本发明的领域涉及加成制造方法，该方法用于制成用于歧管组的歧管外壳、阀外壳和滑阀的组合体。
背景技术：
用于控制液压或气压流体流动的螺线管阀系统已用于自动化制造设备、生产线和许多工业应用中。常称为歧管阀外壳、歧管阀体、阀外壳、阀体或阀外壳的多个螺线管阀外壳通常安装在具有多个通道的歧管上，多个通道用于将流体供应到阀并且为每个阀的各种出口端口提供通道。每个阀外壳的每个螺线管通常连接到控制多个螺线管和阀的操作的电子系统。典型的歧管可包含多个阀外壳。典型阀外壳中的零件包括垫圈、套筒、安装螺栓和用于附接到其它阀外壳的紧固件。
过去，多个阀外壳经常安装在单个歧管外壳上。单个歧管外壳的主要缺点在于它限制了可以组装在一起的阀外壳的数量，即没有使歧管更长以容纳更多阀外壳的适应性。
因此，开发了模块化歧管。该模块化歧管包括彼此相邻安装的歧管模块。使用的歧管模块的数量可以调节到期望的数量。每个歧管模块具有在其上安装有适当紧固件和密封件的阀外壳。
这些螺线管阀外壳中使用的阀元件通常是滑阀。气动阀的滑阀通常用作空气轴承。滑阀由硬化440c不锈钢制成，可滑动地接收在套筒的阀孔中。精加工滑阀以可滑动地配合在阀孔内并且当其在阀孔内往复运动时通过浮在薄的气垫上来实际上无摩擦地滑动。滑阀在阀孔中的精确配合提供具有可接受的低泄漏率的阀。气垫还提供持久、耐用和快速动作的阀。
阀外壳通常由铝制成。铝经常被使用，因为它可以容易地铸造。硬化440c不锈钢不太适合铸造并且需要昂贵的机械加工。由于滑阀的较硬的金属，到目前为止阀外壳不能够在其中直接接收滑阀，而是需要通常被称为套筒的中间构件。如果滑阀直接接收在阀体的阀孔中，则会发生磨损，从而降低阀的功能。此外，当滑阀在阀孔内滑动时，阀外壳内的任何污染物都可能刮擦阀孔的壁表面，这也降低阀的功能。
套筒防止或减少磨损和刮擦。套筒由硬化440c不锈钢制成，并且配合到阀孔中，其中人造橡胶密封件将不同的通道(gallery)隔开。套筒需要适当地定位，以使套筒和阀外壳的相应端口适当对准，以确保滑阀准确地工作。套筒具有垫圈、o形环或其它密封件，它们在套筒的外壁上适当地定位，以确保阀外壳中的不同端口围绕套筒的周边选择性地彼此密封，使得阀适当地起作用。硬化440c不锈钢防止套筒和滑阀之间的磨损和刮擦。
阀外壳和套筒二者均需要具有一定的壁厚度以维持结构完整性。对结构完整性的该要求增加每个阀外壳的宽度。该增加的宽度对于更小型更紧凑的阀外壳而言更加明显，即更显著。
其它零件，即紧固件(例如螺母和螺栓)通常用于将各个阀外壳组装在一起。配件形式的单独的适配器也安装到每个外壳上，以连接到各种输入线和输出线。将阀外壳安装到歧管模块上也需要紧固件。然而，滑阀、套筒、阀外壳和歧管模块之间的紧固件、套筒和密封件增加机械加工和组装精加工阀单元的复杂性和成本。
所需要的是一体式的，即整体式形成的歧管和阀外壳组合件，其具有用于使其被操作并且可连接到其它歧管和阀外壳组合件所需的数量减少的零件。例如，需要直接可滑动地安装滑阀而没有中间套筒或密封构件的滑阀组件。还需要一种一体式模块或模块单元，其既包括歧管区段又包括阀区段。一体式外壳可滑动地安装滑阀并且提供到在侧向上延伸穿过歧管区段的内部交叉通道的内部通道。还需要歧管和阀外壳组合件，其能够被简单地安装到相邻的歧管和阀外壳，优选不需要单独的紧固件。还期望的是这样的歧管和阀外壳组合件，其优选由可滑动地接收滑阀的硬化440c不锈钢制成。还期望的是提供歧管和阀外壳组合件，其通过加成制造制成以提供整体式形成的入口和出口配件并且由440c不锈钢制成。还期望的是通过添加制造制成的阀外壳，其具有围绕可滑动地安装滑阀的内孔的硬化440c不锈钢区段。
技术实现要素：
根据本发明的一个方面，阀组件包括其中具有阀孔的阀外壳。滑阀(valvespool)可滑动地直接接收在阀外壳的阀孔中，其间没有介入套筒或密封件。阀外壳优选地通过加成制造来制成，其具有在加成制造过程期间形成的阀孔。优选地，阀外壳和滑阀由硬化不锈钢制成，优选硬化440c不锈钢。在一个实施例中，阀外壳通过加成制造使用围绕阀孔的硬化不锈钢(例如，440c)和阀外壳的剩余部分中的不同材料制成。在一个实施例中，不同材料可更软，例如铝，并且在另一个实施例中，它可更硬，例如钨。在一个实施例中，阀外壳是模块化的并且被构造成与第二阀外壳一起安装。
根据本发明的另一个方面，流体控制系统具有歧管组，该歧管组具有多个彼此并排紧固的外壳。外壳各自包括至少两个平行于彼此并且彼此偏移的通道。每个外壳具有至少一个出口端口，用于选择性地与第一通道和第二通道连通。每个外壳具有与其整体式形成的具有阀腔的阀区段。内部端口连接在阀腔和通道之间。滑阀可操作地安装在阀腔中，用于选择性地使至少一个出口通向第一通道和第二通道之一，其中，在滑阀和阀区段之间没有介入套筒或密封件。致动器安装在歧管外壳上，用于滑动地操作滑阀。
根据本发明的另一个方面，用于阀歧管组的组合式模块化外壳具有优选通过加成制造整体式形成的阀区段和歧管区段。外壳具有第一侧向面和第二侧向面，第一侧向面具有第一连接器，第二侧向面具有第二连接器，该第二连接器可与相邻外壳上的第一连接器互锁。在加成制造期间优选形成的至少一个流体通道从第一侧向面延伸到第二侧向面以与相邻外壳的至少一个流体通道可对准。阀区段具有优选地在加成制造期间形成的腔并且具有可操作地安装在其中的阀。
优选地，第一连接器是肋状物组，并且第二连接器是凹槽组，其可与相邻外壳上的肋状物组互锁。肋状物中的每个具有背对彼此的远端边缘并且在其间形成突起的侧向表面区段。凹槽中的每个具有面对彼此的远端边缘并且在其间形成凹陷表面，其中凹陷表面与相邻外壳的突起的侧向表面区段可滑动地接合。肋状物中的每个具有背对彼此并且相对于彼此以一定夹角成角度以形成楔形物的远端边缘。凹槽中的每个具有面对彼此并且相对于彼此以相同夹角成角度以在其间形成楔形空腔的远端边缘，其中楔形物可滑动地与另一个外壳的楔形空腔接合，直到肋状物锁定在凹槽中以将外壳摩擦锁定在一起。优选地，肋状物中的每个以小于7°的夹角朝向彼此向内倾斜以形成自锁锥体。凹槽中的每个以小于7°的相同的相应角度朝向彼此倾斜以形成自锁锥体。
优选地，楔形物在接近外壳的底部壁和顶部壁中的一个处或在外壳的底部壁和顶部壁中的一个处具有最大厚度，并且渐缩直至外壳的底部壁和顶部壁中的另一个，从而形成楔形物的倾斜侧面表面。楔形空腔在外壳的底部壁和顶部壁中的一个处具有最大深度，并且朝向外壳的底部壁和顶部壁中的另一个渐缩，从而形成楔形空腔的倾斜侧面表面。楔形物的第一侧面表面可滑动地接合到另一个外壳的楔形空腔的侧面表面，并且能够压缩围绕介于外壳的相应侧面表面之间的流体通道定位的密封垫圈。
在一个实施例中，肋状物和凹槽竖直延伸以允许外壳在竖直方向上与歧管组内的位置可滑动地接合和脱离，而不会干扰其它外壳。歧管外壳具有至少一个侧向延伸的对准销孔，用于接收对准销，以在对准销延伸穿过其它外壳时固定该外壳，防止该外壳相对于其它外壳竖直移动。
在一个实施例中，滑阀由硬化不锈钢制成，并且外壳由加成制造制成，其中围绕阀孔的区段由硬化不锈钢制成，并且阀外壳的剩余部分由较软材料制成。优选地，硬化不锈钢是440c不锈钢。在一个实施例中，阀外壳具有在加成制造期间制造的整体式形成的阀配件。
根据本发明的另一个方面，用于歧管组的组合式模块化外壳具有通过加成制造形成的阀区段，优选地在加成制造期间形成阀腔，用于在其中接收阀。歧管区段也优选通过加成制造与阀外壳区段一起形成。歧管区段包括优选地在加成制造期间在两个侧壁之间侧向延伸的至少一个通道。该至少一个通道经由在阀腔和至少一个通道之间延伸的加成制造期间形成的至少一个内部路径与阀腔流体连通。
优选地，至少一个通道是彼此平行且偏移的多个通道，并且至少一个内部通道是多个内部通道。优选地，腔是柱形形状并具有圆形横截面的阀孔。阀孔基本上垂直于多个通道。该阀是可滑动地安装在阀区段的阀孔中的滑阀。优选地，阀区段和滑阀由硬化不锈钢制成。
在一个实施例中，多个内部端口既横向于阀孔又横向于多个通道。优选地，通过加成制造形成的整体式形成的阀配件包围优选地从阀孔延伸的在加成制造期间形成的出口端口。
根据本发明的另一个方面，优选通过加成制造制成的用于阀歧管的外壳在其中具有用于将滑阀直接安装在其中的孔，其间没有介入套筒或密封件。第一侧和相对的第二侧被构造成通过摩擦互锁在一起而不使用单独的紧固件。外壳形成有通过加成制造制成并且包围出口端口的整体式形成的配件。
附图说明
现在参考附图，其中：
图1是根据本发明的具有多个歧管外壳和阀外壳组合件的歧管组的一个实施例的透视局部视图；
图2是图1所示的一个歧管外壳和阀外壳组合件的侧视局部分段视图，示出安装在其中的滑阀；
图3是歧管外壳和阀外壳组合件的端视图，示出阀孔横截面的圆形形状；
图4是示出根据本发明的四通阀外壳的替代实施例的视图；
图5是图4所示的替代实施例的侧视局部分段视图；
图6是根据本发明的替代实施例的前透视图；
图7是图6所示的歧管外壳和阀外壳组合件的前视图；
图8是示出图6所示的歧管外壳和阀外壳组合件的另一侧面的后透视图；
图9是图8所示的歧管外壳和阀外壳组合件的后视图；
图10是图6所示的歧管外壳和阀外壳组合件的顶视平面图；
图11是图6所示的歧管外壳和阀外壳组合件的底视平面图；
图12是示出歧管外壳和阀外壳组合件的侧视示意图，其中一个歧管外壳和阀外壳组合件部分地安装；
图13是沿图12所示的线13-13截取的横截面示意图；
图14是根据本发明的另一实施例的前透视图；
图15是示出图14所示的歧管外壳和阀外壳组合件的另一个侧面的后透视图；
图16是图14所示的歧管外壳和阀外壳组合件的后视图；
图17是图14所示的歧管外壳和阀外壳组合件的顶视平面图；以及
图18是示出歧管外壳和阀外壳组合件的组在组件中的侧视示意图，其中一个中间定位的歧管外壳和阀外壳组合件部分地安装。
具体实施方式
现在参考图1至图3，歧管组10包括一系列整体组合式模块单元，每个整体组合式模块单元都被称为外壳12，它们以面对接合的方式相互连接。每个外壳12包括整体式形成的下部歧管区段11和上部阀区段14。外壳12通过加成制造制成，以将歧管区段11与阀区段14整体式形成，即外壳是一体式的。螺线管先导阀16安装在其上，用于致动可滑动地在阀区段14中移动的滑阀15。外壳12和滑阀15由硬化不锈钢，例如硬化440c不锈钢制成。图1至图3中所示的阀区段14表示微型阀，例如宽度小于10mm的阀外壳。连接凹槽26和肋状物28位于相应的侧面壁27和侧面壁29上以连接相邻的外壳12。
如在图2和图3中更清楚地示出的，阀区段14在其中具有阀孔18，其可滑动地接收滑阀15。如图3所示，由其壁19限定的阀孔18的横截面为圆形，并且如图2所示，该阀孔18的形状大致为圆柱形。如图1、图2和图3所示，歧管区段中的三个侧向通道30、31和32从一个侧面壁27侧向延伸通过每个外壳12到另一个侧面壁29，以作为整体形成通过歧管组10的通道。
存在沿阀孔18轴向间隔开的流体连通的三个内部路径20、21和22，并且这三个内部路径基本上横向地与阀孔18相交。内部路径20、21和22与三个侧向通道30、31和32流体连通并且横向地与它们相交。阀孔18也基本上横向于侧向通道30、31和32。两个外部端口23、24从阀孔18向上延伸，并且各自都在顶部壁46处装配有管连接器或配件34。配件34也可与外壳12整体式形成。
如图所示，滑阀15通过螺旋弹簧40在一个方向上偏压，并且根据施加到滑阀的相对端部的流体压力可在相对方向上移动。弹簧40可用双作用螺线管阀替换。流体压力由安装在阀区段14的相关联的端部处的螺线管阀16控制。
滑阀15具有三个平台36、37和38，平台37介于平台36和平台38之间。在滑阀的一个位置中，端口21与端口23连通，而端口24与排出端口22连通。在滑阀的另一个位置中，端口21与路径24连通，而端口23与排出路径20连通。所示的端口布置仅仅是取决于应用的阀的许多可能的端口和平台布置的一个示例。
滑阀15的平台36、37和38的尺寸被设定成既可以在阀孔18内自由滑动，又可以控制路径20、21和22与适当的入口端口21之间的流到适当的出口23和出口24的流体流动。滑阀的尺寸在平台和阀孔18的壁19之间提供可接受的低泄漏率。这些平台与壁19直接相对并且邻近壁19，而没有任何介于其中的套筒或垫圈。为了在滑阀15和外壳之间提供适当的空气轴承功能，滑阀15被研磨直到其具有合适的尺寸并且阀孔18也被精加工到适当的制造公差。
在操作中，滑阀15在其两个位置之间滑动，以选择性地将阀端口23、24与入口路径21和排出路径20、22连通。如图3最佳所示，阀区段14的最薄区段的壁区段44沿水平中线。通过消除任何中间套筒，与用于具有相当额定流量的带套筒的滑阀的阀外壳相比较，外壳12可以更薄，同时仍在壁区段44处提供相同的结构完整性。
通过使阀区段14(至少其层41)和滑阀15二者均由硬化440c不锈钢制成，滑阀可以可滑动地直接安装在阀区段14的阀孔中而不需要中间元件，例如套筒。硬化不锈钢能够抵抗来自杂质的磨损和刮擦，以维持耐用的阀。尽管上述滑阀的宽度可以小于10mm，但是无套筒滑阀不限于特定的尺寸。
在图4和图5中示出无套筒滑阀的另一个替代实施例，其示出具有阀区段14、阀孔28和滑阀15的单独的阀外壳组件19。类似的零件以与前述实施例相同的数字示出。路径20、21和22现在是外部端口并且向下延伸到阀区段14的底部壁48，以常规地安装到单独的模块化歧管模块(未示出)或其它配件。
四通两位阀被示出为根据本发明的示例。除两位四通阀之外的其它类型的滑阀也可用于许多不同的应用。尽管示出弹簧加载式回流阀，但是本发明也可以应用于直接螺线管或双螺线管先导致动阀组件，其中致动器螺线管16或螺线管先导阀位于阀区段14的每个端部处。如同第一实施例，该阀区段14可通过加成制造形成，其中阀孔18被精加工成合适的规格。
外壳12和阀区段14由440c不锈钢制成，并且优选需要涂漆或进行钝化处理以移除游离铁。氧化铬层可以是优选的涂层。该涂层提供了阀区段14的表面的耐久性和完整性。
现在参考图6至图13，通过使用整体式形成的连接器(例如在多个外壳12之间的楔形物和紧固件自锁连接)可以省去另外的紧固件。连接器可包括凹槽26和将两个相邻外壳12连接在一起的互补形状的肋状物28。前侧面壁27上的每个凹槽26面向另一个，并且从底部壁48向顶部壁46渐缩。如附图所示，底部壁48和顶部壁46如所标记的那样示出在相应的顶部位置和底部位置，但是当按应用指示安装时，外壳12可以以任何取向定位。术语“竖直”涉及顶部壁46和底部壁48之间的方向取向，并且不取决于相对于地面的取向。如图11所示，对于优选实施例，每个凹槽26和肋状物28具有大约60o角度的其相应的表面。其它角度也是可能的，只要它们在肋状物和凹槽之间提供适当的接合，如下所述。
凹陷表面50形成在两个面对的凹槽26之间。凹陷表面51具有例如相对于壁27的剩余部分倾斜1o的轻微凹陷。延伸的侧向通道30、31和32被定位成靠近凹陷表面50的较深区段处的底部壁48。互补形状肋状物28从侧向壁29延伸并且从底部壁48向顶部46渐缩。侧向壁29的互补的倾斜凸出表面区段52形成在两个间隔开的肋状物28之间。侧向通道延伸通过倾斜凸出表面区段52的底部较厚区段。凹陷表面50和凸出区段52的斜面是互补的并且可以根据应用而变化。例如，如果使用较厚的垫圈56，则倾斜可更大以根据需要提供更大的间隙。另一方面，如果流量需要更大直径的阀孔18，则希望较小的倾斜度以提供更多可用的外壳宽度，用于在壁区段44处提供足够的结构完整性。
如图12和图13所示，垫圈接收区域54包围侧向通道30、31和32。垫圈56由市场可购得的弹性体材料制成，该弹性体材料适合用于将侧向通道彼此密封以及密封环境外部和在相邻外壳的凹陷表面50和突起区段52之间的密封件。
凹槽26和互补的肋状物28也从底部壁46向顶部壁48朝向彼此向内偏斜。当如下所述楔合在一起时，偏斜程度足够轻微以形成自锁连接。例如，每个凹槽和肋状物的偏斜在两个相对的凹槽和两个相对的肋状物之间形成小于7°的夹角。该夹角沿如图12所示的线60所示的表面50和表面52的倾斜平面测量，而不是沿垂直线58，即不沿图7和图9的平面测量。已经发现，通过包括小于7°的夹角，凹槽26和肋状物28可以在它们的表面楔合在一起时通过摩擦自锁。
如图12和图13所示，模块化外壳12形成歧管组的组装被简化而不使用紧固件。如图12和图13中所示的一个外壳12被示出处于部分安装位置，并且相对于其它外壳12向下移动。另外两个外壳12被示出处于完全安装位置。在该部分安装的位置中，清楚的是，部分安装的外壳12具有与相邻外壳12的倾斜突起表面52间隔开的倾斜凹陷楔形表面50，以提供间隙来通过位于垫圈密封区域54中的垫圈56。当外壳12向下移动时，凹陷表面区域50朝向突起的倾斜表面52移动，直到它抵靠并且压缩两个相邻外壳之间的垫圈56，如对于另外两个完全安装的外壳12所示，以提供密封。同时，肋状物28和凹槽26沿它们的整个表面彼此接合并且楔合在一起以提供自锁紧密联结，其需要相当大的力才会变松。
应当注意，如果垫圈56围绕垫圈区域54需要较小的间隙，则锥体可以如图1所示从顶部壁46延伸到底部壁48。
应当理解，倾斜突起的楔形表面52、倾斜凹陷表面50、肋状物28和凹槽26具有不仅仅是组合式外壳12的进一步的应用。它可以应用于单独的阀区段14，作为单独的独立外壳12，如图4所示的外壳，或者可以应用于单独的歧管体。互锁连接器也可以应用于安装螺线管先导阀弹簧外壳和其它单独阀相关部件。
图14至图18中示出另一个实施例。在该实施例中，每个外壳12可以被独立地移除和安装而不会干扰剩余的外壳12组。凹槽26和互补形状的肋状物28将两个相邻的外壳12连接在一起。前侧面壁27上的每个凹槽26面对另一个，并且从底部壁48竖直延伸到顶部壁46。每个肋状物28从侧面壁29延伸并类似地从底部壁48竖直延伸到顶部壁46。
竖直取向的凹陷表面50形成在两个相对的凹槽肋状物26之间。互补形状的肋状物28从侧向壁29延伸。侧向壁29的突起的凸出区段52形成在两个间隔开的肋状物28之间。突起的凸出区段52也是竖直取向的。突起的凸出区段52的底部边缘和顶部边缘具有引入角区段66，其可以以平缓的角度，即小于45o的角度向后倾斜。预计15°至20°的平缓倾斜将起作用。类似的引入角区段68包围凸出的突起区段52上的端口出口30、31和32。这些引入角区段66和引入角区段68有助于促使凸出区段52在垫圈56上滑动，以便不剪切垫圈56。
每个外壳12具有两个侧向穿过其中的孔62，以接收相应的对准销64。当完全安装时，肋状物和凹槽防止外壳12相对于彼此横向移动，并且对准销64防止外壳12相对于彼此竖直移动，如图18更清楚所示。
如图18所示，外壳12的形成歧管组的组装被简化，不使用螺纹紧固件。示出一个外壳12处于部分安装位置。该外壳12相对于其它外壳12向上或向下移动。其它外壳12被示出处于完全安装位置。在该部分安装的位置中，清楚的是部分安装的外壳12仅仅向下滑动。弹性垫圈56滑动地并且密封地抵靠突起区段52。一旦处于竖直正确位置，就将对准销64插入孔62的每个中。外壳12还能够从下方向上滑动到安装位置。
如果需要更换外壳12，则仅对准销被撤回，歧管外壳12如图18所示被向上拉起、移除，并且用另一个替换。然后重新插入对准销。以该方式，可以在沿歧管组的任何位置替换单个歧管外壳12，而不干扰组中的剩余外壳。
通过加成制造的外壳12产生许多优点。本文使用的术语“加成制造”是由astmf2792定义的通用工业术语，并且是指与先前常规的移除材料的生产技术相反的通过沉积材料建立部件的所有类型的工艺。其它同义术语，例如添加制作、添加工艺、添加技术、添加层制造、层制造、快速成型和自由制作也是常用的。加成制造可包括但不限于3d打印、立体光刻、选择性激光烧结、烧结金属成形、熔融沉积建模和掩模固化。
加成制造提供歧管区段和阀区段组合件的整体式形成。该歧管区段和阀区段组合件的整体式形成极大地减少了单独的端口的数量。消除了当常规阀外壳被安装到单独的歧管外壳上时用于安装的紧固件和密封件的需要。此外，歧管外壳的加成制造可以迅速形成歧管排出通道30和歧管排出通道32、供应通道31、内部路径20、21和22以及端口23和端口24、阀孔18以及螺线管空气供应通道35中的全部，而不使用钻孔或镗孔，其中，该螺线管空气供应通道35从供应通道通向用于螺线管先导阀16的连接器端口33。应特别注意的是路径20、21和22。如图所示，这些路径是内部的，并且从一体式外壳钻出或以其它方式机加工出来在经济上是不可行的。因此，用传统的制造方法，用这些内部路径制造一体式外壳在经济上是不可行的。加成制造还消除对以前机加工内部路径所需要的接入端口中的栓塞的需要。
加成制造也使混合金属组件成为可能。例如，440c不锈钢材料可以围绕阀孔设置，如由截面或层41所示，并且阀外壳的整体式形成的剩余部分和外壳12的歧管区段可以由较便宜和/或较软的材料制成，例如，316l手术钢或低碳钢。另选地，剩余部分可为较硬的材料，例如钨。加成制造消除对单独的插入式配件、倒钩和喷口的需要，因为它们全部可以通过加成制造整体式形成，如图6至图9所示的围绕端口23和端口24形成的配件34所示，同时仍然具有成本效益。路径20、21和22也可具有整体式形成的配件。
通过在不需要金属的地方形成具有中空空腔的支撑腹板和肋状物，加成制造可以迅速减少开支和重量。因此，与使用实心棒料作为起始材料相比，使用的材料更少。
以该方式，通过加成制造制成的一体式歧管外壳具有无套筒的歧管区段和阀外壳，并且可以在没有紧固件的情况下安装到其它外壳。具有连接在一起的多个这些外壳的歧管组可以被简单地组装，其中零件显著减少。
在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围和精神的情况下，其它变型和修改是可能的。