機械畢業(yè)設計（論文）-YC550汽車散熱器的設計【全套圖紙】

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1、目錄 1 緒論 1 1.1 課題來源 2 1.2 國內外現(xiàn)狀 3 1.3 本課題擬訂的解決問題 3 1.4 解決方案和預期效果 3 1.4.1 解決方案 3 2 散熱器總體設計 4 2.1 散熱器簡介 4 2.2 散熱器的結構 4 2.3 散熱器的芯子結構形式 5 2.4 散熱器對材料的要求 7 2.5 散熱器的設計 7 2.5.1 散熱器的作用 7 2.5.2 散熱器的構造 8 2.5.3 散熱器散熱效果的調節(jié) 9 2.5.4 散熱器散熱面積的計算 9 2.4 散熱器的材料和成型技術 .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

2、術銅硬釬焊新技術 .13 2.5 銅硬釬焊技術 .13 2.5.1 銅硬釬焊散熱器的工藝原理 .13 2.6 技術要求 .15 3 結論 .16 文獻資料.17 致謝.18 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 1 緒論 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 汽車發(fā)動機大多采用強制循環(huán)式水冷系統(tǒng),水冷系統(tǒng)主要由水泵、散熱器、 節(jié)溫器、冷卻風扇、水套等組成，其主要功用是保證發(fā)動機在最適當?shù)臏囟确?圍內工作，防止出現(xiàn)過熱或過冷現(xiàn)象。散熱器是汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的重要部 件，其作用是將發(fā)動機水套內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發(fā)動機的散熱效果

3、，進而對汽車的動力 性、經濟性和可靠性會有很大的影響。 汽車書冷發(fā)動機散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進水室和出水室三部分組 成。冷卻液在散熱器芯內流動，空氣從散熱器芯外高速流過，冷卻液和空氣通 過散熱器芯部進行熱量交換。目前，汽車散熱器的結構形式可分為直流型和橫 流型兩大類。 散熱器芯部應具有足夠的通流面積讓冷卻液通過；同時也應具備足夠的空 氣通流面積，讓組量的空氣通過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 結構形式主要有管片式和管帶式兩大類。 散熱器主要是用銅和錫制造的。這是由于銅的導熱性能優(yōu)良，能夠耐腐蝕， 易于鉛焊加工

4、。但由于銅的資源問題及價格問題，對散熱器不僅從材料厚度方 面有所改進，而且從結構上也有重大的突破。從原有的管片式芯子結構，又發(fā) 明了管帶式芯子結構，使得在不減少原有性能的情況下，質量減少今 30%。這 重結構廣泛用于中、小功率的汽車上。 隨著汽車發(fā)動機轉速和功率的不斷提高、熱負荷也越來越高，對冷卻系統(tǒng) 的要求也越來越高，人們對包括散熱器在內的冷卻系統(tǒng)的研究愈加重視，新技 術、新材料不斷涌現(xiàn)，汽車散熱器正朝著輕型、高效、經濟的方向發(fā)展。 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 11 課題來源 本課題針對于鹽城新島散熱器有限公司 YC550 型散熱器進行。該公司的散 熱器產品有： YC550、TY29

5、5、YC385A、YC385C、YC350、YC400、YC500、YC550、YC700。YC55 0 型散熱器用于重型柴油拖拉機，是該公司的主要產品之一。 經過在新島公司的為時不長的簡短的參觀實習，發(fā)現(xiàn)該公司的主要市場競 爭產品是拖拉機制動器，而散熱器一直沒有較大的市場分額。單從產品的設計 生產的專業(yè)方面講，大概主要有以下幾個問題：散熱器總體結構簡單，但部件 復雜，屬于鈑金件產品。大部分的部件由模具沖壓而成，生產加工精度要求相 對不高，也就沒有更多產品附加值；散熱器是汽車的主要部件，技術已經比較 成熟，產品的加工工藝和實現(xiàn)手段也已經趨于統(tǒng)一，沒有更多的突破和創(chuàng)新的 空間；由于散熱器的改進創(chuàng)

6、新不可能是片面性的，涉及技術較多，研發(fā)的時間 和資金投入都會很多，所以生產企業(yè)只能以引進成品技術進行再生產。 而就目前全球的散熱器設計生產而言，上述問題也是普遍存在。隨著發(fā)動 機采用更加緊湊的設計和具有更大的比功率,發(fā)動機生產的廢熱密度也隨之明顯 增大。一些關鍵區(qū)域,如排氣門周圍的散熱問題需優(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)域造成災難性的后果。發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的散熱能力 一般應滿足發(fā)動機滿負荷時的散熱需求,因為此時發(fā)動機產生的熱量最大。然而,在 部分負荷時,冷卻系統(tǒng)會發(fā)生功率損失。水泵所提供的冷卻液流量超過所需的流 量。 我們希望發(fā)動機冷啟動時間盡可能短。因為發(fā)動機怠速時排放的

7、污染物較 多,油耗也大。而冷卻系統(tǒng)的結構對發(fā)動機的冷啟動時間有較大的影響。 現(xiàn)代的發(fā)動機設計充分考慮這些問題,將發(fā)動機的熱量管理系統(tǒng)納入到整個 發(fā)動機控制系統(tǒng)中,全面考慮發(fā)動機的暖機、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間等。目前的冷卻系統(tǒng)屬于被動系統(tǒng),只 能有限地調節(jié)發(fā)動機和汽車的熱分布狀態(tài)。采用先進的冷卻系統(tǒng)設計和先進的 工作方式可大大改進冷卻系統(tǒng),使冷卻系統(tǒng)高效地運行,間接地提高燃料經濟性 和降低排放量。 12 國內外現(xiàn)狀 我國汽車散熱器的發(fā)展有多年的歷史，汽車散熱器屬于比較傳統(tǒng)的行業(yè)。 根據(jù)中國內燃機工業(yè)年鑒統(tǒng)計，從事汽車散熱器生產和服務的企業(yè)有 100

8、多家，但多數(shù)為中小企業(yè)，具有一定技術實力和用現(xiàn)代化的生產設備，生產質 量和性能穩(wěn)定；而中小企業(yè)多采用勞動密集型的作業(yè)方式，產品生產成本低， 其產品一般供應國內外的售后市場。 近年來，汽車散熱器廠商的利潤有下降的趨勢，企業(yè)間的競爭也更加激烈， 一方面由于汽車產品的價格不斷下降，整車廠將成本下降的壓力轉嫁到零部件 供應商手中。另一方面上游的原材料價格不斷上漲，這使得汽車散熱器企業(yè)不 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 得不加大研發(fā)力度，從產品的設計研發(fā)上就考慮如何降低散熱器產品的成本， 在這種形勢下，那么大型的散熱器廠商技術實力有了一定程度的進步，其產品 可靠性和產品質量有了較大提高。 國際

9、上散熱器系統(tǒng)輕量化已達到相當完善的程度，從鋁散熱器基礎材料至 各種散熱器用管材及制造技術，以及散熱器系統(tǒng)輕量化所涉及的領域都進行了 充分的研究!保證了散熱器系統(tǒng)輕量化的順利進行。而我國則隨著幾個引進車型 的國產化工作!才開始鋁散熱器的生產%上述幾方面亦剛剛起步或尚未開展大規(guī) 模的研究工作!妨礙了我國引進車型國產化工作以及自主發(fā)展轎車工業(yè)。其根本 原因之一就是我們至今尚未完全掌握國外在 20 年前就已掌握的鋁散熱器用薄壁 管材高頻焊制造技術和大批量生產手段。 鑒于我國轎車散熱器用管材的品種單一.性能落后.價格偏高以及制造技術 落后的狀況。擺在我們面前的一個重要任務就是通過執(zhí)行轎車材料“九五”專

10、題，使轎車鋁散熱器用帶材.管材國產化，達到性能優(yōu)異.質量可靠.價格低廉. 規(guī)格品種齊全。并能大批量穩(wěn)定生產，高頻焊薄壁管材制造技術國產化，打破 國外市場及價格壟斷，達到國外九十年代初水平，為形成獨立自主的散熱器用 管材研究開發(fā)體系奠定基礎。 13 本課題擬訂的解決問題 由于資金和技術限制的諸多原因，開發(fā)新型的散熱器、改革加工手段都是 不現(xiàn)實的。那么可以考慮改進現(xiàn)有產品構件、加工精度、加工工藝的優(yōu)化。從 中間過程中進一步的提高散熱器的技術整裝水平，降低制造成本，提高產品市 場競爭力。 14 解決方案和預期效果 1.4.11.4.1 解決方案解決方案 散熱器在限定的空間內應具有足夠的散熱性能和較長

11、的使用壽命，所以整 個散熱器總成必須降低原材料消耗，改善生產工藝和結構，降低生產成本，實 現(xiàn)薄壁、輕型、高效。改進總體設計和工藝設計主要是銅管串片、框架等，改 進設計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，應用的制 造技術，以此提高散熱器的耐高溫性能，散熱性能和強度也隨之大幅度提高。 1.4.21.4.2 預期結果預期結果 對結構的優(yōu)化設計和模具的部分改進，實現(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；通過結構方面的改進和設計， 加上散熱器框架，鋁質散熱器強度將進一

12、步提高；產品生產的自動化程度將進 一步提高，產品的可靠性和耐久性進一步提高。 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 2 散熱器總體設計 2.1 散熱器簡介 散熱器是汽車發(fā)動機冷卻劑與空氣進行熱交換的換熱設備, 其作用是將發(fā) 動機水套內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 影響汽車發(fā)動機的散熱效果, 進而對汽車的動力性、經濟性和可靠性會有很大 影響。如果散熱能力太小, 發(fā)動機零件會過熱變形 ( 甚至會使零件損壞) , 降 低發(fā)動機機械強度和剛度, 破壞潤滑油膜, 汽油機中的高溫可燃混合氣常常會 產生早燃或爆燃, 導致不正常工作; 如果冷卻水的工作溫度高于沸騰溫度, 將 會使

13、發(fā)動機出現(xiàn)“開鍋”現(xiàn)象, 這些都會使發(fā)動機性能下降; 如果散熱器散熱 能力過高, 將熱量過多地散發(fā)到大氣中去, 就必然要損耗一部分熱能, 影響汽 車運行的經濟性。并且機油在低溫時黏度增高, 零件運動的摩擦阻力增加, 輸 出功率減少, 影響汽車的動力性。因此, 設計和使用優(yōu)良的散熱器是保障汽車 良好運行的必要條件。隨著汽車發(fā)動機轉速和功率的不斷提高, 熱負荷也越來 越高, 對冷卻系統(tǒng)的要求也越來越高, 人們對包括散熱器在內的冷卻系統(tǒng)的研 究越加重視, 新技術、新材料不斷涌現(xiàn),使得汽車散熱器正朝著輕型、高效、經 濟的方向發(fā)展。 22 散熱器的結構 汽車水冷發(fā)動機散熱器由冷卻用的散熱器芯部、進水室和

14、出水室三部分組 成。冷卻液在散熱器內流動, 空氣從散熱器外高速流過, 冷卻液和空氣通過散 熱器芯部進行熱量交換。目前, 汽車散熱器的結構形式可分為直流型（見圖 2- 1）和橫流型（見圖 2-2）兩大類。 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 散熱器芯部的結構形式主要有管片式和管帶式兩大類。管片式散熱器里面 是由許多細的冷卻管和散熱片構成, 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焊 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 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

15、可以增 加 12% 左右, 另外散熱帶上開有擾動氣流的類似百葉窗的孔, 以破壞流動空氣 在散熱帶表面上的附著層, 提高散熱能力。開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 進水管 4 自動變速器掖壓冷卻器 5 放水塞 6 放水口 7 出水口 23 散熱器的芯子結構形式 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)動機散發(fā)到周圍的大氣中去。而且散熱器芯子是用極薄 的導熱性能好的金屬及其合金制造的

16、, 能使散熱器芯子以最小的質量和尺寸達 到最高的散熱效果。 散熱器芯子的結構有多種, 如管片式、管帶式、細胞式、管芯式等等。常 見的多為管片式和管帶式。如圖（2-3）所示常見的多為管片式和管帶式。 a b 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 C d 圖 2-3 a 管片式 b 管帶式 c 細胞式 d 管芯式 對于管片式散熱芯子, 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?？諝庠谄叫械纳崞吧峁艿耐獗砻嫠纬?的風道中通過, 從而使散熱管內流動的冷卻液得到冷卻。管片式散熱器的主要 特點是結構強度好, 且可以少使塵埃、油污等堵塞芯部。故多用于震動較大、 工況惡劣

17、的載重車上。而對于管帶式散熱芯子, 它是由波紋狀的散熱帶和散熱 管相間排列構成的。而且在散熱帶上一般開有許多類似百葉窗的孔, 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, 制造工藝簡單、質量輕、成本低, 但結構強度不如管片式 好, 因此多用于小客車及轎車。 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 尺寸內獲得更好的冷卻效果。例如, 夏利型轎車, 原來采用的是單列直流式散 熱器, 由于我國地域廣大, 氣候條件及路況的差別也很大。該車型在南方地區(qū) 明顯感覺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

18、其單 列散熱管改成雙列散熱管的結構, 使其在散熱面積增加的情況下, 散熱量提高 了, 從而滿足了正常使用要求?，F(xiàn)代汽車上, 隨著發(fā)動機強化程度的提高, 熱 負荷也日益增加此外, 在采用自動變速箱時, 自動變速箱時所用的機油也需要 冷卻。所以在冷卻系內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)代轎車發(fā)動機上的應用日益 增多。同一系列的轎車, 在采用手動變速箱時, 裝單列冷卻管帶式散熱器即可 滿足散熱要求, 而采用自動變速箱時, 則需裝用雙列冷卻管帶式散熱器同時, 也可以采用改變散熱帶的波峰節(jié)距的方法,來增加散熱器的散熱面積, 提高散熱 能

19、力, 以滿足發(fā)動機和變速箱的散熱要求。夏利轎車的鋁塑結構的散熱器就采 用的是這種方式。對于采用自動變速箱的散熱器來說, 是將機油冷卻器安裝在 散熱器下水室內, 通過冷卻液的循環(huán)對變速箱內的機油進行冷卻。當然, 也可 以采用獨立的機油冷卻器來解決變速箱內機油的冷卻問題。 對于細胞式芯子及管芯式的散熱器, 因工藝的特殊性, 不被廣泛應用。 由于 YC550 散熱器用于重型拖拉機，因此 YC550 散熱器選用管片式結構。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 24 散熱器對材料的要求 傳熱系數(shù)是評價散熱器散熱性能的重要參數(shù), 散熱器材料的導熱性能和焊 接質量對其影響很大。散熱器的工作條件惡劣,

20、一般位于汽車前端迎風處, 不 僅要經受風吹雨淋和汽車廢氣的污染, 還要承受反復的熱循環(huán)和周期性的振動。 另外, 散熱器內長期流動著冷卻液對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, 對其材料性能有如下要求: 必須具有良好的導熱 性能, 具有一定的強度和較強的耐腐蝕性, 具有良好的加工性能及釬焊性能, 具有良好的經濟性。 25 散熱器的設計 2 25 51 1 散熱器的作用散熱器的作用 如圖 2-4 所示, 汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)由散熱器 2 、風扇 4 、水泵 5 、節(jié)溫器 6 、進水管及出水管等組成。冷卻系統(tǒng)的作用是: 疏散發(fā)動機各零件 的熱量,使這些零件的溫度保持在

21、發(fā)動機正常工作所許可的范圍內。因發(fā)動機工 作時, 燃料燃燒所產生的熱量一部分轉變?yōu)橛杏玫臋C械功, 輸出功率; 另一部 分則使發(fā)動機中直接與燃氣接觸的零件( 如活塞、氣缸、氣缸蓋和進排氣門等) 強烈加熱。如這些零件長時間的過熱和不均勻受熱, 將使材料的機械性能下降, 破壞了機件間的正常間隙,并使?jié)櫥透邷胤纸饣驘? 失去潤滑能力,引起零 件加速磨損,甚至卡死等嚴重事故。散熱器是汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的一個 重要部件,其作用是將由冷卻循環(huán)水帶出的發(fā)動機各零件的熱量散發(fā)到空氣中, 其質量直接影響著汽車發(fā)動機冷卻循環(huán)系統(tǒng)的性能指標。 圖 2-4 發(fā)動機循環(huán)式水冷系示意圖 1 百葉窗 2 散熱器 3

22、 加水口蓋 4 風扇 5 水泵 6 節(jié)溫器 7 水溫表 8 水套 9 分水管 10 放水閥 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 2 25 52 2 散熱器的構造散熱器的構造 散熱器的構造如圖 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 、側板 8 、支架 6 和散熱器芯。在上、下水室上分別焊有進、出水管,以 便于與進、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,平時管口用加水口蓋蓋住, 在下水室上通常都裝有放水閥門。側板加強了 散熱器的強度, 又將用于與外部連接的支架與其它構件連為一體。 散熱器芯是散熱器的核心部件, 是散熱器的主要散熱元

23、件。散熱器芯的構 造型式有多種, 但管帶式散熱器芯以其散熱能力強、制造工藝簡單、質量小、 成本低等優(yōu)點而得以廣泛地應用。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,外側的散熱帶被兩片附側板 9 所夾持經釬焊而成。 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 側板 9 附側板 2 25 53 3 散熱器散熱效果的調節(jié)散熱器散熱效果的調節(jié) 發(fā)動機的冷卻必須適度。若冷卻強度不足,將出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,水箱中的水溫 將升至沸點,水蒸氣大量蒸發(fā),發(fā)動機的

24、熱效率低,油耗大,同時,發(fā)動機的零件也 會因潤滑不良而加速磨損。若冷卻強度過強,將出現(xiàn)過冷現(xiàn)象,一方面由于熱量 散失過多,使轉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 觸而凝結并流到曲軸箱內,不僅增加了燃油消耗,且使機油變稀而影響潤滑,結果 也將使發(fā)動機功率下降,磨損加劇。在氣缸蓋內的冷卻水溫為 8090 之間時, 散熱器與發(fā)動機匹配最好。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 使用條件( 如汽車速度、負荷和環(huán)境溫度等)對散熱器的散熱效果有很大的 影響。為使散熱器與發(fā)動機很好地匹配, 可以改變通過散熱器的空氣流量和改 變通過散熱器的冷卻水流量的方法來調節(jié)冷卻強度。通常利

25、用百頁窗和各種自 動風扇來實現(xiàn)改變通過散熱器的空氣流量, 而使用節(jié)溫器或者支路循環(huán)來控制 通過散熱器冷卻水的流量。 2 25 54 4 散熱器散熱面積的計算散熱器散熱面積的計算 設計散熱器時一般是根據(jù)發(fā)動機在某一常用工況下能得到可靠的冷卻而設 計。散熱器的散熱面積是散熱器的一個主要技術指標, 它對散熱器的散熱效果 有著至關重要的影響, 在散熱器的的設計參數(shù)中, 對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板的散熱面積等組成。由于附側板的材料為 08F 鋼板,其 導熱性較散熱帶和冷卻管的材料紫銅差很多,又由于

26、附側板和上、下水室及其主 片的面積占整個散熱器的散熱面積的比例很小, 計算又復雜,所以在實際計算散 熱器的散熱面積時只計算散熱帶和冷卻管的散熱面積, 而后給一修正系數(shù)對其 值進行修正, 以使計算數(shù)據(jù)與實際情況更相符。 （1）散熱器迎風面積 Sz 公式 Sz=LB 式中： L散熱器兩主片間的距離，單位為 m； B散熱器的長度（指管片式） ，單位為 m； 根據(jù)散熱管尺寸確定其類型為 D-4-160 型 式中 L 取 0.23m B 取 0.54m 該散熱器的迎風面積為 0.1242mm2， （2）散熱器散熱面積 Fa 公式 Fa=2（AB-Nth）n+2(t+h)(L-n)N 式中： n散熱片片數(shù)

27、； N散熱管根數(shù)； A散熱片寬度，單位為 m； B散熱片長度，單位為 m； t散熱管截面外形長度，單位為 m； h散熱管截面外形寬度，單位為 m； L散熱管有效長度，即兩主片間的距離，單位為 m； 散熱片厚度，單位為 m； 式中 n 取 160； N 取 72； 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 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）散熱器水通道面積 公式 Sw=htN+t2/8 式中： h散熱管橫截面內側長邊直線段長度，單位為 m； t散熱管橫截面內側寬度，單位

28、為 m； N散熱管根數(shù)； 根據(jù) JB/T8 577-2005內燃機水散熱器技術條件 有：一般散熱管尺寸 t=23mm，h=1520mm，管壁厚度 =0.150.20mm，水管正 面節(jié)距為 715mm。沿深度方向的節(jié)距為 1725mm，散熱片的厚度為 0.080.2mm。散熱片的節(jié)距為 2.34.5mm。 式中 h 取 0.013m t 取 0.0022m N 為 160 計算得水通道面積為 0.004576m2 2.4 散熱器的材料和成型技術 2.4.12.4.1 散熱器材料選擇論述散熱器材料選擇論述 在選擇散熱器的材料時, 主要考慮以下幾點傳熱性能好、抗腐蝕能力強、 具有足夠的強度、有良好的

29、釬焊性能、易于加工成型及好的經濟性。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 0.010.20mm。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應具有足夠的散熱性能和較長的使用壽命,所以整個 散熱器總成必須降低原材料消耗,改善生產工藝和結構,降低生產成本,實現(xiàn)薄壁、 輕型、高效。在焊接部位,應采取擴大焊接面積的方法來降低應力,如主片和水 室采用雙面焊接的窄溝槽形式

30、,盡可能減小壁厚,不容許采用增加壁厚的方法來 提高總成強度。如散熱器的主片和水室的壁厚應控制在 0. 60. 8 mm 范圍內,冷 卻管的料厚應在 0. 110. 13 mm 范圍內,散熱帶的厚為 0. 0430. 06 mm。 銅散熱器的料厚如超過上述值會使成本增加,但強度提高不大。 采用低錫焊料、有機焊劑和高效率的氮氣保護硬釬焊工藝,生產銅、鋁散熱 器是今后發(fā)展的趨勢。以鋁代銅可以進一步減小散熱器質量,特別是硬釬焊生產 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 的鋁散熱器可以實現(xiàn)整個總成等強度,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。

31、 雖然目前部分產品仍采用該結構,但風阻過大,最有前景的結構是散熱器芯體采 用焊接生產的鋁芯體或銅芯體;水室為增強尼龍注塑成型;水室與芯體通過主片 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 達到密封效果。這種散熱器的冷卻液流動方向多為左、右方向流動的橫流式。 目前,從世界范圍來看,銅散熱器和鋁散熱器占有同樣地位。隨著銅、磷、 錫、鎳焊接技術進一步發(fā)展和完善,以及銅材退火溫度的提高,有可能沿用現(xiàn)有 的鋁材釬焊設備和工藝,生產出等強度、高強度、高耐腐蝕性的銅散熱器,克服 軟釬焊工藝生產的銅散熱器強度低的缺點。硬釬焊的鋁散熱器隨著原材料生產 工藝的提高將逐步增多,可以

32、實現(xiàn)整個總成等強度,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 24 42 2 常用散熱材料常用散熱材料 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，長期以來一直作為汽車散熱器的首選材料。 銅的資源和價格問題一直是困擾散熱器應用的主要原因，銅的消耗量日益 增加，但因銅的儲量有限，隨著消耗量的不斷上升，價格居高不下，因而銅散 熱器的成本一直難以大幅度下降。 由于

33、汽車散熱器惡劣的工作環(huán)境和冷卻液的長期腐蝕，避免銅直接與腐蝕 性物質接觸，延長其工作壽命，一般要在銅散熱器的表面上覆蓋錫保護層，但 這樣卻會影響銅散熱器的散熱效率。錫的導熱系數(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，為了進一步提高銅散熱器的性能，對傳統(tǒng)的銅錫散熱器采取了許 多改進措施。如在材質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，在不損失導熱性的前提下，提高其強度和軟化點，從 而減薄帶材的厚度，節(jié)省材料用量，以減輕散熱器的質量和降低成本。但由于 采用銅作原料，并未從根本上解決材料來源問題。 （2）鋁 隨著汽車技

34、術的發(fā)展，節(jié)約能源和環(huán)境保護等方面的原因對汽車輕量化的 要求越來越迫切。汽車材料的發(fā)展趨勢是輕量化、高性能和強功能，散熱器材 料也是這樣。人們一直在尋找價格低廉、性能優(yōu)良的材料來取代銅。近十幾年 來，散熱器新材料的應用有了很大的進展，尤其是在鋁散熱器方面發(fā)展速度很 快。 鋁是汽車工業(yè)使用較多的金屬材料，也是汽車輕量化的首選材料。鋁的最 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 大優(yōu)勢是質量輕，比重僅為銅的三分之一，相同體積情況下，質量可以大大降 低；鋁資源遠較銅豐富，成本也遠低于銅；雖然鋁的熱傳導率較銅低，僅為銅 的 60%，但由于銅散熱器存在熱傳導率更低的錫保護層，使得鋁散熱器的熱效 率反而要高于

35、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 有質量輕、原料成本低、散熱性能好等優(yōu)點，但其焊接工藝性差、生產設備投 入大是長期難以解決的問題，限制了鋁散熱器的廣泛應用。 目前，鋁散熱器比較成熟的生產工藝有兩種：一種是機械裝配式，此種形 式生產的散熱器冷卻水管是圓形或橢圓形，采用機械壓制而成“生產成本較低， 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 為了減輕質量，提高耐腐蝕性和節(jié)約有色金屬，許多新材料開始應用在散 熱器上。在實際應用中，散熱器上下

36、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，并以機械 方式與散熱器芯部接合裝配，通過橡膠密封圈使接合面上達到良好密封，同時 還起防振作用。另外，尼龍 66 具有非常優(yōu)良的耐腐蝕性，對散熱器十分有利； 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保持完好而 不會產生任何彎曲，不會減少散熱器的氣體流動。 2.4.32.4.3 散熱器制造新技術散熱器制造新技術銅硬釬焊新技術銅硬釬焊新技術 鋁散熱器發(fā)展速度很快，優(yōu)勢突出，但其制造工藝過程復雜、對工作環(huán)境 要求苛刻，并對環(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

37、車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題，進而 影響性能甚至引起故障。為了降低汽車尾氣排放，廢氣再循環(huán)（EGR）技術被廣 泛采用，然而 EGR 技術在發(fā)動機上的應用會使整個汽車冷卻系統(tǒng)發(fā)生變化，對 散熱器的耐高溫性能、散熱性能和強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足這些要求。正是由于這些原因，20 世紀 90 年代末， 國際銅業(yè)協(xié)會（ICA）開發(fā)出最新的汽車散熱器制造新技術銅硬釬焊散熱器 生產技術，并由奧托昆普公司實施，由此開創(chuàng)了汽車散熱器制造技術的新時代。 銅硬釬焊技術通過采用特殊的銅、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

38、整體即散熱器和熱交換器。銅硬釬焊技術的核 心是無焊劑、無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發(fā) 的銅硬焊金屬填料 OKC600 在高溫 590610 時熔化,依靠金屬毛細管的作用 力,流入焊接間隙,與母體材料(抗退火銅材)發(fā)生反應,在交界處形成合金金屬連 續(xù)體,構成高強度的金屬一體化結構。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 25 銅硬釬焊技術 2 25 51 1 銅硬釬焊散熱器的工藝原理銅硬釬焊散熱器的工藝原理 銅硬釬焊工藝核心是無焊劑、無鉛釬焊合金以及抗退火材料。其工藝技術 的原理是：用 OKCCuNiSnP 銅釬填料（金屬粉末所加工的焊膏，奧托昆普技術專 利 US-

39、Patent5378294）在 590610時熔化，依靠金屬毛細管作用力流入焊接 間隙，與母體材料（抗退火銅材）發(fā)生反應，在交界處形成合金金屬連續(xù)體。 2 25 52 2 銅硬釬焊散熱器的主要材料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化型合金，可防止材料在釬焊時軟化，在焊接過 程中能夠達到較高的傳導率。 主片采用含銅 64%的銅合金。 填料采用奧托昆普公司開發(fā)的銅硬釬焊金屬填料 OKC600。該填料是一種無 毒性的 CuNiSnP 合金，主要成分為 75

40、%Cu、5%P、15%Zn、5%Ni。熔化溫度為 60010。 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） 電傳導率/% 9230 屈服強度/N*mm-2 260270105 抗拉強度/N*mm-2 330400340 硬度 HV 10011567 延伸率 A50/% 1030 熔點/ 108310001025910930 密度/kg*m-3 890087508500 2 25 53 3 銅硬釬焊散熱器的優(yōu)越性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

41、優(yōu)點: （1） 銅硬釬焊技術使用極薄的銅合金材料,與冷卻液接觸的管料采用銅帶 經激光焊接而成,厚度僅有 0. 085 mm;與空氣接觸的帶料采用導熱性能好,強度 高、軟化點高的高銅合金,璧厚僅有 0. 0250. 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,降低質量和成本。 （2 ）銅硬釬焊工藝采用無鉛低溫焊接,不需要使用焊劑,焊接溫度容易控 制(熔點溫度允差范圍大) ,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,且生產過程中無需清洗,因而不會產生廢水、毒氣等有害物質,改善 了工作環(huán)境,減少了污染。用這種工藝生產的銅散熱器一旦報廢后,還可以 100 %地

42、 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 完全回收,再次用于制作新散熱器。因此,銅硬釬焊技術是一種既能降低成本又 可保護環(huán)境的新工藝、新技術。 （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,使產生 電化學腐蝕的風險降至最小。釬焊合金 OKC600 (CuNiSnP) 對管子來說也是一 種保護涂層。銅硬釬焊散熱器一般說來比錫焊銅/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爭力:鋁散熱器更傾向于局部腐蝕形式,而對于銅 硬釬焊散熱器,腐蝕形式通常是均等的,不會產生局部腐蝕。 4 銅硬釬焊工藝不需要使用焊劑，不需要進行前后期清洗，采用無鉛低溫 錫焊，改善了工作環(huán)境，污染小材料

43、的回收和再生產利用率高。 2 25 54 4 銅硬釬焊散熱器工藝技術的應用推廣銅硬釬焊散熱器工藝技術的應用推廣 經世界許多企業(yè)的實踐證明，銅硬釬焊工藝技術能在客車、載貨車和工程 機械的散熱器、暖風機、機油冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器及中冷器等產品生產中 發(fā)揮巨大的優(yōu)勢。 目前 Astor Air 公司生產的銅硬釬焊散熱器系統(tǒng)已經在公共汽車、載貨車 和其它工程設備中得到應用；日本 NAJICO 公司于 2000 年 10 月開始全面生產管 帶式銅硬釬焊散熱器。在國內，第一汽車集團公司首先將在新型載貨汽車上試 用。采用世界先進的的銅散熱器硬釬焊生產工藝技術，使我國汽車散熱器的制 造上了一個新的臺階。 2

44、6 技術要求 （1）散熱器產品按經規(guī)定程序批準的產品圖樣及技術文件制造。 （2）散熱器的散熱管、主片和水室所采用的材料在水中應有耐腐蝕性或經 過防腐處理。 （3）密封性能：散熱器內腔通人壓力為 125kPa 的干燥壓縮空氣，歷時 lmin 不允許泄漏。 （4）耐振性能：散熱器內腔充滿清水，在 20Hz，30Hz，40Hz，50Hz 頻率 下各振動 3h，共振動 12h，振動方向為垂直上下。完成 12h 振動后不允許出現(xiàn) 泄漏和零件損壞。 （5）耐壓力交變循環(huán)性能：對散熱器內腔施加從 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 3X104 次壓力循環(huán)后

45、，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 3000 次 950C - 10C- -95C 溫度交變循 環(huán)后，不允許出現(xiàn)泄漏和零件損壞。 （7）靜壓強度：對散熱器內腔施加 250kPa 靜壓，歷時 5min，不允許出現(xiàn) 泄漏和永久性變形. （8）耐腐蝕性：散熱器經 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符合產品圖樣或供 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 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、進水 溫度比進氣溫度高 60時，脹接式散熱器和軟

46、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)不得超過其散熱管總數(shù)的 1%. （12）散熱器芯子兩對角線的長度差：芯子對角線長度小于或等于 800mm 時，對角線長度差值應小于或等于 3mm;對角線長度大于 800nmm 時，對角線長 度差值應小于或等于 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)應符合產 品圖樣規(guī)定，其偏差不得超過產品圖樣規(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)應符合產品圖樣規(guī)定，其偏差為士 2 個。 （14

47、）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 距偏差應保持 0.2mcn 以內，不允許兩片壓合在一起;管帶式散熱器散熱帶的波 峰距偏差應保持在 0.5mm 以內。 （15）在散熱器兩大側面處的散熱片(帶)，不允許有卷曲、倒伏。 （16）在散熱器兩大側面處的散熱片(帶)，相互參差不允許大于 lmma （17）在散熱器兩大側面處的散熱片(帶)，不允許有邊緣碎裂。 （18）散熱器與主機的裝配尺寸應符合產品圖樣的規(guī)定。 （19）散熱器復式加水口蓋的進、出氣閥的開啟壓力應符合產品圖樣的規(guī) 定。 （20）散熱器加水口與加水口蓋的配合尺寸應符合產品圖祥的技術要求。 （21）散熱器的所有焊縫不

48、允許有明顯的焊料堆積. （22）散熱器內部不允許有游動的固體殘留物。 （23）散熱器外表防腐層應均勻美觀，不允許有涂層脫落現(xiàn)象。 江蘇新島 YC550 散熱器的設計 3 結論 本次設計的散熱器的原型是新島公司現(xiàn)有的 YC550 型柴油拖拉機散熱器， 此型號散熱器屬于型號較小，運用于較小功率的工況。其總體結構相對緊湊， 本設計對結構并沒有做大的修改，主要是對其制造材料和加工工藝進行先進性 的理論上的論證改進。 目前的散熱器制造打都采用銅或者鋁導熱性比較高的金屬材料，在以上已 經對兩種材料各自的特點，適用熱性進行了闡述和論證。最后，此設計仍然采 用了銅作為主材料，加以用鋁材以達到降低重量，提高產品

49、使用壽命的目的。 主要的改進方面在于加工工藝，也就是采用銅硬釬焊新技術的加工工藝， 這是一項比較新的焊接工藝，而且很適合用于散熱器這樣的大量使用鈑金件成 型的機械產品。引進這樣的技術可以在降低制造成本的同時大大地提高產品壽 命，延長使用壽命。 國外轎車配套的散熱器多為鋁散熱器，普遍采用裝配式，主要是從保護環(huán) 境的角度來考慮(尤其是歐美國家)。在歐洲新型的轎車中，鋁散熱器占有的比 例平均為 64%。從我國汽車散熱器生產的發(fā)展前景看，硬釬焊生產的鋁散熱器 逐漸增多，其發(fā)展前景將超過裝配式的鋁散熱器并取而代之。硬釬焊工藝生產 的銅散熱器也在公共汽車、載貨汽車和其它工程設備上得到應用。 鹽城工學院本科

50、生畢業(yè)設計說明書 2009 文獻資料 1 張敏汽車散熱器的設計及其發(fā)展J天津汽車，2002，(3):19-31 2 楊建華，徐貴勇. 汽車散熱器主片拉伸成型工藝及模具J. 模具工業(yè)， 2004，(7):33-35. 3 張行周，馬重芳. 汽車發(fā)動機散熱器特性仿真研究J. 模擬技術， 2005，(8):24-34. 4 黃暉，馬翠英. 汽車散熱器的材料及其發(fā)展J. 內燃機，2005，(10):37- 51. 5 張秀琴，蘇清祖，王忠.汽車散熱器性能評價的煙分析法J.汽車工程. 2005，(11):751-753. 6 燕來榮汽車散熱器材料技術的發(fā)展方向J, 大家談 2005,(11):33-34

51、. 7 黃暉,馬翠英,李國詳.其趁散熱器材料及其制造新技術J.客車技術與研究, 2006,(4):45-48. 8 燕來榮.汽車水冷發(fā)動機散熱器技術的發(fā)展方向J. 客車技術與研究, 2007， （5）:32-51 9姚福強,李世光.汽車散熱器性能測試的計算機測控系統(tǒng)設計J.自動化儀表, 2007， （10）:37-41 10曹金山，劉建國. 重型汽車散熱器由銅換鋁可行性研究J.現(xiàn)代制造技術 與裝備,2008,(2):34-36 11 國家發(fā)展和改革委員會.JB-T 8577-2005 內燃機水散熱器技術條件S. 12 國家發(fā)展和改革委員會.國家車用散熱器設計參數(shù)標準. S 江蘇新島 YC550

52、 散熱器的設計 致謝 本次畢業(yè)設計是對我大學四年所學各項專業(yè)知識的一次全面考驗，它也是 對即將走向社會的我們的進行的一次有效的訓練。回顧這場畢業(yè)設計，我覺得 我獲益菲淺。我的課題是一個設計類的課題，對于現(xiàn)有產品要充分的了解掌握 清楚，在此基礎上進行圖紙的 CAD 描述，對其中各個結構部件的匹配考慮，然 后又要考慮的對結構參數(shù)的合理化，尋找分析符合實際生產的加工工藝改進， 這對像我這樣基礎不太扎實的學生是有一定困難的，只有本人經歷過才知道。 所以我認為這次畢業(yè)設計鍛煉了我很多方面的能力，它使我面對困難不退縮， 勇于克服困難。 在本次畢業(yè)設計的開始到結束一直得到老師和新島公司技術員的指導和幫 助，

53、使我能得以順利完成并學到了很多知識，我想這對我以后走上社會工作崗 位會有很大幫助。在此我謹表示我最衷心的感謝。 鹽城工學院本科生畢業(yè)設計說明書 2009 附錄 序號 圖名 圖號 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 風罩分總成 YC550-05-00 A0