一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸制造技术

本发明专利技术公开了一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸，包括增材制造缸筒、晶格轻量化活塞杆和液压缸铰接端。所述晶格轻量化活塞杆安装在增材制造缸筒中，输出端通过液压缸铰接端与负载部件连接，晶格轻量化活塞杆内部采用晶格填充；所述晶格轻量化活塞杆填充的晶格的类型、晶格的体积根据外接负载的不同进行调整，通过不同构型、不同体积比的晶格填充实现活塞杆强度定制，以满足不同应用场景的使用需求；增材制造缸筒中的过渡流道采用菱形流道；本发明专利技术流道加工无需工艺孔，一次成型，压力损失小，和传统液压缸相比，结构更紧凑，装配更便捷，具有轻量化效果好、集成度高的特点。集成度高的特点。集成度高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸


[0001]本专利技术涉及液压执行元件领域，尤其涉及一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸。

技术介绍

[0002]液压缸作为液压传动领域最常用的执行元件，广泛应用于移动机械、航空航天、船舶、冶金等诸多领域。传统液压缸的各组件均依靠传统的金属加工工艺在毛坯上去除多余材料，但受限于加工装备，仍存在很多冗余重量，给使用者造成了液压缸重且大的印象。在对执行器重量和体积比较敏感的场合，如机器人、长臂架泵车等场景，传统液压缸无法满足使用需求。增材制造作为新的加工手段，通过堆叠的方式实现随形制造，可以实现多种复杂结构的组合加工。将这一特点应用到液压缸加工领域，可以灵活地设计进出油口的位置，去除多余的重量，实现布局合理和轻量化。但目前的增材制造液压缸只是简单去除端部的多余材料，为集成多种配件的接口，如压力传感器、控制阀等。此外，多数设计只是针对缸筒进行增材制造改造，未对直接的受力部件活塞杆进行优化设计，限制了液压缸的轻量化水平，在机器人、便携式液压工具等场合无法使用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术提出一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸，该液压缸包括增材制造缸筒、晶格轻量化活塞杆和液压缸铰接端；所述晶格轻量化活塞杆安装在增材制造缸筒中，输出端通过液压缸铰接端与负载部件连接，晶格轻量化活塞杆内部采用晶格填充；所述晶格轻量化活塞杆填充的晶格的类型、晶格的体积根据外接负载的不同进行调整；增材制造缸筒中的过渡流道采用菱形流道。
[0005]进一步地，所述增材制造缸筒采用增材制造技术加工成型，其中预留了压力传感器接口和控制阀接口，用于集成外部零件。
[0006]进一步地，所述液压缸铰接端上安装有带沟槽的轴承，用于与负载部件连接。
[0007]进一步地，所述增材制造缸筒通过金属3D打印机将金属粉末颗粒熔化，并实现一层一层的附着，进而得到菱形的过渡流道。
[0008]进一步地，晶格轻量化活塞杆通过金属3D打印一体化成型，且两端预留有工艺孔，用于排出晶格内部的金属粉末，并且在排出金属粉末后将工艺孔进行封堵。
[0009]进一步地，晶格轻量化活塞杆外表面进行精加工和表面处理，实现启动压力小于0.1MPa，满足伺服液压领域的使用要求。
[0010]进一步地，所述液压缸还具有密封组件，安装在晶格轻量化活塞杆和增材制造缸筒上，晶格轻量化活塞杆上的密封组件实现有杆腔和无杆腔的隔离，保证两腔之间无内泄漏；增材制造缸筒上的密封组件确保缸筒腔体与外界隔离。
[0011]进一步地，晶格轻量化活塞杆内部通过细金属杆件连接各晶格单元，实现晶格轻
量化活塞杆强度加强。
[0012]本专利技术的有益效果：1、本专利技术与传统金属液压缸方案相比具有重量轻、功重比高、集成度高等优点：增材制造缸筒在21MPa内压下，最大应力为222.97MPa，活塞杆最大应力为235.35MPa。相同规格、相同压力等级的金属液压缸，以型号为25
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80的液压缸为例，重量约为1.52kg，采用本专利技术的技术方案加工出的晶格填充式轻量化增材制造液压缸重量为0.74kg，减重50%以上。实际工程应用中，本专利技术的晶格填充式轻量化增材制造液压缸可以降低能耗、提高设备经济性。同时，由于液压缸自身减轻，设备转动惯量减小，使系统动态特性得以改善、运动惯性小、操作速度和运动精度均能有效提升。
[0013]2、本专利技术与传统金属液压缸方案相比，创新性地加入了晶格轻量化活塞组件。在各种以轻量化为目的的液压缸中，都没有对活塞杆做出优化，然而金属实心的活塞杆却占据了液压缸的很大一部分质量。本专利技术的晶格结构配合金属增材制造的工艺制造出的活塞组件能够在保证活塞杆直径不减小、强度不削弱的情况下减轻60%以上的质量，并且不会带来额外的制造成本，充分发挥了金属增材制造技术的优势。
[0014]3、本专利技术提出的晶格填充式轻量化增材制造液压缸，不仅适用在工程机械、航空航天、冶金航海等大负载工况，也能应用于医疗机械、机器人、便携式工具等小尺寸、小行程的液压缸领域。同时，缸筒的接口布置可根据实际工况需求进行尺寸以及布局的修改，液压缸的密封形式也可以进行相应的更改，以满足不同工况下液压缸的需求。
[0015]4、本专利技术提出的晶格填充式轻量化增材制造液压缸，环境友好性好。除重量轻、能耗小之外，增材制造产生的废料浪费少，且零件数量大幅减少，装配简单。由于集成了阀块、传感器接口和对应的流道，在后续的装配和使用中，需要的管线和接头数量大幅减少，增加产品可靠性。
附图说明
[0016]图1是本专利技术的具备晶格轻量化结构的集成式增材制造液压缸的结构图，其中（a）为主视图，（b）为俯视图，（c）为剖视图。
[0017]图2是本专利技术所述的增材制造缸筒的示意图，其中（a）为俯视图，（b）为立体图，（c）为主视图，（d）为左视图。
[0018]图3是本专利技术所述的晶格轻量化活塞组件的示意图，其中（a）为主视图，（b）为左视图，（c）为（a）中A
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A的晶格局部剖视图，（d）为晶格轻量化活塞组件整体立体图。
[0019]图4是具备晶格填充式轻量化增材制造液压缸在机器人领域的总装图，其中（a）为主视图，（b）为剖视图。
[0020]图5是晶格示意图，其中（a）
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（d）分别表示不同密度和结构的晶格。
[0021]图中，1
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增材制造缸筒；2
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活塞格莱圈；3
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活塞支撑环；4
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晶格轻量化活塞组件；5
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O型密封圈；6
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液压缸缸帽；7
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活塞杆支撑环；8
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活塞杆斯特圈； 9
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A型防尘圈；10
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液压缸耳环；11.1
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第一关节轴承；11.2
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第二关节轴承；12.1
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第一压力传感器；12.2
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第二压力传感器；13
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伺服阀；14
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顶丝。
具体实施方式
[0022]以下结合附图对本专利技术具体实施方式作进一步详细说明。
[0023]本专利技术具备晶格轻量化结构的集成式增材制造液压缸与传统液压缸缸筒结构相近，除缸体1和活塞4采用金属增材制造方式加工外，密封组件依照国标选择相应标准件。如图1和图2所示，所述的增材制造缸筒1是集成了阀块、流道、关节轴承座以及压力传感器接口的一体化液压缸筒，材料选用型号为6061的铝合金，其内表面要求表面光滑、耐高温、耐磨，能够满足活塞组件的来回运动，故此缸筒内表面粗糙度应保证在R
a
≤0.4；所述的增材制造缸筒流道壁厚需保证液压缸强度和刚度，并尽可能减轻金属部分的重量。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸，其特征在于：该液压缸包括增材制造缸筒、晶格轻量化活塞杆和液压缸铰接端；所述晶格轻量化活塞杆安装在增材制造缸筒中，输出端通过液压缸铰接端与负载部件连接，晶格轻量化活塞杆内部采用晶格填充；所述晶格轻量化活塞杆填充的晶格的类型、晶格的体积根据外接负载的不同进行调整；增材制造缸筒中的过渡流道采用菱形流道。2.根据权利要求1所述的一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸，其特征在于，所述增材制造缸筒采用增材制造技术加工成型，其中预留了压力传感器接口和控制阀接口，用于集成外部零件。3.根据权利要求1所述的一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸，其特征在于，所述液压缸铰接端上安装有带沟槽的轴承，用于与负载部件连接。4.根据权利要求1所述的一种晶格填充式轻量化增材制造液压缸，其特征在于，所述增材制造缸筒通过金属3D打印机将金属粉末颗粒熔化，并实现一层一层的附着，进而得到菱形的过渡流...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，纵怀志，倪小昊，黄伟迪，张堃，沈俊，张超，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：