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未来3D打印生产制造格局下的必然趋势

更新时间: 2020-01-09 14:52:49  查看次数: 265    

3D打印加工方法单一且有效率,所以零件的设计相对于传统方法比较偏重于性能、成本与美观。没有加工过程的约束,机械零件可以尽可能的优化结构,以达到节约材料并保证性能的双赢目标。液压阀块通常是在一整块钢材实体上进行减材加工,材料密度大,整体重量很大。在满足安全壁厚的前提下,对液压阀块块体进行创新性结构简化,节约材料成本,同时也能满足当代轻量化的绿色发展需求。借鉴复合材料结构高效承载构型的优化方法,对阀块零件进行初步的结构改进。


复合材料结构高效承载构型包括夹层结构、格栅结构、点阵结构、和桁架结构。对于液压阀块这样的箱体类零件,可以参考夹层结构的构型。夹层结构是指由两块面板及中间与其牢固连接的芯材夹层构成的板状结构,面板薄而强,芯材质轻且有特殊结构。根据芯材型式不同有泡沫夹心结构、蜂窝夹心结构和波纹夹心结构等。夹层结构的特点是抗弯刚度大,可提高材料的有效利用率以及减轻重量,这样的夹层结构涉及到材料和结构两个范畴,而主要借鉴其结构特点,将蜂窝状夹层结构运用于液压阀块的轻量化设计。


由液压阀块轻量化示意图可见,在油液孔道的周边留有安全壁厚,其余空间变实体为蜂窝状结构体。如此一来并未降低液压管路的性能,还节约了材料,减轻了实体重量,3D打印可以不费吹灰之力实现这种创新结构的加工制造,因此并无加工难度。运用这样的原理,对插装阀通用块进行块体设计。


通过上述液压阀块轻量化的思路,创新设计了液压插装阀通用块的实体结构。该结构在留有液压孔道安全壁厚的基础上,对实体进行材料简化,从而减轻了该插装阀通用块的重量,重量至少减轻30%-40%。在实际液压阀三维设计中,首先按照液压阀系统原理图设计最简孔道结构,提取油液实际经过的孔道,并计算其安全壁厚,将带有安全壁厚的孔道结构与轻量化结构做布尔运算,得出液压阀块体模型,如此设计出的液压阀块结构最优,材料最省。

对于目前应用广泛的液压集成块,设计更复杂,加工难度更大,将液压阀块的创新设计理念运用于液压集成块的设计,对其中的管路以及集成块体进行结构创新,并运用先进的3D打印技术进行加工制造,这将是未来3D打印生产制造格局下的必然趋势。



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