选区激光熔化成形液压阀阀体局部性能设计和梯度成形方法

目前，金属增材制造技术不仅改变了复杂工业产品的制造方法，同时也极大的影响着复杂工业产品的设计。由于传统加工方法的局限性，为了加工出具有多功能的集成零件，通常需要牺牲零部件的某些性能或者增加一些不必要的结构。金属增材制造技术的出现使得集成零部件的加工制造得到了极大的解放，同时零部件的设计和制造也不再是两个分离的领域，在零部件成形的过程中，零部件材料和结构的选择和设计能够同步进行（图1）。金属增材制造技术为实现日益增长的零部件性能要求和多功能需求提供了可能性。

图1 金属增材制造成形工业产品材料、结构一体化设计和制造方法

图2 复杂多功能集成零部件的局部性能设计原理

图3 典型三通电磁液压阀阀体的三个组成部分：流道、接触面以及外壳

在进行液压阀阀体的梯度成形之前，首先研究了不同成形参数（激光功率和曝光时间）对于不同性能的影响规律，以指导阀体梯度成形的参数选取。通过对影响规律的分析，最后采用了三组成形参数来分别加工阀体的三个部分（图4）。结果表明，外壳的轻量化设计降低了阀体21.8%的重量，同时降低了22.9%的电能消耗；而梯度成形使阀体与阀芯的摩擦系数有了不同程度的降低，最高降幅可以达到51.8%，同时额外降低了4.8%的电能消耗。另外，通过实验证明，优化后的液压阀与原阀具有相近的压力流量特性、压损特性及动态响应性能。

Fig. 4. 液压阀阀体的梯度成形流程图