汽车水箱的设计及水箱的三维建模 毕业论文

毕业设计说明书 课名称 汽车水箱的设计及水箱的三维建模 系/专 业 机械学院（数控车床维修与维护） 班    级 数维1013班 学    号 1001463123 学生姓名 朱  艳 指导教师： 陈  涛     2013 年 05月 21日 摘  要 随着科学技术和汽车工业的蓬勃发展，对发动机散热器的性能的要求也越来越高，目前管带式汽车散热器得到普遍的应用。在保证散热器具有足够的散热性能的前提下，体积小、耗材要少、效率更高就成为散热器发展的必然趋势。根据理论和在实际工作中的实验数据及新材料的不断涌现，建立散热器的模型。汽车散热器由上水室、下水室、主片、车体芯部、左右侧片等零件组成。长期以来，散热器一直用铜和铜质合金制造，这是由于铜的导热性能良好，能防腐，易于焊接和加工而且也由于过去取材交易等。但鉴于铜系战略物质，近年来铜价暴长、波动甚剧、更兼汽车日多、能源紧张、污染严重、较大的汽车生产国又相继立法，限制车重，迫使各散热器公司竟相进行以铝代铜的研究。因此，散热器的发展趋势是以铝代铜，也因此发展趋势，本文分别对散热器的构造、制造材料、发展方向作了介绍， 最主要的体现还是将水箱材料铜质与铝质作了对比。本文重点研究铝质代替铜质的必然性，设计以铝质代替铜质的水箱，在满足传热的要求下，提出了水箱制造材料优化的方案，以达到减少耗材和降低厂家生产成本的目标。为了对水箱的构造作更深的了解，就以水箱其中一个重要组成部分下水室为例，对其进行建模，运用图解，以便让我们对下水室的外形成型过程更加了解。 关键词：散热、铜质、铝质、建模。 Abstract   With the rapid development of science and technology and automobile industry, the performance of the engine radiator are increasingly high requirements, the current automotive radiator is widely applied. In the premise of ensuring radiator with heat dissipation performance enough under, small size, less consumables, higher efficiency has become the inevitable trend of development of radiator. According to the theoretical analysis and practical work in the experimental data and the emergence of new materials, to establish the model of radiator. Automobile radiator water chamber, the water chamber, the main piece, the body core, left and right side plate and other parts. Long-term since, has used the copper and copper alloy radiator manufacturing, this is because the thermal conductivity of copper, corrosion, easy welding and machining but also because of the past were trading etc.. But in view of copper-based strategic material, in recent years, fluctuations in copper prices storms long drama, more and more cars, energy shortage, pollution, big country of automobile production and have legislation, restrictions on vehicle weight, with aluminum and copper are forcing the radiator company has. Therefore, the development trend of the radiator is replacing copper with aluminum, so development trend, this paper constructed, on the radiator manufacturing development direction of materials, introduced, reflects the most important or compare tank material of copper and aluminum. This paper focuses on the research of aluminum instead of the inevitability of copper, aluminum instead of copper water tank design to meet the requirements of heat transfer, in the proposed scheme, water tank manufacturing material optimization, in order to reduce the amount of material and reduce the production cost of manufacturers target. In order to construct the water for deeper understanding, to the water tank which is an important part of the water chamber as an example, the modeling, using graphic, so that we know more about the shape forming process of water chamber. Keywords: radiator, copper, aluminum, modeling. 目  录 摘要…………………………………………………………………………………………………1 ABSTRACT ……………………………………………………………………………………………2    第一章 引言 ……………………………………………………………………………………………4 1.1 汽车散热器的背景……………………………………………………………………………4 1.3汽车散热器行业的发展现状及前景…………………………………………………………4 1.4 课题研究的主要内容简介……………………………………………………………………5    第二章  散热器的概述…………………………………………………………………………………6 2.1 散热器的介绍…………………………………………………………………………………6 2.2 散热器的分类及相关知识 …………………………………………………………………10     2.2.1 散热器的分类 ………………………………………………………………………10     2.2.2 散热器的材质 ………………………………………………………………………11     2.2.3 散热器的焊接 ………………………………………………………………………12     2.2.4 中冷器的知识 ………………………………………………………………………12     2.2.5 水箱的开锅处理方法 ………………………………………………………………13     2.2.6 清理汽车水箱的方法……………………………………………………………14                                          第三章 散热器的主要基本参数  ……………………………………………………………………15 3.1 散热器水室的基本参数 ……………………………………………………………………15   第四章  典型零件的solidworks建模………………………………………………………………17 4.1 散热器下水室的建模 ………………………………………………………………………17 4.2 散热器装配的建模…………………………………………………………………………22    第五章  小结与展望 …………………………………………………………………………………26     5.1 小结 …………………………………………………………………………………………26     5.2 展望 …………………………………………………………………………………………26 参考文献 ………………………………………………………………………………………………27 第一章 引言 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影响。随着汽车发动机转速和功率的不断提高,热负荷也愈来愈高,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。 1.1汽车散热器的背景 散热器在1901年第一次被展出。散热器的产值在汽车的全部零件中占有较要的地位，例如：在发动机中占14%，在汽车全部零件中占2.5%，仅次于电器和减震器而占第三位。长期以来，散热器一直用铜和铜质合金制造，这是由于铜的导热性能良好，能防腐，易于焊接和加工而且也由于过去取材交易等。但鉴于铜系战略物质，近年来铜价暴长、波动甚剧、更兼汽车日多、能源紧张、污染严重、较大的汽车生产国又相继立法，限制车重，迫使各散热器公司竟相进行以铝代铜的研究。因此，散热器的发展趋势是以铝代铜。又由于发动机功率和行驶速度的提高，动力转向，自动变速和空调设备等的普遍使用，以及冷却系统的发展等都对散热器提出了更高的要求。各生产企业在制造工艺上做出许多改进，不仅使成本大为降低，而且质量也大有提高。世界上主要产散热器的国家及其公司：美国、俄罗斯、英国、法国、德国、日本。美国最大的通用公司的哈里逊(Harrison)散热器厂。英国的联合工程公司(Associated Engineering Co)统的可弗拉特(Covrad)公司、赛克热交换和服务公司(Serck Heat transfer&Service)、玛尔斯登散热器服务服务公司(Marston Raditor Service Co.)，雷特-赖泼公司(Rad—Reps Co)。西德的以贝尔散热器厂较为著名。法国的以肖松公司最大。日本的以东洋散热器公司、日本散热器公司、东京散热器公司较大。                                                                          1.2汽车散热器行业的发展现状及前景 一、汽车散热器行业的市场竞争格局 近年来,我国汽车散热器生产有较快的发展，2011年资料显示已达到600家左右，特别是浙江、江苏、广东、山东等地新增的厂家比较多，其中大型骨干企业20～30家。企业可分为四类：①不依附于任何整车厂，研发和生产能力较强，为多家汽车企业供货，如山东同创；②跨国公司独资或者合资，技术力量雄厚，有较稳定的配套企业(多为有外资背景的汽车企)，产量大，依靠母公司提供技术支持，如上海贝洱；③依附于某个整车厂或为某整车厂的子公司，只为其配套，如中国重汽集团汽车水箱厂；④产量小，技术力量薄弱，多依靠人工生产，自动化程度低，产品价格低廉的其它散热器厂。 发展现状特点：①散热器生产企业数量急剧膨胀，无序竞争状况更加突出；②随着中国汽车工业的快速发展，全球汽车散热器领域著名的公司如福特、贝洱、日本东洋和摩丁等均在国内以独资、合资或控股的方式设厂，外资企业加快了进入步伐，抢占市场资源；③主机厂（包括国内和同外）全球采购还仅停留在口头上，主机厂与零部件企业的战略合作伙伴关系远未建立，零部件企业的弱势地位更加突出；④各骨干企业加大投入、改造，积极调整产品结构，力求在竞争中立于不败之地；⑤产品出口量大增，但出口产品仍以售后市场为主，产品档次和附加值偏低；⑥原材料价格的大幅波动，影响了行业企业的盈利能力。 二、国内散热器行业的技术水平 我国汽车散热器的技术水平、质量状况已基本能够满足国内配套的需要。行业内的各重点骨干企业都有自己的研发中心，拥有产品设计、开发队伍、设施及必要的检测手段。各公司通过配备风洞试验台、冷热循环性能试验台、振动性能试验台、耐碎石冲击试验台、腐蚀试验台、干式试漏仪、压力循环试验台、热应力试验台等检测、试验设备，保证了产品质量的稳定和提高。骨干企业以完备的试验设备、结构设计的应力分析计算能力、性能设计的换热量及阻力分析计算能力，在技术上为典型特征区别于其它散热器厂家。 从整体来看与国际相比差距主要体现在产品可靠性和散热性能、生产自动化程度、原材料利用率等方面。①目前我国骨干企业都引进了国际比较先进的生产设备，如制管机、滚带机、芯体组装机等，但是设备的自动化程度还不是很高。很多工序仍然采用人工操作，混线生产，致使产品质量不稳定；②目前我国的焊接技术水平与国外有一定差距，铝制散热器普遍采用钎焊技术，铜散热器还在采用铜和焊锡焊接，铜硬钎焊技术在国内应用很少，在可靠性能方面与国外相比有差距；③汽车和发动机热系统整体的研发设计能力、模具的设计制造能力等方面与国际先进技术差距较大；④原材料利用率方面目前国内平均水平在9 5％左右，国外更高些。 三、汽车散热器行业发展前景 国内散热器行业已初步完成了资金、技术、人才等方面的原始积累和储备，重点骨干企业也已具备了与发达国家同行企业竞争的潜在能力。散热器行业将进入一个新的发展阶段，重点表现在：①细化行业分工，实现系统化、模块化供货；②进一步提高产品制造水平和质量保证能力，全面进入国际OEM市场。在材料应用上大型车和特种车铜质散热器仍不可替代，铜铝两种散热器将长期共存；同时新材料也可能被应用，如石墨泡沫已在实验室应用于散热器,传热系数要比传统的散热器提高10倍以上, 需要相同的散热量情况下, 其正面面积可减少8倍多；市场潜力看好的电动车的冷却系统也为汽车散热器的发展提供新的方向。 “十二五”发展目标主要围绕自主创新和关键核心技术的掌握、自主品牌建设、标准化建设、产业结构调整，实现走向世界的战略。专利保护和品牌保护、车用热交换器技术标准、大量先进的自动化生产设备和检测设备、高端的设计团队将成为进入市场越来越高的壁垒，中小企业的淘汰为大型的散热器企业提供更广阔的空间。  1.3 课题研究的主要内容简介 汽车散热器历来以铜为主，但是近年来铜质散热器产量在逐年减少。据统计，1985年-1996年间世界汽车的铜质散热器产量下降了27.5%，而铝质散热器重量较轻，比相同规格的铜质散热器可减轻三分之一左右的重量。汽车轻量化是全世界汽车工业的发展方向，而汽车轻量化的首选材料是铝合金。研究表明，汽车上每应用1 K g铝材,可获得2 K g的减轻效果。汽车自重每下降10%，燃料效果可提高6-8%，而且铝材本身具有良好的耐腐蚀性、可焊性、易成型性和导热性等特点，用铝合金复合材料制成的汽车散热器具有体积小、重量轻、抗震性好、寿命长等优点。所以采取了以铝质代替铜质的水箱，本文重点也就在于将铝质与铜质相比较，进而让我们更加深刻的认识到现代生活已渐渐将铝质代替铜质的现状。本文介绍了散热器的组成，以及一些相关背景现状还有未来发展趋势，让我们对散热器更进一步的认识，并让我们了解到铝质代替铜质为厂家为社会带来的降低成本的支出目的。本文第四章又以下水室为例，对下水室进行了图形建模，以便我们对下水室的外形构成有了更深刻的认识。 第二章  散热器的概述 2.1散热器介绍 散热器的实物如图1-1所示（图2为结构图）。其主要组成部分为上水室（如图1-2）、下水室、加水口盖、侧板（如图1-3）、支架和散热器芯（如图1-4）。在上、下水室上分别焊有进、出水管（水管如图1-5）,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。管带式散热器芯是由波纹状的散带与冷却管相间排列着,冷却管的两端分别插入上、下水室主片的扁孔中,外侧的散热带被两片附侧板所夹持经钎焊而成。 图1-1 汽车散热器实物图                 图1-2 汽车上水室实物图       图1-3 汽车侧板实物图 图1-4 散热器芯体实物图 图1-5  散热器制管实物图 传统的内燃机冷却系统的构造是安装在内燃机传动轴上的风扇起强制冷却作用，没有风扇的强制冷却单凭散热器自身的散热是远远达不到内燃机散热要求的，而随着发动机转速的快与慢来直接决定散热器的冷却效果，通常在水泵和内燃机水道上安装节温器来保证内燃机在70°C上下内燃机水流的控制，保证内燃机正常工作。而根据内燃机生产厂家的设备和制造工艺的不同，内燃机的功率损耗也不同，随着市场的发展和需要生产出各种型号不同的机械，所以运用于最早的散热器设计就在一定的程度上发生变化。它不在按照内燃机功率的大小来决定散热器散热面积的大小，而是根据各种车型和工况来适当加大散热器的散热面积，这是目前内燃机冷却系统生产市场上都默认的计算方法。所以市场上就出现了散热器的管带式、管片式、管片开窗式等不同规格型号的散热器，以达到内燃机的冷却效果，也就是内燃机最良好的功率实现。而正常启动工作的内燃机在工况不好的情况下，如果水温偏高，一般都停止工作或加大内燃机的转速和检查通风情况来保证内燃机在80-95°C时达到的正常功率和使用效果。在正常工作的发电机组、工程机械、矿用车、拖拉机等这些机械运作时，操作工一般不会老去检查水温和水多少的问题，这对内燃机也是一个致命的要害。内燃机研究的工程师一般不会去考虑冷却系统的附在问题，而是凭理论去计算散热面积的大小来适合内燃机冷却的计算公式。同样这也是内燃机使用过程中的致命问题。国外在汽车内燃机冷却系统上已经有好的方法，他们运用在小汽车上。主要解决的方法是内燃机和冷却系统完全分离，冷却用的散热器上安装可加速的电磁风扇来保证内燃机的冷却效果。而且散热器设计远远底于国内散热器散热面积的设计。主要是因为它在散热器上安装直流可控加速电机。所以对于我们国内各种内燃机的散热器的设计可以运用国外的散热器制造经验来保证内燃机的冷却效果，同样达到散热效果，也对内燃机的功率消耗有一定的提高。充分利用和发挥内燃机的最大功率，在运用的过程中增加水温测试和可视报警装置。而除汽车而外的内燃机一般都是靠内燃机的转动来进行强制冷却。如拖拉机、叉车、工程机械、发动机组、农用车等。 发动机是有冷却液的循环来实现的，强制冷却液循环的部件是水泵，它由曲轴皮带带动，水泵叶轮推动冷却液在整个系统内循环。这些冷却液对发动机的冷却，要根据发动机的工作情况而随时调节。当发动机温度低的时候，冷却液就在佛那个冬季本身内部做小循环，当发动机温度高的时候，冷却液就在发动机-散热器之间做大循环。实现冷却液做不同循环的控制部件是节温器。节温器实际上是一个阀门，节温器原理是利用可随温度伸缩的材料，例如石蜡或者乙醚之类的材料做开关阀门，当水温高时材料膨胀顶开阀门，冷却液进行大循环，当水温低时材料收缩关闭阀门，冷却液小循环。 为了提高散热器的冷却能力，在散热器后面安装风扇来强制通风。以前的轿车散热器风扇有曲轴皮带直接带动的，发动机启动他就要转，不能视发动机温度变化而变化，为了调节散热器的冷却力，要在散热器上装上活动百叶窗以控制风力进入。现代轿车已经普遍使用风扇电磁离合器或者电子风扇，当水温比较低是，离合器与转轴分离，风扇不动，当水温比较高时有温度传感器接通电源，使离合器与转轴接合，风扇转动。同样电子风扇有发动机直接带动，有温度传感器控制电动机运转。这两种行驶的散热器电扇运转实际上都是由温度传感器控制。 散热器芯部应具备有足够的通流面积，让冷却液通过，同时也应具备足够的空气同流面积，让足量的空气通过带走冷却液传给散热器的热量。同时还必须具有足够的散热面积，来完成冷却液，空气和散热片之间的热量交换。 由于大多数物体在受热后都要膨胀，温度越高，膨胀越大。内燃机的零件在工作是受热膨胀后，会使零件变形，过分的膨胀，则使相互配合零件间的正常间隙收到破坏。并且，润滑油在高温下，它的粘度会大大降低。如果润滑油的粘度降低，幽默的承载力下降，不能在运动附中保持良好的润滑，加剧零件的磨损。同时汽缸壁温度太高时，将会使进入燃烧室的润滑油迅速燃烧引起润滑油的消耗量增加，并且是燃烧室积碳。汽缸内的温度过高时，汽缸充气系数下降。汽油机还容易产生爆燃现象。由此可见，必须降低温度。 如果发动机的温度过低，燃料不能完全燃烧，是燃料消耗增加，是润滑油粘度增高，零件的摩擦阻力加大，是润滑油粘度增高，零件的摩擦阻力加大，消耗较多摩擦阻力加大功率，因而减少了输出功率，废气中的水蒸气与硫化物生成一种叫亚硫酸的液滴腐蚀零件穿走的热能增加，转变为机械功的热能减少，造成过多的散热损失。因此温度也不能太低，温度在85度左右适合。 无论国内国外在内燃机散热器的安装上都没有固定的安装距离标准，这也是一个对内燃机致命的关系，即使散热器生产的越好面积越大，但如果没有正确的安装，同样达不到散热器的散热效果。 根据多年对散热器安装的累积安装经验得到散热器的正确安装方法按如下安装，达到散热器的最佳散热效果： 1.迎风（吸风）散热器芯部平面到内燃机风扇平面的的安装距离按40-55mm标准执行。 2.背风（吹风）散热器芯部平面到内燃机风扇平面的的安装距离按100-120mm标准执行。 理论及实际流向对比： 1.目前正常使用的内燃机散热器都为对流式或自流式的水流动方式，使水在散热器的水室及散热管内自由流动，同时通过内燃机的强制冷却来达到冷却效果，也就是通过内燃机的水泵运转使通过内燃机水套内的水在散热器进出水管进行来回运转，同时通过安装于内燃机主传动轴上的风扇进行强制冷却，而使散热器把内燃机运转时产生的热能通过散热器给传导出去。理论的流向是出水管出水进水管进水，水在散热器内循环一次，根据水泵的流量不停的多次循环达到冷却效果。实际的流向通过实验由于进出水管同内燃机连接位置的不同，和进出水管的直径不同，水经过散热器的流向为自流式，通过模拟实验，由于水阻的问题，靠近进出水管的散热管流动比不靠近进出水管的流动快2-3倍，离进出水管较远的散热管几乎就没有流动或流动仅为靠近进出水管的散热管的1/4，从而散热器的散热效果至少降低1/5，同样散热面积就降低。 2.现使用的内燃机散热器为逆向阻流的水流动方式，使水在散热器的水室及散热管内按规定路线流动，同时通过内燃机的强制冷却来达到冷却效果，也就是通过内燃机的水泵运转，使通过内燃机水套内的水在散热器进出水管按规定路线进行多次往返运转流动，同时通过安装于内燃机主传动轴上的风扇进行强制冷却，而使散热器把内燃机运转时产生的热能通过散热器给充分的传导出去。通过进出水管的水流按设计散热管的横截面积提高20-30%的对比，使水流动的阻力基本为零，不影响水泵和内燃机的功率消耗。从而使散热器的每一根散热管在内燃机上都发挥最大的散热效果。 2.2 散热器的分类及相关知识 2.2.1 散热器的分类 根据冷却液的流动分可分为横流式和纵流式两种，如图2-1所示。 图2-1  散热器分类图 根据散热器的芯部结构分可分为管带式和管片式。 管片式散热器芯部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，以减少空气阻力，增加传热面积。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同流面积，让足量的空气通过已带走冷却液传给散热器的热量。同时还必须具有足够的散热面积，来完成冷却液，空气和散热片之间的热量交换。 一般管片式散热器多用于乘用车，而管带式散热器多用于工程机械。管带式散热器与管片式散热器相比较，管带式散热器在同样的条件下，散热面积可以增加12%左右，另外散热另外散热带上开有开有扰动气流的类似于百叶窗的空为的是破坏气流在但热带表面的附着层，来提高效率。 2.2.2 散热器的材质 根据散热器的材质可分为铝质散热器和铜质散热器。 铝散热器以其在材料轻量化上的明显优势，在轿车与轻型车领域逐步取代铜散热器的同时散热器制造技术和工艺有了长足的发展。铜硬钎焊散热在客车，工程机械，重型卡车等发动机散热器方面优势明显。国外轿车配套的散热器多为了铝散热器，主要是从保护环境的角度来考虑（尤其是欧美国家）。在欧洲新型的轿车中，铝散热器占有比例平均为64%。从我国汽车散热器生产的发展前景看，硬钎焊生产的铝散热器逐步增多。硬钎焊铜散热器也在公共汽车，载货汽车和其他工程设备上得到应用。 全铝质散热器具备以下特征： 1、散热性能高: 因为采用双成份合成铝芯体和管带式结构，散热性能比铜散热器提高了25%左右，同比于东风配套装车铝散热器性能提高了10%左右。以1301010-N20为例，配套装车芯体（高×宽×厚MM）为680×518×40MM，其优化产品为680×518×56MM。 2、革新设计、牢固可靠: 人们研发成功并生产全铝一次性钎焊式重卡汽车散热器，不同于目前的铝塑式散热器（塑料水室机械咬边式装配）。并且和汽车底盘连接采用刚性框架套固，产品具备良好的可靠性和牢固性。 3、产品轻型化: 由于采用全铝钎焊式生产工艺，产品重量减轻30%左右，降低了装车额定质量，节约油耗。 4、环保性好： 由于全铝散热器采用有利于环保的工艺和材料，去除了铜质散热器生产过程中的腐蚀性辅料和铅等原材料，更有利于环保要求。 5、 良好的耐久性: 由于主片和散热管分别采用双成份合成材料，可靠性及耐久性更为突出。 铝质散热器与铜质散热器相比较： 1. 从外观上看，进出水管及水室不同：铜质散热器为铜制，为黄铜颜色；铝质散热器为铝制，银白色。     2. 重量上铝质散热器要比同种规格的铜质散热器轻约1／3。     3. 铜质散热器分为四排管和五排管，而铝质散热器均为26*26双排管（防锈无缝焊接铝散热管）；铝质散热器的散热性要超过同规格铜质散热器（五排），故称之为“超五排”指的是它的散热性能。     4. 铜质散热器波浪带与铜散热管经过焊锡焊接后，接触面积最多达到80%-85%，且接触点较多，容易出现点焊开焊现象，导致漏水；铝质散热器波浪带与铝散热管经过一次性钎焊过程后，接触面积可达到90%以上，且接触点少，不易出现开焊及漏水现象。     5. 铜质散热器易维修，出现开焊可用焊锡点焊，且维修站点遍布各省市；而铝质散热器同样可以焊接，用上海斯米克公司生产的“201焊剂”和“4047焊条”（或者用市场上的铝硅焊条，切记不能用铝镁焊条），价格不高，且比焊锡更易焊接牢固。 2.2.3 散热器的焊接     铜质散热器中用铜硬钎焊把几个铜零件焊接在一起。     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590℃～610℃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，构成高强度的金属一体化结构。     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毫米，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0.025～0.03毫米。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，降低重量和成本。     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。因而改善了工作环境，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%地回收。     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或黄铜散热器有更高的抗腐蚀能力，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。目前，铜硬焊散热器已经在公共汽车、重型卡车和其他工程设备中得到应用;我国也已经从奥托昆普公司引进该项技术。 根据散热器散热方式可分为水冷和空冷。水冷即是用冷却液的散热器。而空冷是空气冷却器，顾名思义即是用空气冷却的一般用于带涡轮增压的车上（2.0T即是在水冷的基础上多了一个空冷。空冷一般用铝质的散热器）也叫中冷器。 2.2.4 中冷器的知识 中冷器是用来冷却经增压器出来的增压空气的，空气在经过增压器后，压力增加，温度升高，通过中冷器冷却可降低增压空气温度，从而提高空气密度，提高充气效率，以达到提升柴油机功率和降低排放的目的。不光是大型货车上有，很多轮船的柴油机（几乎是全部）都有。 中冷器的安装目的，主要是为降低进气温度，或许读者会问：为何需要降低进气温度？这就得提到涡轮增压的原理。涡轮增压的工作原理，简单说是利用引擎排废气来冲击排气叶片，然后带动另一侧进气叶片，强制压缩空气并送往燃烧室中，由于排废气的温度通常都高达8、9百度，连带使涡轮本体同样处于极高温的状态，如此便会提高流过进气涡轮端空气的温度，加上压缩过的空气同样也会产生热度(因为压缩过的空气分子距离变小，会相互挤压、磨擦产生热能现象)，如果这股高温气体未经冷却就进入汽缸中，很容易导致引擎燃烧温度过高，接着就会使汽油预燃发生爆震，让引擎温度更加上升，同时压缩空气的体积也会因热膨胀而大幅降低含氧量，如此一来便会降低增压效益，自然无法产生该有的动力输出。另外，高温也是引擎的隐形杀手，若不设法降低运转温度，一旦遇到天气较热的环境，或是长时间操驾的情况下，很容易增加引擎故障机率，因此才需加装中冷器来降低进气温度。 中冷器的作用：   中冷器的作用是降低发动机的进气温度。那么为什么要降低进气温度呢？   （１）发动机排出的废气的温度非常高，通过增压器的热传导会提高进气的温度。而且，空气在被压缩的过程中密度会升高，这必然也会导致空气温度的升高，从而影响发动机的充气效率。如果想要进一步提高充气效率，就要降低进气温度。有数据表明，在相同的空燃比条件下，增压空气的温度每下降１０ ℃，发动机功率就能提高３％～５％。   （２）如果未经冷却的增压空气进入燃烧室，除了会影响发动机的充气效率外，还很容易导致发动机燃烧温度过高，造成爆震等故障，而且会增加发动机废气中的ＮＯｘ的含量，造成空气污染。   为了解决增压后的空气升温造成的不利影响，因此需要加装中冷器来降低进气温度。     汽车开锅通常是指汽车的引擎（又名发动机、内燃机。按燃烧的油品及点火方式的不同，又分为柴油机和汽油机两种）的工作温度达到对于正常工作温度范围来说过高的温度，而影响机器正常工作、有损机器的情况。“过高的温度”常指高于85摄氏度，不同的机型有不同的标准，温度超过正常温度越多对机器的破坏就越大。 水箱开锅对发动机危害大：水箱开锅后，发动机散热不良，温度过高，零部件膨胀会使各部件配合间隙减小，另一方面温度过高机油黏度降低，这种情况下，各部件磨损加剧。如不立即作适当处理，发动机很可能烧损导致严重机损事故。 2.2.5 水箱开锅处理方法 1、查看风扇是否正常、水箱是否有渗漏，是否缺少冷却液，若水箱漏水，需及时修补或更换，若水箱缺液需及时补充，若冷却液出现浑浊变质则需更换。 2、普通冷却液内含的水分会在发动机的缸壁上形成水蒸气阻层，阻碍散热，导致发动机故障，缩短发动机寿命。有条件的车主最好在夏天使用市场上的一种“无水冷却液”，这类冷却液不含水，避免气阻层的形成，从根本上克服水或含水冷却媒介对发动机的损害。   3、养成良好的驾驶习惯   夏季大家最好能养成定期清洗散热器片的好习惯，这样会改善发动机的散热效果。为防止发动机产生过热现象，保养时应注意风扇皮带不能沾油，以防打滑，皮带紧度适当。行驶途中适时休息，休息时尽量选择阴凉处，并打开发动机罩通风散热。   如果降低车速还不能解决问题，温度表的指针已经接近高端，在这个时候你就必须把车停下来“退烧”，使发动机逐渐冷却。必要时可用冷水浇在散热器上，但时你要注意的是千万不能用水冲刷发动机。 2.2.6 清理汽车水箱的方法 对水箱进行一次彻底的检查。打开汽车水箱盖，看其是否结垢，程度如何？如果结垢严重，即：有开锅频繁现象，出现的锈蚀或沉积物较多时，就应进行必要的清洗，否则对于水箱和发动机的传热效果有着很大影响，从而会减少发动机的使用寿命。建议到专业清洗汽车水箱维修中心清洗，这既能保证水箱清洗彻底，又保证水箱不会因清洗而产生不良影响。 第三章 散热器的主要性能基本参数 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设计。研究表明，散热带的波距是影响散热器散热性能的主要参数，但热量随散热带波距的减少而增加，而百叶窗开窗角度在25～35度，散热带厚度在0.045～0.06mm范围内变化对散热器散热量的影响较小。散热带材质由70铜改为纯铜，散热量增加40%。 为了方便生产和节约成本我们把波距定为4.3mm百叶窗的开窗角度为30度，散热带的厚度为0.06mm材质为70铜。 管长为640mm，管宽为12mm，管厚为3.5mm。 管数共有4×49=196根 带长为636mm，带宽为10.02mm，带厚为0.06波距为4.3mm，百叶窗开口角度为30度。 上下板：板长为671.8mm，板宽为97mm，板厚为3mm 板的扁平口12×3.5mm，扁平口的左边离板左边为8.95mm，扁平口上边离板上面为15.5mm 排列。（以最左上方的扁平口为列）如下图3-1所示排列。 图3-1 散热器板扁平口平面图 水室的参数：长671.8mm，宽为97mm，厚度为0.2mm。高为72mm。详细参数请见下图。 水室主视图如下图3-2所示： 图3-2 水箱下水室主视图 水室俯视图如下图3-3所示： 图3-3水箱下水室俯视图 水室左视图如下图3-4所示： 图3-4水箱下水室左视图 侧板用45号钢，如下图3-5所示。 图3-5水箱下水室侧板图 本章对散热器的相关参数作了简要的概述，容易理解散热器的平面制造尺寸，以便我们在下一章的建模中使用，让我们为下一章的建模做好画图尺寸的准备。下面我们将介绍水箱中的典型零件之一下水室，并且对此建模，让同学们对水箱的下水室设计作进一步认知。 第四章  典型零件的solidworks建模 Solidworks是世界上第一套基于Wondows系统开发的三维CAD软件。该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学、易用等特点，是当前最优秀的中档三维CAD软件之一。 下面我将用solidworks来建模 汽车发动机冷却系统是用水泵把该系统的冷却液体加压，使之在水套中流动，冷却水从汽缸壁吸收热量，温度升高，热水向上流入汽缸盖，继而从缸盖流出并流入散热器。由于风扇的强力吸收，空气从前向后高速流过散热器，不断地将流经散热器的水热量带走。冷却了的水由水泵从散热器底部重新泵入水套。水在冷却系统中不断循环，从而达到了汽车发动机的冷却效果。下水室就是其中一个典型零件，它不仅是散热器组成中不可缺少的部件之一，也可以看做是一个储存室，以便水泵抽水供应冷却系统的循环之用，如果却少了它，整个系统是运行不起来的。本章就以下水室为例来建模，如图4-1。 下水室将用到拉升，薄壳，旋转切割，倒圆角等指令。 图4-1 水箱下水室的主视图 4.1下水室建模 下水室建模图步骤如下述操作： 第一步：首先以主视图为基准面以原点为中心点画图示的矩形。标出尺寸长631.8，宽91，如图4-2所示： 图4-2 画一个矩形 第二步：以中点为对称点画凹槽，画如图所示，并标出尺寸。用镜像命令来对称，如图4-3所示： 图4-3 画凹槽 第三步：画一与上边平行的的线段，标出两个距离为3，且在下方如图4-4所示： 图4-4 画一个平行线段 第四步：一次按图示连接一个对角线，如图4-5所示： 图4-5连对角线 第五步：用裁剪的指令选择裁剪到对近端，如图4-6所示： 图4-6 选择裁剪指令 第六步：裁剪成如图4-7示： 图4-7 裁剪所需图形 第七步：并且将裁剪好的图形分别对称到右边和下面。并且去掉多余的线段，如图4-8所示： 图4-8 作对称图形去线头 第八步：将原矩形的四个对角倒5的圆角，并裁剪掉多余部分。并且删掉多余的竖直线。如图4-9所示： 图4-9 矩形倒角并去线头 第九步：单击【拉伸凸台/基体】出现【拉伸】属性管理器，在【终止条件】下啦列表框内选择【给定深度】，在【深度】文本框中输入72，单击确定，向前拉伸处实体，结果如图4-10所示： 图4-10 拉伸实体图 第十步：左右均倒成图示的圆角，并拉伸切除，拉伸切除特征，是在原来实体上取出材料，操作过程与拉伸基本相同，如图4-11所示： 图4-11 倒角并取材 第十一步：在左端画一组同心圆，标注其圆心距上边36圆心距左边为95.90如图4-12所示： 图4-12 左端定位画圆 第十二步：选择拉升两圆的补集拉升深度定义为50，如图4-13所示： 图4-13 拉伸左端定位圆 第十三步：薄壳，薄壳是把实体变成壳体，选择底面，厚度为0.2mm，如图4-14所示： 图4-14 薄壳 4.2  装配的建模 装配，选择以底板为主体，将底板放在主视图中。装配建模用到的几何关系有贡献，全等，垂直，平行，相切，通信，中点，交叉点，重合，相等，对称，估计，穿透，合并点。 装配步骤如下： 第一步：先装芯，先把底板固定，再把下底板的扁平口的长端面与管的长面约束，配合方式为重合，如图4-15所示： 图4-15 固定底板长边插入扁平口 第二步：将这个扁平口的短端面与管的短面约束，约束方式为重合，如图4-16所示： 图4-16 固定底板短边插入扁平口 第三步：接着控制管与下底板的距离的约束，选择管的下方的面与下底板的上面约束，配合方式为距离，且距离为2mm，如图4-17所示： 图4-17 控制管与底板的约束 第四步：将这一列四个扁平口与管子全部约束好，如图4-18所示： 图4-18 约束扁平口与管子 第五步：下面是将这个约束体与带约束，先选择用管的内面与带的波峰的平处约束，约束方式为重合，如图4-19所示： 图4-19 约束体与带约束 第六步：将带的底端与下底板的上面约束，配合方式为重合，将带侧面与管同样的侧面约束，约束方式为重合，如图4-20所示： 图4-20 带与下底板和管子分别约束 第七步：按这种方法将其他的管和带约束好，并把上顶板与其中一根管约束，如图4-21所示： 图4-21 管与上底板约束 通过以上操作，我们能对水箱的下水室的设计更准确的认知，更加了解它的建造。我们也需对水箱更多的零件作认知，以便更加清楚的了解到水箱的具体设计，这还是不足的地方，我们将尽快弥补其不足之处，以便大家更加全面的认识水箱。                                                                                                                                                                                                                                                                               第五章  小结与展望 5.1 小结 随着能源越来越少，节能成了现在的主题。而散热器的重量也能影响汽车的节能效果。轻质量的散热器将会越来越受厂家的青睐。目前市场上散热器的材料多数是铜，而欧美国家和小日本等发达国家的散热器用相对分子质量较小的铝来替代，这无形中减少了散热器的质量。但是，铝质的散热器焊接是一个难题。本文就是以节省材料为主题，重点介绍铝质与铜质的区别，将铝质与铜质为原材料制造的水箱进行优良对比，换了一种材料制造的水箱又有何好处等，这将是我国散热器行业的一个亟待解决的问题。本文分别对散热器的构造、材料、发展方向作了介绍，最主要的体现还是将水箱材料铜质与铝质作了对比，介绍了铜质与铝质材料的区别，为了减少厂家资本以及材料损失，设计其水箱。并以下水室的外形设计为例，如果全方位的使用铝材料，将会对水箱未来的发展奠定下良好的基础。解决了这一个难题，铝质散热器将会在中国渐渐普及。 5.2 展望 长期以来，散热器一直用铜和铜质合金制造，这是由于铜的导热性能良好，能防腐，易于焊接和加工而且也由于过去取材交易等。但鉴于铜系战略物质，近年来铜价暴长、波动甚剧、更兼汽车日多、能源紧张、污染严重、较大的汽车生产国又相继立法，限制车重，迫使各散热器公司竟相进行以铝代铜的研究。因此，散热器的发展趋势是以铝代铜。散热器行业将进入一个新的发展阶段，重点表现在：①细化行业分工，实现系统化、模块化供货；②进一步提高产品制造水平和质量保证能力，全面进入国际OEM市场。在材料应用上大型车和特种车铜质散热器仍不可替代，铜铝两种散热器将长期共存。但是随着科技的发展，铝质还是会渐渐取代铜质的位置，甚至有更好的材质等着我们去发现去研究，未来的发展是不可估量的。  参考文献 成大先    机械设计手册            化学工业出版社 田雨顺    现代综合设计手册        北京出版社 徐  灏    机械设计手册            冶金工业出版社 王世刚    机械设计实践            哈尔滨工业大学出版社 朱龙银    简明机械零件设计手册    张树森    机械制造工程学 重庆大学学报2008年8期