液壓閥塊的案例
基于ANSYS Workbench 仿真分析液壓閥塊內部油路極限壁厚
摘 要：在液壓閥塊設計過程中，如何確定液壓閥塊內部孔道間的壁厚是一個很關鍵的問題，壁厚過大則液壓閥塊整體尺寸偏大，材料浪費且不經濟，壁厚過小則存在擊穿的風險，存在一定的安全隱患。為得出不同材質的液壓閥塊在極限壓力 42 MPa 的條件下的極限壁厚，針對液壓閥塊內部進行有限元分析，通過 PROE 三維繪圖軟件進行三維建模，導入有限元分析軟件 ANSYS Workbench 中，通過對液壓閥塊和內部管路賦予一定的材料屬性和施加一定的邊界條件、載荷約束等，得出不同材質的液壓閥塊在極限壓力 42 MPa 的條件下的極限壁厚。本次研究為液壓閥塊在極限壓力 42 MPa 的條件下選擇何種材質提供了一定的理論依據，并為液壓閥塊設計過程中液壓閥塊內部油路間的壁厚間隙選擇提供了一定的技術保障。
關鍵詞：ANSYS Workbench；液壓閥塊；極限壁厚
引言
在液壓系統設計過程中，液壓閥塊作為連接液壓閥（包括板式閥和插裝閥）與液壓系統的重要載體，其重要性不言而喻。現代液壓系統隨著主機設備的進步而日趨復雜，實際工程中許多液壓回路的閥塊都需要自行設計，而液壓閥塊設計的合理與否，對液壓系統的制造、安裝乃至工作性能都有著很大的影響[1]。
液壓閥塊常見的材質有：球墨鑄鐵、Q235-A 鋼、35# 鋼鍛件、45# 鋼鍛件、鋁合金、銅、不銹鋼等。在實際使用過程中怎樣選擇液壓閥塊的材質是一個重要的問題，選擇液壓閥塊材質需要考慮的因素有很多，我們以最常規的必要條件“承壓大小”進行分析：一般情況下，在不大于 21 MPa 的中低壓條件下可以選擇鋁合金作為液壓閥塊材質，在不大于 42 MPa 的條件下可以選擇 45# 鋼或球墨鑄鐵為液壓閥塊材質。
我們知道鋁的密度為 2.75 g/cm3，45# 鋼的密度為7.85 g/cm3，同體積的 45# 鋼的重量約為鋁重量的 2.9倍。
展開 重量減輕80％，增材制造推動液壓系統進化的五大優勢
液壓閥塊體是液壓系統中重要組成部分，通常采用緊湊的方形設計，具有多個內部通道，使其能夠控制汽車或工業環境中大型機器或系統的油壓分配。重型農用或工程車輛，如挖掘機或升降臺，也需要液壓塊作為控制單元。
液壓閥塊體的內部十分復雜，一般一個比較簡單的閥塊體上大約有40-60個孔，復雜一些的有上百個孔，這些孔構成了一個縱橫交錯的內部網絡，不過為了方便在數控機床上加工，這些孔一般為直孔，但也有的時候會被設置為斜孔。
那為什么3D打印（增材制造）在液壓閥塊的加工方面具備優勢呢？主要是因為增材制造允許更高水平的設計自由度，以減輕重量并改善內部通道的形狀以實現理想的流動。
傳統制造液壓塊
傳統的液壓塊生產會導致非常高的加工成本：一切都始于一個大型鑄造（或鍛造）金屬塊，通過銑削和鉆孔工藝來加工，以形成內部油道。
因此，首先從上方鉆一個孔，然后從下面鉆一個孔。最后，兩個孔水平連接在一起。然后為防止油從側面溢出，必須切斷線程，需要使用帶有平頭螺釘的螺紋來關閉水平連接。
這些由于加工工藝帶來的局限性使得油路十分復雜，而且造成了傳統液壓塊的一個關鍵問題：油流非常低效。
讓我們仔細看看傳統制造的液壓塊的缺點。不幸的是，有許多因素可能導致適配器故障：
1. 通道連接區域的銳化邊緣
這些連接區域的邊緣會產生無法去除的毛刺。這些毛刺通常不會松動，所以也無法通過湍流或其他方式消除掉。
2. 效率損失
油流動的通道壓力可輕易高于300 ba，當油流動撞擊通道之間的連接區域時，湍流將導致大量的壓力損失和低效率。
3.
展開 看瑞士磨床制造商Studer如何利用3D打印技術提升設備冷卻性能？
通過傳統加工技術制造的液壓閥塊，內部流體通道是通過銑削和鉆孔的方式實現的，在傳統液壓通道中，流體撞擊通道之間的連接區域時，湍流將導致大量的壓力損失和低效率。
利用3D打印技術在制造復雜流體通道時的靈活性，磨床冷卻系統液壓歧管的設計可以得到進一步優化，減少湍流顯現帶來的效率損失。比如說金屬3D打印技術可以制造方形橫截面的流體通道，而不是傳統的圓形流體通道，在相同的通道寬度下將湍流減少20％，在更小的空間內實現更大的流量。此外，歧管通道可以通過粉末床熔融設備以增材制造的方式直接加工成形，不必從液壓閥塊外部進行鉆孔加工并添加插頭。
Studer 3D打印冷卻系統液壓件采用了功能集成設計，零件數量由過去的5個減少至1個，這一設計上的改動減少了磨床冷卻液壓系統裝配時的工作難度和工作量。
3D科學谷了解到，3D打印冷卻液噴嘴、冷卻系統液壓件只是Studer在磨床制造中應用3D打印技術的開始。Studer 已經成立了一個6人團隊，專門負責利用增材制造技術改進磨床設備的設計與性能，未來Studer 還將利用3D打印技術開發更多新的設計，實現更多創新的想法。
來源：3D科學谷
展開 我的SkyDrive網絡存儲中的一些液壓專業資料
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電子書
FLUENT：流體工程仿真計算機實例與應用_韓占忠等，北京理工大學出版社，2004.6（超星格式）
流體密封技術：原理與應用_10843132（超星格式）
插裝閥初學者資料：1液阻理論.pdf、2結構功能.pdf、3回路組合.pdf、03 Denison T7-EN001 Logic Valves.pdf、05 lect5-Cartridge Valves.pdf
插裝閥外形庫：溢流插裝閥外形圖.dxf、方向插裝閥外形圖.dxf、帶行程調整方向插裝閥外形圖.dxf、帶電磁閥的溢流插裝閥外形圖.dxf
液壓元件符號庫：有.dwg和.wmf兩種格式
Pdf格式文件：液壓元件原理與結構彩色立體圖集.pdf、液壓技術與液壓伺服系統.pdf、液壓與應用.pdf、液壓系統建模與仿真.李永堂2003.pdf、液壓缸.pdf、液壓傳動實用技術.pdf、液壓泵和液壓馬達.pdf、實用電液比例技術.pdf、汽蝕.pdf、可編程控制器原理及其在液壓系統中的應用.pdf、關于液壓閥塊的軟件設計.pdf、二通插裝閥控制技術.pdf、二通插裝閥的結構原理和功能分析.pdf、二通插裝閥的結構原理和功能分析（續）.pdf、電液集成塊液路設計.pdf
Word格式：液壓系統故障診斷的實用方法探析.doc、新型數字液壓缸.doc、介紹一種先進的液壓比例閥測試、調試方法.doc、泵閥知識集錦.doc
產品樣本
尤瑞納斯uranus系列產品樣本
上海立新液壓樣本和立新二通插裝閥樣本
力士樂部分樣本
Rexroth(Bosch Group)液壓元件技術參數
MOOG閥產品樣本
威格士液壓閥樣本.
展開 
對金屬3D打印閥體零件表面質量的思索
3D科學谷Review
市場研究機構Infinium Global Research預測從2017到2023，3D打印市場將保持33%左右的年復合增長率，而液壓零件的3D打印將成為一個不可忽視的3D打印應用增長領域。
就閥體加工而言，采用傳統方式制造閥塊時，首先要從一個金屬塊開始，通過傳統制造方法將金屬塊修整為所需外形，然后鉆出供液壓流體流通的內部管路。而想要精確地鉆出這些管路非常困難，管路需要在特定點準確交匯，但在一些“盲”鉆位置上，管路時常無法精確對準。此外，鉆洞時需要開工藝孔并在最后加以密封，這就導致組件有可能在工藝孔的位置發生泄漏。
采用3D打印技術，可以提高內部設計的靈活性，降低零件的重量和體積，提升功能性。根據3D科學谷的市場觀察，3D打印技術已成為多家制造商制造復雜液壓零件的選擇。例如Domin Fluid Power公司重新設計與制造的3D打印閥，重量輕，體積小，閥體效率高；Aidro hydraulics使用3D打印技術為客戶定制化生產小批量的液壓閥塊；雷尼紹幫助路虎BAR帆船通過金屬3D打印的液壓系統零件提升性能，加工出內含光滑圓角的零件，大大提高流體傳輸的效率；空客裝載了首個3D打印液壓件的A380飛機已試飛成功……
不過，金屬3D打印這種增材制造技術在閥體制造領域的發展，并不意味著將與傳統減材制造技術成為競爭關系。相反，增材與減材是具有互補性的技術，其實在大多數情況下，通過機械加工等減材后處理技術與金屬3D打印的組合才能加工出符合要求的閥體。
來源：3D科學谷
展開 3D打印vs機加工：替代還是互補？深度解析制造業的終極命題
精度與表面質量的終極追求： 對于精密光學器件、高精度傳動系統、液壓閥塊等對尺寸和光潔度有嚴苛要求的領域，機加工依然是唯一且必須的選擇。3D打印件往往需要以機加工作為后處理工序來實現最終精度，這恰恰證明了機加工的不可替代性。
3D打印的顛覆性價值何在？
3D打印的價值并非在于取代，而在于拓展制造業的邊界。它在以下方面發揮著無可比擬的作用：
快速原型與設計驗證： 極大地縮短產品開發周期，允許工程師快速迭代設計。
小批量與個性化定制： 完美解決個性化醫療植入物、定制化汽車零部件、限量版消費品的制造難題，且成本可控。
制造復雜集成零件： 實現拓撲優化、內部點陣結構、一體化裝配件等顛覆性設計，減輕重量的同時提升性能。
創新工裝夾具制造： 快速、低成本地生產用于機加工生產線上的定制化夾具、檢具，反過來提升傳統制造的效率。
結論：明智的選擇源于清晰的理解
作為現代制造企業的決策者，您的任務不是在3D打印和機加工之間做出“二選一”的抉擇，而是根據您的產品需求，明智地選擇最合適的工藝。
當您追求的是：極致的強度、最高的精度、優良的表面質量、大規模生產的經濟性——請選擇機加工。它依然是高端制造業可靠的中流砥柱。
當您追求的是：極致的設計自由度、快速的原型驗證、小批量的復雜件、個性化的定制服務——請選擇3D打印。它是您實現創新夢想的利器。
在未來，最強大的制造模式將是“混合制造”：利用3D打印完成復雜的坯料制造，再通過高精度的機加工進行最終成型和精修，集二者之長，避二者之短。在深圳一鑫精密，我們不僅深耕于頂尖的機加工技術，更以開放的態度擁抱包括3D打印在內的所有先進技術，致力于為客戶提供最全面、最優化、最具競爭力的制造解決方案。
展開 2005---2007上半年PRO/E論文集(320多篇，已編輯了目錄，方便大家下載）
ProE三維技術在工裝設計中的應用與開發
ProE在精密播種機設計中的應用
基于ProEngineer采煤機的三維動態仿真與優化設計
基于ProENGINEER輪轂模具分型面的建立方式
基于PROE的盤形凸輪三維設計方法
基于ProE的雙四桿飛剪機的參數化設計
基于ProE的斜齒圓柱齒輪的實體模型
第九頁
基于ProE塑料制品的二維圖創建方法
簡述基于Proengineer的銷齒擺線齒輪三維設計方法
ProMoldDesign在模具零件設計中的應用
基于ProE wildfire20的圓錐齒輪三維參數化造型程序設計
基于ProENGINEER的參數化產品設計
基于ProEngineer的參數化零件二次開發研究與實現
基于ProE的產品設計自動化
基于ProE的螺旋面鉆尖刃磨機床運動仿真
基于ProE的雙軸定位機構虛擬樣機的建模與校核
基于ProE的注塑模CADCAECAM集成化技術
第十頁
基于ProE二次開發的諧波傳動CADCAM輔助系統的開發與研究
基于ProE三維模型的參數化設計方法研究與實現
ProE Wildfire 20在壓鑄模設計中的應用
ProE在叉車貨叉架設計中的應用
基于ANSYS和ProE的直齒圓錐齒輪齒根應力有限元分析
基于ProENGINEERANSYS軟件的刨齒刀有限元分析
基于ProEngineer塑料注射模澆注系統的研究與開發
基于ProE的參數化特征造型在零件設計中的應用
基于ProE的端面傳動蝸輪副的計算機輔助設計
基于ProE的數控機床主軸箱的設計與運動仿真
第十一頁
基于ProE的陶瓷墻地磚模具設計
基于ProE的特殊五坐標機床的后置處理器的開發
基于ANSYS和ProE的直齒圓錐齒輪齒根應力有限元分析
CZ70_1型靜水壓試壓機移動車體的ProE分析
GRAPH曲線在ProE中的應用
ProEngineer在液壓閥塊設計中的應用
展開 大噸位鍛錘和高能螺旋壓力機的升級與再制造
特別是當今U 形機架程控鍛錘的出現，鍛錘的幾何精度與能量控制精度得到了很好地改善，全液壓驅動技術、數字化程序控制、整體U 形機體結構、彈簧加阻尼隔振基礎等相關技術的綜合應用，為生產高精度鍛件提供了保證，鍛錘已成為符合高效、節能、環保要求并具有高精度、高可靠特點的現代化的精密鍛造成形設備，程控錘技術使得鍛錘再次得到了復興(圖1)。大噸位鍛錘、自由鍛錘由于其工藝適應性強，具有較高的力能比，對于中小批量的大鍛件生產仍然有不可替代的作用。
圖1 450kJ 程控全液壓模鍛錘
鍛錘升級再制造主流技術
⑴驅動技術。
我國鍛錘經歷了從蒸空鍛錘到液氣錘再到全液壓錘發展歷程，全液壓雙作用驅動技術為當代鍛錘驅動主流技術，全液壓雙作用驅動的基本原理是：液壓缸下腔通常壓，上腔進油，錘頭快速下降并進行鍛擊，上腔排油，錘頭提升。
全液壓驅動技術(圖2)的應用大大提高了鍛錘的傳動效率與能源利用率及可控性，基本實現了零排放，可實現鍛錘的數字化控制。
圖2 全液壓自由鍛錘動力頭
⑵液壓集成技術。
鍛錘是工況最為惡劣、沖擊振動最大的鍛造設備，加之熱鍛的高溫工作環境，無管化的液壓集成技術是全液壓驅動技術得到可靠應用的保證。鍛錘液壓動力系統采用無管化的集成設計，即油箱、控制閥塊、液壓缸、電機油泵高度集成并頂置安裝，通過集成塊將液壓先導閥、大通徑無泄漏錐閥、防錘桿斷裂安全閥、工作缸、蓄能器高度集成。
中機特有的缸閥一體高度集成技術(圖3)具有響應速度快、通流量大、結構簡單、緊湊、油路短、流量和壓力損失最小的特點，高效安全可靠。
圖3 中機特有的缸閥一體液壓動力頭
應用缸閥一體技術改造的程控鍛錘，其動力系統、驅動系統高度集成，地面沒有動力站，有利于車間裝備布局，采用此技術與隨動控制液壓錘技術優勢如表1 所示。
表1 缸閥一體技術與隨動控制技術相比的優勢
⑶控制技術。
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