80%の軽量化、油圧システムの進化を推進する積層造形の5つのメリット

油圧バルブブロックは油圧システムの重要なコンポーネントであり、通常は複数の内部通路を備えたコンパクトな正方形の設計で、自動車や産業環境の大型機械やシステムへの油圧の分配を制御することができます。掘削機やリフトテーブルなどの大型農業車両や建設車両にも、制御ユニットとして油圧ブロックが必要です。油圧バルブブロックの内部は非常に複雑です。一般的に、比較的単純なバルブブロックには約40〜60個の穴があり、より複雑なものには数百個の穴があります。これらの穴は交差する内部ネットワークを形成します。ただし、CNC工作機械での加工を容易にするために、これらの穴は一般的には直線穴ですが、傾斜穴として設定されることもあります。

では、なぜ 3D プリント (付加製造) は油圧バルブブロックの加工に有利なのでしょうか?主な理由は、積層造形により設計の自由度が高まり、重量を軽減し、内部通路の形状を改善して理想的な流れを実現できるためです。

従来の油圧ブロック製造法 従来の油圧ブロックの生産では、加工コストが非常に高くなります。すべては、大きな鋳造（または鍛造）金属ブロックから始まり、フライス加工と穴あけ加工によって機械加工され、内部のオイルチャネルが作成されます。最初に上から穴を開け、次に下から穴を開けます。最後に、2 つの穴を水平に接続します。次に、オイルが側面から漏れるのを防ぐために、ねじ山を切断し、グラブねじ付きのねじを使用して水平接続を閉じる必要があります。加工技術によるこれらの制限により、オイル回路は非常に複雑になり、従来の油圧ブロックの重要な問題、つまりオイルの流れが非常に非効率的になるという問題が発生します。

従来製造された油圧ブロックの欠点を詳しく見てみましょう。残念ながら、アダプタの障害を引き起こす要因は多数あります。
1. チャネル接続部の鋭いエッジ これらの接続領域のエッジには、除去できないバリが発生します。これらのバリは通常は緩まないため、乱流やその他の手段で除去することはできません。

2. 効率の低下 油流のチャネル圧力は簡単に 300 bar を超える可能性があり、油流がチャネル間の接続領域に当たると、乱流によって大きな圧力損失と非効率が発生します。

3. 汚れは故障の原因になります 止めねじは特定のポイントにしか到達せず、オイルの流れがない領域では汚れの溜まりが形成され、最終的にはシステム全体のバルブの損傷や故障につながる可能性があります。

4. 隣接チャネルからの漏洩 穴が長くなるほど、まっすぐに掘るのが難しくなります。長いドリルは、ある時点で「振動」し始めます。油圧ブロックがコンパクトで壁の厚さが薄い場合、隣接するチャネルで漏れが発生する可能性があります。特に油流量が高い場合、摩耗や漏れが発生しやすくなります。

5. 設備のダウンタイムのリスク 油圧ブロックが故障した場合は、新しいものを注文する必要があります。待機時間によりマシンのダウンタイムが発生します。

DfAM は油圧ブロックを再設計し、流量効率を向上しました 積層造形プロセスにより、穴が重なるリスクなしに、完全に自由な幾何学的設計が可能になります。さらに、積層造形法で製造される油圧ブロックは非常に軽量であるため、材料の無駄が減るだけでなく、よりコンパクトになります。

1. 最大80%の軽量化により、材料コストを削減できます。油圧バルブブロックの設計変更により、重量が30kgから5.5kgに軽量化されました。また、油圧ブロックの軽量化により、オペレータの操作性も向上しました。

2. 汚れが溜まるデッドスポットがない オイル通路の設計には行き止まりや鋭角な角は含まれません。そのため、汚れが溜まる場所もなくなり、汚れがサーボバルブを損傷するリスクも回避されます。

3. フロー効率の向上 水平方向の穴は不要になり、角や端に邪魔されることなくオイルが角を回って流れるようになりました。

4. エネルギー効率と信頼性を向上させる設計機能 より複雑な油圧ブロックの場合、オイルチャネルの長さを相互に調整できます。一般的に、オイルチャネルが長くなるほど、壁面摩擦と損失が大きくなります。チャネルが短いということは、摩擦が少なくなり、漏れのリスクが低くなることを意味します。チャネルが短く、乱流が発生する鋭角な角がないため、エネルギー効率が向上します。さらに、金属 3D プリントにより薄肉構造を実現でき、必要に応じて壁の厚さを調整できます。

5. 金型コストなしで迅速な設計反復 付加製造により、ユーザーは最終的な設計決定を行うための時間が増え、あらゆる状況に柔軟に対応できるようになります。 3Dプリントならデザインをいつでも調整できます。インベストメント鋳造などの従来の製造プロセスでは、オイルの流れを最適化するためにドリル穴の位置を変更する場合、新しい鋳造金型を製造する必要があります。

出典: 3Dサイエンスバレー

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