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金属3D打印如何实现径向柱塞泵的创新

发布时间:2018-01-05 09:03:21

    金属增材制造(AM)技术为流体动力行业的设计开创了许多新机遇,使得重新设计这些产品成为可能,从而创造出最新的“最先进”的产品。不仅满足航空航天领域轻量化的需求,还满足其他工业领域更高的经济性的需求。  

    实现传统制造所不能及

    传统上,流体动力行业的产品应用可以按照不同的市场领域来看,粗略的分类包括航空航天和其他工业,而不同的市场应用,对流体动力的产品功能诉求也有差异。为了达到轻量化的目的,航空航天领域的产品必须使用高成本的原材料,如钛和如球头铣削这样昂贵的表面加工,这样做的结果是更昂贵的产品。  

    可以说航空航天对轻量化的产品更加青睐,而其他工业则对轻量化的敏感程度要低很多。不过在流体动力产品方面,还是有很多共同的要求,如性能、效率和可靠性。  

    很多时候,大家关注3D打印技术是因为这种技术可以为重要的行业尤其是航空航天行业提供潜在的价值优势,所以大家的视线围绕着航空、航天和国防领域的需求来挖掘3D打印的潜力,从而大家容易忽略那些对制造成本比较敏感的应用市场(如汽车、工程机械等行业)的潜在利益。  

    不过有时候3D打印不仅仅可以满足航空航天行业的需求,也可以满足其他工业领域的需求。3D科学谷以电液伺服阀(EHSV)为例,电液伺服阀既是电液转换元件,又是功率放大元件,它能够把微小的电气信号转换成大功率的液压能输出。包括Moog和博世力士乐都通过各种方法将伺服阀的重量减到最低。但是传统的减材制造有一个特点,那就是当设计优化到极限的时候,重量就不能再被减少。  

    英国的Domin企业专注于通过金属3D打印来开发流体动力零件。Domin企业设计并测试了一台轻型高功率和高扭矩定量泵。这是台要求高效率、低转速(4,000rpm)和高扭矩正排量泵。Domin通过金属增材制造(AM)技术优化了固定容积泵的设计。  

    通过结合设计App、有限元分析App和计算流体动力学App,Domin能够设计和制造功率密度为23kW/kg,扭矩为40Nm,排量为14cc/rev的泵。

    柱塞泵是液压系统的一个重要装置。它依靠柱塞在缸体中往复运动,使密封工作容腔的容积发生变化来实现吸油、压油。柱塞泵具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点。径向柱塞泵可分为阀配流与轴配流两大类。径向结构设计克服了如轴向柱塞泵滑靴偏磨的问题。使其抗冲击能力大幅度提高。  

    在上个世纪,虽然在径向柱塞泵的开发方面进行了大量的工作,但是现有的制造技术却无法实现十分复杂的细节。金属3D打印技术允许Domin从最初的流体原理来提升泵的性能,通过3D打印的创新应用来制造泵高效轻便的换向元件。  

    为了能够设计具有可靠使用寿命的高效泵,需要对径向柱塞泵内的设计提炼出一套复杂的折衷方案。最有效的方法就是使用一个由沿长度方向压力平衡的枢轴组成的泵。然而,为了做到这一点,枢轴需要一个非常复杂的液压换向,这些复杂的结构只能通过金属3D打印技术来实现。 

    Domin企业的项目通过金属3D打印证明了径向柱塞泵设计的创新应用。以金属3D打印作为关键制造技术和设计驱动创新的原则正在为液压行业带来全新的面貌。