针对传统加工方法进行液压阀体轻量化设计过程复杂、轻量化效果较差等问题,提出一种参数化液压阀体轻量化设计方法。分析液压阀体各个接口功能与流道拓扑关系,提取流道的拓扑结构;根据流道拓扑关系,考虑流道性能约束与体积约束,重新设计流道的布局与结构;使用自支撑截面流道代替传统的圆形截面流道以避免流道内部生成支撑结构;提出变截面流道建模与流道路径优化算法,实现流道自动化设计。对某液压阀体进行轻量化设计实验并进行流体仿真测试,结果表明,轻量化设计方案下的阀体与原阀体相比质量平均减少93.5%,体积平均减少70.8%,压力损失平均减少66.2%。

液压阀块是液压系统中重要的组成部分,传统液压阀块采用车铣、钻、镗的方式制造,导致其内部流道有较多直角弯和工艺孔封闭容腔结构,严重影响油液流动性能。基于增材制造技术所提供的新型设计空间,采用B样条曲线对阀块内部液压流道进行优化设计,并对液压流道进行了计算流体动力学分析,以确定压降最小的最优流道结构。通过对液压阀块拓扑优化进行减重,根据拓扑优化结果,采用选区激光熔融的方式,完成了液压阀块的打印。相比原始液压流道,经过优化后的液压流道的压力损失减少31.4%;与原始阀块相比经过拓扑优化并通过SLM制造的液压阀块减重33.9%。因此本文采用的流道优化和阀块轻量化方法为液压阀块内部流道性能提升和阀块整体轻量化设计提供了新的参考。

利用激光超声技术对增材制造件进行无损检测具有重要的理论和应用价值。因此,针对不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造样品进行试验。利用激光超声在样品不同成型方向上测试,对表面波声速进行了表征。结果表明:不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造件的成型质量与表面波传播速度有着密切的关系,而且同一增材制造件在不同成型方向上的表面波声速也有明显的差异,具有各向异性。实验结果对研究316L不锈钢增材制造材料的表面声学特性以及金属增材制造材料的激光超声质量检测具有重要参考价值。

器件小型化和集成化发展趋势,对液压阀块设计提出了更高的要求。传统工艺加工阀块体内部流道,不但工艺复杂难加工,而且成形的流道流动特性有待提高。新型制造工艺增材制造一体化成形的特点使其在流道加工方面表现出很大的优越性。基于增材制造,对某一液压集成阀块的流道过渡区进行优化设计,利用Fluent仿真,对直线过渡、圆弧过渡、B样条曲线3种过渡方式连接的流道流动特性进行分析,B样条曲线过渡流道较直线过渡流道压力损失可降低55%以上,不同圆角半径的圆弧过渡流道较直线过渡流道压力损失可降低28%~56%,为基于增材制造的流道设计提供了必要的支持。

液压系统广泛应用于工程领域,提高功率密度是其重要发展方向,其中液压集成块轻量化设计是提高功率密度的有效手段。通过增材制造(AM)灵活的加工特性能使集成块重量降低,是高功率密度液压驱动的一种有效的设计方法,但目前增材制造加工的流道存在塌陷形变、尺寸精度低、内部流道粗糙度高等问题。以提升增材制造流道成型质量为研究目标,选区激光熔融(SLM)为加工方法,探讨流道横截面及打印模型中有无支撑添加对成型质量的影响,并通过非接触测量对打印模型内部流道尺寸进行测量得到定量分析。结果表明,对于圆形流道,有支撑结构有较好的打印结果,菱形流道形变量小于圆形流道。进一步通过改变打印参数对内流道表面质量进行研究,结果显示适当选择工艺参数可以提高表面质量。

超高速激光熔覆是一种新兴的表面处理技术。介绍超高速激光熔覆技术,综述国内外超高速激光熔覆技术的研究现状,目前研究热点包括熔覆工艺优化、组织性能产生机制以及过程模拟;列举了超高速激光熔覆技术在工业生产中的应用,主要包括替代硬铬电镀对大型液压缸表面进行修复、汽车制动盘涂层的制备以及快速金属增材制造。并基于目前的研究现状和应用对后续发展进行了展望,未来主要的研究热点将聚焦平面及自由曲面的超高速激光熔覆设备的研制、新型熔覆材料的研发、裂纹控制机制的探讨以及超高速激光熔覆技术结合增材制造的进一步研究。

液压阀块是液压系统的重要组成部分,降低液压阀块的压力损失对实现液压系统节能化、提高功重比意义重大。选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术是一种增材制造(Additive Manufacturing,AM)技术,基本突破了减材、等材等传统加工方式的设计约束,结合拓扑优化方法,可大大提高液压阀块及其流道的设计自由度。以降低流道局部压力损失为研究目标,对流道局部压力损失较大的拐弯处进行拓扑优化设计,并采用SLM技术成形,优化设计后流道的压力损失明显降低。进

针对现有金属件增材制造技术存在成本高、效率低的问题,提出一种低熔点金属熔融三维直写技术,并适用于汽车、机床等行业中试制金属模具及零部件的小批量、多品种、高效率、直接增材制造。首先介绍金属熔融三维直写技术原理,然后分析直写喷头的结构以及使用过程中的温度分布情况。最后采用有限元模拟和工艺试验相结合的方法,对薄壁金属件的三维直写过程进行研究。研究结果表明金属熔融三维直写喷头使用过程中的温度沿高度呈抛物线分布,且喷头能较好地实现连续导丝和高效熔丝的功能;金属熔融三维直写过程中温度场分布极不均匀,且随着成形高度增加,高温热影响区持续扩大,散热路径加长;在直写过程中,成形件上节点处的循环性温度变化可使得相邻两层间在该节点处实现层间重熔;采用金属熔融三维直写工艺可以实现薄壁金属件的增材制...

增材制造技术是一种先进的智能加工技术,并且通过其制造原理“分层—叠加”来加工实体。为了满足增材制造成型实体阶梯误差的要求,提出一种基于STL三角形网格法向量的自适应分层算法。首先根据三维实体成型后出现正、负偏差原理,得到统一正偏差截面轮廓的选择方法;其次以阶梯效应为依据,根据三角形网格法向量以及所允许的阶梯高度,确定自适应分层的分层厚度;最后对该算法进行实例验证。结果表明该算法符合自适应分层的要求,可有效减少阶梯效应并使得后处理工序更为方便。

选区激光熔化(SLM)是一种金属增材制造技术它利用激光逐层熔化金属粉末累加成形在复杂零部件和轻量化结构成形上优势明显。分析了液压系统中复杂流道结构的典型特征提出了传统加工流道局部压损过大、轻量化程度不足两个问题。基于SLM技术进行了伺服阀集成块的设计成形实现了集成块整体37%的减重提取的典型流道仿真结果显示压力损失降低了50%。最后提出了一种综合约束分析、模型设计和仿真评估的复杂液压流道轻量化设计方法初步显示了增材制造液压集成块在轻量化和改善油液流动特性上的潜力。