[发明专利]基于选区激光熔化的液压阀块的设计与制造方法

说明书

本发明公开了一种基于选区激光熔化的液压阀块的设计与制造方法。液压阀块的设计与制造方法包括如下步骤:分析传统液压阀块的原始结构以确定传统液压阀块是否具有减重空间；对传统液压阀块的流道进行优化设计并获取优化流道结构模型；利用拓扑优化方法对优化流道结构模型进行优化以获取液压阀块的三维实体结构模型以及采用选区激光熔化对三维实体结构模型打印获得液压阀块。本发明的液压阀块的设计与制造方法首先对液压阀块的内部流道进行优化以降低流道的压力损失，然后再对液压阀块的实体部分利用拓扑优化方法进行优化减轻液压阀块的重量，流道压力损失的降低有效提高液流效率，液压阀块重量的减轻使得整个液压系统的重量减轻，进而降低能耗。

技术领域

本发明涉及一种基于选区激光熔化的液压阀块的设计与制造方法。

背景技术

液压系统是指以油液作为工作介质，利用油液的压力能，通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。液压系统包括动力元件(各种液压泵)、执行元件(液压缸和液压马达等)、控制元件(各种液压阀块)、辅助元件(阀门等附件)和工作介质(油液)。液压系统目前广泛应用在工程机械、农用机械、汽车、飞机、轮船等机械装置、水利工程用的堤坝装置、发电厂涡轮机调速装置以及军事工业中火炮操纵装置等领域。

液压阀块作为液压系统的控制元件，起到控制和调节油液压力、流量和方向的作用，是各装置中极为重要的核心零部件。传统液压阀块的加工主要是在锻造毛坯上布置阀的位置和走油回路，然后进行钻孔，内部存在大量90°直角交叉孔道和为保证内部流道贯通设计的工艺孔，导致液压阀块压力损失增大，易产生震动、噪声、气蚀等缺陷，降低液压阀块结构可靠性及使用寿命。

金属3D打印技术作为一种前瞻性制造技术，不受零件结构复杂程度的限制，可以制造任意复杂形状的零部件，能够提高产品设计人员的设计自由度，支撑新产品及核心零部件设计创新，为液压技术的发展提供了新型技术手段。选区激光熔化工艺(SLM工艺)是金属3D打印技术的一种，适合于制造定制化生产高性能特殊液压阀块。。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于选区激光熔化的液压阀块的设计与制造方法，以实现对复杂结构液压阀块的制造成形。

本发明提供一种基于选区激光熔化的液压阀块的设计与制造方法，包括如下步骤：

分析传统液压阀块的原始结构以确定传统液压阀块是否具有减重空间；

对传统液压阀块的流道进行优化设计并获取优化流道结构模型；

利用拓扑优化方法对优化流道结构模型进行优化以获取液压阀块的三维实体结构模型；和

采用选区激光熔化对三维实体结构模型打印获得液压阀块。

在一些实施例中，分析传统液压阀块的原始结构以确定传统液压阀块是否具有减重空间包括：根据传统液压阀块的实际工况以及传统液压阀块的静强度和疲劳强度确定传统液压阀块是否具有减重空间。

在一些实施例中，对传统液压阀块的流道进行优化设计并获取优化流道结构模型包括：对传统液压阀块的流道进行拆分并搭建至少两个分流道参数化模型；对每个分流道参数化模型进行参数化优化得到至少两个分流道优化模型；和将至少两个分流道优化模型整合获得优化流道结构模型。

在一些实施例中，对传统液压阀块的流道进行优化设计并获取优化流道结构模型还包括：在对传统液压阀块的流道进行拆分后，去除传统液压阀块中的工艺孔容腔，并确定各个分流道结构的优化参数以建立分流道参数化模型。

在一些实施例中，对每个分流道参数化模型进行参数化优化得到至少两个分流道优化模型包括：以各工况流道压力损失最小为优化目标，采用响应曲面优化分析方法获得压力损失和各结构参数的关系及压力损失最小时的分流道优化模型。

在一些实施例中，设计与制造方法还包括在利用拓扑优化方法对流道结构模型进行优化之前，先确定液压阀块的非设计空间。