CN102331203B - 一种用于汽车刹车片的热管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热管散热与产生推力装置及其制备方法，不仅能将制动过程中产生的热量迅速地传递出去，达到快速散热降温的目的，还能在散失热量的同时产生方向性推力。所述热管的蒸发端与冷凝端为椭圆柱盒状空腔，两者采用圆形连接管连接。连接管的内侧设有吸液芯，蒸发端上具有便于灌注管插入和紧密焊接的孔，灌注管采用先冷焊密封再焊接的方法密封。本发明还提供一种用于汽车刹车片的热管的制备方法，包括以下步骤：选材→机械加工→清洗→组装→检漏→抽真空→注入工质→封接→检验。将热管应用于刹车片散热装置中，不仅有效地解决了刹车片热衰退的问题，还开辟了研制刹车片散热装置的新方向。

Description

一种用于汽车刹车片的热管

技术领域

本发明涉及一种用于汽车刹车片的热管，特别涉及一种用于汽车刹车片的可散热与产生推力的热管及其制备方法。 

背景技术

汽车制动是通过刹车片与刹车盘或刹车鼓之间的摩擦来实现的，汽车制动的过程是将动能转化为摩擦热能的过程。汽车在制动过程中，尤其是在高速运行紧急刹车时，由于摩擦会产生大量的热量，刹车片的瞬时温度急剧升高，能达到300～400℃，在物理化学作用下，使刹车片摩擦材料的性质发生突变，引起摩擦系数降低或剧烈波动，使刹车片热衰退显著增大，导致刹车打滑，甚至刹车失灵。 

目前国内外主要是通过提高增强材料的耐热性及热稳定性来降低刹车片的热衰退，然而对增强材料进行耐热处理不但增大成本，还不能从根本上解决制动时产生的热量聚集。因此，将制动过程中产生的大量热量及时有效地传递出去才能够降低刹车片的温度。目前刹车片冷却装置多为水冷却，直接往刹车片上淋水或是在刹车片上添加冷却水循环装置。采用水冷却固然可以使刹车片的温度迅速降低，但是容易导致刹车片产生变形，尤其是直接往刹车片上淋水，刹车片的温度由高温骤降至低温易导致刹车片 产生裂纹甚至破碎。此外刹车片与刹车盘或刹车鼓之间有水存在易发生打滑。 

热管的出现改变了传统的散热方式。热管是一种具有极高导热性的传热元件，由管壳、吸液芯、端盖组成。管壳为金属管，内壁是具有芯吸效应的吸液芯，管壳两端封死形成全封闭管体，封闭之前将管内抽真空，然后注入工作液体(工作介质)。热管蒸发端吸收热量后，工作液蒸发成气体流向冷凝端，在冷凝端冷却凝结成液体并释放出热量传递至管外，由于吸液芯的芯吸效应，冷凝后的工作液经吸液芯由冷凝端流回蒸发端，周而复始，实现了热量的快速传递。热管具有热阻小、散热效果好、传热方向可逆、热响应性优良等特点，因此具有良好的散热效果。 

由于导热性好，重量轻，无噪音，无机械传动部分，结构简单，在失重条件下工作状态和效果良好，热管被广泛应用于航空航天、军工、石油、化工、冶金、机械、电力、电子电器、铁路、通讯、纺织等领域。 

然而，目前热管在汽车刹车片中的应用还鲜见报道。 

发明内容

本发明针对刹车片由于制动时产生的热量引发的热衰退问题，提供一种热管散热与产生推力装置及其制备方法，不仅能将制动过程中产生的热量迅速地传递出去，达到快速散热降温的目的，还能在散失热量的同时产生方向性推力。 

本发明提供一种用于汽车刹车片的热管，能够快速散热降温，同时产 生方向性推力，其蒸发端固定在刹车片钢背一面上，所述热管的外形为工字形，如图1所示，采用铜作为管壳材料，其蒸发端与冷凝端为椭圆柱盒状空腔，所述蒸发端的上表面与所述冷凝端的上表面采用圆形连接管连接，所述连接管的内侧设有吸液芯，为多个Ω形组成的轴向槽道，所述蒸发端上具有便于灌注管插入和紧密焊接的孔，所述灌注管采用先冷焊密封再焊接的方法密封。 

所述圆形连接管的直径优选为15mm。 

优选地，所述轴向槽道的槽深为0.6mm，深宽比为1.5∶1。 

优选地，所述灌注管的内径为1/16英寸，外径为1/4英寸。 

刹车片固定在所述刹车片钢背的另一面，固定方式为铆接。 

本发明还提供一种用于汽车刹车片的热管的制备方法，包括以下步骤：选材→机械加工→清洗→组装→检漏→抽真空→注入工质→封接→检验。 

(1)选材：在20℃时测得各种金属的线性热膨胀系数见表1所示。 

表1各种金属的线性热膨胀系数(20℃测得) 

表1中，虽然镉、锰、铅等重金属的热膨胀系数较大，但因为它们均有毒性，不予作为管壳材料使用。镁、铝的热性能较差，也不适合用作管壳材料。铜是常见的金属，且机械性能良好，线性热膨胀系数为17.5×10-6/K，故选用铜作为管壳材料。 

(2)机械加工：以铜为材料进行机械加工，所述热管的蒸发端和冷凝端加工成椭圆柱盒装空腔，二者之间采用圆形连接管连接，所述连接管的内侧设有吸液芯，为多个Ω形组成的轴向槽道，所述蒸发端上具有便于灌注管插入和紧密焊接的孔； 

(3)清洗：组装前将蒸发端，冷凝端，连接管和灌注管彻底清洗； 

(4)组装：采用氩弧焊将蒸发端，冷凝端，连接管和灌注管焊接； 

(5)检漏：采用氦质谱检漏仪进行检漏； 

(6)抽真空：将热管管壳内抽成真空； 

(7)注入工质：将储存在高压瓶中的甲苯通过压力阀和流量计连接到灌注管上，正式注入前进行一次工质预冲洗； 

(8)封接：灌注管处形成永久性的封口； 

(9)热管检验：检验热管的导热效果和封口的气密性。 

所述步骤(2)具体为：用汽油或三氯乙烯清洗两次以上；然后用硫酸重 铬酸钾溶液在温度60-70℃下浸泡5分钟，再用自来水漂洗15分钟，然后用干净的空气把管内壁完全吹干，再用无水异丙醇清洗；最后用温度70℃且干燥的干净氮气吹干，用纸封住管口。 

所述步骤(8)中，首先由液压钳夹住灌注管进行冷焊密封，然后在冷焊密封外侧沿灌注管所加持的平面将其切断，最后采用氩弧焊焊接切断的端头。 

采用焊接法将热管的蒸发端固定在钢背的一面上，刹车片可采用铆接等方式固定在钢背的另一面上。 

本发明具有以下优点： 

1.利用热管超强的导热性和优良的等温性对汽车刹车片进行冷却，防止出现刹车片由于过热而产生制动打滑或制动失效，极好地解决了刹车片热衰退的问题。汽车在制动过程中，刹车片由于摩擦产生大量的热，经过热传递将热量传递给热管的蒸发端，蒸发端受热时，槽道中的甲苯液体迅速蒸发，蒸发后的甲苯气体在微小的压力差下流向热管的冷凝端，在冷凝端释放出热量，并重新凝结成液体，甲苯液体在毛细力的作用下沿着轴向槽道流回蒸发端，如此循环不止，热量由热管的蒸发端传至冷凝端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来，避免出现热量聚集对刹车片的热性能产生影响。 

2.热管的蒸发端和刹车片分别固定在钢背的两个面上，既不影响刹车片的安装，也不影响刹车片的正常工作。 

3.与水冷装置相比，热管散热装置不需要水循环，不必加水，不会因 有水存在而造成诸多问题。热管具有极快的导热速度，能够迅速响应，使刹车片的温度快速下降，这是传统水冷装置无法比拟的。 

4.热管散热装置的冷凝端为一个椭圆形盒装空腔，且顶端被固定，由于热传递，刹车片摩擦过程中产生的热量由热管的蒸发端传递至冷凝端，并在冷凝端释放出大量的热量。冷凝端的管壳在受热后发生膨胀，由于铜质空腔的顶端被固定住，因此只能向底端膨胀，并由此产生方向为由顶端至底端的推力。因此，该热管散热装置在散热的同时还可以产生具有方向性的推力。 

热管具有优异的导热性和等温性，将热管应用于刹车片散热装置中，不仅有效地解决了刹车片热衰退的问题，还开辟了研制刹车片散热装置的新方向。本装置的热管采用异形热管，蒸发端和冷凝端为铜质椭圆形盒状空腔，便于热量的快速传递及散失。同时，由于在热管的冷凝端散失大量的热量而使管壳受热膨胀，因为冷凝端的一端被固定，所以只能向另一端膨胀，进而产生具有方向性的推力。 

附图说明

图1为刹车片的热管散热装置， 

其中，1、冷凝端，2、连接管，3、蒸发端，4、钢背，5、刹车片，F、铜空腔受热膨胀产生的推理； 

图2为(a)冷凝端、蒸发端，(b)灌注管，(c)连接管的剖面图， 

1、侧视图，2、俯视图。 

具体实施方式

本发明提供的用于汽车刹车片的热管，能够快速散热降温，同时产生方向性推力，其蒸发端固定在刹车片钢背一面上，所述热管的外形为工字形，采用铜作为管壳材料，其蒸发端与冷凝端为椭圆柱盒状空腔，所述蒸发端的上表面与所述冷凝端的上表面采用圆形连接管连接，直径为15mm，所述连接管的内侧设有吸液芯，为多个Ω形组成的轴向槽道，槽深为0.6mm，深宽比为1.5∶1。所述蒸发端上具有便于灌注管插入和紧密焊接的孔，所述灌注管采用先冷焊密封再焊接的方法密封，内径为1/16英寸，外径为1/4英寸。 

一种用于汽车刹车片的热管的制备方法，包括以下步骤： 

(1)选材：以铜作为所述热管的管壳材料。 

(2)机械加工：管壳以紫铜为材料进行加工，做成异形管壳，蒸发端与冷凝端做成椭圆盒状空腔，二者之间采用圆形管连接，圆形管直径为15mm。连接管内侧有吸液芯，为轴向槽道，形状由多个Ω形组成，槽深为0.6mm，深宽比为1.5∶1。在蒸发端钻孔，便于灌注管插入和紧密焊接。灌注管是为了给热管抽真空和灌注工质提供一个出入口。可采用先冷焊密封再焊接的工艺使灌注管封接和密封。灌注管内径为1/16英寸，外径为1/4英寸。 

(3)清洗：在组装之前需将蒸发端、冷凝端、连接管、灌注管进行彻底清洗，除去油污、杂质等。首先采用汽油或三氯乙烯清洗两次以上以除去油污，然后用硫酸重铬酸钾溶液(重铬酸钾15～45Kg/m3、硫酸体积比为 4～7％)在60～70℃的温度下浸泡5分钟以上进行钝化处理，接着用自来水漂洗15分钟以上，然后用干净的空气把管内壁完全吹干，再用无水异丙醇清洗，最后采用温度约为70℃干净且干燥的氮气吹干，用纸封住管口后贮存。 

(4)组装：采用氩弧焊将蒸发端，冷凝端，连接管和灌注管焊接。 

(5)检漏：采用氦质谱检漏仪进行检漏，其灵敏度应不低于10-9托·升/s。检漏时把热管连接到检漏仪的台架法兰上，并抽到一定真空，调整检漏仪使其出现氦峰值后开始检漏。用氦气枪在焊缝外面喷氦气，如有泄露，氦质谱检漏系统就会有反应，并在表头上指示出来，从而可以找到泄露的部位以便进行补焊，补焊后再检漏，直至不漏为止。 

(6)抽真空：启动真空机组，当管内真空度达到6x10-5Pa时进行烘烤。因为，在低真空下固体表面与气体接触时会保留一层气体，称为固体表面对气体的吸附。气体分子不断撞击固体表面被吸附，同时又不断离开表面，形成动态平衡。烘烤时，吸附在固体表面上的气体分子也参与固体原子的热运动，当固体表面温度升高时，固体原子的热运动幅度加大，附着在其表面的气体分子随之而脱附，固体表面温度越高气体分子脱附越快。采用烘烤真空泵和加热热管管壁的方法可以减少吸附的气体而获得更高的真空度。 

(7)注入工质：在正式充装工质前应进行一次工质预冲洗，其目的是进一步清除管内杂质。将事先储存在高压瓶中的甲苯通过压力阀、流量计连接到灌注管上，以便将甲苯注入热管中，可以通过流量计和压力表的读数 计算充入工质的量。根据两容器间的压力差来实现工质的传输，在压差的作用下，甲苯从高压容器流向低压容器。为了使热管保持较低的压力，需要采用冰水混和物进行冷却。由于高压瓶内压力较大，因此高压瓶和热管的温差不用太大就能将甲苯注入到热管中。 

(8)封接：热管必须跟阀门分离开来并在灌注管处构成永久性的封口，既不能有气体进入热管，也不能让工质从热管中漏失。首先采用液压钳夹住灌注管对其进行冷焊密封，形成一个暂时性的防漏封接，然后在冷焊密封外侧沿着灌注管所夹持的平面将其切断，最后采用氩弧焊焊接灌注管的切断端头，并拆除冷焊工具。 

(9)热管检验：检验热管的导热效果和封口的气密性。导热性的检验采用如下方法进行检验：将热管一端置于加热板上，温度加热至150℃，将温度计置于冷凝端，如果温度计的温度能够迅速上升，则表明热管能够正常工作。对于气密性的检验可以采用甲苯检测仪在封口处进行检测。 

最后，采用焊接法将热管的蒸发端固定在钢背的一面上，刹车片可采用铆接等方式固定在钢背的另一面上。 

Claims (5)

1.一种用于汽车刹车片的热管，能够快速散热降温，同时产生方向性推力，其蒸发端固定在刹车片钢背一面上，其特征在于，所述热管的外形为工字形，采用铜作为管壳材料，其蒸发端与冷凝端为椭圆柱盒状空腔，所述蒸发端的上表面与所述冷凝端的下表面采用圆形连接管连接，所述连接管的内侧设有吸液芯，所述吸液芯为多个Ω形组成的轴向槽道，所述蒸发端上具有便于灌注管插入和紧密焊接的孔，所述灌注管采用先冷焊密封再焊接的方法密封。

2.如权利要求1所述的用于汽车刹车片的热管，其特征在于，所述圆形连接管的直径为15mm。

3.如权利要求2所述的用于汽车刹车片的热管，其特征在于，所述轴向槽道的槽深为0.6mm，深宽比为1.5∶1。

4.如权利要求3所述的用于汽车刹车片的热管，其特征在于，所述灌注管的内径为1/16英寸，外径为1/4英寸。

5.如权利要求4所述的用于汽车刹车片的热管，其特征在于，刹车片固定在所述刹车片钢背的另一面，固定方式为铆接。

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