基于SLM技术的液压元件设计及应用研究 | 浙大金属增材制造团队

随着液压技术在航空航天及机器人领域的应用和发展，液压元件也需要更具个性化和适用性。然而传统制造方法在单件、小批量制造方面，制造周期长，可修改性差，质量不稳定，且难以实现轻量化，严重制约了新型液压零部件的研发进程，限制了液压系统功率密度的进一步提高。

选区激光熔化（Selective laser melting, SLM）作为增材制造的一种实现方式，其利用激光在特定位置熔化金属粉末，按照“铺粉—激光烧结—基板下降—再铺粉”的步骤循环工作逐层累加，最终完成零件整体成形。相对其他增材制造过程，SLM具有成形精度好，致密度高的特点，在复杂零件的单件小批制造上具有巨大优势。将SLM技术应用于液压元件的设计制造有助于创新液压元件的制造工艺，加快研发速率和效率，从而加快产品更新换代，促进液压元件的自主创新。

SLM成形原理

1. 基于复合制造的液压阀阀体

基于创新的制造方式，在阀体设计时，通过优化流道的路径和局部结构，利用钛合金和不锈钢成形轻量化液压阀阀体，实现减重30%，如图2所示。利用增材制造与传统减材制造相结合的复合制造工艺过程，在不降低阀体整体强度的同时，研制了轻量化液压阀体。

增材制造的轻量化钛合金阀体

SLM成形轻量化电磁换向阀

2. 增材制造比例换向阀阀芯及其工作特性研究

以直动式比例换向阀为应用背景，设计了比例换向阀阀芯内部镂空结构。针对阀芯的性能指标，利用模具钢进行了工艺参数的匹配和调控，最终进行了SLM成形制造。在比例阀测试台上完成装配SLM阀芯的比例阀的动静态性能测试，研究了轻量化阀芯对比例阀的滞环和响应特性的影响规律。

3. 轻量化液压集成块设计

基于增材制造过程，对传统液压集成块的流道结构和接口布置形式进行重新设计。通过集成块流道结构的轻量化设计减小体积和重量，提高系统功率密度。通过优化流道局部结构特征，改善油液的流动特性，减小油液经过流道的局部压力损失。

流道内油液速度分布云图

增材制造技术液压元件和系统创造了新的设计方法和成形方式。增材制造可以在不需要工艺孔的情况下成形出复杂的流道结构，降低了泄露的风险；将原有的孔系结构变为官网结构实现了轻量化；将直角交汇的流道改为圆弧过渡，改善了流动特性。然而，增材制造技术在应用中也面临着一定挑战需要进一步思考和解决：

• 流道内壁，特别是大直径流道内表面粗糙度不稳定，表面未熔融颗粒去除困难；

• 流道内外工艺支撑问题还不能完全解决和优化；

• 缺少高效的异形流道成形质量检测方法。