本发明涉及油路管道连接支架的轻量化技术领域，尤其涉及一种油路管道连接支架及其制作方法。
背景技术：
f1赛车油路管道连接支架是连接油路管道和赛车机身的关键零部件。作为油路管道与机体的关键连接件，因受外部气动扰流、运行状态等因素的影响，频繁受到振动和冲击。服役时承载较大的动、静载荷和疲劳载荷，为了保证安全运行，对油路管道连接支架的疲劳强度要求较高。
传统的油路管道连接支架由低合金高强钢或铝合金等材料进行多处管板焊接组合而成，焊接接头数量多，这些焊缝是影响支架安装尺寸和形位公差的重要因素。
油路管道连接支架的安装定位公差要求严格。首先，支架上密集的焊缝在焊接过程中产生大量热输入，很容易导致支架焊接变形，并产生较大的内应力，导致支架的安装定位不在公差范围内，同时大大降低了支架的疲劳强度和寿命。其次，连接支架钢管结合面的下料尺寸与形状精度对焊接组装和焊接质量影响也较大，需要将钢管端部的焊口准确切割成型。
油路管道连接支架的形位公差要求也很严格。焊后成品双侧定位面的平面度和平行度，以及定位孔的位置均要求较高，以保证成品尺寸的高精度要求。如果焊接工艺措施不当，焊接残余应力大将导致严重变形。
为了预防焊接变形及焊接应力，对材料的切割和焊接工艺的制定提出了更高的要求，增加了焊接工艺规划的难度。即使通过对钢管焊接材料的选择、焊接工艺及焊后热处理工艺进行分析和改进，获得质量良好的焊接接头，但这增加了大量的工作量和时间、人工成本。同时，由于焊缝较多，造成支架总重量的增加。还面临着油路管道改进设计后，支架重新设计的难度。
综上可知，采用焊接方法制造油路管道支架，不符合f1赛车对油路连接支架高强度、高刚度、高精度、轻量化及个性化的设计要求。除此以外，即使对目前的支架进行拓扑结构优化，以实现轻量化的目的，但是传统数控加工工艺难以进拓扑后结构的生产制造，导致从结构方面进行的支架轻量化无法实现。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种油路管道连接支架的制作方法，所述方法包括：
建立油路管道连接支架的三维模型数据，根据所述油路管道连接支架的三维模型数据建立第一模型数据；
对所述第一模型数据进行拓扑结构优化，得到第二模型数据；
对所述第二模型数据进行模型重构，获得拓扑优化重构后的油路管道支架三维模型数据；
对所述三维模型数据进行打印前预处理设置，得到最终模型数据；
利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作。
可选地，所述通过软件对所述模型进行拓扑结构优化，包括：
划分与补偿、赋予模型材料参数、施加边界条件与载荷、计算求解中的至少一项。
可选地，所述对所述三维模型数据进行打印前预处理设置，包括：
添加摆放加工平台、对支架模型进行三角面片的检查修复、根据零件及摆放位置特征、添加支撑、设置打印机配置。
可选地，所述设置打印机配置包括：打印设备、打印材料、成形策略及打印策略中的至少一种。
可选地，所述利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作，包括：
利用选择性金属激光熔化slm3d打印机进行打印制造，制造出数字化设计的支架模型。
可选地，所述利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作，包括：
利用金属材料制得的本体，所述本体包括有螺纹连接部和网状拓扑结构的支撑部，所述的螺纹连接部位于网状拓扑结构的两侧，所述的网状拓扑结构用于连接和支撑螺纹连接部，且所述螺纹连接部与所述网状拓扑结构部一体成型，所述网状拓扑结构用于为油路管道的固定提供所需的支撑力。
可选地，所述的金属材料为低合金钢、铝合金或钛合金中的至少一种。
可选地，所述利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作，之后还包括：
对打印操作后得到的油路管道连接支架进行热处理，以获得足够的强度、刚度、稳定性，所述的热处理方法包括但不限于时效处理。
根据本发明的另一方面，提供了一种油路管道连接支架，所述油路管道连接支架包括：
利用金属材料制得的本体，所述本体包括有螺纹连接部和网状拓扑结构的支撑部，所述的螺纹连接部位于所述网状拓扑结构的两侧，所述的网状拓扑结构用于连接和支撑螺纹连接部，且所述螺纹连接部与所述网状拓扑结构部一体成型，所述网状拓扑结构用于为油路管道的固定提供所需的支撑力。
可选地，所述的金属材料为低合金钢、铝合金或钛合金中的至少一种。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
(1)该发明不需要通过传统焊接进行板材与管子、板材与板材间的焊接过程，节省大量人力，并减少人为误差，降低对人焊接技术的高要求；
(2)该发明是结合激光3d打印技术进行设计制造，省去了传统焊接过程中的材料切割、焊接工艺制定、特殊工装和夹具的设计制造等过程，需要参与的人员减少；
(3)对油路管道支架进行数字化设计，能够根据不同车型所需连接部分的空间和强度要求进行个性化需求设计，而且能够设计出结构更轻，强度更高，细节明显的结构，只需要考虑实际需求，不许考虑制作能否实现，克服传统焊接技术和机加工技术的制造限制给设计带来的难点；
(4)该发明采用金属激光3d打印技术，该技术保证了支架的一体化成形，避免了传统焊接技术带来的焊缝处易开裂的问题。同时，其轻量化的拓扑优化以及无缝成形，均避免了传统焊接技术因焊材的使用造成了接头增重及焊缝表面质量差、精度低的问题；
(5)该发明设计制造使用的材料范围更加广泛，对难以传统焊接的材料也能够加工，例如铝合金等；
(6)该发明所设计的拓扑结构，不仅可以用于油路管道，也可以用于其他需要支架连接的部件，如发动机等；
(7)采用该发明制造的油路管道连接支架，经过热处理，整体变形小，应力低，支撑强度高，均能达到汽车轻量化和安装精度等要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一示例性实施例提供的汽车油路支架的原始三维数据模型；
图2为本发明一示例性实施例提供的通过计算求解生成的拓扑结构图；
图3为本发明一示例性实施例提供的模型重构后的可打印支架模型；
图4为本发明一示例性实施例提供的利用选择性激光熔化技术打印的赛车油路管道连接支架；
图5为本发明一示例性实施例提供的经过一定的热处理、表面处理以后可用于赛车的油路管道连接支架。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本实施例公开了一种油路管道连接支架的制作方法，所述方法至少包括以下步骤：建立油路管道连接支架的三维模型数据，根据所述油路管道连接支架的三维模型数据建立第一模型数据；对所述第一模型数据进行拓扑结构优化，得到第二模型数据；对所述第二模型数据进行模型重构，获得拓扑优化重构后的油路管道支架三维模型数据；对所述三维模型数据进行打印前预处理设置，得到最终模型数据；利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作。
本发明结合激光3d打印技术进行设计制造，不需要通过传统焊接进行板材与管子、板材与板材间的焊接过程，节省大量人力，并减少人为误差，降低对人焊接技术的高要求，省去了传统焊接过程中的材料切割、焊接工艺制定、特殊工装和夹具的设计制造等过程，减少参与人员，对油路管道支架进行数字化设计，能够根据不同车型所需连接部分的空间和强度要求进行个性化需求设计，而且能够设计出结构更轻，强度更高，细节明显的结构，只需要考虑实际需求，不许考虑制作能否实现，克服传统焊接技术和机加工技术的制造限制给设计带来的难点。
以下以f1赛车油路管道连接支架为例，结合相关应用对本方案做进一步详细阐述。
参照图1至图5，本发明所述的金属增材制造的赛车油路连接支架制作方法，包括以下步骤：
1)建立目前所用f1赛车油路管道连接支架的三维模型数据：根据f1赛车油路管道连接支架的实际结构和尺寸(或者现有的零件cad图)，用三维建模软件ug或者solidworks建立模型；
2)将步骤1)中的三维模型导入solidthinkingispire软件进行f1赛车油路管道连接支架的拓扑结构优化。主要包括特征识别、设计区域划分与补偿、赋予模型材料参数、施加边界条件与载荷、计算求解；
3)将2)中的计算求解获得的拓扑结构模型导入solidthinkingevolve设计软件，进行模型的重构，获得拓扑优化重构后的赛车油路管道支架三维模型，并以stl格式输出；
4)将3)中拓扑结构优化重构后的f1赛车油路管道连接支架的stl格式模型导入3d打印前处理软件magics内：添加相应的加工平台并进行摆放；对支架模型进行三角面片的检查修复；根据零件及摆放位置特征，添加支撑；设置打印机配置，包括打印设备、打印材料、成形策略及打印策略；提交文件进行剖分处理，并输出剖分后的job文件。
5)将4)处理好的job文件导入3d打印设备，打开设备上的mcs软件进行文件加载，利用选择性金属激光熔化slm3d打印机进行打印制造，制造出数字化设计的支架模型。
6)对步骤5)获得的3d打印制作的f1赛车油路管道连接支架模型进行相应的热处理，以及进行喷砂和抛光表面处理：将步骤5)中打印的f1赛车油路管道连接支架，进行一定的热处理，以获得足够的强度、刚度、稳定性，所述的热处理方法包括但不限于时效处理；然后将步骤5)中打印的支撑去除，并进行相应的表面处理获得的产品表面质量符合f1赛车油路管道连接支架表面精度和形位公差的要求，所述的表面处理包括但不限于喷砂。
具体的，首先，通过三维建模软件ug或者solidworks构建目前现用赛车油路管道支架模型的三维数据图1，然后，在拓扑优化软件solidthinkinginspire中，计算生成拓扑结构图2，借助solidthinkingevolve设计软件polynurbs模块中的多边形立方体进行模型的重构，重构结束后的三维数据模型图3。将可打印支架实体模型图3数据输入到3d打印设备中，进行打印制造，最终形成带有支撑的支架实体图4，对带有支撑的支架实体图4进行一定的热处理和表面处理后，最终形成满足强度、刚度、精度、轻量化等方面要求的赛车油路管道支架，如图5，这个赛车油路管道支架能够完全满足赛车要求。
需要说明的是，上述实施例中提供的设计软件、优化软件、以及相应文件类型仅作为示例，以便相关技术人员理解方案内容，但不局限于上述使用的软件名称和类型，其他能够实现上述目的或效果的操作也应落入本发明的保护范围内。
基于上述方法，本发明还提供了一种赛车油路管道连接支架，包括利用金属材料制得的本体，所述的本体包括有螺纹连接部2和网状拓扑结构1的支撑部，所述的螺纹连接部2位于网状拓扑结构1的两侧，所述的网状拓扑结构1用于连接和支撑螺纹连接部2，并且所述的螺纹连接部2与所述的网状拓扑结构1部一体成型；所述的螺纹连接部2通过与机体连接，保证油路管稳定不动，所述的网状拓扑结构1用于为油路管道的固定提供所需的支撑力，同时减轻了车体重量。
所述的金属材料为低合金钢、铝合金、钛合金。
所述螺纹连接部位于所述网状拓扑结构的两侧，且所述网状拓扑结构一侧的支撑螺纹连接部大于所述网状拓扑结构另一侧的支撑螺纹连接部，使得所述网状拓扑结构呈圆台状结构，以加强受力强度。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性地，本发明的真正范围和精神由上述的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
应当理解的是，在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种油路管道连接支架的制作方法，其特征在于，所述方法包括：
建立油路管道连接支架的三维模型数据，根据所述油路管道连接支架的三维模型数据建立第一模型数据；
对所述第一模型数据进行拓扑结构优化，得到第二模型数据；
对所述第二模型数据进行模型重构，获得拓扑优化重构后的油路管道支架三维模型数据；
对所述三维模型数据进行打印前预处理设置，得到最终模型数据；
利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过软件对所述模型进行拓扑结构优化，包括：
划分与补偿、赋予模型材料参数、施加边界条件与载荷、计算求解中的至少一项。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述三维模型数据进行打印前预处理设置，包括：
添加摆放加工平台、对支架模型进行三角面片的检查修复、根据零件及摆放位置特征、添加支撑、设置打印机配置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置打印机配置包括：打印设备、打印材料、成形策略及打印策略中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作，包括：
利用选择性金属激光熔化slm3d打印机进行打印制造，制造出数字化设计的支架模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作，包括：
利用金属材料制得的本体，所述本体包括有螺纹连接部和网状拓扑结构的支撑部，所述的螺纹连接部位于网状拓扑结构的两侧，所述的网状拓扑结构用于连接和支撑螺纹连接部，且所述螺纹连接部与所述网状拓扑结构部一体成型，所述网状拓扑结构用于为油路管道的固定提供所需的支撑力。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的金属材料为低合金钢、铝合金或钛合金中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用3d打印机根据所述最终模型数据进行打印操作，之后还包括：
对打印操作后得到的油路管道连接支架进行热处理，以获得足够的强度、刚度、稳定性，所述的热处理方法包括但不限于时效处理。
9.一种油路管道连接支架，其特征在于，所述油路管道连接支架包括：
利用金属材料制得的本体，所述本体包括有螺纹连接部和网状拓扑结构的支撑部，所述的螺纹连接部位于所述网状拓扑结构的两侧，所述的网状拓扑结构用于连接和支撑螺纹连接部，且所述螺纹连接部与所述网状拓扑结构部一体成型，所述网状拓扑结构用于为油路管道的固定提供所需的支撑力。
10.根据权利要求9所述的油路管道连接支架，其特征在于，所述的金属材料为低合金钢、铝合金或钛合金中的至少一种。
技术总结