유압 제어 매니폴드 는 많은 파이프가 한데 모여 교차하는 복잡한 어셈블리입니다. 전통적으로 제조업체는 유압 제어 매니폴드 단면을 가공하고 교차 드릴링했습니다. 그러나 이 방식은 각도 가공 제약으로 인해 유체 효율을 가장 효율적인 방식으로 최적화하지 못합니다. 또한 유량을 조정하려면 유량 경로 내부에 플러그를 추가해야 하는 경우가 많기 때문에 일관된 가공 정확도를 유지하는 데 어려움이 있습니다.
3D 사이언스 밸리는 유압 블록을 최적화하는 ZhuoYi의 솔루션을 도입했으며, 이제 한때 재료 부피를 절반으로 줄인 유압 블록을 기반으로 ZhuoYi는이를 끝까지 최적화하고 이번에는 다시 재료 부피를 절반으로 줄였습니다....
새로운 이야기를 시작하기 전에 유압 제어 매니폴드를 처음에 어떻게 최적화했는지 함께 살펴봅시다.
아래 이미지는 터미널 플러그를 유체 블록의 단면에 통합하기 위해 교차 드릴링된 구멍을 가공한 구조로, 유체 채널 내부에 90도 수직으로 교차하고 유체 방향으로 90도 구부러져 있습니다.
VFD 분석 결과 일부 영역은 유량이 적은 반면 다른 영역은 난류에 직면하는 것으로 나타났습니다. 흐름 패턴을 추가로 조정하려면 내부 플러그를 사용해야 하지만 복잡성이 가중되고 유체가 급격한 굴곡을 통과해야 하는 문제가 해결되지 않습니다. 유체 역학적 관점에서 볼 때 전통적으로 기계 가공된 유압 통합 블록의 설계는 개선의 여지가 많았지만 당시에는 3D 프린팅 기술이 제공하는 유연성을 갖추지 못했습니다.
금속 분말을 층별로 녹여 제품을 제조하는 선택적 레이저 용융 적층 제조 기술을 통해 불필요한 밸브 본체 무게를 줄이면서 유체 흐름 경로 설계를 미리 최적화할 수 있습니다.
1단계: 유체 경로 추출
첫 번째 단계는 교차 드릴링된 디자인을 포함하여 유체 경로를 추출하는 것인데, 이는 단단한 금속 블록으로 시작하는 기존 가공과 달리 기존 가공 유체가 통과하지 않는 디자인 부분을 제거하는 것이 아니라 가공에 필요한 구멍을 뚫는 작업을 포함합니다. 유체가 통과할 파이프와 기능성 매니폴드는 남겨둡니다. 오른쪽은 최종적으로 추출된 디자인을 보여줍니다.
2단계: 흐름 모양 최적화
이제 교차 드릴링 설계로 인한 제약 없이 유체 흐름 경로를 축소하고 단순화하여 설계에서 날카로운 모서리를 둥근 굴곡으로 대체하여 난류를 줄이는 것을 목표로 합니다. 이미지는 흐름 분리 및 정체 영역을 식별하는 흐름 경로 개념을 보여줍니다.
3단계: 벽 두께 및 지지 구조 결정하기
유체 경로를 최적화한 후에는 유한 요소 해석(FEA) 응력 모델을 사용하여 유체 역학적 압력을 계산하고 분석하기 위해 벽 두께와 지지 구조를 결정해야 합니다.
마지막으로, 지지 구조는 컴포넌트를 함께 고정하는 비계 역할을 하며 빌드 과정에서 빌드 지원 및 앵커 역할을 합니다.
이 훌륭한 사례는 유압 밸브 블록의 무게를 50%까지 줄일 뿐만 아니라 유체 흐름의 효율성을 개선하고 추가 조립이 필요하지 않으며 밸브 본체의 성능과 안정성을 향상시킵니다.
두 번째 설계 반복에서는 밸브 블록이 직렬로 사용되기 때문에 블록이 파손되면 개별적으로 분해하여 수리해야 한다는 점을 고려하여 블록을 쉽게 분리할 수 있도록 했습니다. 또 다른 고려 사항은 마감 과정에서 블록의 채터링을 방지하기 위해 부품의 강성을 높이는 것이었기 때문에 두 번째 디자인 반복에서 재질을 알루미늄에서 스테인리스 스틸로 변경했습니다.
두 번째 반복에서는 재료 부피가 79% 감소했습니다. 적층 제조 시간 단축은 용융해야 하는 재료의 양에 크게 좌우되기 때문에 상당한 효과를 거두었으며, 재료 효율성 향상과 처리 시간 및 비용 절감이라는 두 가지 측면에서 절감 효과를 거두었습니다.
뿐만 아니라 유압 제어 매니폴드의 성능을 크게 개선하여 기존 설계와의 호환성을 보장하면서 유량 효율을 60% 향상시켰습니다. 또한 더 튼튼한 소재를 사용하여 유압 제어 매니폴드의 고장 확률을 크게 줄였습니다.
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