[发明专利]基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法，该方法包括以下步骤：(1)选料；(2)进行液压阀块单根流道的试制，从而确定流道的壁厚与截面形状；(3)进行边界约束条件设置；(4)将液压阀块的液压逻辑提取出来；(5)进行主要工作流道的建模及优化设计；(6)进行局部结构建模及优化设计；(7)对选区激光熔化成形工艺参数进行调控；(8)对液压阀块模型进行建模、成形制造及后处理操作；(9)进行成形质量检验以及成形阀块的性能试验。本发明明确了利用选区激光熔化重新设计制造液压阀块及检测的工艺流程，实现了通过增材制造技术大大减轻了液压阀块的重量，同时提高了流体的流动性能，实现了功重比的提高，在航空航天以及军工方面有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于增材制造领域，并应用于液压领域中，更具体的，涉及一种基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术即3D打印技术，区别于传统的车铣刨磨等依赖多工序结合制造零件的“减材制造”加工方式，它基于离散-叠加成形原理，利用CAD三维模型生成STL格式文件后导入相关3D打印机软件中，利用计算机控制打印材料逐层堆积，最终一次形成三维实体。选区激光熔化技术(SLM)是增材制造技术的一种，采用粉末为成形材料，激光为能量源，在扫描振镜的控制下按照一定的路径快速照射粉末对零件截面逐层进行激光熔化，形成冶金熔覆层，SLM成形机工作时，在基板上用刮刀铺一层金属粉末，然后用激光束，使其熔化、凝固，形成冶金熔覆层，然后将基板下降与单层沉积厚度相同的高度，在铺一层粉末进行激光扫描加工，重复这样的过程直至整个零件成形结束。

液压系统广泛应用于机械行业。液压系统具有力重比高、体积小、控制精度高等特点，在制造业、汽车技术、航空航天工业、移动汽车、机器人、机电一体化等工业领域都有广泛的应用。液压传动以流体(液压油)为工作介质进行能量传递和控制。液压流道作为流体输送的重要组成部分，需要在内部高压条件下工作。为了保持部件压力和较高的能量转换效率，内部通道应具有较高的流量和较低的压降。在液压系统中，液压阀块以其结构紧凑、泄漏小、安装方便、调节方便等优点，在液压领域中得到了广泛的应用。它们是多向复杂流道的集中体现。它们控制液压系统内部的流体流动，因此液压阀块必须是非常精确的耐用的零件，可供长时间使用。传统制造的固有局限性会导致相邻流道之间出现急直角转弯，导致流动停滞，这是效率损失的主要原因。相比之下，增材制造非常适合于流道的设计和制造，设计自由度大，因为它能够构建任意形状的内部特征和通道。通过优化阀块内部流道可以实现更大流量、更紧凑空间和节约材料，同时由于不再需要工艺孔，消除了潜在的泄漏。同时，液压元件的材料必须具有足够的强度和耐腐蚀性，才能安全应对液压系统的高压特性。传统液压元件最常用的材料是碳钢、不锈钢和铝。随着SLM的应用，液压阀块材料的选择更加多样化，如不锈钢、铝合金、钛合金等新材料的开发。这对提高液压阀块的机械性能和耐腐蚀性有很大的帮助。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法，其基于现有液压阀块的制造特点，能制造结构复杂且性能优异的液压阀块。本发明采用激光选区熔化成形技术(Selective laser melting,SLM)成形液压阀块，能够成形复杂内部结构的液压阀块，缩短了工艺流程，降低了时间成本和加工成本，提高了经济效益；利用高分辨率光学相干断层成像技术(optical coherence tomography，OCT)直观、无损检验成形的液压阀块内部复杂精细结构的成形质量，根据检验结果选择性地优化扫描路径算法，保证了SLM技术制造的液压阀块的成形质量，满足了生产设计需求。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于选区激光熔化的液压阀块轻量化设计方法，该方法包括以下步骤：

(1)选用液压阀块的加工用原料；

(2)进行液压阀块单根流道的试制，从而确定流道的壁厚与截面形状；