Как АП трансформирует современную гидравлику

Гидравлические системы играют важную роль во многих отраслях промышленности, обеспечивая высокую плотность мощности в компактных и эффективных корпусах. Однако традиционные методы субтрактивного производства ограничивают дизайн и производительность. Аддитивное производство предлагает решение, позволяя создавать сложные геометрические формы, улучшающие динамику потока, при этом минимизируя расход материалов. В этой статье Валерия Тирелли, генеральный директор Aidro Srl, рассказывает о том, как АМ меняет дизайн и производство гидравлических компонентов, предлагая новые возможности для повышения производительности, устойчивости и адаптации к конкретным условиям применения.

Гидравлические насосы, цилиндры и другие приводы обеспечивают большую мощность при меньших габаритах, чем двигатели, электромоторы и механические приводы. Гидравлические клапаны легко управляют направлением, скоростью, крутящим моментом и силой с помощью различных видов управления - от полностью ручного до управляемого сложной электроникой. Исторически сложилось так, что технологии производства этих гидравлических компонентов не успевали за расширяющимся спектром их применения. Появилось аддитивное производство металлов - набор промышленных процессов, предлагающих новые возможности для использования высокой плотности мощности гидравлических технологий путем улучшения проектирования и производства деталей гидросистем, таких как коллекторы, клапанные блоки и компоненты клапанов. По мере того как аддитивное производство продолжает набирать обороты в промышленности в целом, все большее число пользователей гидравлических систем уже получают выгоду от использования оптимизированных по весу и размеру гидравлических компонентов со сложными характеристиками, которые было бы сложно или невозможно изготовить с помощью традиционного производства. Это особенно актуально после того, как АМ преодолела трудности, связанные с очень высоким давлением, под которым работают гидравлические компоненты.

Рис. 1 По мере того как АП продолжает набирать обороты в промышленности, все большее число пользователей гидравлических компонентов внедряют эту технологию (предоставлено Aidro Srl)

Почему АП выгодно отличается от других способов производста

Аддитивное Производство предлагает иной подход к устоявшимся методам проектирования и изготовления гидравлических деталей. Вместо того чтобы начинать с металлического блока, процесс аддитивного производства позволяет инженерам и техническим дизайнерам проектировать гидравлические детали, основываясь на конкретных потребностях приложения, а не на ограничениях прошлых производственных процессов. Свободные от ограничений традиционной механической обработки, детали могут быть разработаны для наиболее эффективного сочетания производства и производительности, включая оптимизацию внутренних каналов для увеличения расхода и снижения падения давления. Кроме того, в течение нескольких часов можно изготовить множество различных прототипов, чтобы определить наилучшую конструкцию, прежде чем перейти к массовому производству, будь то традиционные или аддитивные методы. Эти компоненты могут быть изготовлены из различных материалов, включая нержавеющую сталь, алюминий и инконель, характеристики которых выгодно отличаются от кованых материалов. Действительно, многие материалы, обработанные методом АП, обладают лучшими механическими свойствами и плотностью, чем их литые аналоги. Хотя гидравлические компоненты могут быть изготовлены как традиционным способом, так и методом АП, традиционное производство неизбежно имеет недостатки. Как субтрактивный процесс, материал удаляется - обычно с помощью обработки на станках с ЧПУ - из более крупной детали, обычно металлической отливки или прутка, чтобы получить желаемую форму. Избыточный материал часто оставляют на месте, чтобы сэкономить на его удалении, в результате чего детали весят гораздо больше, чем нужно. Механическая обработка также ограничена в возможности изготовления некоторых конструкций. Проходы в обычных коллекторах часто должны быть расположены таким образом, чтобы предотвратить пересечение каналов, просверленных поперек, и обеспечить достаточное количество материала между каналами для обеспечения достаточной прочности. Кроме того, вспомогательные отверстия, просверленные для соединения внутренних проходов, должны быть заглушены, что создает возможность будущей утечки.

Рис. 2 Генеральный директор компании Aidro Валерия Тирелли с гидравлическим компонентом, изготовленным изготовленным методом аддитивного производства (PBF-LB) (предоставлено Aidro Srl)

 

«Освободившись от ограничений обычной механической обработки, можно спроектировать детали для наиболее эффективного сочетания производственных и эксплуатационных характеристик, включая оптимизацию внутренних каналов для увеличения расхода и снижения падения давления. Кроме того, можно изготовить множество различных прототипов в течение нескольких часов...»

 

Аддитивное производство, с другой стороны, «создает» желаемую деталь слой за слоем. С помощью этой технологии каналы потока могут быть размещены именно там, где они нужны, и оптимизированы по размеру и форме. До сих пор проточные каналы, особенно в таких компонентах, как клапаны, обычно были круглыми, поскольку их обрабатывали вращающимися фрезами. Послойная сборка компонентов позволяет разработчикам создавать конфигурации, которые было бы сложно или невозможно использовать при субтрактивных методах производства. Проточные каналы коллекторов теперь можно изготавливать с поперечным сечением и специальной формой вместо круглого отверстия, что позволяет оптимизировать пропускную способность канала той же (или меньшей) ширины, а иногда и на меньшей площади. Поскольку проходы, соединяющие внутренние каналы, не нужно обрабатывать снаружи коллектора, отпадает необходимость в заглушках для отверстий. Хотя существует большое разнообразие процессов аддитивного производства, в этой статье речь пойдет о технологии Laser BeAM Powder Bed Fusion (PBF-LB), при которой металлический порошок послойно расплавляется с помощью лазера. Другие процессы, используемые для изготовления гидравлических компонентов, включают струйное напыление связующего (BJT), при котором частицы порошка удерживаются вместе связующим веществом перед спеканием. В обоих случаях материал добавляется только там, где это необходимо. Это позволяет производителям создавать новые, легкие конструкции с различной геометрией и уменьшенным количеством деталей. Вместо того чтобы собирать три или четыре компонента (например, клапаны и коллекторы), можно сконструировать одну деталь, включающую эти компоненты. Это обеспечивает снижение веса, исключает сборочные операции, снижает риск утечки при соединении нескольких деталей и сокращает время обработки.

 

«Аддитивное производство, с другой стороны, «создает» желаемую деталь слой за слоем. С помощью этой технологии проточные каналы можно разместить именно там, где они нужны, и оптимизировать их размер и форму».