Collecteur de commande hydraulique sont des assemblages complexes dans lesquels de nombreux tuyaux se rejoignent et se croisent. Traditionnellement, les fabricants usinent et percent les sections transversales des collecteurs de commande hydraulique. Cependant, en raison des contraintes d'usinage angulaire, cette méthode ne permet pas d'optimiser l'efficacité des fluides de la manière la plus efficace. En outre, pour ajuster les débits, il faut souvent ajouter des bouchons à l'intérieur des voies d'écoulement, ce qui pose des problèmes pour maintenir une précision d'usinage constante.
3D Science Valley a présenté la solution de ZhuoYi pour optimiser les blocs hydrauliques, et maintenant, sur la base d'un bloc hydraulique qui a déjà été réduit de moitié, ZhuoYi l'a encore optimisé jusqu'au bout, et cette fois, l'a encore réduit de moitié...
Avant d'entamer la nouvelle histoire, examinons ensemble comment nous avons initialement optimisé le collecteur de commande hydraulique.
L'image ci-dessous montre une structure dans laquelle nous avons usiné des trous en croix pour incorporer des bouchons terminaux dans une section du bloc de fluide, avec une croix verticale de 90 degrés à l'intérieur du canal de fluide et un coude de 90 degrés dans la direction du fluide.
Une analyse VFD a montré que certaines zones seraient confrontées à un faible débit tandis que d'autres seraient confrontées à des turbulences. Pour ajuster davantage le schéma d'écoulement, nous devons utiliser des bouchons internes, mais cela ajoute de la complexité et n'élimine pas la nécessité pour le fluide de passer par des virages serrés. D'un point de vue hydrodynamique, la conception des blocs hydrauliques intégrés usinés de manière traditionnelle présentait un potentiel d'amélioration significatif, mais à l'époque, nous ne disposions pas de la flexibilité offerte par la technologie de l'impression 3D.
La technologie de fabrication additive par fusion laser sélective, qui fait fondre la poudre métallique couche par couche pour fabriquer les produits, nous permet de pré-optimiser la conception des voies d'écoulement des fluides tout en réduisant le poids inutile du corps de la valve.
Étape 1 : Extraction des trajectoires des fluides
La première étape consiste à extraire les voies de circulation des fluides, y compris les conceptions percées en croix, ce qui, contrairement à l'usinage traditionnel qui commence par un bloc de métal solide, implique de retirer la partie de la conception que les fluides d'usinage traditionnels ne traversent pas, mais plutôt les trous percés pour les besoins de l'usinage. Il reste les tuyaux et les collecteurs fonctionnels par lesquels le fluide passera. La partie droite montre la conception finale extraite.
Étape 2 : Optimisation de la forme du flux
Nous commençons maintenant à réduire et à simplifier la trajectoire du fluide sans les contraintes imposées par les conceptions de forage transversal, afin de réduire les turbulences en remplaçant les angles aigus par des courbes arrondies dans la conception.L'image montre un concept de trajectoire d'écoulement qui identifie les zones de séparation et de stagnation de l'écoulement.
Étape 3 : Déterminer l'épaisseur des parois et la structure de soutien
Une fois que nous avons optimisé le parcours du fluide, nous devons déterminer l'épaisseur de la paroi et la structure de support afin de calculer et d'analyser les pressions hydrodynamiques à l'aide d'un modèle de contrainte d'analyse par éléments finis (FEA).
Enfin, la structure de soutien sert d'échafaudage pour maintenir les composants ensemble et sert de support et d'ancrage pendant le processus de construction.
Cet exemple remarquable permet non seulement de réduire le poids du bloc de vannes hydrauliques de 50 %, mais aussi d'améliorer l'efficacité de la circulation des fluides, d'éviter la nécessité d'un assemblage supplémentaire et d'améliorer les performances et la stabilité du corps de la vanne.
Lors de la deuxième itération de la conception, nous avons tenu compte du fait que les blocs de vannes sont utilisés en série et que si l'un d'entre eux se casse, il doit être démonté et réparé individuellement. Nous avons également pris en compte l'augmentation de la rigidité de la pièce afin d'éviter le broutage des blocs pendant le processus de finition, et nous avons donc changé le matériau de l'aluminium à l'acier inoxydable dans la deuxième itération de la conception.
La deuxième itération a permis de réduire le volume de matériau de 79%. La réduction du temps de fabrication additive était significative car elle dépendait largement de la quantité de matériau à fondre. Les économies provenaient de deux sources : l'amélioration de l'efficacité du matériau et la réduction du temps et des coûts de traitement.
De plus, nous avons considérablement amélioré les performances du collecteur de commande hydraulique, avec une augmentation de 60 % de l'efficacité du débit, tout en assurant la compatibilité avec les conceptions existantes. Nous avons également réduit de manière significative la probabilité de défaillance du collecteur de commande hydraulique en utilisant des matériaux plus résistants.
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