La fabrication de blocs de collecteurs hydrauliques en aluminium offre dans certains cas l'avantage de la légèreté, mais présente également l'inconvénient de ne pas être résistante à l'abrasion. La technologie de fabrication additive (AM) permet de créer des caractéristiques internes et des canaux idéaux pour la conception et la fabrication de collecteurs.
En collaboration avec le client, Renishaw a redessiné son collecteur hydraulique actuel en utilisant des techniques de fabrication additive. Le poids a été minimisé sans compromettre la robustesse des composants. La fabrication additive offre une grande liberté de conception, dont les concepteurs peuvent tirer parti pour améliorer l'efficacité des voies d'écoulement.
Méthode de fabrication conventionnelle de collecteurs hydrauliques
TraditionnellementLa fabrication d'un bloc de collecteur hydraulique en aluminium commence par la découpe et l'usinage de pièces brutes en aluminium ou en acier inoxydable aux dimensions requises, puis par le perçage de trous pour former les canaux d'écoulement des fluides. Des outils spéciaux sont souvent utilisés en raison de la complexité du perçage des trous. Des bouchons sont également nécessaires à l'intérieur des canaux pour acheminer correctement le fluide dans le système.
Les limitations inhérentes au processus de fabrication peuvent entraîner la formation de coins abrupts entre les canaux d'écoulement adjacents, ce qui se traduit par un écoulement médiocre ou stagnant du fluide.
Collecteur hydraulique d'origine
Aluminium blocs de collecteurs hydrauliques ont une mauvaise résistance à l'abrasion, et toute particule tombée rayera les surfaces des canaux et augmentera l'usure. C'est pourquoi il est parfois préférable d'utiliser des collecteurs en acier inoxydable. Cependant, l'acier inoxydable est plus dense et plus dur que les alliages d'aluminium, et les coûts de poids et de traitement sont sensiblement plus élevés.
Avantages de l'utilisation de l'AM pour la conception et la fabrication de collecteurs hydrauliques
- Circuits d'écoulement optimisés pour un fonctionnement plus efficace des composants
- Capacité à utiliser pleinement les méthodes de la dynamique des fluides numérique (CFD) pour contribuer au processus de conception.
- Réduction des besoins en accessoires
- Rationalise le besoin de structures de soutien amovibles
- Réduction significative du poids
- Pas d'accès nécessaire pour retirer le module
- Liberté de conception totale pour concevoir des collecteurs de taille très réduite
Avantages directs pour les clients
- Réduction de la masse jusqu'à 79
- Construction en une seule pièce avec moins de défauts
- Accélération des itérations de conception et de développement
- Compatibilité totale avec les modèles existants
- 60% augmentation de l'efficacité du débit
Reconception pour la fabrication additive - Portée de la conception
Le processus de reconception des composants a donné lieu à un certain nombre d'exigences fonctionnelles et de conception de la part du client qui devaient être prises en compte.
figure géométrique
- Port de connexion défini
- Diamètre intérieur du canal d'écoulement
- Épaisseur de la paroi du canal d'écoulement
- Positions et interfaces fixes
fonction
La principale exigence du client était de réduire le poids des composants tout en conservant la rigidité et la fonctionnalité. Cependant, pour le bloc de collecteur hydraulique en aluminium, les concepteurs y sont parvenus en réduisant le poids des composants mais en diminuant la rigidité, tandis que pour le bloc de collecteur hydraulique en acier, ils y sont parvenus en augmentant la rigidité mais en augmentant le poids.
Première itération de la conception
Ils ont déconstruit les pièces pour obtenir les canaux nécessaires à la fonction de collecteur hydraulique. À l'aide d'un logiciel de CAO, ils ont extrait les voies d'écoulement de la conception originale de perçage transversal et ont supprimé toutes les zones de perçage inutiles, ne laissant que le réseau de tuyauterie nécessaire.
Par la suite, chaque ligne hydraulique a été réduite et simplifiée. Les ingénieurs ont optimisé les voies d'écoulement après avoir identifié les zones de mauvaise circulation et de stagnation des fluides au moyen d'une analyse CFD.
Dans ce cas, les ingénieurs génèrent des épaisseurs de paroi en fonction des spécifications fournies par le client, ce qu'ils peuvent faire en utilisant un modèle de contrainte d'analyse par éléments finis (FEA) basé sur les relevés de pression effectués lors de l'analyse CFD.
Enfin, ils ont conçu et ajouté une structure de soutien permanente à la géométrie CAD pour créer une structure autoportante efficace.
La première itération de la conception a permis de réduire le volume du collecteur de 52% et d'augmenter l'efficacité de l'écoulement de 60% par rapport à l'original.
Itération de la conception de la deuxième génération
Les concepteurs du collecteur d'origine avaient l'intention de l'utiliser dans des modules avec plusieurs unités montées en série. Les opérateurs devaient parfois retirer les collecteurs hydrauliques individuels de la séquence pour les entretenir, ce qui nécessitait un accès fileté pour le "retrait du module".
Après la première itération, la géométrie fabriquée additivement a permis aux ingénieurs de retirer manuellement les collecteurs sans aucun outil, éliminant ainsi le besoin d'un canal de retrait des modules.
La première itération de la conception était tellement plus petite que le bloc massif d'origine que l'on craignait que l'itération 1 ne se plie, ne se déforme en torsion et/ou ne vibre au cours de l'usinage ultérieur. Ces craintes se sont avérées injustifiées. La deuxième itération de la conception a permis d'obtenir un volume final de collecteur qui ne représentait que 21% du collecteur d'origine, tout en améliorant encore la rigidité du collecteur.
Cette réduction significative du volume du collecteur a permis d'utiliser un acier inoxydable 316L plus approprié pour la production de l'itération 2. Après la deuxième itération de la conception, les ingénieurs sont parvenus à réduire de 37% le poids net du collecteur en usinant des matériaux plus denses.
Synthèse des résultats
| phase de conception | matériaux | Volume (cm³) | quantité |
| Bloc de collecteur hydraulique original en aluminium | aluminium | 9600 | 25.6 |
| Première itération de la fabrication additive | aluminium | 4650(-52%) | 12.3 |
| Fabrication additive Itération secondaire de la conception | Acier inoxydable 316L | 2040(-79%) | 11.3 |
Bien entendu, Zhuo Yi Control Technology Co. se spécialise dans les collecteurs de vannes hydrauliques. nous contacter pour un collecteur hydraulique personnalisé.
