鋁合金裝配式機油濾清器開發設計

張宗鑠，王 儒，王洪卓，唐鴻洋，劉 鵬

(遼寧忠旺集團有限公司，遼寧 遼陽 111003)

機油濾清器又稱機油格，汽車發動機系統中，機油濾清器起著去除機油中雜質、確保機油清潔及延長發動機壽命的重要作用[1-2]，使發動機的經濟指標、動力指標、可靠性和排放指標得以正常發揮。根據公安部統計數據顯示，截至2020年6月底，我國機動車保有量已達3.6億輛，其中汽車2.7億輛，占機動車總量的75%。據中國產業信息預測，縱使汽車行業增幅逐漸放緩，依托于高保有量及后期市場需求，濾清器行業仍可保證平均每年10%左右的增長速度，預計2020年需求總量可增至11.6億套，市場規模突破850億元，市場前景十分廣闊。

現有的技術方案中，市場上機油濾清器多為鋼制一體式結構，外殼一般選用鋼材采用深拉延工藝成型[3-4]，通過卷邊輥壓工藝與螺紋蓋板形成一體。該結構不可拆卸，且由于濾清器更換頻繁的特點，廢棄后回收難度大，極易造成環境污染且浪費能源。本文通過對鋁合金機油濾清器的設計、模擬、生產及試驗過程進行了研究，使其在可拆卸并滿足使用要求的同時，僅更換芯體濾料即可實現循環使用，符合國家“十三五”規劃的產品綠色環保的發展理念。

1 3D數模

使用三維設計軟件進行鋁合金機油濾清器的結構設計，主要包括外部散熱殼體及內部芯體二部分，如圖1所示。其加工工藝主要包括型材擠壓、沖壓、壓鑄、零部件機加工及連接等，產品中各零部件間的連接主要采用螺接、膠接以及焊接等方式。

圖1 3D數模

1.1 散熱殼體組合

散熱殼體主要由外殼、螺紋蓋板及上蓋板組成，外殼采用型材擠壓而成，螺紋蓋板及上蓋板壓鑄而成。

(1)外殼。如圖2所示，采用新型的鋁合金型材斷面，四周增加散熱肋片，可以增加機油濾清器的散熱性能。另外該型材設有三個梯形槽，一方面用于與螺紋蓋板和上蓋板的螺栓連接，減少加工工序，提高生產效率；另一方面可以增加整體強度，滿足相應的力學要求。

圖2 外殼

(2)螺紋蓋板。如圖3所示，螺紋蓋板是外部發動機與鋁合金機油濾清器的連接載體，接口螺紋采用特殊工藝進行表面處理，提高其強度及耐磨性，防止拆卸螺紋產生斷牙等缺陷使其失效，增加產品可循環使用次數。

圖3 螺紋蓋板

(3)上蓋板。如圖4所示，采用壓鑄工藝一體成型，頂部采用圓弧形結構，增大內部空腔，降低工作機油對濾清器產生的壓力，同時增加一圈加強肋，保證強度滿足濾清器使用工況。

圖4 上蓋板

散熱殼體通過使用三根加長螺栓將螺紋蓋板、上蓋板及外殼緊固連接在一起，保證結構穩定性；上蓋板、螺紋蓋板與外殼間填充密封墊，防止油液滲出，保證產品密封性，其結構如圖5所示。

圖5 散熱殼體

1.2 芯體結構

芯體是機油濾清器中過濾雜質的核心結構，承擔油液的過濾工作。芯體主要由骨架、端蓋、濾網及濾紙濾料組成。骨架、濾網焊接成型后，放入濾紙濾料，配合端蓋打膠連接，保證粘合牢固，如圖6所示。

圖6 芯體

2 二維圖紙

鋁合金機油濾清器總裝后的外形尺寸圖紙，如圖7所示。

圖7 鋁合金機油濾清器外形尺寸圖紙

3 仿真模擬

鋁合金機油濾清器采用鋁合金6082-T6、ADC12，鋁合金軋制板材為Al 5052H111。通過有限元分析軟件對該產品進行強度及位移分析，本節主要針對機油濾清器的散熱殼體進行力學分析，因為散熱殼體結構是產品的主要承力結構。該結構內壁承受壓力1.5MPa，固定位置為圖8中藍色位置，濾清器兩端蓋與中間外殼通過三根螺栓螺接固定。

圖8 載荷示意圖

鋁合金機油濾清器散熱殼體主要采用鋁合金6082和ADC12(表1)。鋁合金機油濾清器應力分布云圖如圖9所示，位移分布云圖如圖10所示。

表1 材料屬性表

圖9 應力云圖

圖10 位移云圖

鋁合金機油濾清器模擬結果，外殼最大應力數值50.28MPa，螺紋蓋板最大應力數值178.3MPa，上蓋板最大應力數值83.63MPa；最大位移數值0.58mm。根據模擬分析的結果可知，當內壁承受1.5MPa壓力時，外殼最大應力為50.28MPa，遠低于鋁合金6082-T6屈服極限260MPa，滿足使用要求；螺紋蓋板最大應力為178.3MPa，接近材料屈服強度180MPa，位于進油口內邊沿，分布區域很小，可認為是應力集中；上蓋板最大應力為83.63MPa，低于材料屈服。鋁合金機油濾清器整體撓度最大位置位于濾清器上蓋板頂端，最大撓度為0.58mm。上蓋板與外殼之間的間隙由1mm擴大至0.08mm，依然能夠保證濾清器的正常使用而不發生泄露。

綜上所述，該產品滿足濾清器的使用要求，證明該鋁合金機油濾清器切實可行。

4 總結

在鋁合金機油濾清器的設計開發中，經過市場調研、型材斷面設計、連接結構設計、力學模擬分析等過程，確定了生產方案。該產品能夠滿足使用要求及大批量生產要求，符合可循環使用的綠色環保發展趨勢。機油濾清器的全鋁化研制既是對濾清器行業的顛覆性挑戰，同時又是對消除不可降解污染源生成的重大貢獻。在給予社會綠色環保節能貢獻同時，對我們企業效益同樣有不可低估的價值。在本次設計中，提高了自身的設計能力，豐富了生產加工經驗，了解工藝路線，形成技術儲備，也能夠為其他企業的產品開發提供新的思路。