選區(qū)激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）作為一種金屬增材制造技術(shù),克服了傳統(tǒng)加工方式下的成形限制,為液壓元件與系統(tǒng)的設(shè)計提供了更大的自由度。流道是液壓元件與系統(tǒng)的重要組成部分,而目前成形的無支撐圓形流道往往具有較低的輪廓精度和較高的表面粗糙度,這對液壓系統(tǒng)的能量損失影響很大。利用SLM技術(shù)成形了具有不同直徑的水平流道,測量了輪廓精度和表面粗糙度,設(shè)計了沿程壓力損失測量裝置,實驗后分析了沿程阻力系數(shù)、雷諾數(shù)和直徑之間的關(guān)系。結(jié)果表明,隨著直徑的增大,成形輪廓相對誤差減小;成形流道下表皮粗糙度較其他面更高;相同工況下,沿程壓力損失比傳統(tǒng)加工流道更大。 

【文章來源】：液壓與氣動. 2020,(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

流道沿程壓力損失測量裝置

與傳統(tǒng)加工方式相比,SLM技術(shù)的一個優(yōu)點是大大提高了流道設(shè)計的自由度, 圖1展示了研究團(tuán)隊進(jìn)行的部分工作,其中圖1a為傳統(tǒng)加工方式下的閥塊原型,圖1b則是在不改變原型的工作原理、工況要求的前提下重新設(shè)計并利用SLM技術(shù)成形的閥塊,與原型a相比,SLM成形閥塊b空間體積減小了50%左右,重量減輕了80%以上,同時,在同一工況下壓力損失降低了30%左右,實現(xiàn)了閥塊原型的小型化、輕量化,并改善了流動性能。然而,閥塊中的流道一般是三維結(jié)構(gòu)且方向多變,因此不可避免地會產(chǎn)生懸垂結(jié)構(gòu)(成形時下方無實體支撐),SLM技術(shù)在成形懸垂結(jié)構(gòu)時為提高成形質(zhì)量、避免成形失敗,往往會添加支撐[3-4]。水平流道作為典型懸垂結(jié)構(gòu)成形時就需要添加支撐,但由于流道的特殊性,若為它添加支撐則無法通過后處理將其去除[5],因此它的成形又必須在無支撐條件下進(jìn)行,異形截面流道(淚滴形、菱形等)可以減少支撐的使用[6],但是比較而言圓形截面流道的通流能力更為優(yōu)良,應(yīng)力集中也更小,因此最好使用無支撐圓形流道。圖2a是利用SLM技術(shù)水平成形的無支撐圓形流道,為方便觀察與測量,將其圈出部分切下得到圖2b所示的局部細(xì)節(jié)圖,發(fā)現(xiàn)這樣成形的圓形流道往往存在較大的輪廓形狀誤差,并且在下表皮(流道水平擺放時內(nèi)壁面頂部,懸垂結(jié)構(gòu))存在較大的粗糙度,這在一些文獻(xiàn)中也有所闡述[5,7]。因此對于閥塊等采用SLM技術(shù)成形的液壓系統(tǒng)來說,此處的沿程壓力損失對整個系統(tǒng)能量耗散乃至功重比的控制影響很大,然而在此情況下經(jīng)典的Moody圖幾乎無法正確預(yù)測沿程阻力系數(shù),因此關(guān)于SLM條件下成形水平流道的沿程壓力損失的相關(guān)機(jī)理的探究就顯得非常迫切。

然而,閥塊中的流道一般是三維結(jié)構(gòu)且方向多變,因此不可避免地會產(chǎn)生懸垂結(jié)構(gòu)(成形時下方無實體支撐),SLM技術(shù)在成形懸垂結(jié)構(gòu)時為提高成形質(zhì)量、避免成形失敗,往往會添加支撐[3-4]。水平流道作為典型懸垂結(jié)構(gòu)成形時就需要添加支撐,但由于流道的特殊性,若為它添加支撐則無法通過后處理將其去除[5],因此它的成形又必須在無支撐條件下進(jìn)行,異形截面流道(淚滴形、菱形等)可以減少支撐的使用[6],但是比較而言圓形截面流道的通流能力更為優(yōu)良,應(yīng)力集中也更小,因此最好使用無支撐圓形流道。圖2a是利用SLM技術(shù)水平成形的無支撐圓形流道,為方便觀察與測量,將其圈出部分切下得到圖2b所示的局部細(xì)節(jié)圖,發(fā)現(xiàn)這樣成形的圓形流道往往存在較大的輪廓形狀誤差,并且在下表皮(流道水平擺放時內(nèi)壁面頂部,懸垂結(jié)構(gòu))存在較大的粗糙度,這在一些文獻(xiàn)中也有所闡述[5,7]。因此對于閥塊等采用SLM技術(shù)成形的液壓系統(tǒng)來說,此處的沿程壓力損失對整個系統(tǒng)能量耗散乃至功重比的控制影響很大,然而在此情況下經(jīng)典的Moody圖幾乎無法正確預(yù)測沿程阻力系數(shù),因此關(guān)于SLM條件下成形水平流道的沿程壓力損失的相關(guān)機(jī)理的探究就顯得非常迫切。SNYDER等[7-8]研究了成形方向?qū)Τ叽绻詈捅砻娲植诙鹊挠绊?并且用氣體作為流體介質(zhì)進(jìn)行了實驗,他們發(fā)現(xiàn)成形方向?qū)缀握`差和表面粗糙度的影響很大,并且導(dǎo)致了層流提前轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌TIMPSON等[9-10]研究了SLM成形的矩形通道,他們分析了材料、上表皮和下表皮對尺寸公差和表面粗糙度的影響。同時測定了沿程阻力系數(shù),結(jié)果表明:在低雷諾數(shù)下,通道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)高于層流理論的沿程阻力系數(shù),但趨勢趨于一致,而在湍流區(qū),通道內(nèi)的沿程阻力系數(shù)差別很大,同時他們還給出了沿程阻力系數(shù)與Ra/Dh之間的修正關(guān)系,然而,所有的研究工作都是基于微型流道(直徑小于2 mm)。大多數(shù)液壓行業(yè)中使用的流道直徑比這要大得多。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于增材制造的液壓復(fù)雜流道輕量化設(shè)計與成形[J]. 張磊,祝毅,楊華勇.  液壓與氣動. 2018(11)



本文編號：3269169