铝合金装配式机油滤清器开发设计

张宗铄，王 儒，王洪卓，唐鸿洋，刘 鹏

(辽宁忠旺集团有限公司，辽宁 辽阳 111003)

机油滤清器又称机油格，汽车发动机系统中，机油滤清器起着去除机油中杂质、确保机油清洁及延长发动机寿命的重要作用[1-2]，使发动机的经济指标、动力指标、可靠性和排放指标得以正常发挥。根据公安部统计数据显示，截至2020年6月底，我国机动车保有量已达3.6亿辆，其中汽车2.7亿辆，占机动车总量的75%。据中国产业信息预测，纵使汽车行业增幅逐渐放缓，依托于高保有量及后期市场需求，滤清器行业仍可保证平均每年10%左右的增长速度，预计2020年需求总量可增至11.6亿套，市场规模突破850亿元，市场前景十分广阔。

现有的技术方案中，市场上机油滤清器多为钢制一体式结构，外壳一般选用钢材采用深拉延工艺成型[3-4]，通过卷边辊压工艺与螺纹盖板形成一体。该结构不可拆卸，且由于滤清器更换频繁的特点，废弃后回收难度大，极易造成环境污染且浪费能源。本文通过对铝合金机油滤清器的设计、模拟、生产及试验过程进行了研究，使其在可拆卸并满足使用要求的同时，仅更换芯体滤料即可实现循环使用，符合国家“十三五”规划的产品绿色环保的发展理念。

1 3D数模

使用三维设计软件进行铝合金机油滤清器的结构设计，主要包括外部散热壳体及内部芯体二部分，如图1所示。其加工工艺主要包括型材挤压、冲压、压铸、零部件机加工及连接等，产品中各零部件间的连接主要采用螺接、胶接以及焊接等方式。

图1 3D数模

1.1 散热壳体组合

散热壳体主要由外壳、螺纹盖板及上盖板组成，外壳采用型材挤压而成，螺纹盖板及上盖板压铸而成。

(1)外壳。如图2所示，采用新型的铝合金型材断面，四周增加散热肋片，可以增加机油滤清器的散热性能。另外该型材设有三个梯形槽，一方面用于与螺纹盖板和上盖板的螺栓连接，减少加工工序，提高生产效率；另一方面可以增加整体强度，满足相应的力学要求。

图2 外壳

(2)螺纹盖板。如图3所示，螺纹盖板是外部发动机与铝合金机油滤清器的连接载体，接口螺纹采用特殊工艺进行表面处理，提高其强度及耐磨性，防止拆卸螺纹产生断牙等缺陷使其失效，增加产品可循环使用次数。

图3 螺纹盖板

(3)上盖板。如图4所示，采用压铸工艺一体成型，顶部采用圆弧形结构，增大内部空腔，降低工作机油对滤清器产生的压力，同时增加一圈加强肋，保证强度满足滤清器使用工况。

图4 上盖板

散热壳体通过使用三根加长螺栓将螺纹盖板、上盖板及外壳紧固连接在一起，保证结构稳定性；上盖板、螺纹盖板与外壳间填充密封垫，防止油液渗出，保证产品密封性，其结构如图5所示。

图5 散热壳体

1.2 芯体结构

芯体是机油滤清器中过滤杂质的核心结构，承担油液的过滤工作。芯体主要由骨架、端盖、滤网及滤纸滤料组成。骨架、滤网焊接成型后，放入滤纸滤料，配合端盖打胶连接，保证粘合牢固，如图6所示。

图6 芯体

2 二维图纸

铝合金机油滤清器总装后的外形尺寸图纸，如图7所示。

图7 铝合金机油滤清器外形尺寸图纸

3 仿真模拟

铝合金机油滤清器采用铝合金6082-T6、ADC12，铝合金轧制板材为Al 5052H111。通过有限元分析软件对该产品进行强度及位移分析，本节主要针对机油滤清器的散热壳体进行力学分析，因为散热壳体结构是产品的主要承力结构。该结构内壁承受压力1.5MPa，固定位置为图8中蓝色位置，滤清器两端盖与中间外壳通过三根螺栓螺接固定。

图8 载荷示意图

铝合金机油滤清器散热壳体主要采用铝合金6082和ADC12(表1)。铝合金机油滤清器应力分布云图如图9所示，位移分布云图如图10所示。

表1 材料属性表

图9 应力云图

图10 位移云图

铝合金机油滤清器模拟结果，外壳最大应力数值50.28MPa，螺纹盖板最大应力数值178.3MPa，上盖板最大应力数值83.63MPa；最大位移数值0.58mm。根据模拟分析的结果可知，当内壁承受1.5MPa压力时，外壳最大应力为50.28MPa，远低于铝合金6082-T6屈服极限260MPa，满足使用要求；螺纹盖板最大应力为178.3MPa，接近材料屈服强度180MPa，位于进油口内边沿，分布区域很小，可认为是应力集中；上盖板最大应力为83.63MPa，低于材料屈服。铝合金机油滤清器整体挠度最大位置位于滤清器上盖板顶端，最大挠度为0.58mm。上盖板与外壳之间的间隙由1mm扩大至0.08mm，依然能够保证滤清器的正常使用而不发生泄露。

综上所述，该产品满足滤清器的使用要求，证明该铝合金机油滤清器切实可行。

4 总结

在铝合金机油滤清器的设计开发中，经过市场调研、型材断面设计、连接结构设计、力学模拟分析等过程，确定了生产方案。该产品能够满足使用要求及大批量生产要求，符合可循环使用的绿色环保发展趋势。机油滤清器的全铝化研制既是对滤清器行业的颠覆性挑战，同时又是对消除不可降解污染源生成的重大贡献。在给予社会绿色环保节能贡献同时，对我们企业效益同样有不可低估的价值。在本次设计中，提高了自身的设计能力，丰富了生产加工经验，了解工艺路线，形成技术储备，也能够为其他企业的产品开发提供新的思路。