
1、解決方案
散熱器在限定的空間內(nèi)應(yīng)具有足夠的散熱性能和較長(zhǎng)的使用壽命，所以整個(gè)散熱器總成必須降低原材料消耗，改善生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)薄壁、輕型、高效。改進(jìn)總體設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)主要是銅管串片、框架等，改進(jìn)設(shè)計(jì)銅管串片的成型模具。
2、預(yù)期效果
對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模具的部分改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)新的加工工藝
l 散熱器所用材料厚度將更薄，從現(xiàn)在的平均0.3mm降低到0.265mm，甚至更低，這不但可以減少材料的消耗，更可以提高散熱器的散熱效果；
l 通過(guò)結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，加上散熱器框架，鋁質(zhì)散熱器強(qiáng)度將進(jìn)一步提高。
l 產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化程度將進(jìn)一步提高，產(chǎn)品的可靠性和耐久性進(jìn)一步提高。
四、課題進(jìn)度安排
3月1日～3月14日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。
畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。
3月15日～3月31日．開(kāi)題階段。
提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
4月1日～5月14日． 設(shè)計(jì)初稿階段。
完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，中期檢查。
6月1日～6月4日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。
6月5日～6月12日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。
圖紙修改、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)修改、定稿，材料復(fù)查。
6月10日～6月11日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。
6月12日～6月13日．畢業(yè)答辯。
6月14日～6月15日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)
簽名
年 月 日
六、專(zhuān)業(yè)系意見(jiàn)
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見(jiàn)
簽名
年 月 日
3
江蘇新島YC550散熱器的設(shè)計(jì)
摘 要：冷卻系統(tǒng)的作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。而散熱器是冷卻系統(tǒng)的重要部件，介紹汽車(chē)散熱器的結(jié)構(gòu)型式及其對(duì)材料的要求。重點(diǎn)分析汽車(chē)散熱器材料的應(yīng)用及其制造技術(shù)的發(fā)展情況，并指出汽車(chē)散熱器的發(fā)展趨勢(shì)。
以新島公司現(xiàn)有產(chǎn)品YC550散熱器為設(shè)計(jì)課題，分析現(xiàn)有的散熱器的結(jié)構(gòu)形式及其對(duì)材料的要求，分析現(xiàn)有的散熱器制造技術(shù)和材料的選擇。參考國(guó)內(nèi)外散熱器制造的新技術(shù)——銅硬釬焊技術(shù)，銅硬釬焊技術(shù)通過(guò)采用特殊的銅、錫和磷的釬焊合金,將黃銅和紫銅分別制成管和散熱帶釬焊成一個(gè)整體———即散熱器和熱交換器。銅硬釬焊技術(shù)的核心是無(wú)焊劑、無(wú)鉛焊合金以及抗退火材料。介紹了銅硬纖焊散熱器的工藝技術(shù)原理及主要材料的性能。指出了銅硬纖焊散熱器在制帶、制管、主片及纖焊爐選型等方面的工藝要點(diǎn)。銅硬纖焊散熱器具有成本低、小型化、無(wú)污染及材料的回收和再生產(chǎn)利用率高等優(yōu)點(diǎn)。其工作原理是用奧托昆普公司開(kāi)發(fā)的銅硬焊金屬填料OKC600 在高溫590～610 ℃時(shí)熔化,依靠金屬毛細(xì)管的作用力,流入焊接間隙,與母體材料(抗退火銅材)發(fā)生反應(yīng),在交界處形成合金金屬連續(xù)體,構(gòu)成高強(qiáng)度的金屬一體化結(jié)構(gòu)，可見(jiàn)新型的銅硬釬焊技術(shù)有不著不可取代的優(yōu)點(diǎn)，可減輕整體散熱器的質(zhì)量。同時(shí)分析散熱器制造的技術(shù)要求，改進(jìn)加工工藝。在降低成本的同時(shí)提高產(chǎn)品的壽命，延長(zhǎng)使用壽命。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)散熱器； 冷卻系統(tǒng) ；材料要求； 制造技術(shù)； 釬焊技術(shù)；
Design of Jiangsu Xindao radiator YC550
Abstract: The cooling system ensures that the engine works at appropriate temperature and radiator is the important part of the cooling system. This paper introduces the structure type of the automobile radiators and material requirements. Especially it analyzes the application of the automobile radiator material and the development of the manufacturing technology and the development trend of automobile radiators.
It gives an overview of yc550 radiator produced by Xindao Company. It analyzes the existing radiator's structural style and to the material request, and the existing radiator technique of manufacture and the material choice. Reference to the radiator at home and abroad to create new technologies - CuproBraze technology, CuproBraze technology through the use of special copper, tin and phosphorus brazing alloys, respectively, will be made of brass and copper pipes and heat with solder welded into a whole --- that is, the radiator and heat exchangers. The key technology of radiator manufacture by CuproBraze is not necessary to use flux, kupper solder and annealing resistance material. The process and technology principle and main material performances for CuproBraze radiator are introduced , the critical technology points of fin and tube manufacture ,header and soldering furnace selection , etc. are presented. The CuproBraze has its advantages of lower cost ,small size ,no contamination , higher material recovery and reproduction usage rate . Its working principle is developed by Outokumpu Copper OKC600 brazing filler metal at a high temperature at 590 ~ 610 ℃ melting, metal capillary forces to rely on, and flows into the welding gap, with the parent material (anti-annealed copper) react formed at the junction of the continuum of metal alloys, high strength metal integrated structure, we can see new CuproBraze technology could not irreplaceable advantages, reduce the overall quality of the radiator. Radiator at the same time analyzing the technical requirements for manufacturing, processing technology to improve. At the same time reducing costs to improve product life and prolong life.
Key word: automobile radiator; cooling system; material requirement; manufacturing technology brazing technology.
目錄
1緒論 1
1.1課題來(lái)源 2
1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 3
1.3本課題擬訂的解決問(wèn)題 3
1.4解決方案和預(yù)期效果 3
1.4.1解決方案 3
2散熱器總體設(shè)計(jì) 4
2.1散熱器簡(jiǎn)介 4
2.2散熱器的結(jié)構(gòu) 4
2.3散熱器的芯子結(jié)構(gòu)形式 5
2.4散熱器對(duì)材料的要求 7
2.5散熱器的設(shè)計(jì) 7
2.5.1散熱器的作用 7
2.5.2散熱器的構(gòu)造 8
2.5.3散熱器散熱效果的調(diào)節(jié) 9
2.5.4散熱器散熱面積的計(jì)算 9
2.4散熱器的材料和成型技術(shù) 11
2.4.1散熱器材料選擇論述 11
2.4.2常用散熱材料 12
2.4.3散熱器制造新技術(shù)——銅硬釬焊新技術(shù) 13
2.5銅硬釬焊技術(shù) 13
2.5.1銅硬釬焊散熱器的工藝原理 13
2.6技術(shù)要求 15
3結(jié)論 16
文獻(xiàn)資料 17
致謝 18
1緒論
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用強(qiáng)制循環(huán)式水冷系統(tǒng),水冷系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、節(jié)溫器、冷卻風(fēng)扇、水套等組成，其主要功用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)工作，防止出現(xiàn)過(guò)熱或過(guò)冷現(xiàn)象。散熱器是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的重要部件，其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)冷卻液從高溫零件所吸收的熱量散發(fā)到空氣中。因此，散熱器性能的好壞直接影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果，進(jìn)而對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性會(huì)有很大的影響。
汽車(chē)書(shū)冷發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進(jìn)水室和出水室三部分組成。冷卻液在散熱器芯內(nèi)流動(dòng)，空氣從散熱器芯外高速流過(guò)，冷卻液和空氣通過(guò)散熱器芯部進(jìn)行熱量交換。目前，汽車(chē)散熱器的結(jié)構(gòu)形式可分為直流型和橫流型兩大類(lèi)。
散熱器芯部應(yīng)具有足夠的通流面積讓冷卻液通過(guò)；同時(shí)也應(yīng)具備足夠的空氣通流面積，讓組量的空氣通過(guò)以帶走冷卻液傳給散熱器的熱量；還必須具有足夠的三熱面積，完成冷卻液、空氣和散熱片之間的熱量交換。散熱器芯部的結(jié)構(gòu)形式主要有管片式和管帶式兩大類(lèi)。
散熱器主要是用銅和錫制造的。這是由于銅的導(dǎo)熱性能優(yōu)良，能夠耐腐蝕，易于鉛焊加工。但由于銅的資源問(wèn)題及價(jià)格問(wèn)題，對(duì)散熱器不僅從材料厚度方面有所改進(jìn)，而且從結(jié)構(gòu)上也有重大的突破。從原有的管片式芯子結(jié)構(gòu)，又發(fā)明了管帶式芯子結(jié)構(gòu)，使得在不減少原有性能的情況下，質(zhì)量減少今30%。這重結(jié)構(gòu)廣泛用于中、小功率的汽車(chē)上。
隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的不斷提高、熱負(fù)荷也越來(lái)越高，對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，人們對(duì)包括散熱器在內(nèi)的冷卻系統(tǒng)的研究愈加重視，新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)，汽車(chē)散熱器正朝著輕型、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。
1．1課題來(lái)源
本課題針對(duì)于鹽城新島散熱器有限公司YC550型散熱器進(jìn)行。該公司的散熱器產(chǎn)品有：YC550、TY295、YC385A、YC385C、YC350、YC400、YC500、YC550、YC700。YC550型散熱器用于重型柴油拖拉機(jī)，是該公司的主要產(chǎn)品之一。
經(jīng)過(guò)在新島公司的為時(shí)不長(zhǎng)的簡(jiǎn)短的參觀實(shí)習(xí)，發(fā)現(xiàn)該公司的主要市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品是拖拉機(jī)制動(dòng)器，而散熱器一直沒(méi)有較大的市場(chǎng)分額。單從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的專(zhuān)業(yè)方面講，大概主要有以下幾個(gè)問(wèn)題：散熱器總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但部件復(fù)雜，屬于鈑金件產(chǎn)品。大部分的部件由模具沖壓而成，生產(chǎn)加工精度要求相對(duì)不高，也就沒(méi)有更多產(chǎn)品附加值；散熱器是汽車(chē)的主要部件，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，產(chǎn)品的加工工藝和實(shí)現(xiàn)手段也已經(jīng)趨于統(tǒng)一，沒(méi)有更多的突破和創(chuàng)新的空間；由于散熱器的改進(jìn)創(chuàng)新不可能是片面性的，涉及技術(shù)較多，研發(fā)的時(shí)間和資金投入都會(huì)很多，所以生產(chǎn)企業(yè)只能以引進(jìn)成品技術(shù)進(jìn)行再生產(chǎn)。
而就目前全球的散熱器設(shè)計(jì)生產(chǎn)而言，上述問(wèn)題也是普遍存在。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)采用更加緊湊的設(shè)計(jì)和具有更大的比功率,發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的廢熱密度也隨之明顯增大。一些關(guān)鍵區(qū)域,如排氣門(mén)周?chē)纳釂?wèn)題需優(yōu)先考慮。冷卻系統(tǒng)即便出現(xiàn)小的故障也可能在這樣的區(qū)域造成災(zāi)難性的后果。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的散熱能力一般應(yīng)滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)的散熱需求,因?yàn)榇藭r(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量最大。然而,在部分負(fù)荷時(shí),冷卻系統(tǒng)會(huì)發(fā)生功率損失。水泵所提供的冷卻液流量超過(guò)所需的流量。
我們希望發(fā)動(dòng)機(jī)冷啟動(dòng)時(shí)間盡可能短。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)排放的污染物較多,油耗也大。而冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷啟動(dòng)時(shí)間有較大的影響。
現(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)充分考慮這些問(wèn)題,將發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量管理系統(tǒng)納入到整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中,全面考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的暖機(jī)、冷卻效率、廢氣排放控制、燃油利用、乘客室的取暖和三元催化劑活化時(shí)間等。目前的冷卻系統(tǒng)屬于被動(dòng)系統(tǒng),只能有限地調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)和汽車(chē)的熱分布狀態(tài)。采用先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)和先進(jìn)的工作方式可大大改進(jìn)冷卻系統(tǒng),使冷卻系統(tǒng)高效地運(yùn)行,間接地提高燃料經(jīng)濟(jì)性和降低排放量。
1．2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
我國(guó)汽車(chē)散熱器的發(fā)展有多年的歷史，汽車(chē)散熱器屬于比較傳統(tǒng)的行業(yè)。根據(jù)《中國(guó)內(nèi)燃機(jī)工業(yè)年鑒》統(tǒng)計(jì)，從事汽車(chē)散熱器生產(chǎn)和服務(wù)的企業(yè)有100多家，但多數(shù)為中小企業(yè)，具有一定技術(shù)實(shí)力和用現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)質(zhì)量和性能穩(wěn)定；而中小企業(yè)多采用勞動(dòng)密集型的作業(yè)方式，產(chǎn)品生產(chǎn)成本低，其產(chǎn)品一般供應(yīng)國(guó)內(nèi)外的售后市場(chǎng)。
近年來(lái)，汽車(chē)散熱器廠商的利潤(rùn)有下降的趨勢(shì)，企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)也更加激烈，一方面由于汽車(chē)產(chǎn)品的價(jià)格不斷下降，整車(chē)廠將成本下降的壓力轉(zhuǎn)嫁到零部件供應(yīng)商手中。另一方面上游的原材料價(jià)格不斷上漲，這使得汽車(chē)散熱器企業(yè)不得不加大研發(fā)力度，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)上就考慮如何降低散熱器產(chǎn)品的成本，在這種形勢(shì)下，那么大型的散熱器廠商技術(shù)實(shí)力有了一定程度的進(jìn)步，其產(chǎn)品可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量有了較大提高。
國(guó)際上散熱器系統(tǒng)輕量化已達(dá)到相當(dāng)完善的程度，從鋁散熱器基礎(chǔ)材料至各種散熱器用管材及制造技術(shù)，以及散熱器系統(tǒng)輕量化所涉及的領(lǐng)域都進(jìn)行了充分的研究!保證了散熱器系統(tǒng)輕量化的順利進(jìn)行。而我國(guó)則隨著幾個(gè)引進(jìn)車(chē)型的國(guó)產(chǎn)化工作!才開(kāi)始鋁散熱器的生產(chǎn)%上述幾方面亦剛剛起步或尚未開(kāi)展大規(guī)模的研究工作!妨礙了我國(guó)引進(jìn)車(chē)型國(guó)產(chǎn)化工作以及自主發(fā)展轎車(chē)工業(yè)。其根本原因之一就是我們至今尚未完全掌握國(guó)外在20年前就已掌握的鋁散熱器用薄壁管材高頻焊制造技術(shù)和大批量生產(chǎn)手段。
鑒于我國(guó)轎車(chē)散熱器用管材的品種單一.性能落后.價(jià)格偏高以及制造技術(shù)落后的狀況。擺在我們面前的一個(gè)重要任務(wù)就是通過(guò)執(zhí)行轎車(chē)材料“九五”專(zhuān)題，使轎車(chē)鋁散熱器用帶材.管材國(guó)產(chǎn)化，達(dá)到性能優(yōu)異.質(zhì)量可靠.價(jià)格低廉.規(guī)格品種齊全。并能大批量穩(wěn)定生產(chǎn)，高頻焊薄壁管材制造技術(shù)國(guó)產(chǎn)化，打破國(guó)外市場(chǎng)及價(jià)格壟斷，達(dá)到國(guó)外九十年代初水平，為形成獨(dú)立自主的散熱器用管材研究開(kāi)發(fā)體系奠定基礎(chǔ)。
1．3本課題擬訂的解決問(wèn)題
由于資金和技術(shù)限制的諸多原因，開(kāi)發(fā)新型的散熱器、改革加工手段都是不現(xiàn)實(shí)的。那么可以考慮改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品構(gòu)件、加工精度、加工工藝的優(yōu)化。從中間過(guò)程中進(jìn)一步的提高散熱器的技術(shù)整裝水平，降低制造成本，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1．4解決方案和預(yù)期效果
1.4.1解決方案
散熱器在限定的空間內(nèi)應(yīng)具有足夠的散熱性能和較長(zhǎng)的使用壽命，所以整個(gè)散熱器總成必須降低原材料消耗，改善生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)薄壁、輕型、高效。改進(jìn)總體設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)主要是銅管串片、框架等，改進(jìn)設(shè)計(jì)銅管串片的成型模具。采用新型材料提高散熱器的工作能力，應(yīng)用的制造技術(shù)，以此提高散熱器的耐高溫性能，散熱性能和強(qiáng)度也隨之大幅度提高。
1.4.2預(yù)期結(jié)果
對(duì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和模具的部分改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)新的加工工藝：散熱器所用材料厚度將更薄，從現(xiàn)在的平均0.3mm降低到0.265mm，甚至更低，這不但可以減少材料的消耗，更可以提高散熱器的散熱效果；通過(guò)結(jié)構(gòu)方面的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，加上散熱器框架，鋁質(zhì)散熱器強(qiáng)度將進(jìn)一步提高；產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化程度將進(jìn)一步提高，產(chǎn)品的可靠性和耐久性進(jìn)一步提高。
2散熱器總體設(shè)計(jì)
2.1散熱器簡(jiǎn)介
散熱器是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑與空氣進(jìn)行熱交換的換熱設(shè)備, 其作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)冷卻液從高溫零件所吸收的熱量散發(fā)到空氣中, 其性能的好壞直接影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果, 進(jìn)而對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性會(huì)有很大影響。如果散熱能力太小, 發(fā)動(dòng)機(jī)零件會(huì)過(guò)熱變形 ( 甚至?xí)沽慵p壞) , 降低發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械強(qiáng)度和剛度, 破壞潤(rùn)滑油膜, 汽油機(jī)中的高溫可燃混合氣常常會(huì)產(chǎn)生早燃或爆燃, 導(dǎo)致不正常工作; 如果冷卻水的工作溫度高于沸騰溫度, 將會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)“開(kāi)鍋”現(xiàn)象, 這些都會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降; 如果散熱器散熱能力過(guò)高, 將熱量過(guò)多地散發(fā)到大氣中去, 就必然要損耗一部分熱能, 影響汽車(chē)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。并且機(jī)油在低溫時(shí)黏度增高, 零件運(yùn)動(dòng)的摩擦阻力增加, 輸出功率減少, 影響汽車(chē)的動(dòng)力性。因此, 設(shè)計(jì)和使用優(yōu)良的散熱器是保障汽車(chē)良好運(yùn)行的必要條件。隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和功率的不斷提高, 熱負(fù)荷也越來(lái)越高, 對(duì)冷卻系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高, 人們對(duì)包括散熱器在內(nèi)的冷卻系統(tǒng)的研究越加重視, 新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn),使得汽車(chē)散熱器正朝著輕型、高效、經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。
2．2散熱器的結(jié)構(gòu)
汽車(chē)水冷發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進(jìn)水室和出水室三部分組成。冷卻液在散熱器內(nèi)流動(dòng), 空氣從散熱器外高速流過(guò), 冷卻液和空氣通過(guò)散熱器芯部進(jìn)行熱量交換。目前, 汽車(chē)散熱器的結(jié)構(gòu)形式可分為直流型（見(jiàn)圖2-1）和橫流型（見(jiàn)圖2-2）兩大類(lèi)。
圖2-1 直流式散熱器
1散熱器 2上水室 3下水室 4散熱器芯子
散熱器芯部的結(jié)構(gòu)形式主要有管片式和管帶式兩大類(lèi)。管片式散熱器里面是由許多細(xì)的冷卻管和散熱片構(gòu)成, 冷卻管大多采用扁圓形截面, 以減小空氣阻力, 增加傳熱面積。管帶式散熱器是由波紋狀散熱帶和冷卻管相間排列經(jīng)焊接而成。與管片式散熱器相比, 管帶式散熱器在同樣的條件下散熱面積可以增加12% 左右, 另外散熱帶上開(kāi)有擾動(dòng)氣流的類(lèi)似百葉窗的孔, 以破壞流動(dòng)空氣在散熱帶表面上的附著層, 提高散熱能力。開(kāi)百葉窗波狀帶的散熱器傳熱效率同普通平片散熱片相比可提高160%。
圖2-2橫流式散熱器
1散熱器蓋 2汽液分離器 3進(jìn)水管
4自動(dòng)變速器掖壓冷卻器 5放水塞 6放水口 7出水口
2．3散熱器的芯子結(jié)構(gòu)形式
散熱器芯子是散熱器的核心部分, 起主要的散熱作用。散熱器芯子由散熱管、散熱片或散熱帶、上下主片等組成。由于它具有足夠的散熱面積, 因此能保證將必須的熱量從發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)到周?chē)拇髿庵腥?。而且散熱器芯子是用極薄的導(dǎo)熱性能好的金屬及其合金制造的, 能使散熱器芯子以最小的質(zhì)量和尺寸達(dá)到最高的散熱效果。
散熱器芯子的結(jié)構(gòu)有多種, 如管片式、管帶式、細(xì)胞式、管芯式等等。常見(jiàn)的多為管片式和管帶式。如圖（2-3）所示常見(jiàn)的多為管片式和管帶式。
a b
C d
圖2-3 a管片式 b管帶式 c細(xì)胞式 d管芯式
對(duì)于管片式散熱芯子, 它是由許多散熱管和散熱片組成。散熱管的外面串裝了許多薄的金屬平片散熱片。空氣在平行的散熱片及散熱管的外表面所形成的風(fēng)道中通過(guò), 從而使散熱管內(nèi)流動(dòng)的冷卻液得到冷卻。管片式散熱器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好, 且可以少使塵埃、油污等堵塞芯部。故多用于震動(dòng)較大、工況惡劣的載重車(chē)上。而對(duì)于管帶式散熱芯子, 它是由波紋狀的散熱帶和散熱管相間排列構(gòu)成的。而且在散熱帶上一般開(kāi)有許多類(lèi)似百葉窗的孔, 以破壞空氣流在散熱帶表面上的附著層, 提高散熱能力。這種散熱器的芯子與管片式相比, 散熱能力較高, 制造工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、成本低, 但結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不如管片式好, 因此多用于小客車(chē)及轎車(chē)。
管帶式散熱器可以采用單列、雙列或多列散熱管, 后者可以在有限的空間尺寸內(nèi)獲得更好的冷卻效果。例如, 夏利型轎車(chē), 原來(lái)采用的是單列直流式散熱器, 由于我國(guó)地域廣大, 氣候條件及路況的差別也很大。該車(chē)型在南方地區(qū)明顯感覺(jué)散熱器的散熱能力不足。為此, 在保證原裝配位置的情況下, 將其單列散熱管改成雙列散熱管的結(jié)構(gòu), 使其在散熱面積增加的情況下, 散熱量提高了, 從而滿(mǎn)足了正常使用要求?，F(xiàn)代汽車(chē)上, 隨著發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的提高, 熱負(fù)荷也日益增加此外, 在采用自動(dòng)變速箱時(shí), 自動(dòng)變速箱時(shí)所用的機(jī)油也需要冷卻。所以在冷卻系內(nèi)需增加油一水交換器。這樣, 就增加了散熱器所要提供的散熱量, 所以, 雙列或多列的管帶式散熱器在現(xiàn)代轎車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用日益增多。同一系列的轎車(chē), 在采用手動(dòng)變速箱時(shí), 裝單列冷卻管帶式散熱器即可滿(mǎn)足散熱要求, 而采用自動(dòng)變速箱時(shí), 則需裝用雙列冷卻管帶式散熱器同時(shí), 也可以采用改變散熱帶的波峰節(jié)距的方法,來(lái)增加散熱器的散熱面積, 提高散熱能力, 以滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱的散熱要求。夏利轎車(chē)的鋁塑結(jié)構(gòu)的散熱器就采用的是這種方式。對(duì)于采用自動(dòng)變速箱的散熱器來(lái)說(shuō), 是將機(jī)油冷卻器安裝在散熱器下水室內(nèi), 通過(guò)冷卻液的循環(huán)對(duì)變速箱內(nèi)的機(jī)油進(jìn)行冷卻。當(dāng)然, 也可以采用獨(dú)立的機(jī)油冷卻器來(lái)解決變速箱內(nèi)機(jī)油的冷卻問(wèn)題。
對(duì)于細(xì)胞式芯子及管芯式的散熱器, 因工藝的特殊性, 不被廣泛應(yīng)用。
由于YC550散熱器用于重型拖拉機(jī)，因此YC550散熱器選用管片式結(jié)構(gòu)。
2．4散熱器對(duì)材料的要求
傳熱系數(shù)是評(píng)價(jià)散熱器散熱性能的重要參數(shù), 散熱器材料的導(dǎo)熱性能和焊接質(zhì)量對(duì)其影響很大。散熱器的工作條件惡劣, 一般位于汽車(chē)前端迎風(fēng)處, 不僅要經(jīng)受風(fēng)吹雨淋和汽車(chē)廢氣的污染, 還要承受反復(fù)的熱循環(huán)和周期性的振動(dòng)。另外, 散熱器內(nèi)長(zhǎng)期流動(dòng)著冷卻液對(duì)散熱器有銹蝕及腐蝕作用。因此, 為保證散熱器可靠地發(fā)揮散熱作用, 對(duì)其材料性能有如下要求: 必須具有良好的導(dǎo)熱性能, 具有一定的強(qiáng)度和較強(qiáng)的耐腐蝕性, 具有良好的加工性能及釬焊性能, 具有良好的經(jīng)濟(jì)性。
2．5散熱器的設(shè)計(jì)
2．5．1散熱器的作用
如圖2-4 所示, 汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)由散熱器2 、風(fēng)扇4 、水泵5 、節(jié)溫器6 、進(jìn)水管及出水管等組成。冷卻系統(tǒng)的作用是: 疏散發(fā)動(dòng)機(jī)各零件的熱量,使這些零件的溫度保持在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所許可的范圍內(nèi)。因發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí), 燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械功, 輸出功率; 另一部分則使發(fā)動(dòng)機(jī)中直接與燃?xì)饨佑|的零件( 如活塞、氣缸、氣缸蓋和進(jìn)排氣門(mén)等) 強(qiáng)烈加熱。如這些零件長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)熱和不均勻受熱, 將使材料的機(jī)械性能下降, 破壞了機(jī)件間的正常間隙,并使?jié)櫥透邷胤纸饣驘? 失去潤(rùn)滑能力,引起零件加速磨損,甚至卡死等嚴(yán)重事故。散熱器是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件,其作用是將由冷卻循環(huán)水帶出的發(fā)動(dòng)機(jī)各零件的熱量散發(fā)到空氣中, 其質(zhì)量直接影響著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。
圖2-4發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)式水冷系示意圖
1百葉窗 2散熱器 3加水口蓋 4風(fēng)扇 5水泵
6節(jié)溫器 7水溫表 8水套 9分水管 10放水閥
2．5．2散熱器的構(gòu)造
散熱器的構(gòu)造如圖2-5所示。其主要組成部分為上水室2 、下水室7 、加水口蓋3 、側(cè)板8 、支架6和散熱器芯。在上、下水室上分別焊有進(jìn)、出水管,以便于與進(jìn)、出水軟管聯(lián)接, 在上水室上還焊有加水口管,用于向散熱器中注入冷卻水,平時(shí)管口用加水口蓋蓋住, 在下水室上通常都裝有放水閥門(mén)。側(cè)板加強(qiáng)了散熱器的強(qiáng)度, 又將用于與外部連接的支架與其它構(gòu)件連為一體。
散熱器芯是散熱器的核心部件, 是散熱器的主要散熱元件。散熱器芯的構(gòu)造型式有多種, 但管帶式散熱器芯以其散熱能力強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛地應(yīng)用。如圖2-5 所示, 管帶式散熱器芯是由波紋狀的散熱帶5與冷卻管4 相間排列著, 冷卻管的兩端分別插入上、下水室主片1 的扁孔中,外側(cè)的散熱帶被兩片附側(cè)板9 所夾持經(jīng)釬焊而成。
圖2-5散熱器
1主片 2上水室 3加水口蓋 4冷卻管
5散熱帶 6支架 7下水室 8側(cè)板 9附側(cè)板
2．5．3散熱器散熱效果的調(diào)節(jié)
發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻必須適度。若冷卻強(qiáng)度不足,將出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象,水箱中的水溫將升至沸點(diǎn),水蒸氣大量蒸發(fā),發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率低,油耗大,同時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的零件也會(huì)因潤(rùn)滑不良而加速磨損。若冷卻強(qiáng)度過(guò)強(qiáng),將出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象,一方面由于熱量散失過(guò)多,使轉(zhuǎn)變成有用功的熱量減少, 另一方面, 由于混合氣體與冷氣缸壁接觸而凝結(jié)并流到曲軸箱內(nèi),不僅增加了燃油消耗,且使機(jī)油變稀而影響潤(rùn)滑,結(jié)果也將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降,磨損加劇。在氣缸蓋內(nèi)的冷卻水溫為80～90 ℃之間時(shí), 散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配最好。
使用條件( 如汽車(chē)速度、負(fù)荷和環(huán)境溫度等)對(duì)散熱器的散熱效果有很大的影響。為使散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)很好地匹配, 可以改變通過(guò)散熱器的空氣流量和改變通過(guò)散熱器的冷卻水流量的方法來(lái)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度。通常利用百頁(yè)窗和各種自動(dòng)風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)改變通過(guò)散熱器的空氣流量, 而使用節(jié)溫器或者支路循環(huán)來(lái)控制通過(guò)散熱器冷卻水的流量。
2．5．4散熱器散熱面積的計(jì)算
設(shè)計(jì)散熱器時(shí)一般是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在某一常用工況下能得到可靠的冷卻而設(shè)計(jì)。散熱器的散熱面積是散熱器的一個(gè)主要技術(shù)指標(biāo), 它對(duì)散熱器的散熱效果有著至關(guān)重要的影響, 在散熱器的的設(shè)計(jì)參數(shù)中, 對(duì)散熱器的散熱面積都有明確的要求。
散熱器的散熱面積由散熱帶的散熱面積( 雙面) 、冷卻管的散熱面積、上、下水室及其主片以及附側(cè)板的散熱面積等組成。由于附側(cè)板的材料為08F 鋼板,其導(dǎo)熱性較散熱帶和冷卻管的材料紫銅差很多,又由于附側(cè)板和上、下水室及其主片的面積占整個(gè)散熱器的散熱面積的比例很小, 計(jì)算又復(fù)雜,所以在實(shí)際計(jì)算散熱器的散熱面積時(shí)只計(jì)算散熱帶和冷卻管的散熱面積, 而后給一修正系數(shù)對(duì)其值進(jìn)行修正, 以使計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況更相符。
（1）散熱器迎風(fēng)面積Sz
公式 Sz=LB
式中：
L——散熱器兩主片間的距離，單位為m；
B——散熱器的長(zhǎng)度（指管片式），單位為m；
根據(jù)散熱管尺寸確定其類(lèi)型為D-4-160型
式中 L取0.23m
B取0.54m
該散熱器的迎風(fēng)面積為 0.1242mm2，
（2）散熱器散熱面積Fa
公式 Fa=2（AB-Nt'h'）n+2(t'+h')(L-nδ)N
式中：
n——散熱片片數(shù)；
N——散熱管根數(shù)；
A——散熱片寬度，單位為m；
B——散熱片長(zhǎng)度，單位為m；
t'——散熱管截面外形長(zhǎng)度，單位為m；
h'——散熱管截面外形寬度，單位為m；
L——散熱管有效長(zhǎng)度，即兩主片間的距離，單位為m；
δ——散熱片厚度，單位為m；
式中 n取160；
N取72；
A取0.43m；
B取0.436m；
t'取0.016m；
h'取0.0022m；
L取0.0223；
δ取0.00015；
Fa=21.845m2
（3）散熱器水通道面積
公式 Sw=htN+t2π/8
式中：
h——散熱管橫截面內(nèi)側(cè)長(zhǎng)邊直線段長(zhǎng)度，單位為m；
t——散熱管橫截面內(nèi)側(cè)寬度，單位為m；
N——散熱管根數(shù)；
根據(jù)JB/T8 577-2005《內(nèi)燃機(jī)水散熱器技術(shù)條件》
有：一般散熱管尺寸t=2~3mm，h=15~20mm，管壁厚度δ=0.15~0.20mm，水管正面節(jié)距為7~15mm。沿深度方向的節(jié)距為17~25mm，散熱片的厚度為0.08~0.2mm。散熱片的節(jié)距為2.3~4.5mm。
式中 h取0.013m
t取0.0022m
N為160
計(jì)算得水通道面積為0.004576m2
2.4散熱器的材料和成型技術(shù)
2.4.1散熱器材料選擇論述
在選擇散熱器的材料時(shí), 主要考慮以下幾點(diǎn)傳熱性能好、抗腐蝕能力強(qiáng)、具有足夠的強(qiáng)度、有良好的釬焊性能、易于加工成型及好的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)以上要求, 散熱器行業(yè)一直以銅及銅合金作為制造散熱器的主要材料。銅散熱器的散熱管的材料一般采用H90黃銅帶, 其厚度為0.01—0.20mm。管片式散熱器散熱片的材料一般采用H62、H68黃銅帶, 其厚度為0.08一0.10mm，在強(qiáng)度允許的情況下, 散熱帶的材料厚度允許做到0.045mm。
散熱器在限定的空間內(nèi)應(yīng)具有足夠的散熱性能和較長(zhǎng)的使用壽命,所以整個(gè)散熱器總成必須降低原材料消耗,改善生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu),降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)薄壁、輕型、高效。在焊接部位,應(yīng)采取擴(kuò)大焊接面積的方法來(lái)降低應(yīng)力,如主片和水室采用雙面焊接的窄溝槽形式,盡可能減小壁厚,不容許采用增加壁厚的方法來(lái)提高總成強(qiáng)度。如散熱器的主片和水室的壁厚應(yīng)控制在0. 6～0. 8 mm 范圍內(nèi),冷卻管的料厚應(yīng)在0. 11～0. 13 mm 范圍內(nèi),散熱帶的厚為0. 043～0. 06 mm。銅散熱器的料厚如超過(guò)上述值會(huì)使成本增加,但強(qiáng)度提高不大。
采用低錫焊料、有機(jī)焊劑和高效率的氮?dú)獗Ｗo(hù)硬釬焊工藝,生產(chǎn)銅、鋁散熱器是今后發(fā)展的趨勢(shì)。以鋁代銅可以進(jìn)一步減小散熱器質(zhì)量,特別是硬釬焊生產(chǎn)的鋁散熱器可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)總成等強(qiáng)度,極大地提高散熱器的可靠性。
采用裝配式鋁散熱器,是為了降低污染和減小鋁材料焊接困難而采用的工藝。雖然目前部分產(chǎn)品仍采用該結(jié)構(gòu),但風(fēng)阻過(guò)大,最有前景的結(jié)構(gòu)是散熱器芯體采用焊接生產(chǎn)的鋁芯體或銅芯體;水室為增強(qiáng)尼龍注塑成型;水室與芯體通過(guò)主片邊緣凹凸部分反扣壓在水室周邊上,使散熱器主片與水室周邊間密封墊受壓變形,以達(dá)到密封效果。這種散熱器的冷卻液流動(dòng)方向多為左、右方向流動(dòng)的橫流式。
目前,從世界范圍來(lái)看,銅散熱器和鋁散熱器占有同樣地位。隨著銅、磷、錫、鎳焊接技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和完善,以及銅材退火溫度的提高,有可能沿用現(xiàn)有的鋁材釬焊設(shè)備和工藝,生產(chǎn)出等強(qiáng)度、高強(qiáng)度、高耐腐蝕性的銅散熱器,克服軟釬焊工藝生產(chǎn)的銅散熱器強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。硬釬焊的鋁散熱器隨著原材料生產(chǎn)工藝的提高將逐步增多,可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)總成等強(qiáng)度,從而大幅度提高散熱器的使用壽命。
綜上所述，銅散熱器的主片、水室、進(jìn)出水管、加水口等零件的材料一般采用H62或H68黃銅, 其厚度為0.5一1.5mm。
2．4．2常用散熱材料
目前，常用的散熱器材料主要有銅、鋁和工程塑料等。
（1）銅
銅是重要的有色金屬，也是導(dǎo)熱性能最好的金屬材料，具有良好的成型加工性、可釬焊性和耐蝕性，長(zhǎng)期以來(lái)一直作為汽車(chē)散熱器的首選材料。
銅的資源和價(jià)格問(wèn)題一直是困擾散熱器應(yīng)用的主要原因，銅的消耗量日益增加，但因銅的儲(chǔ)量有限，隨著消耗量的不斷上升，價(jià)格居高不下，因而銅散熱器的成本一直難以大幅度下降。
由于汽車(chē)散熱器惡劣的工作環(huán)境和冷卻液的長(zhǎng)期腐蝕，避免銅直接與腐蝕性物質(zhì)接觸，延長(zhǎng)其工作壽命，一般要在銅散熱器的表面上覆蓋錫保護(hù)層，但這樣卻會(huì)影響銅散熱器的散熱效率。錫的導(dǎo)熱系數(shù)為0.157（cm*s*℃）,j僅為銅的16.7%，使散熱性能大幅度下降。
今年來(lái)，為了進(jìn)一步提高銅散熱器的性能，對(duì)傳統(tǒng)的銅錫散熱器采取了許多改進(jìn)措施。如在材質(zhì)方面和加工工藝方面盡可能提高材料利用率，采取向銅中添加微量元素的方法，在不損失導(dǎo)熱性的前提下，提高其強(qiáng)度和軟化點(diǎn)，從而減薄帶材的厚度，節(jié)省材料用量，以減輕散熱器的質(zhì)量和降低成本。但由于采用銅作原料，并未從根本上解決材料來(lái)源問(wèn)題。
（2）鋁
隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)等方面的原因?qū)ζ?chē)輕量化的要求越來(lái)越迫切。汽車(chē)材料的發(fā)展趨勢(shì)是輕量化、高性能和強(qiáng)功能，散熱器材料也是這樣。人們一直在尋找價(jià)格低廉、性能優(yōu)良的材料來(lái)取代銅。近十幾年來(lái)，散熱器新材料的應(yīng)用有了很大的進(jìn)展，尤其是在鋁散熱器方面發(fā)展速度很快。
鋁是汽車(chē)工業(yè)使用較多的金屬材料，也是汽車(chē)輕量化的首選材料。鋁的最大優(yōu)勢(shì)是質(zhì)量輕，比重僅為銅的三分之一，相同體積情況下，質(zhì)量可以大大降低；鋁資源遠(yuǎn)較銅豐富，成本也遠(yuǎn)低于銅；雖然鋁的熱傳導(dǎo)率較銅低，僅為銅的60%，但由于銅散熱器存在熱傳導(dǎo)率更低的錫保護(hù)層，使得鋁散熱器的熱效率反而要高于銅散熱器；另外，鋁還有良好的鑄造加工性能。雖然鋁散熱器具有質(zhì)量輕、原料成本低、散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其焊接工藝性差、生產(chǎn)設(shè)備投入大是長(zhǎng)期難以解決的問(wèn)題，限制了鋁散熱器的廣泛應(yīng)用。
目前，鋁散熱器比較成熟的生產(chǎn)工藝有兩種：一種是機(jī)械裝配式，此種形式生產(chǎn)的散熱器冷卻水管是圓形或橢圓形，采用機(jī)械壓制而成"生產(chǎn)成本較低，但是由于這種工藝受自身形狀的局限性，工作效率不高；另外一種是釬焊式，這種形式生產(chǎn)的冷卻水管是扁狀的，不受散熱器自身幾何形狀的限制，采用焊接一次成型，工作效率高。
（3）工程塑料
為了減輕質(zhì)量，提高耐腐蝕性和節(jié)約有色金屬，許多新材料開(kāi)始應(yīng)用在散熱器上。在實(shí)際應(yīng)用中，散熱器上下水室材料逐漸由工程塑料取代了銅材。常用的是用加入玻璃纖維的尼龍66（PA66）注塑加工成散熱器的水室，并以機(jī)械方式與散熱器芯部接合裝配，通過(guò)橡膠密封圈使接合面上達(dá)到良好密封，同時(shí)還起防振作用。另外，尼龍66具有非常優(yōu)良的耐腐蝕性，對(duì)散熱器十分有利；良好的可塑性使得散熱件輕巧而美觀；耐高溫性可使散熱器的底盤(pán)保持完好而不會(huì)產(chǎn)生任何彎曲，不會(huì)減少散熱器的氣體流動(dòng)。
2.4.3散熱器制造新技術(shù)——銅硬釬焊新技術(shù)
鋁散熱器發(fā)展速度很快，優(yōu)勢(shì)突出，但其制造工藝過(guò)程復(fù)雜、對(duì)工作環(huán)境要求苛刻，并對(duì)環(huán)境造成一定的破壞，耐腐蝕性差，特別是在高溫下工作，如汽車(chē)中冷器工作溫度較高，鋁制中冷器容易出現(xiàn)蠕變和疲勞等材料問(wèn)題，進(jìn)而影響性能甚至引起故障。為了降低汽車(chē)尾氣排放，廢氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)被廣泛采用，然而EGR技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用會(huì)使整個(gè)汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)發(fā)生變化，對(duì)散熱器的耐高溫性能、散熱性能和強(qiáng)度的要求也隨之大幅度提高，而目前普遍使用的鋁制散熱器很難滿(mǎn)足這些要求。正是由于這些原因，20世紀(jì)90年代末，國(guó)際銅業(yè)協(xié)會(huì)（ICA）開(kāi)發(fā)出最新的汽車(chē)散熱器制造新技術(shù)——銅硬釬焊散熱器生產(chǎn)技術(shù)，并由奧托昆普公司實(shí)施，由此開(kāi)創(chuàng)了汽車(chē)散熱器制造技術(shù)的新時(shí)代。
銅硬釬焊技術(shù)通過(guò)采用特殊的銅、錫和磷的釬焊合金,將黃銅和紫銅分別制成管和散熱帶釬焊成一個(gè)整體———即散熱器和熱交換器。銅硬釬焊技術(shù)的核心是無(wú)焊劑、無(wú)鉛焊合金以及抗退火材料。其工作原理是用奧托昆普公司開(kāi)發(fā)的銅硬焊金屬填料OKC600 在高溫590～610 ℃時(shí)熔化,依靠金屬毛細(xì)管的作用力,流入焊接間隙,與母體材料(抗退火銅材)發(fā)生反應(yīng),在交界處形成合金金屬連續(xù)體,構(gòu)成高強(qiáng)度的金屬一體化結(jié)構(gòu)。
2．5銅硬釬焊技術(shù)
2．5．1銅硬釬焊散熱器的工藝原理
銅硬釬焊工藝核心是無(wú)焊劑、無(wú)鉛釬焊合金以及抗退火材料。其工藝技術(shù)的原理是：用OKCCuNiSnP銅釬填料（金屬粉末所加工的焊膏，奧托昆普技術(shù)專(zhuān)利US-Patent5378294）在590~610℃時(shí)熔化，依靠金屬毛細(xì)管作用力流入焊接間隙，與母體材料（抗退火銅材）發(fā)生反應(yīng)，在交界處形成合金金屬連續(xù)體。
2．5．2銅硬釬焊散熱器的主要材料
奧托昆普所用銅材的主要性能如表2-1 所列。
散熱管材料是由85%銅和1%合金元素（余量為鋅）組成的CuZn15銅制品。
散熱帶材料是一種彌散強(qiáng)化型合金，可防止材料在釬焊時(shí)軟化，在焊接過(guò)程中能夠達(dá)到較高的傳導(dǎo)率。
主片采用含銅64%的銅合金。
填料采用奧托昆普公司開(kāi)發(fā)的銅硬釬焊金屬填料OKC600。該填料是一種無(wú)毒性的CuNiSnP合金，主要成分為75%Cu、5%P、15%Zn、5%Ni。熔化溫度為600±10℃。
表2-1奧托昆普銅材的主要性能
性能
波浪帶銅SM502（釬焊后）
管料黃銅SM2385、C66420（釬焊后）
主片料SM2464、C74400（釬焊后）
電傳導(dǎo)率/%
92
30
屈服強(qiáng)度/N*mm-2
260
270
105
抗拉強(qiáng)度/N*mm-2
330
400
340
硬度HV
100
115
67
延伸率A50/%
10
30
熔點(diǎn)/℃
1083
1000—1025
910—930
密度/kg*m-3
8900
8750
8500
2．5．3銅硬釬焊散熱器的優(yōu)越性
銅硬焊散熱器具有鋁散熱器不可替代的優(yōu)點(diǎn):
（1） 銅硬釬焊技術(shù)使用極薄的銅合金材料,與冷卻液接觸的管料采用銅帶經(jīng)激光焊接而成,厚度僅有0. 085 mm;與空氣接觸的帶料采用導(dǎo)熱性能好,強(qiáng)度高、軟化點(diǎn)高的高銅合金,璧厚僅有0. 025～0. 03mm。雖然銅的比重較鋁大,但銅加工成極薄型材料,可以減少用材,降低質(zhì)量和成本。
（2 ）銅硬釬焊工藝采用無(wú)鉛低溫焊接,不需要使用焊劑,焊接溫度容易控制(熔點(diǎn)溫度允差范圍大) ,焊接速度快,成品率高。由于工藝中省卻了危害環(huán)境的去油工序,且生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)需清洗,因而不會(huì)產(chǎn)生廢水、毒氣等有害物質(zhì),改善了工作環(huán)境,減少了污染。用這種工藝生產(chǎn)的銅散熱器一旦報(bào)廢后,還可以100 %地完全回收,再次用于制作新散熱器。因此,銅硬釬焊技術(shù)是一種既能降低成本又可保護(hù)環(huán)境的新工藝、新技術(shù)。
（3） 銅硬釬焊散熱器使用的材料與釬焊合金擁有幾乎相等的惰性,使產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)降至最小。釬焊合金OKC600 (CuNiSnP) 對(duì)管子來(lái)說(shuō)也是一種保護(hù)涂層。銅硬釬焊散熱器一般說(shuō)來(lái)比錫焊銅/黃銅散熱器有更高的抗腐蝕能力,并且與鋁散熱器相比更有競(jìng)爭(zhēng)力:鋁散熱器更傾向于局部腐蝕形式,而對(duì)于銅硬釬焊散熱器,腐蝕形式通常是均等的,不會(huì)產(chǎn)生局部腐蝕。
4銅硬釬焊工藝不需要使用焊劑，不需要進(jìn)行前后期清洗，采用無(wú)鉛低溫錫焊，改善了工作環(huán)境，污染小材料的回收和再生產(chǎn)利用率高。
2．5．4銅硬釬焊散熱器工藝技術(shù)的應(yīng)用推廣
經(jīng)世界許多企業(yè)的實(shí)踐證明，銅硬釬焊工藝技術(shù)能在客車(chē)、載貨車(chē)和工程機(jī)械的散熱器、暖風(fēng)機(jī)、機(jī)油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產(chǎn)品生產(chǎn)中發(fā)揮巨大的優(yōu)勢(shì)。
目前Astor Air公司生產(chǎn)的銅硬釬焊散熱器系統(tǒng)已經(jīng)在公共汽車(chē)、載貨車(chē)和其它工程設(shè)備中得到應(yīng)用；日本NAJICO公司于2000年10月開(kāi)始全面生產(chǎn)管帶式銅硬釬焊散熱器。在國(guó)內(nèi)，第一汽車(chē)集團(tuán)公司首先將在新型載貨汽車(chē)上試用。采用世界先進(jìn)的的銅散熱器硬釬焊生產(chǎn)工藝技術(shù)，使我國(guó)汽車(chē)散熱器的制造上了一個(gè)新的臺(tái)階。
2．6技術(shù)要求
（1）散熱器產(chǎn)品按經(jīng)規(guī)定程序批準(zhǔn)的產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件制造。
（2）散熱器的散熱管、主片和水室所采用的材料在水中應(yīng)有耐腐蝕性或經(jīng)過(guò)防腐處理。
（3）密封性能：散熱器內(nèi)腔通人壓力為125kPa的干燥壓縮空氣，歷時(shí)lmin不允許泄漏。
（4）耐振性能：散熱器內(nèi)腔充滿(mǎn)清水，在20Hz，30Hz，40Hz，50Hz頻率下各振動(dòng)3h，共振動(dòng)12h，振動(dòng)方向?yàn)榇怪鄙舷隆Ｍ瓿?2h振動(dòng)后不允許出現(xiàn)泄漏和零件損壞。
（5）耐壓力交變循環(huán)性能：對(duì)散熱器內(nèi)腔施加從25kPa以下上升到150kPa的交變壓力，壓力交變周期為Is-6s.散熱器經(jīng)3X104次壓力循環(huán)后，不允許出現(xiàn)泄漏、脫焊和永久變形現(xiàn)象.
（6）耐熱沖擊性能：散熱器經(jīng)3000次950C - 10'C- -95`C 溫度交變循環(huán)后，不允許出現(xiàn)泄漏和零件損壞。
（7）靜壓強(qiáng)度：對(duì)散熱器內(nèi)腔施加250kPa靜壓，歷時(shí)5min，不允許出現(xiàn)泄漏和永久性變形.
（8）耐腐蝕性：散熱器經(jīng)200h中性鹽霧腐蝕后，不允許出現(xiàn)泄漏及涂層剝落。
（9）散熱量及空氣阻力：散熱器的散熱量及空氣阻力應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣或供貨協(xié)議的規(guī)定，
（10）換熱效率：在散熱器芯部水流速為0.8m/s、空氣流速為8m/s、進(jìn)水溫度比進(jìn)氣溫度高60℃時(shí)，脹接式散熱器和軟釬焊管片式散熱器的換熱效率不得小于0.40，軟釬焊管帶式散熱器的換熱效率不得小于0.50，硬釬焊散熱器的換熱效率不得小于0.60。
（11）每只散熱器被堵塞的散熱管數(shù)不得超過(guò)其散熱管總數(shù)的1%.
（12）散熱器芯子兩對(duì)角線的長(zhǎng)度差：芯子對(duì)角線長(zhǎng)度小于或等于800mm時(shí)，對(duì)角線長(zhǎng)度差值應(yīng)小于或等于3mm;對(duì)角線長(zhǎng)度大于800nmm時(shí)，對(duì)角線長(zhǎng)度差值應(yīng)小于或等于5mm。
（13）散熱器散熱片片數(shù)或波峰數(shù)：管帶式散熱器散熱片總片數(shù)應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣規(guī)定，其偏差不得超過(guò)產(chǎn)品圖樣規(guī)定總片數(shù)的士1%;管帶式散熱器每條散熱帶的波峰數(shù)應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣規(guī)定，其偏差為士2個(gè)。
（14）散熱器散熱片的片距或散熱帶的波峰距：管片式散熱器散熱片的片距偏差應(yīng)保持0.2mcn以?xún)?nèi)，不允許兩片壓合在一起;管帶式散熱器散熱帶的波峰距偏差應(yīng)保持在0.5mm以?xún)?nèi)。
（15）在散熱器兩大側(cè)面處的散熱片(帶)，不允許有卷曲、倒伏。
（16）在散熱器兩大側(cè)面處的散熱片(帶)，相互參差不允許大于lmma
（17）在散熱器兩大側(cè)面處的散熱片(帶)，不允許有邊緣碎裂。
（18）散熱器與主機(jī)的裝配尺寸應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣的規(guī)定。
（19）散熱器復(fù)式加水口蓋的進(jìn)、出氣閥的開(kāi)啟壓力應(yīng)符合產(chǎn)品圖樣的規(guī)定。
（20）散熱器加水口與加水口蓋的配合尺寸應(yīng)符合產(chǎn)品圖祥的技術(shù)要求。
（21）散熱器的所有焊縫不允許有明顯的焊料堆積.
（22）散熱器內(nèi)部不允許有游動(dòng)的固體殘留物。
（23）散熱器外表防腐層應(yīng)均勻美觀，不允許有涂層脫落現(xiàn)象。
3結(jié)論
本次設(shè)計(jì)的散熱器的原型是新島公司現(xiàn)有的YC550型柴油拖拉機(jī)散熱器，此型號(hào)散熱器屬于型號(hào)較小，運(yùn)用于較小功率的工況。其總體結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，本設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有做大的修改，主要是對(duì)其制造材料和加工工藝進(jìn)行先進(jìn)性的理論上的論證改進(jìn)。
目前的散熱器制造打都采用銅或者鋁導(dǎo)熱性比較高的金屬材料，在以上已經(jīng)對(duì)兩種材料各自的特點(diǎn)，適用熱性進(jìn)行了闡述和論證。最后，此設(shè)計(jì)仍然采用了銅作為主材料，加以用鋁材以達(dá)到降低重量，提高產(chǎn)品使用壽命的目的。
主要的改進(jìn)方面在于加工工藝，也就是采用銅硬釬焊新技術(shù)的加工工藝，這是一項(xiàng)比較新的焊接工藝，而且很適合用于散熱器這樣的大量使用鈑金件成型的機(jī)械產(chǎn)品。引進(jìn)這樣的技術(shù)可以在降低制造成本的同時(shí)大大地提高產(chǎn)品壽命，延長(zhǎng)使用壽命。
國(guó)外轎車(chē)配套的散熱器多為鋁散熱器，普遍采用裝配式，主要是從保護(hù)環(huán)境的角度來(lái)考慮(尤其是歐美國(guó)家)。在歐洲新型的轎車(chē)中，鋁散熱器占有的比例平均為64%。從我國(guó)汽車(chē)散熱器生產(chǎn)的發(fā)展前景看，硬釬焊生產(chǎn)的鋁散熱器逐漸增多，其發(fā)展前景將超過(guò)裝配式的鋁散熱器并取而代之。硬釬焊工藝生產(chǎn)的銅散熱器也在公共汽車(chē)、載貨汽車(chē)和其它工程設(shè)備上得到應(yīng)用。
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[12] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).國(guó)家車(chē)用散熱器設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn). [S]
致謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年所學(xué)各項(xiàng)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次全面考驗(yàn)，它也是對(duì)即將走向社會(huì)的我們的進(jìn)行的一次有效的訓(xùn)練?；仡欉@場(chǎng)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺(jué)得我獲益菲淺。我的課題是一個(gè)設(shè)計(jì)類(lèi)的課題，對(duì)于現(xiàn)有產(chǎn)品要充分的了解掌握清楚，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行圖紙的CAD描述，對(duì)其中各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的匹配考慮，然后又要考慮的對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理化，尋找分析符合實(shí)際生產(chǎn)的加工工藝改進(jìn)，這對(duì)像我這樣基礎(chǔ)不太扎實(shí)的學(xué)生是有一定困難的，只有本人經(jīng)歷過(guò)才知道。所以我認(rèn)為這次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了我很多方面的能力，它使我面對(duì)困難不退縮，勇于克服困難。
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的開(kāi)始到結(jié)束一直得到老師和新島公司技術(shù)員的指導(dǎo)和幫助，使我能得以順利完成并學(xué)到了很多知識(shí)，我想這對(duì)我以后走上社會(huì)工作崗位會(huì)有很大幫助。在此我謹(jǐn)表示我最衷心的感謝。
附錄
序號(hào) 圖名 圖號(hào) 圖副
1 散熱器裝配圖 YC550-00 A0
2 上水室分總成 YC550-01-00 A1
3 上水室 YC550-01-01 A2
4 進(jìn)水管 YC550-01-02 A4
5 下水室分總成 YC550-02-00 A1
6 下水室 YC550-02-01 A2
7 側(cè)板 YC550-03-01 A1
8 托板 YC550-03-02 A2
9 插槽 YC550-03-03 A3
10 芯子分總成 YC550-04-00 A1
11 主片 YC550-04-01 A1
12 邊板 YC550-04-02 A2
13 風(fēng)罩分總成 YC550-05-00 A0
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