铝制液压歧管块好吗?AM 技术实现了设计自由。

制造铝制液压歧管块在某些情况下具有重量轻的优点,但也有不耐磨的缺点。快速成型制造(AM)技术能够制造出内部特征和通道,非常适合歧管的设计和制造。

雷尼绍与客户合作,采用快速成型制造技术重新设计了他们目前使用的液压歧管。在不影响部件坚固性的前提下,最大限度地减轻了重量。快速成型制造具有很高的设计自由度,设计人员可以利用它来提高流道效率。

液压歧管的常规制造方法

传统上在制造铝制液压歧管块时,首先要将铝或不锈钢坯料切割和加工成所需尺寸,然后钻孔形成流体通道。由于钻孔的复杂性,通常需要使用特殊工具。通道内还需要塞子,以正确引导流体通过系统。

制造过程中固有的限制会导致相邻流道之间形成突兀的拐角,造成流体流动不畅或停滞。

原装液压歧管

铝制液压歧管块的耐磨性较差,任何掉落的颗粒都会划伤通道表面,增加磨损。因此,有时最好使用不锈钢歧管。不过,不锈钢比铝合金密度大、硬度高,重量和加工成本也高得多。

使用 AM 设计和制造液压歧管的优势

  • 优化流道,提高组件功能效率
  • 能够充分利用计算流体动力学(CFD)方法协助设计过程
  • 减少对固定装置的需求
  • 简化对可拆卸支撑结构的需求
  • 显著减轻重量
  • 无需拆卸模块
  • 充分的设计自由度,可设计出尺寸大大缩小的分水器

客户直接受益

  • 质量减少达 79
  • 单件结构,缺陷更少
  • 加快设计和开发迭代
  • 与现有设计完全兼容
  • 60% 流量效率提高

为增材制造重新设计 - 设计范围

在重新设计组件的过程中,需要考虑客户提出的一些设计和功能要求。

几何图形

  • 已定义的连接端口
  • 流道内径
  • 流道壁厚
  • 固定位置和界面

功能

客户的主要要求是在保持刚度和功能不变的情况下减轻部件的重量。然而,对于铝制液压歧管块,设计人员通过减轻组件重量但降低刚度来实现这一目标,而对于钢制液压歧管块,他们则通过增加刚度但增加重量来实现这一目标。

第一次设计迭代

他们将部件分解成必要的通道,以提供液压歧管功能。他们使用 CAD 软件提取了原始交叉钻孔设计的流动路径,并删除了所有不需要的钻孔区域,只留下必要的管道网络。

随后,每条液压管路都进行了缩减和简化。工程师通过 CFD 分析确定了流体流动不畅和停滞的区域,然后对流动路径进行了优化。

在这种情况下,工程师会根据客户提供的规格生成壁厚,他们可以根据 CFD 分析过程中读取的压力读数,使用有限元分析 (FEA) 应力模型来实现这一点。

最后,他们在 CAD 几何图形上设计并添加了一个永久支撑结构,以创建一个高效的自支撑结构。

第一次设计迭代后,歧管体积比原来减少了 52%,流量效率提高了 60%。

第二代设计迭代

最初的歧管设计者打算将其用于串联安装多个单元的模块中。操作人员有时需要从序列中拆下单个液压阀块进行维修,因此需要螺纹 "模块拆卸 "通道。

经过第一次迭代后,快速成型的几何形状使工程师无需任何工具即可手动拆卸歧管,从而消除了对模块拆卸通道的需求。

第一次迭代设计比最初的实体块小得多,因此有人担心迭代 1 在后续加工过程中可能会弯曲、扭转变形和/或振动。事实证明,这种担心是多余的。第二次迭代设计的最终歧管体积仅为原歧管的 21%,同时进一步提高了歧管的刚度。

歧管体积的大幅减小使得在生产迭代 2 时可以使用更合适的 316L 不锈钢。在第二次设计迭代之后,工程师们通过使用密度更大的材料进行加工,使歧管的净重量减少了 37%。

结果摘要

设计阶段材料体积(立方厘米)数量
原装铝质液压歧管块铝质960025.6
增材制造的首次设计迭代铝质4650(-52%)12.3
快速成型二次设计迭代316L 不锈钢2040(-79%)11.3

 

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