Die Herstellung eines Hydraulikverteilerblocks aus Aluminium bietet in einigen Fällen den Vorteil des geringen Gewichts, hat aber auch den Nachteil, dass er nicht abriebfest ist. Mit der Additive Manufacturing (AM)-Technologie können interne Merkmale und Kanäle erzeugt werden, die sich ideal für die Konstruktion und Fertigung von Verteilern eignen.
In Zusammenarbeit mit dem Kunden hat Renishaw den aktuellen Hydraulikverteiler mit Hilfe additiver Fertigungstechniken neu gestaltet. Das Gewicht wurde minimiert, ohne die Robustheit der Komponenten zu beeinträchtigen. Die additive Fertigung bietet ein hohes Maß an Designfreiheit, das die Konstrukteure nutzen können, um die Effizienz der Fließwege zu verbessern.
Konventionelles Herstellungsverfahren für hydraulische Verteiler
TraditionellDie Herstellung von Aluminium-Hydraulikverteilern beginnt mit dem Schneiden und Bearbeiten von Aluminium- oder Edelstahlrohlingen auf die erforderlichen Abmessungen, gefolgt vom Bohren von Löchern zur Bildung von Strömungskanälen. Aufgrund der Komplexität des Bohrens der Löcher werden häufig Spezialwerkzeuge verwendet. In den Kanälen werden außerdem Stopfen benötigt, um die Flüssigkeit ordnungsgemäß durch das System zu leiten.
Fertigungsbedingte Einschränkungen können dazu führen, dass sich zwischen benachbarten Strömungskanälen abrupte Ecken bilden, die zu einem schlechten oder stagnierenden Flüssigkeitsstrom führen.
Original Hydraulikverteiler
Aluminium hydraulische Verteilerblöcke haben eine schlechte Abriebfestigkeit, und herabfallende Partikel zerkratzen die Kanaloberflächen und erhöhen den Verschleiß. Aus diesem Grund ist die Verwendung von Edelstahlverteilern manchmal vorzuziehen. Edelstahl ist jedoch dichter und härter als Aluminiumlegierungen, und das Gewicht und die Verarbeitungskosten sind erheblich höher.
Vorteile der Verwendung von AM für die Entwicklung und Herstellung von Hydraulikverteilern
- Optimierte Fließwege für eine effizientere Funktionalität der Komponenten
- Fähigkeit, die Methoden der numerischen Strömungsmechanik (CFD) zur Unterstützung des Entwurfsprozesses vollständig zu nutzen
- Geringerer Bedarf an Einrichtungsgegenständen
- Reduziert den Bedarf an abnehmbaren Stützstrukturen
- Signifikante Gewichtsreduzierung
- Kein Zugang zum Modulausbau erforderlich
- Volle Gestaltungsfreiheit für die Konstruktion von Verteilern mit stark reduzierter Größe
Direkte Vorteile für die Kunden
- Reduzierung der Masse um bis zu 79 Prozent
- Einteilige Konstruktion mit weniger Fehlern
- Beschleunigte Design- und Entwicklungswiederholungen
- Volle Kompatibilität mit bestehenden Designs
- 60% Erhöhung der Durchflussleistung
Redesign für die additive Fertigung - Designumfang
Der Prozess der Neugestaltung der Komponenten führte zu einer Reihe von Design- und Funktionsanforderungen des Kunden, die es zu berücksichtigen galt.
geometrische Figur
- Definierter Verbindungsport
- Innendurchmesser des Strömungskanals
- Wandstärke des Strömungskanals
- Feste Positionen und Schnittstellen
Funktion
Die Hauptanforderung des Kunden bestand darin, das Gewicht der Komponenten zu reduzieren und gleichzeitig die Steifigkeit und Funktionalität beizubehalten. Beim Aluminium-Hydraulikverteilerblock erreichten die Konstrukteure dies, indem sie das Gewicht der Komponenten reduzierten, aber die Steifigkeit verringerten, während sie dies beim Stahl-Hydraulikverteilerblock erreichten, indem sie die Steifigkeit erhöhten, aber das Gewicht erhöhten.
Erste Entwurfsiteration
Sie zerlegten die Teile in die notwendigen Kanäle, um die Funktion des hydraulischen Verteilers zu gewährleisten. Mithilfe von CAD-Software extrahierten sie die Fließwege des ursprünglichen kreuzweise gebohrten Entwurfs und entfernten alle nicht benötigten gebohrten Bereiche, so dass nur das erforderliche Rohrleitungsnetz übrig blieb.
Anschließend wurde jede hydraulische Leitung reduziert und vereinfacht. Die Ingenieure optimierten die Strömungswege, nachdem sie durch CFD-Analysen Bereiche mit schlechtem Flüssigkeitsfluss und Stagnation identifiziert hatten.
In diesem Fall erzeugen die Ingenieure die Wandstärken nach den vom Kunden vorgegebenen Spezifikationen, was sie mit Hilfe eines Spannungsmodells der Finite-Elemente-Analyse (FEA) auf der Grundlage der während der CFD-Analyse gemessenen Druckwerte erreichen können.
Schließlich entwarfen sie eine permanente Stützstruktur und fügten sie der CAD-Geometrie hinzu, um eine effiziente selbsttragende Struktur zu schaffen.
Die erste Iteration des Designs führte zu einer Verringerung des Verteilervolumens um 52% und zu einer Steigerung der Durchflussleistung um 60% gegenüber dem Original.
Zweite Generation der Design-Iteration
Die ursprünglichen Konstrukteure des Verteilers wollten ihn in Modulen mit mehreren in Reihe geschalteten Einheiten verwenden. Die Bediener mussten manchmal einzelne Hydraulikverteiler zu Wartungszwecken aus der Reihe entfernen, was einen Zugang mit Gewinde für den "Modulausbau" erforderte.
Nach der ersten Iteration ermöglichte es die additiv gefertigte Geometrie den Ingenieuren, die Verteilerrohre manuell und ohne Werkzeug zu entfernen, so dass kein Modulentnahmekanal mehr erforderlich war.
Die erste Iteration des Entwurfs war so viel kleiner als der ursprüngliche massive Block, dass die Befürchtung bestand, Iteration 1 könnte sich bei der anschließenden Bearbeitung verbiegen, verdrehen und/oder vibrieren. Diese Sorge erwies sich als unberechtigt. Die zweite Design-Iteration führte zu einem endgültigen Verteilervolumen, das nur 21% des ursprünglichen Verteilers betrug, während die Steifigkeit des Verteilers weiter verbessert wurde.
Diese erhebliche Verringerung des Volumens des Verteilers ermöglichte die Verwendung eines besser geeigneten 316L-Edelstahls für die Produktion von Iteration 2. Nach der zweiten Design-Iteration konnten die Ingenieure das Nettogewicht des Verteilers durch die Bearbeitung dichterer Materialien um 37% reduzieren.
Zusammenfassung der Ergebnisse
| Entwurfsphase | Materialien | Volumen (cm³) | Menge |
| Original Aluminium-Hydraulikverteilerblock | Aluminium | 9600 | 25.6 |
| Erste Design-Iteration der additiven Fertigung | Aluminium | 4650(-52%) | 12.3 |
| Additive Fertigung Sekundäre Design-Iteration | Edelstahl 316L | 2040(-79%) | 11.3 |
Natürlich, Zhuo Yi Control Technology Co., Ltd ist spezialisiert auf hydraulische Ventilblöcke Geschäft, können Sie kontaktieren Sie uns für kundenspezifische Hydraulikverteiler.
