[发明专利]一种液压阀块及液压阀块的轻量化设计方法

说明书

本发明公开了一种液压阀块及液压阀块的轻量化设计方法，包括以下步骤：分析传统液压阀块的结构特征，明确各类结构组件的位置；确定传统液压阀块各流道通流的性能，并拆分阀体流道；对拆分的阀体流道进行结构优化设计；采用补偿建模法对结构优化后的阀体流道进行增材设计；对阀体流道进行壁厚设计；对液压阀块结构进行初步拓扑优化设计；对初步拓扑优化结构模型进行修改；对模型修改后的液压阀块进行性能评估，若达到使用要求，即可完成液压阀块的轻量化增材设计。本发明能够最大限度地减轻液压阀块的重量，提高液压阀块的轻量化水平，降低液流换向时压力损失，提高通流效率，提高成形阀体流道的截面圆度及整体圆柱度，改善液压阀块的性能。

技术领域

本发明属于液压传动控制技术领域，具体涉及一种液压阀块及液压阀块的轻量化设计方法。

背景技术

液压阀块是安装各种液压元件，并能按照内部孔道实现元件相互连通的复杂功能块，是液压传动系统中的关键性元件。在利用传统方式制造液压阀块时，首先获得一个金属块毛坯，通过传统机加工方法将金属块修整为所需外形，然后加工出供液压流体流通的内部管路。而想要精确地加工出这些流体流通管路非常困难，管路需要在特定点准确交汇，但在一些“盲”钻定位位置上，管路时常无法精确定位从而造成废品，同时钻孔时需要开工艺孔，加工完成后用堵头进行密封，这就导致组件有可能在工艺孔的位置发生泄漏；另外为了完成阀块的传统机加工，阀块孔道的设计往往为交叉钻孔系结构，多会出现冗余结构，阀块重量较大。因此，传统液压阀往往会出现尺寸精度不稳定，强度不足、原材料浪费严重，生产效率低及制造成本高等问题。

相比于传统铸造+机械加工成形的制造方法，增材制造技术为液压阀加工提供了一种全新的制造手段，但现有的液压阀块的轻量化设计方法，内容和流程较为复杂，很难在实际产品中应用。公开号为201711104963.6的专利公开了一种适用于液压阀块的激光选区熔化成形方法，通过三维切片、扫描路径构建、三维成形、内部成形质量检测等步骤，实现液压阀块的快速制造，该专利从SLM工艺打印零件的大致流程进行叙述，只是展现了液压阀3D打印过程的过程，但3D打印液压阀在打印过程中会受到制造工艺的限制，传统的设计方式并不适应阀体的直接3D打印，需要进行阀体结构局部特征修改。公开号为201910491655.6的专利公开了一种基于SLM技术的轻量化换向阀阀体及换向阀，实现了阀体的轻量化设计，带来了换向阀的能量效率提升，但液压阀种类繁多，各种阀体的结构特征不一，很难将该阀块的设计方法推广应用到其他的液压阀设计中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种液压阀块及液压阀块的轻量化设计方法，能够最大限度地减轻液压阀块的重量，提高液压阀块的轻量化水平，降低液流换向时压力损失，提高通流效率，提高成形阀体流道的截面圆度及整体圆柱度，改善液压阀块的性能。

本发明提供了如下的技术方案：

一种液压阀块的轻量化设计方法，包括以下步骤：

分析传统液压阀块的结构特征，明确各类结构组件的位置；

确定传统液压阀块各流道通流的性能，并拆分阀体流道；

对拆分的阀体流道进行结构优化设计；

采用补偿建模法对结构优化后的阀体流道进行增材设计；

对阀体流道进行壁厚设计；

对液压阀块结构进行初步拓扑优化设计；

对液压阀块的初步拓扑优化结构模型进行修改；

对模型修改后的液压阀块进行性能评估，若达到使用要求，即可完成液压阀块的轻量化增材设计。

进一步的，分析传统液压阀块的结构特征时，明确液压阀元件安装端口、阀体流道和工艺孔的位置。

进一步的，根据液压阀块的使用工况，确定传统液压阀块各流道通流的性能，拆分阀体流道时，去除传统液压阀块的工艺孔和阀体流道中直角交叉流道的刀尖角，并将传统阀块的交叉钻孔系结构为管网结构。

进一步的，对拆分的阀体流道进行结构优化设计，具体包括步骤：