一种具有高抗压强度的汽车中冷器的制作方法

本发明涉及一种汽车中冷器，尤其是涉及一种具有高抗压强度的汽车中冷器。

背景技术：

中冷器是涡轮增加发动机的配套件，其作用是降低增压器增压后的高温空气温度，以降低发动机的热负荷，提高进气量，增加发动机的功率。无论机械增加发动机还是涡轮增压发动机，都需要在增压器和进气歧管之间安装中冷器。中冷器散热性能的高低直接影响着发动机的功率，故而如何提高中冷器的散热性能就成了当下需研究的重要课题。现在汽车生产商对中冷器的散热性能都有着自己的要求指标，常规要求也要60000次，甚至要求高的主机厂要求配套中冷器的散热性能达到10万次以上。而中冷器的现状是普遍散热性能偏低，越来越不能满足客户的使用要求，中冷器散热性能的优良与否就成了提高涡轮增压发动机功率的瓶颈。故而这就需要去研究中冷器的结构，到底有哪些因素在影响着中冷器的散热性能。

中冷器的结构(如图1)：中冷器是由主片2，侧板4，散热管5及散热带6的芯体与左右两个气室1，密封垫3再加上一些附件组成，散热管5上设置紊流带。

通过做气-气中冷器压力循环试验，发现试验不达标的产品(以某型号中冷器为例)大都会是咬边泄漏，密封垫溢出现象，即主片咬合齿和气室壁脱离。得出结论：主片及气室的寿命不达标，导致了中冷器的散热性能不达标。

1)气室：影响气室强度有两大因素：a.气室的材质b.气室加强筋关于气室材质c.气室结构，使用的材质有着良好的强度，硬度及耐压性；关于气室加强筋，该产品均匀的分布着加强筋，气室结构强度较好。故而得出结论：气室的结构设计很大程度的影响着中冷器的散热性能。

2)主片：影响主片强度有三因素：a.主片材质b.主片料厚c.主片结构，关于主片材质及料厚，改进后对散热性能无明显改观。故而得出结论：主片的结构设计很大程度的影响着中冷器的散热性能。

中国专利CN204128402U公开了一种汽车用垂直流散热器，该专利中水室的末端仅只有一面由主片固定，容易随着中冷器风冷却循环次数的增加，进气压力不断的对咬合齿施加压力，而发生变形，即主片咬合齿和气室壁脱离，同时，中国专利CN205315104U公开了一种带有改进型防漏水室的水冷散热器，该专利中虽然水室的末端两侧面均由主片固定，但是内侧面呈倾斜弧形，并不能提供高强度的支撑力，也容易在多次风冷却循环后出现主片咬合齿和气室壁脱离的情况。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有高抗压强度的汽车中冷器，具有结构稳定、易加工、成本低、使用寿命长等优点。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种具有高抗压强度的汽车中冷器，包括主片、气室和密封垫，所述主片通过密封垫与气室密封连接，所述气室末端设有截面呈矩形状的固定部，气室末端与固定部截面的矩形一角过渡连接，所述主片末端设有包裹固定部的凹槽，所述凹槽包括卡扣顶边、外侧竖直边、卡扣底边和内侧竖直边，卡扣边、外侧竖直边、卡扣底边和内侧竖直边依次连接形成截面带有缺角的矩形，所述内侧竖直边与主片末端过渡连接。

所述内侧竖直边的长度l₁取值范围为l₂-0.6mm≤l₁≤l₂-0.2mm，l₂为卡扣底边的长度。

所述主片末端为水平直线段，并与内侧竖直边相垂直。

所述固定部内侧边与内侧竖直边之间间距0.15～0.22mm。

所述密封垫的截面呈椭圆形。

所述气室的外壁上设有多个加强筋。

所述多个加强筋均布设置。

所述凹槽的厚度为1.4～1.6mm。

所述气室采用PA66+GF30工程塑料制成的气室。

所述主片通过五道工序制作而成，五道工序分别为：

一道成型工序，将料板冲压形成多段截面呈波浪形的雏形主片段，每段雏形主片段的两端呈带斜度的阶梯状；

二道整形工序，将带斜度的阶梯状整形成直角的阶梯状；

三道切边工序，按所需尺寸将多段雏形主片段切边；

四道翻边工序，对每段雏形主片段的末端进行直角翻边；

五道冲孔工序，在每段雏形主片段的波浪形处冲孔，形成带主片孔的主片。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)将气室末端设计为矩形状，且主片末端设计成带有缺角的矩形，即将与气室接触的主片面修正为直面，用于气室的定位，且主片末端为水平直线段，并与内侧竖直边相垂直，为气室提供较大力的支撑，当主片咬合后，气室就会牢牢的被夹紧定位在主片凹槽内，保证汽车中冷器能够在多次压力循环试验中气室和主片稳定固定，从而实现提高中冷器的使用寿命的目的。

2)对内侧竖直边的取值进行设计，l₂-0.6mm≤l₁≤l₂-0.2mm，此取值范围有效地保证内侧竖直边产生的支撑力大小与卡扣底板的支撑力大小相匹配，不会产生两侧较大的压力差，能够提供稳定的平衡的支撑力。

3)减小气室与主片的间隙，且固定部配合主片的内侧竖直边，气室拥有足够的有效支撑力，故而能在受到进气压力的冲击后始终保持稳定，极大的提高了中冷器的使用寿命。同时凹槽的厚度为1.4～1.6mm，提供就够大的屈服力。

4)气室采用PA66+GF30工程塑料制成的气室，具有高强度，特殊热稳定，耐水解等优点。配合加强筋结构，可以进一步加强气室结构的刚度。

5)密封垫的截面呈椭圆形，相比矩形的密封垫，更加迎合水室末端与主片的形状，密封垫两面能够承受交大的压力，不易变形。

6)制作方便，易于推广利用，使用改进后主片生产的中冷器散热性能更加优越，极大的提高了发动机的功率，降低了能耗。试件经100000次气-气中冷器压力循环试验后，经检漏，无泄漏。

附图说明

图1为汽车中冷器的结构示意图；

图2为现有主片和气室的连接结构示意图；

图3为现有主片的咬合齿和气室壁脱离的示意图；

图4为本发明汽车中冷器中主片和气室的连接结构示意图；

图5为气室的受力面积示意图；

图6为现有气室末端受力分析示意图；

图7为本发明中主片的一道成型工序示意图；

图8为本发明中主片的二道整形工序示意图；

图9为本发明中主片的三道切边工序示意图；

图10为本发明中主片的四道翻边工序示意图；

图11为本发明中主片的五道冲孔工序示意图。

图中：1、气室，2、主片，3、密封垫，4、侧板，5、散热管，6、散热带芯体，7、加强筋，11、固定部，21、卡扣顶边，22、外侧竖直边，23、卡扣底边，24、内侧竖直边。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

对现有主片2和气室1正常配合后的状态(图2)进行分析：

气室1内壁(见图5)的竖直截面呈梯形+矩形的形状，d1＝67mm，d2＝215mm，d3＝20mm，d4＝45mm，气室1内壁的受力面积：

S＝S1+S2＝215x20+(67+215)x25x1/2＝7825mm²＝78.25cm²

已知中冷器的进气压力为F_进＝2kgf/cm²，气室1内壁受到的压力：

F1＝F_进×S＝2×78.25＝156.5kgf

如图6所示：已知10％4343/3003/10％7072t1.5主片2的屈服强度为F_屈＝130kgf，重力G＝0.5kgf，支持力FN1＝FN2＝29.5kgf；

在X方向上：

F1x+FN2-F_屈＝F1×Sin40°+FN2-F_屈＝156.5×0.64+29.5-130＝0.1≈0，

即FN2+F1x＝F_屈，气室1在水平方向处于平衡状态；

在Y方向上：

FN1+F1y-G-F_屈＝FN1+F1Cos40°-G-F_屈＝29.5+156.5×0.77-0.5-130＝18.9kgf>0，

即FN1+F1y>G+F_屈，故而随着中冷器风冷却循环次数的增加，进气压力不断的对咬合齿施加压力，当主片2达到屈服强度时，就会发生变形，开裂，出现咬合泄漏的现象(见图3)。

基于上述研究结果，进一步分析测量发现(见图2)：气室1与主片2的间隙a1较大，达到了0.8mm，且主片2此边无直边，l₁尺寸偏小，成型高度偏低，气室1缺乏有效支撑力(即FN1和FN2小)，故而会在受到进气压力的冲击后左右晃动，这将极大的降低了中冷器的使用寿命，在压力循环试验时，在循环次数仅为3000次时就已经出现泄漏，不能满足中冷器的功能要求，因此必须改进主片2和气室1的结构，以提高中冷器的使用寿命，具体方案如下：

如图4所示，一种具有高抗压强度的汽车中冷器，包括主片2、气室1和密封垫3，主片2通过密封垫3与气室1密封连接，气室1末端设有截面呈矩形状的固定部11，气室1末端与固定部11截面的矩形一角过渡连接，主片2末端设有包裹固定部11的凹槽，凹槽包括卡扣顶边21、外侧竖直边22、卡扣底边23和内侧竖直边24，卡扣边、外侧竖直边22、卡扣底边23和内侧竖直边24依次连接形成截面带有缺角的矩形，内侧竖直边24与主片2末端过渡连接，主片2末端为水平直线段，并与内侧竖直边24相垂直，密封垫3的截面呈椭圆形，相比矩形的密封垫3，更加迎合水室末端与主片2的形状，密封垫3两面能够承受交大的压力，不易变形。

内侧竖直边24的长度l₁取值范围为l₂-0.6mm≤l₁≤l₂-0.2mm，l₂为卡扣底边23的长度，此取值范围有效地保证内侧竖直边24产生的支撑力大小与卡扣底板的支撑力大小相匹配，不会产生两侧较大的压力差，能够提供稳定的平衡的支撑力。固定部11内侧边与内侧竖直边24之间间距0.15～0.22mm，即a1处距离为0.2mm，气室1与主片2的间隙较小，且固定部11配合主片2的内侧竖直边24，气室1拥有足够的有效支撑力，故而能在受到进气压力的冲击后始终保持稳定，极大的提高了中冷器的使用寿命。凹槽的厚度为1.4～1.6mm，本实施例中选取1.5mm，提供就够大的屈服力。

气室1由PA66+GF30工程塑料制成，具有高强度，特殊热稳定，耐水解等优点。气室1的外壁上沿竖直方向间隔设有多个水平向的加强筋7，多个加强筋7均布设置。

主片2有常规的四大工序：成型，切边，翻边，冲孔，改进后的主片2通过五道工序制作而成，五道工序分别为：

一道成型工序，将料板冲压形成多段截面呈波浪形的雏形主片段，每段雏形主片段的两端呈带斜度的阶梯状，如图7所示；

二道整形工序，将带斜度的阶梯状整形成直角的阶梯状，图7的长度c＝5mm，经过整形，得到长度l₁＝7mm，如图8所示；

三道切边工序，按所需尺寸将多段雏形主片段切边，如图9所示；

四道翻边工序，对每段雏形主片段的末端进行直角翻边，如图10所示；

五道冲孔工序，在每段雏形主片段的波浪形处冲孔，形成带主片孔的主片2，如图11所示。

本实施例中，通过增加整形工序，将l₁尺寸拉高到7mm，l₂尺寸对应设计为7.4mm，l₃尺寸对应设计为9.5mm，同时将与气室1接触的主片面(图2箭头A所示处)修正为直面，用于气室1的定位，为气室1提供较大力的支撑，这将使a1尺寸由0.8mm降低到0.2mm，极大的减小了气室1与主片2之间的间隙，当主片2咬合后，气室1就会牢牢的被夹紧定位在主片2凹槽内。

将改进后的主片2用于产品的试制，再次做气-气中冷器压力循环试验，试验结果：试件经100000次试验后，经检漏，无泄漏。

经气-气中冷器压力循环试验论证了此发明的可靠性与正确性，使用改进后主片2生产的中冷器散热性能更加优越，极大的提高了发动机的功率，降低了能耗。