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YC550 内燃机 散热器 设计 15 CAD 开题

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XXXXXXXX XX设计开题论证报告专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 课题名称：新岛公司YC550内燃机散热器一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述课题来源：生产实际课题研究的主要内容: 1新岛公司的现状盐城新岛散热器有限公司位于盐城市经济开发区,总投资30000万元,是内燃机散热器的专业制造企业。公司年产内燃机散热器10万台、四轮拖拉机制动器6万台。散热器产品有：TY290、TY295、YC385A、YC385C、YC350、YC400、YC500、YC550、YC700，并可根据客户要求加工制作汽车散热器、摩托车散热器、车用暖风空调等产品。公司同时生产四轮拖拉机制动器总成。2对问题的进一步分析经过在新岛公司的为时不长的简短的参观实习，发现该公司的主要市场竞争产品是拖拉机制动器，而散热器一直没有较大的市场分额。单从产品的设计生产的专业方面讲，大概主要有以下几个问题：（1）、散热器总体结构简单，但部件复杂，属于钣金件产品。大部分的部件由模具冲压而成，生产加工精度要求相对不高，也就没有更多产品附加值。（2）、散热器是汽车的主要部件，技术已经比较成熟，产品的加工工艺和实现手段也已经趋于统一，没有更多的突破和创新的空间。（3）、由于散热器的改进创新不可能是片面性的，涉及技术较多，研发的时间和资金投入都会很多，所以生产企业只能以引进成品技术进行再生产3、 国内外现状综述我国汽车散热器的发展有多年的历史，汽车散热器属于比较传统的行业。根据中国内燃机工业年鉴统计，从事汽车散热器生产和服务的企业有100多家，但多数为中小企业，具有一定技术实力和用现代化的生产设备，生产质量和性能稳定；而中小企业多采用劳动密集型的作业方式，产品生产成本低，其产品一般供应国内外的售后市场。近年来，汽车散热器厂商的利润有下降的趋势，企业间的竞争也更加激烈，一方面由于汽车产品的价格不断下降，整车厂将成本下降的压力转嫁到零部件供应商手中。另一方面上游的原材料价格不断上涨，这使得汽车散热器企业不得不加大研发力度，从产品的设计研发上就考虑如何降低散热器产品的成本，在这种形势下，那么大型的散热器厂商技术实力有了一定程度的进步，其产品可靠性和产品质量有了较大提高。国际上散热器系统轻量化已达到相当完善的程度，从铝散热器基础材料至各种散热器用管材及制造技术，以及散热器系统轻量化所涉及的领域都进行了充分的研究!保证了散热器系统轻量化的顺利进行。而我国则随着几个引进车型的国产化工作!才开始铝散热器的生产%上述几方面亦刚刚起步或尚未开展大规模的研究工作!妨碍了我国引进车型国产化工作以及自主发展轿车工业。其根本原因之一就是我们至今尚未完全掌握国外在20年前就已掌握的铝散热器用薄壁管材高频焊制造技术和大批量生产手段。鉴于我国轿车散热器用管材的品种单一.性能落后.价格偏高以及制造技术落后的状况。摆在我们面前的一个重要任务就是通过执行轿车材料“九五”专题，使轿车铝散热器用带材.管材国产化，达到性能优异.质量可靠.价格低廉.规格品种齐全。并能大批量稳定生产，高频焊薄壁管材制造技术国产化，打破国外市场及价格垄断，达到国外九十年代初水平，为形成独立自主的散热器用管材研究开发体系奠定基础。二、本课题拟解决的问题由于资金和技术限制的诸多原因，开发新型的散热器、改革加工手段都是不现实的。那么可以考虑改进现有产品构件、加工精度、加工工艺的优化。从中间过程中进一步的提高散热器的技术整装水平，降低制造成本，提高产品市场竞争力。三、解决方案及预期效果1、解决方案散热器在限定的空间内应具有足够的散热性能和较长的使用寿命，所以整个散热器总成必须降低原材料消耗，改善生产工艺和结构，降低生产成本，实现薄壁、轻型、高效。改进总体设计和工艺设计主要是铜管串片、框架等，改进设计铜管串片的成型模具。2、预期效果 对结构的优化设计和模具的部分改进，实现新的加工工艺l 散热器所用材料厚度将更薄，从现在的平均0.3mm降低到0.265mm，甚至更低，这不但可以减少材料的消耗，更可以提高散热器的散热效果；l 通过结构方面的改进和设计，加上散热器框架，铝质散热器强度将进一步提高。l 产品生产的自动化程度将进一步提高，产品的可靠性和耐久性进一步提高。四、课题进度安排3月1日3月14日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，到多个公司实践，撰写实习报告。3月15日3月31日开题阶段。提出总体设计方案及草图，填写开题报告。4月1日5月14日 设计初稿阶段。完成总体设计图、部件图、零件图。5月15日5月31日 中期工作阶段。完善设计图纸，编写毕业设计说明书，中期检查。6月1日6月4日毕业设计预答辩。6月5日6月12日毕业设计整改。图纸修改、设计说明书修改、定稿，材料复查。6月10日6月11日毕业设计材料评阅。6月12日6月13日毕业答辩。6月14日6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见 签名 年 月日六、专业系意见 签名 年 月日七、学院意见 签名 年 月日3 江苏新岛YC550散热器的设计摘 要：冷却系统的作用是保证发动机在最适宜的温度状态下工作。而散热器是冷却系统的重要部件，介绍汽车散热器的结构型式及其对材料的要求。重点分析汽车散热器材料的应用及其制造技术的发展情况，并指出汽车散热器的发展趋势。以新岛公司现有产品YC550散热器为设计课题，分析现有的散热器的结构形式及其对材料的要求，分析现有的散热器制造技术和材料的选择。参考国内外散热器制造的新技术铜硬钎焊技术，铜硬钎焊技术通过采用特殊的铜、锡和磷的钎焊合金,将黄铜和紫铜分别制成管和散热带钎焊成一个整体即散热器和热交换器。铜硬钎焊技术的核心是无焊剂、无铅焊合金以及抗退火材料。介绍了铜硬纤焊散热器的工艺技术原理及主要材料的性能。指出了铜硬纤焊散热器在制带、制管、主片及纤焊炉选型等方面的工艺要点。铜硬纤焊散热器具有成本低、小型化、无污染及材料的回收和再生产利用率高等优点。其工作原理是用奥托昆普公司开发的铜硬焊金属填料OKC600 在高温590610 时熔化,依靠金属毛细管的作用力,流入焊接间隙,与母体材料(抗退火铜材)发生反应,在交界处形成合金金属连续体,构成高强度的金属一体化结构，可见新型的铜硬钎焊技术有不着不可取代的优点，可减轻整体散热器的质量。同时分析散热器制造的技术要求，改进加工工艺。在降低成本的同时提高产品的寿命，延长使用寿命。关键词：汽车散热器； 冷却系统 ；材料要求； 制造技术； 钎焊技术；Design of Jiangsu Xindao radiator YC550Abstract: 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 radiators 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.目录1绪论11.1课题来源21.2国内外现状31.3本课题拟订的解决问题31.4解决方案和预期效果31.4.1解决方案32散热器总体设计42.1散热器简介42.2散热器的结构42.3散热器的芯子结构形式52.4散热器对材料的要求72.5散热器的设计72.5.1散热器的作用72.5.2散热器的构造82.5.3散热器散热效果的调节92.5.4散热器散热面积的计算92.4散热器的材料和成型技术112.4.1散热器材料选择论述112.4.2常用散热材料122.4.3散热器制造新技术铜硬钎焊新技术132.5铜硬钎焊技术132.5.1铜硬钎焊散热器的工艺原理132.6技术要求153结论16文献资料17致谢181绪论汽车发动机大多采用强制循环式水冷系统,水冷系统主要由水泵、散热器、节温器、冷却风扇、水套等组成，其主要功用是保证发动机在最适当的温度范围内工作，防止出现过热或过冷现象。散热器是汽车发动机冷却系统的重要部件，其作用是将发动机水套内冷却液从高温零件所吸收的热量散发到空气中。因此，散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果，进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会有很大的影响。汽车书冷发动机散热器由冷却用的散热器芯部、进水室和出水室三部分组成。冷却液在散热器芯内流动，空气从散热器芯外高速流过，冷却液和空气通过散热器芯部进行热量交换。目前，汽车散热器的结构形式可分为直流型和横流型两大类。散热器芯部应具有足够的通流面积让冷却液通过；同时也应具备足够的空气通流面积，让组量的空气通过以带走冷却液传给散热器的热量；还必须具有足够的三热面积，完成冷却液、空气和散热片之间的热量交换。散热器芯部的结构形式主要有管片式和管带式两大类。散热器主要是用铜和锡制造的。这是由于铜的导热性能优良，能够耐腐蚀，易于铅焊加工。但由于铜的资源问题及价格问题，对散热器不仅从材料厚度方面有所改进，而且从结构上也有重大的突破。从原有的管片式芯子结构，又发明了管带式芯子结构，使得在不减少原有性能的情况下，质量减少今30%。这重结构广泛用于中、小功率的汽车上。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、热负荷也越来越高，对冷却系统的要求也越来越高，人们对包括散热器在内的冷却系统的研究愈加重视，新技术、新材料不断涌现，汽车散热器正朝着轻型、高效、经济的方向发展。11课题来源本课题针对于盐城新岛散热器有限公司YC550型散热器进行。该公司的散热器产品有：YC550、TY295、YC385A、YC385C、YC350、YC400、YC500、YC550、YC700。YC550型散热器用于重型柴油拖拉机，是该公司的主要产品之一。经过在新岛公司的为时不长的简短的参观实习，发现该公司的主要市场竞争产品是拖拉机制动器，而散热器一直没有较大的市场分额。单从产品的设计生产的专业方面讲，大概主要有以下几个问题：散热器总体结构简单，但部件复杂，属于钣金件产品。大部分的部件由模具冲压而成，生产加工精度要求相对不高，也就没有更多产品附加值；散热器是汽车的主要部件，技术已经比较成熟，产品的加工工艺和实现手段也已经趋于统一，没有更多的突破和创新的空间；由于散热器的改进创新不可能是片面性的，涉及技术较多，研发的时间和资金投入都会很多，所以生产企业只能以引进成品技术进行再生产。而就目前全球的散热器设计生产而言，上述问题也是普遍存在。随着发动机采用更加紧凑的设计和具有更大的比功率,发动机生产的废热密度也随之明显增大。一些关键区域,如排气门周围的散热问题需优先考虑。冷却系统即便出现小的故障也可能在这样的区域造成灾难性的后果。发动机冷却系统的散热能力一般应满足发动机满负荷时的散热需求,因为此时发动机产生的热量最大。然而,在部分负荷时,冷却系统会发生功率损失。水泵所提供的冷却液流量超过所需的流量。我们希望发动机冷启动时间尽可能短。因为发动机怠速时排放的污染物较多,油耗也大。而冷却系统的结构对发动机的冷启动时间有较大的影响。现代的发动机设计充分考虑这些问题,将发动机的热量管理系统纳入到整个发动机控制系统中,全面考虑发动机的暖机、冷却效率、废气排放控制、燃油利用、乘客室的取暖和三元催化剂活化时间等。目前的冷却系统属于被动系统,只能有限地调节发动机和汽车的热分布状态。采用先进的冷却系统设计和先进的工作方式可大大改进冷却系统,使冷却系统高效地运行,间接地提高燃料经济性和降低排放量。12国内外现状我国汽车散热器的发展有多年的历史，汽车散热器属于比较传统的行业。根据中国内燃机工业年鉴统计，从事汽车散热器生产和服务的企业有100多家，但多数为中小企业，具有一定技术实力和用现代化的生产设备，生产质量和性能稳定；而中小企业多采用劳动密集型的作业方式，产品生产成本低，其产品一般供应国内外的售后市场。近年来，汽车散热器厂商的利润有下降的趋势，企业间的竞争也更加激烈，一方面由于汽车产品的价格不断下降，整车厂将成本下降的压力转嫁到零部件供应商手中。另一方面上游的原材料价格不断上涨，这使得汽车散热器企业不得不加大研发力度，从产品的设计研发上就考虑如何降低散热器产品的成本，在这种形势下，那么大型的散热器厂商技术实力有了一定程度的进步，其产品可靠性和产品质量有了较大提高。国际上散热器系统轻量化已达到相当完善的程度，从铝散热器基础材料至各种散热器用管材及制造技术，以及散热器系统轻量化所涉及的领域都进行了充分的研究!保证了散热器系统轻量化的顺利进行。而我国则随着几个引进车型的国产化工作!才开始铝散热器的生产%上述几方面亦刚刚起步或尚未开展大规模的研究工作!妨碍了我国引进车型国产化工作以及自主发展轿车工业。其根本原因之一就是我们至今尚未完全掌握国外在20年前就已掌握的铝散热器用薄壁管材高频焊制造技术和大批量生产手段。鉴于我国轿车散热器用管材的品种单一.性能落后.价格偏高以及制造技术落后的状况。摆在我们面前的一个重要任务就是通过执行轿车材料“九五”专题，使轿车铝散热器用带材.管材国产化，达到性能优异.质量可靠.价格低廉.规格品种齐全。并能大批量稳定生产，高频焊薄壁管材制造技术国产化，打破国外市场及价格垄断，达到国外九十年代初水平，为形成独立自主的散热器用管材研究开发体系奠定基础。13本课题拟订的解决问题由于资金和技术限制的诸多原因，开发新型的散热器、改革加工手段都是不现实的。那么可以考虑改进现有产品构件、加工精度、加工工艺的优化。从中间过程中进一步的提高散热器的技术整装水平，降低制造成本，提高产品市场竞争力。14解决方案和预期效果1.4.1解决方案散热器在限定的空间内应具有足够的散热性能和较长的使用寿命，所以整个散热器总成必须降低原材料消耗，改善生产工艺和结构，降低生产成本，实现薄壁、轻型、高效。改进总体设计和工艺设计主要是铜管串片、框架等，改进设计铜管串片的成型模具。采用新型材料提高散热器的工作能力，应用的制造技术，以此提高散热器的耐高温性能，散热性能和强度也随之大幅度提高。1.4.2预期结果对结构的优化设计和模具的部分改进，实现新的加工工艺：散热器所用材料厚度将更薄，从现在的平均0.3mm降低到0.265mm，甚至更低，这不但可以减少材料的消耗，更可以提高散热器的散热效果；通过结构方面的改进和设计，加上散热器框架，铝质散热器强度将进一步提高；产品生产的自动化程度将进一步提高，产品的可靠性和耐久性进一步提高。2散热器总体设计2.1散热器简介散热器是汽车发动机冷却剂与空气进行热交换的换热设备, 其作用是将发动机水套内冷却液从高温零件所吸收的热量散发到空气中, 其性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果, 进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会有很大影响。如果散热能力太小, 发动机零件会过热变形 ( 甚至会使零件损坏) , 降低发动机机械强度和刚度, 破坏润滑油膜, 汽油机中的高温可燃混合气常常会产生早燃或爆燃, 导致不正常工作; 如果冷却水的工作温度高于沸腾温度, 将会使发动机出现“开锅”现象, 这些都会使发动机性能下降; 如果散热器散热能力过高, 将热量过多地散发到大气中去, 就必然要损耗一部分热能, 影响汽车运行的经济性。并且机油在低温时黏度增高, 零件运动的摩擦阻力增加, 输出功率减少, 影响汽车的动力性。因此, 设计和使用优良的散热器是保障汽车良好运行的必要条件。随着汽车发动机转速和功率的不断提高, 热负荷也越来越高, 对冷却系统的要求也越来越高, 人们对包括散热器在内的冷却系统的研究越加重视, 新技术、新材料不断涌现,使得汽车散热器正朝着轻型、高效、经济的方向发展。22散热器的结构汽车水冷发动机散热器由冷却用的散热器芯部、进水室和出水室三部分组成。冷却液在散热器内流动, 空气从散热器外高速流过, 冷却液和空气通过散热器芯部进行热量交换。目前, 汽车散热器的结构形式可分为直流型（见图2-1）和横流型（见图2-2）两大类。图2-1 直流式散热器1散热器 2上水室 3下水室 4散热器芯子散热器芯部的结构形式主要有管片式和管带式两大类。管片式散热器里面是由许多细的冷却管和散热片构成, 冷却管大多采用扁圆形截面, 以减小空气阻力, 增加传热面积。管带式散热器是由波纹状散热带和冷却管相间排列经焊接而成。与管片式散热器相比, 管带式散热器在同样的条件下散热面积可以增加12% 左右, 另外散热带上开有扰动气流的类似百叶窗的孔, 以破坏流动空气在散热带表面上的附着层, 提高散热能力。开百叶窗波状带的散热器传热效率同普通平片散热片相比可提高160%。图2-2横流式散热器1散热器盖 2汽液分离器 3进水管 4自动变速器掖压冷却器 5放水塞 6放水口 7出水口23散热器的芯子结构形式散热器芯子是散热器的核心部分, 起主要的散热作用。散热器芯子由散热管、散热片或散热带、上下主片等组成。由于它具有足够的散热面积, 因此能保证将必须的热量从发动机散发到周围的大气中去。而且散热器芯子是用极薄的导热性能好的金属及其合金制造的, 能使散热器芯子以最小的质量和尺寸达到最高的散热效果。散热器芯子的结构有多种, 如管片式、管带式、细胞式、管芯式等等。常见的多为管片式和管带式。如图（2-3）所示常见的多为管片式和管带式。 a b C d图2-3 a管片式 b管带式 c细胞式 d管芯式 对于管片式散热芯子, 它是由许多散热管和散热片组成。散热管的外面串装了许多薄的金属平片散热片。空气在平行的散热片及散热管的外表面所形成的风道中通过, 从而使散热管内流动的冷却液得到冷却。管片式散热器的主要特点是结构强度好, 且可以少使尘埃、油污等堵塞芯部。故多用于震动较大、工况恶劣的载重车上。而对于管带式散热芯子, 它是由波纹状的散热带和散热管相间排列构成的。而且在散热带上一般开有许多类似百叶窗的孔, 以破坏空气流在散热带表面上的附着层, 提高散热能力。这种散热器的芯子与管片式相比, 散热能力较高, 制造工艺简单、质量轻、成本低, 但结构强度不如管片式好, 因此多用于小客车及轿车。管带式散热器可以采用单列、双列或多列散热管, 后者可以在有限的空间尺寸内获得更好的冷却效果。例如, 夏利型轿车, 原来采用的是单列直流式散热器, 由于我国地域广大, 气候条件及路况的差别也很大。该车型在南方地区明显感觉散热器的散热能力不足。为此, 在保证原装配位置的情况下, 将其单列散热管改成双列散热管的结构, 使其在散热面积增加的情况下, 散热量提高了, 从而满足了正常使用要求。现代汽车上, 随着发动机强化程度的提高, 热负荷也日益增加此外, 在采用自动变速箱时, 自动变速箱时所用的机油也需要冷却。所以在冷却系内需增加油一水交换器。这样, 就增加了散热器所要提供的散热量, 所以, 双列或多列的管带式散热器在现代轿车发动机上的应用日益增多。同一系列的轿车, 在采用手动变速箱时, 装单列冷却管带式散热器即可满足散热要求, 而采用自动变速箱时, 则需装用双列冷却管带式散热器同时, 也可以采用改变散热带的波峰节距的方法,来增加散热器的散热面积, 提高散热能力, 以满足发动机和变速箱的散热要求。夏利轿车的铝塑结构的散热器就采用的是这种方式。对于采用自动变速箱的散热器来说, 是将机油冷却器安装在散热器下水室内, 通过冷却液的循环对变速箱内的机油进行冷却。当然, 也可以采用独立的机油冷却器来解决变速箱内机油的冷却问题。对于细胞式芯子及管芯式的散热器, 因工艺的特殊性, 不被广泛应用。由于YC550散热器用于重型拖拉机，因此YC550散热器选用管片式结构。24散热器对材料的要求传热系数是评价散热器散热性能的重要参数, 散热器材料的导热性能和焊接质量对其影响很大。散热器的工作条件恶劣, 一般位于汽车前端迎风处, 不仅要经受风吹雨淋和汽车废气的污染, 还要承受反复的热循环和周期性的振动。另外, 散热器内长期流动着冷却液对散热器有锈蚀及腐蚀作用。因此, 为保证散热器可靠地发挥散热作用, 对其材料性能有如下要求: 必须具有良好的导热性能, 具有一定的强度和较强的耐腐蚀性, 具有良好的加工性能及钎焊性能, 具有良好的经济性。25散热器的设计251散热器的作用如图2-4 所示, 汽车发动机冷却循环系统由散热器2 、风扇4 、水泵5 、节温器6 、进水管及出水管等组成。冷却系统的作用是: 疏散发动机各零件的热量,使这些零件的温度保持在发动机正常工作所许可的范围内。因发动机工作时, 燃料燃烧所产生的热量一部分转变为有用的机械功, 输出功率; 另一部分则使发动机中直接与燃气接触的零件( 如活塞、气缸、气缸盖和进排气门等) 强烈加热。如这些零件长时间的过热和不均匀受热, 将使材料的机械性能下降, 破坏了机件间的正常间隙,并使润滑油高温分解或烧掉, 失去润滑能力,引起零件加速磨损,甚至卡死等严重事故。散热器是汽车发动机冷却循环系统中的一个重要部件,其作用是将由冷却循环水带出的发动机各零件的热量散发到空气中, 其质量直接影响着汽车发动机冷却循环系统的性能指标。图2-4发动机循环式水冷系示意图1百叶窗 2散热器 3加水口盖 4风扇 5水泵 6节温器 7水温表 8水套 9分水管 10放水阀252散热器的构造散热器的构造如图2-5所示。其主要组成部分为上水室2 、下水室7 、加水口盖3 、侧板8 、支架6和散热器芯。在上、下水室上分别焊有进、出水管,以便于与进、出水软管联接, 在上水室上还焊有加水口管,用于向散热器中注入冷却水,平时管口用加水口盖盖住, 在下水室上通常都装有放水阀门。侧板加强了散热器的强度, 又将用于与外部连接的支架与其它构件连为一体。散热器芯是散热器的核心部件, 是散热器的主要散热元件。散热器芯的构造型式有多种, 但管带式散热器芯以其散热能力强、制造工艺简单、质量小、成本低等优点而得以广泛地应用。如图2-5 所示, 管带式散热器芯是由波纹状的散热带5与冷却管4 相间排列着, 冷却管的两端分别插入上、下水室主片1 的扁孔中,外侧的散热带被两片附侧板9 所夹持经钎焊而成。图2-5散热器1主片 2上水室 3加水口盖 4冷却管 5散热带 6支架 7下水室 8侧板 9附侧板253散热器散热效果的调节发动机的冷却必须适度。若冷却强度不足,将出现过热现象,水箱中的水温将升至沸点,水蒸气大量蒸发,发动机的热效率低,油耗大,同时,发动机的零件也会因润滑不良而加速磨损。若冷却强度过强,将出现过冷现象,一方面由于热量散失过多,使转变成有用功的热量减少, 另一方面, 由于混合气体与冷气缸壁接触而凝结并流到曲轴箱内,不仅增加了燃油消耗,且使机油变稀而影响润滑,结果也将使发动机功率下降,磨损加剧。在气缸盖内的冷却水温为8090 之间时, 散热器与发动机匹配最好。使用条件( 如汽车速度、负荷和环境温度等)对散热器的散热效果有很大的影响。为使散热器与发动机很好地匹配, 可以改变通过散热器的空气流量和改变通过散热器的冷却水流量的方法来调节冷却强度。通常利用百页窗和各种自动风扇来实现改变通过散热器的空气流量, 而使用节温器或者支路循环来控制通过散热器冷却水的流量。254散热器散热面积的计算设计散热器时一般是根据发动机在某一常用工况下能得到可靠的冷却而设计。散热器的散热面积是散热器的一个主要技术指标, 它对散热器的散热效果有着至关重要的影响, 在散热器的的设计参数中, 对散热器的散热面积都有明确的要求。散热器的散热面积由散热带的散热面积( 双面) 、冷却管的散热面积、上、下水室及其主片以及附侧板的散热面积等组成。由于附侧板的材料为08F 钢板,其导热性较散热带和冷却管的材料紫铜差很多,又由于附侧板和上、下水室及其主片的面积占整个散热器的散热面积的比例很小, 计算又复杂,所以在实际计算散热器的散热面积时只计算散热带和冷却管的散热面积, 而后给一修正系数对其值进行修正, 以使计算数据与实际情况更相符。（1）散热器迎风面积Sz公式 Sz=LB式中：L散热器两主片间的距离，单位为m；B散热器的长度（指管片式），单位为m；根据散热管尺寸确定其类型为D-4-160型式中 L取0.23m B取0.54m该散热器的迎风面积为 0.1242mm2，（2）散热器散热面积Fa公式 Fa=2（AB-Nth）n+2(t+h)(L-n)N式中：n散热片片数；N散热管根数；A散热片宽度，单位为m；B散热片长度，单位为m；t散热管截面外形长度，单位为m；h散热管截面外形宽度，单位为m；L散热管有效长度，即两主片间的距离，单位为m；散热片厚度，单位为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；取0.00015；Fa=21.845m2（3）散热器水通道面积公式 Sw=htN+t2/8式中：h散热管横截面内侧长边直线段长度，单位为m；t散热管横截面内侧宽度，单位为m；N散热管根数；根据JB/T8 577-2005内燃机水散热器技术条件有：一般散热管尺寸t=23mm，h=1520mm，管壁厚度=0.150.20mm，水管正面节距为715mm。沿深度方向的节距为1725mm，散热片的厚度为0.080.2mm。散热片的节距为2.34.5mm。式中 h取0.013m t取0.0022m N为160计算得水通道面积为0.004576m22.4散热器的材料和成型技术2.4.1散热器材料选择论述在选择散热器的材料时, 主要考虑以下几点传热性能好、抗腐蚀能力强、具有足够的强度、有良好的钎焊性能、易于加工成型及好的经济性。根据以上要求, 散热器行业一直以铜及铜合金作为制造散热器的主要材料。铜散热器的散热管的材料一般采用H90黄铜带, 其厚度为0.010.20mm。管片式散热器散热片的材料一般采用H62、H68黄铜带, 其厚度为0.08一0.10mm，在强度允许的情况下, 散热带的材料厚度允许做到0.045mm。散热器在限定的空间内应具有足够的散热性能和较长的使用寿命,所以整个散热器总成必须降低原材料消耗,改善生产工艺和结构,降低生产成本,实现薄壁、轻型、高效。在焊接部位,应采取扩大焊接面积的方法来降低应力,如主片和水室采用双面焊接的窄沟槽形式,尽可能减小壁厚,不容许采用增加壁厚的方法来提高总成强度。如散热器的主片和水室的壁厚应控制在0. 60. 8 mm 范围内,冷却管的料厚应在0. 110. 13 mm 范围内,散热带的厚为0. 0430. 06 mm。铜散热器的料厚如超过上述值会使成本增加,但强度提高不大。采用低锡焊料、有机焊剂和高效率的氮气保护硬钎焊工艺,生产铜、铝散热器是今后发展的趋势。以铝代铜可以进一步减小散热器质量,特别是硬钎焊生产的铝散热器可以实现整个总成等强度,极大地提高散热器的可靠性。采用装配式铝散热器,是为了降低污染和减小铝材料焊接困难而采用的工艺。虽然目前部分产品仍采用该结构,但风阻过大,最有前景的结构是散热器芯体采用焊接生产的铝芯体或铜芯体;水室为增强尼龙注塑成型;水室与芯体通过主片边缘凹凸部分反扣压在水室周边上,使散热器主片与水室周边间密封垫受压变形,以达到密封效果。这种散热器的冷却液流动方向多为左、右方向流动的横流式。目前,从世界范围来看,铜散热器和铝散热器占有同样地位。随着铜、磷、锡、镍焊接技术进一步发展和完善,以及铜材退火温度的提高,有可能沿用现有的铝材钎焊设备和工艺,生产出等强度、高强度、高耐腐蚀性的铜散热器,克服软钎焊工艺生产的铜散热器强度低的缺点。硬钎焊的铝散热器随着原材料生产工艺的提高将逐步增多,可以实现整个总成等强度,从而大幅度提高散热器的使用寿命。综上所述，铜散热器的主片、水室、进出水管、加水口等零件的材料一般采用H62或H68黄铜, 其厚度为0.5一1.5mm。242常用散热材料目前，常用的散热器材料主要有铜、铝和工程塑料等。（1）铜铜是重要的有色金属，也是导热性能最好的金属材料，具有良好的成型加工性、可钎焊性和耐蚀性，长期以来一直作为汽车散热器的首选材料。铜的资源和价格问题一直是困扰散热器应用的主要原因，铜的消耗量日益增加，但因铜的储量有限，随着消耗量的不断上升，价格居高不下，因而铜散热器的成本一直难以大幅度下降。由于汽车散热器恶劣的工作环境和冷却液的长期腐蚀，避免铜直接与腐蚀性物质接触，延长其工作寿命，一般要在铜散热器的表面上覆盖锡保护层，但这样却会影响铜散热器的散热效率。锡的导热系数为0.157（cm*s*）,j仅为铜的16.7%，使散热性能大幅度下降。今年来，为了进一步提高铜散热器的性能，对传统的铜锡散热器采取了许多改进措施。如在材质方面和加工工艺方面尽可能提高材料利用率，采取向铜中添加微量元素的方法，在不损失导热性的前提下，提高其强度和软化点，从而减薄带材的厚度，节省材料用量，以减轻散热器的质量和降低成本。但由于采用铜作原料，并未从根本上解决材料来源问题。（2）铝随着汽车技术的发展，节约能源和环境保护等方面的原因对汽车轻量化的要求越来越迫切。汽车材料的发展趋势是轻量化、高性能和强功能，散热器材料也是这样。人们一直在寻找价格低廉、性能优良的材料来取代铜。近十几年来，散热器新材料的应用有了很大的进展，尤其是在铝散热器方面发展速度很快。铝是汽车工业使用较多的金属材料，也是汽车轻量化的首选材料。铝的最大优势是质量轻，比重仅为铜的三分之一，相同体积情况下，质量可以大大降低；铝资源远较铜丰富，成本也远低于铜；虽然铝的热传导率较铜低，仅为铜的60%，但由于铜散热器存在热传导率更低的锡保护层，使得铝散热器的热效率反而要高于铜散热器；另外，铝还有良好的铸造加工性能。虽然铝散热器具有质量轻、原料成本低、散热性能好等优点，但其焊接工艺性差、生产设备投入大是长期难以解决的问题，限制了铝散热器的广泛应用。目前，铝散热器比较成熟的生产工艺有两种：一种是机械装配式，此种形式生产的散热器冷却水管是圆形或椭圆形，采用机械压制而成生产成本较低，但是由于这种工艺受自身形状的局限性，工作效率不高；另外一种是钎焊式，这种形式生产的冷却水管是扁状的，不受散热器自身几何形状的限制，采用焊接一次成型，工作效率高。（3）工程塑料为了减轻质量，提高耐腐蚀性和节约有色金属，许多新材料开始应用在散热器上。在实际应用中，散热器上下水室材料逐渐由工程塑料取代了铜材。常用的是用加入玻璃纤维的尼龙66（PA66）注塑加工成散热器的水室，并以机械方式与散热器芯部接合装配，通过橡胶密封圈使接合面上达到良好密封，同时还起防振作用。另外，尼龙66具有非常优良的耐腐蚀性，对散热器十分有利；良好的可塑性使得散热件轻巧而美观；耐高温性可使散热器的底盘保持完好而不会产生任何弯曲，不会减少散热器的气体流动。 2.4.3散热器制造新技术铜硬钎焊新技术铝散热器发展速度很快，优势突出，但其制造工艺过程复杂、对工作环境要求苛刻，并对环境造成一定的破坏，耐腐蚀性差，特别是在高温下工作，如汽车中冷器工作温度较高，铝制中冷器容易出现蠕变和疲劳等材料问题，进而影响性能甚至引起故障。为了降低汽车尾气排放，废气再循环（EGR）技术被广泛采用，然而EGR技术在发动机上的应用会使整个汽车冷却系统发生变化，对散热器的耐高温性能、散热性能和强度的要求也随之大幅度提高，而目前普遍使用的铝制散热器很难满足这些要求。正是由于这些原因，20世纪90年代末，国际铜业协会（ICA）开发出最新的汽车散热器制造新技术铜硬钎焊散热器生产技术，并由奥托昆普公司实施，由此开创了汽车散热器制造技术的新时代。铜硬钎焊技术通过采用特殊的铜、锡和磷的钎焊合金,将黄铜和紫铜分别制成管和散热带钎焊成一个整体即散热器和热交换器。铜硬钎焊技术的核心是无焊剂、无铅焊合金以及抗退火材料。其工作原理是用奥托昆普公司开发的铜硬焊金属填料OKC600 在高温590610 时熔化,依靠金属毛细管的作用力,流入焊接间隙,与母体材料(抗退火铜材)发生反应,在交界处形成合金金属连续体,构成高强度的金属一体化结构。25铜硬钎焊技术251铜硬钎焊散热器的工艺原理铜硬钎焊工艺核心是无焊剂、无铅钎焊合金以及抗退火材料。其工艺技术的原理是：用OKCCuNiSnP铜钎填料（金属粉末所加工的焊膏，奥托昆普技术专利US-Patent5378294）在590610时熔化，依靠金属毛细管作用力流入焊接间隙，与母体材料（抗退火铜材）发生反应，在交界处形成合金金属连续体。252铜硬钎焊散热器的主要材料奥托昆普所用铜材的主要性能如表2-1 所列。散热管材料是由85%铜和1%合金元素（余量为锌）组成的CuZn15铜制品。散热带材料是一种弥散强化型合金，可防止材料在钎焊时软化，在焊接过程中能够达到较高的传导率。主片采用含铜64%的铜合金。填料采用奥托昆普公司开发的铜硬钎焊金属填料OKC600。该填料是一种无毒性的CuNiSnP合金，主要成分为75%Cu、5%P、15%Zn、5%Ni。熔化温度为60010。表2-1奥托昆普铜材的主要性能性能波浪带铜SM502（钎焊后）管料黄铜SM2385、C66420（钎焊后）主片料SM2464、C74400（钎焊后）电传导率/%9230屈服强度/N*mm-2260270105抗拉强度/N*mm-2330400340硬度HV10011567延伸率A50/%1030熔点/108310001025910930密度/kg*m-3890087508500253铜硬钎焊散热器的优越性铜硬焊散热器具有铝散热器不可替代的优点:（1） 铜硬钎焊技术使用极薄的铜合金材料,与冷却液接触的管料采用铜带经激光焊接而成,厚度仅有0. 085 mm;与空气接触的带料采用导热性能好,强度高、软化点高的高铜合金,璧厚仅有0. 0250. 03mm。虽然铜的比重较铝大,但铜加工成极薄型材料,可以减少用材,降低质量和成本。（2 ）铜硬钎焊工艺采用无铅低温焊接,不需要使用焊剂,焊接温度容易控制(熔点温度允差范围大) ,焊接速度快,成品率高。由于工艺中省却了危害环境的去油工序,且生产过程中无需清洗,因而不会产生废水、毒气等有害物质,改善了工作环境,减少了污染。用这种工艺生产的铜散热器一旦报废后,还可以100 %地完全回收,再次用于制作新散热器。因此,铜硬钎焊技术是一种既能降低成本又可保护环境的新工艺、新技术。（3） 铜硬钎焊散热器使用的材料与钎焊合金拥有几乎相等的惰性,使产生电化学腐蚀的风险降至最小。钎焊合金OKC600 (CuNiSnP) 对管子来说也是一种保护涂层。铜硬钎焊散热器一般说来比锡焊铜/黄铜散热器有更高的抗腐蚀能力,并且与铝散热器相比更有竞争力:铝散热器更倾向于局部腐蚀形式,而对于铜硬钎焊散热器,腐蚀形式通常是均等的,不会产生局部腐蚀。4铜硬钎焊工艺不需要使用焊剂，不需要进行前后期清洗，采用无铅低温锡焊，改善了工作环境，污染小材料的回收和再生产利用率高。254铜硬钎焊散热器工艺技术的应用推广经世界许多企业的实践证明，铜硬钎焊工艺技术能在客车、载货车和工程机械的散热器、暖风机、机油冷却器、冷凝器、蒸发器及中冷器等产品生产中发挥巨大的优势。目前Astor Air公司生产的铜硬钎焊散热器系统已经在公共汽车、载货车和其它工程设备中得到应用；日本NAJICO公司于2000年10月开始全面生产管带式铜硬钎焊散热器。在国内，第一汽车集团公司首先将在新型载货汽车上试用。采用世界先进的的铜散热器硬钎焊生产工艺技术，使我国汽车散热器的制造上了一个新的台阶。26技术要求（1）散热器产品按经规定程序批准的产品图样及技术文件制造。（2）散热器的散热管、主片和水室所采用的材料在水中应有耐腐蚀性或经过防腐处理。（3）密封性能：散热器内腔通人压力为125kPa的干燥压缩空气，历时lmin不允许泄漏。（4）耐振性能：散热器内腔充满清水，在20Hz，30Hz，40Hz，50Hz频率下各振动3h，共振动12h，振动方向为垂直上下。完成12h振动后不允许出现泄漏和零件损坏。（5）耐压力交变循环性能：对散热器内腔施加从25kPa以下上升到150kPa的交变压力，压力交变周期为Is-6s.散热器经3X104次压力循环后，不允许出现泄漏、脱焊和永久变形现象.（6）耐热冲击性能：散热器经3000次950C - 10C- -95C 温度交变循环后，不允许出现泄漏和零件损坏。（7）静压强度：对散热器内腔施加250kPa静压，历时5min，不允许出现泄漏和永久性变形.（8）耐腐蚀性：散热器经200h中性盐雾腐蚀后，不允许出现泄漏及涂层剥落。（9）散热量及空气阻力：散热器的散热量及空气阻力应符合产品图样或供货协议的规定，（10）换热效率：在散热器芯部水流速为0.8m/s、空气流速为8m/s、进水温度比进气温度高60时，胀接式散热器和软钎焊管片式散热器的换热效率不得小于0.40，软钎焊管带式散热器的换热效率不得小于0.50，硬钎焊散热器的换热效率不得小于0.60。（11）每只散热器被堵塞的散热管数不得超过其散热管总数的1%.（12）散热器芯子两对角线的长度差：芯子对角线长度小于或等于800mm时，对角线长度差值应小于或等于3mm;对角线长度大于800nmm时，对角线长度差值应小于或等于5mm。（13）散热器散热片片数或波峰数：管带式散热器散热片总片数应符合产品图样规定，其偏差不得超过产品图样规定总片数的士1%;管带式散热器每条散热带的波峰数应符合产品图样规定，其偏差为士2个。（14）散热器散热片的片距或散热带的波峰距：管片式散热器散热片的片距偏差应保持0.2mcn以内，不允许两片压合在一起;管带式