Hydraulischer Steuerverteiler sind komplexe Baugruppen, in denen viele Rohre zusammenkommen und sich kreuzen. Traditionell haben die Hersteller die Querschnitte der hydraulischen Steuerkrümmer maschinell bearbeitet und quer gebohrt. Aufgrund von Einschränkungen bei der Winkelbearbeitung lässt sich mit dieser Methode der Wirkungsgrad der Flüssigkeiten jedoch nicht auf die effizienteste Weise optimieren. Darüber hinaus müssen zur Anpassung der Durchflussraten häufig Stopfen in die Durchflusswege eingesetzt werden, was eine Herausforderung für die Aufrechterhaltung einer gleichbleibenden Bearbeitungsgenauigkeit darstellt.
3D Science Valley hat die Lösung von ZhuoYi zur Optimierung von Hydraulikblöcken vorgestellt, und nun hat ZhuoYi auf der Grundlage eines Hydraulikblocks, der einmal um die Hälfte des Materialvolumens abgespeckt wurde, diesen bis zum Ende weiter optimiert und diesmal nochmals um die Hälfte des Materialvolumens abgespeckt...
Bevor wir mit der neuen Geschichte beginnen, lassen Sie uns gemeinsam überprüfen, wie wir ursprünglich den hydraulischen Steuerblock optimiert haben.
Das Bild unten zeigt eine Struktur, bei der wir Querbohrungen zur Aufnahme von Anschlusssteckern in einen Abschnitt des Fluidblocks eingebracht haben, mit einem 90-Grad-Senkrechtkreuz innerhalb des Fluidkanals und einer 90-Grad-Biegung in Richtung des Fluids.
Eine VFD-Analyse ergab, dass in einigen Bereichen eine geringe Strömung herrscht, während in anderen Bereichen Turbulenzen auftreten. Zur weiteren Anpassung des Strömungsmusters müssen wir interne Stöpsel verwenden, was jedoch die Komplexität erhöht und die Notwendigkeit, dass die Flüssigkeit durch scharfe Kurven fließt, nicht beseitigt. Aus hydrodynamischer Sicht bot das Design traditionell bearbeiteter integrierter Hydraulikblöcke ein erhebliches Verbesserungspotenzial, aber zu diesem Zeitpunkt verfügten wir nicht über die Flexibilität, die die 3D-Drucktechnologie bietet.
Mit der additiven Fertigungstechnologie des selektiven Laserschmelzens, bei der Metallpulver Schicht für Schicht zur Herstellung von Produkten geschmolzen wird, können wir das Design der Strömungswege voroptimieren und gleichzeitig unnötiges Gewicht des Ventilkörpers reduzieren.
Schritt 1: Extrahieren von Fluidpfaden
Der erste Schritt besteht darin, die Flüssigkeitswege zu extrahieren, einschließlich der quer gebohrten Konstruktionen. Anders als bei der herkömmlichen Bearbeitung, bei der man von einem massiven Metallblock ausgeht, wird dabei der Teil der Konstruktion entfernt, durch den die Flüssigkeiten bei der herkömmlichen Bearbeitung nicht fließen, sondern die für die Bearbeitung gebohrten Löcher. Übrig bleiben die Rohre und funktionalen Verteiler, durch die die Flüssigkeit fließen wird. Die rechte Seite zeigt das endgültige Design, das extrahiert wurde.
Schritt 2: Optimierung der Strömungsform
Jetzt beginnen wir mit der Reduzierung und Vereinfachung des Strömungsweges, ohne die Einschränkungen, die durch Querbohrungen auferlegt werden, und zielen darauf ab, Turbulenzen zu reduzieren, indem wir scharfe Ecken durch abgerundete Kurven im Design ersetzen.1 Das Bild zeigt ein Strömungswegkonzept, das Strömungsablösungen und Stagnationszonen identifiziert.
Schritt 3: Bestimmung der Wanddicke und der Stützstruktur
Sobald wir den Flüssigkeitsweg optimiert haben, müssen wir die Wandstärke und die Stützstruktur bestimmen, um die hydrodynamischen Drücke mithilfe eines Spannungsmodells der Finite-Elemente-Analyse (FEA) zu berechnen und zu analysieren.
Schließlich dient die Stützstruktur als Gerüst, das die Komponenten zusammenhält und während des Bauprozesses als Stütze und Anker dient.
Dieses großartige Beispiel reduziert nicht nur das Gewicht des hydraulischen Ventilblocks um 50 Prozent, sondern verbessert auch die Effizienz des Flüssigkeitsstroms, vermeidet die Notwendigkeit einer weiteren Montage und verbessert die Leistung und Stabilität des Ventilkörpers.
Bei der zweiten Design-Iteration haben wir berücksichtigt, dass die Ventilblöcke in Serie verwendet werden und bei einem Bruch eines Blocks einzeln demontiert und repariert werden müssen; daher haben wir dafür gesorgt, dass diese Blöcke leicht zu entfernen sind. Eine weitere Überlegung war die Erhöhung der Steifigkeit des Teils, um ein Klappern der Blöcke während der Endbearbeitung zu verhindern, weshalb wir das Material in der zweiten Entwurfsiteration von Aluminium auf Edelstahl umstellten.
Bei der zweiten Iteration wurde eine Reduzierung des Materialvolumens um 79% erreicht. Die Verringerung der additiven Fertigungszeit war signifikant, da sie weitgehend von der Menge des aufzuschmelzenden Materials abhing. Die Einsparungen stammten aus zwei Quellen: verbesserte Materialeffizienz und reduzierte Verarbeitungszeit und -kosten.
Darüber hinaus haben wir die Leistung des hydraulischen Steuerverteilers erheblich verbessert, indem wir die Durchflusseffizienz um 60 Prozent erhöhten und gleichzeitig die Kompatibilität mit bestehenden Konstruktionen sicherstellten. Außerdem haben wir die Ausfallwahrscheinlichkeit des hydraulischen Steuerverteilers durch die Verwendung stärkerer Materialien erheblich reduziert.
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