Воздуховод, изготовленный методом селективного лазерного сплавления

Полезная модель относится к области систем воздухоснабжения, таких, как вентиляционные системы, в частности элементам конструкции воздухозаборных устройств летательных аппаратов.
Из уровня техники известен воздуховод переменного диаметра (патент РФ на полезную модель №197930, приоритет от 24.07.2019), изготовленный методом скручивания листового материала, например пластика, таким образом, что под воздействием силы слои могут смещаться, что приводит к уменьшению диаметра воздуховода и позволяет вставлять его в имеющийся диаметр отверстия.
Недостатком воздуховода переменного диаметра является сложность соблюдения точности размеров и формы воздуховода при изготовлении воздуховода указанным методом, особенно учитывая деформируемость воздуховода переменного диаметра, что препятствует достижению требуемых параметров потока.
Также из уровня техники известен теплоизолированный воздуховод (патент РФ на полезную модель №131133, приоритет от 15.01.2013), наиболее близкий к предлагаемой полезной модели и выбранный в качестве прототипа. Теплоизолированный воздуховод выполнен спирально-навивным с замковым соединением и дополнительно содержит на внешней и/или внутренней поверхности, по меньшей мере, один слой жидкого теплоизоляционного покрытия на основе связующего с включением полых микрошариков и/или микросфер и добавок.
Недостатком теплоизолированного воздуховода является сложность соблюдения точности размеров и формы воздуховода при изготовлении воздуховода указанным методом, что препятствует достижению требуемых параметров потока.
Полезная модель направлена на решение следующей технической проблемы: обеспечение высокой точности размеров и качества поверхностей воздуховода.
Техническая проблема решается за счет того, что воздуховод изготовлен из порошка металла или сплава металла с помощью метода селективного лазерного сплавления с последующей термообработкой и выполнен в виде тонкостенного трубчатого элемента с входным и выходным отверстиями и постоянной в пределах допуска толщиной стенки, при этом ось воздуховода имеет криволинейную форму, а поперечные сечения воздуховода плоскостями, перпендикулярными оси воздуховода, имеют форму колец переменных диаметров, которые увеличиваются от входного отверстия к выходному, а толщина стенки является постоянной в пределах допуска (0,1-0,3) мм.
В частном случае осуществления полезной модели техническая проблема решается за счет того, что толщина стенки составляет (1,5-3) мм.
В другом частном случае осуществления полезной модели техническая проблема решается за счет того, что воздуховод выполнен из порошка алюминия или алюминиевого сплава.
Полезная модель позволяет достичь следующего технического результата: обеспечение заданных характеристик потока через воздуховод за счет соблюдения высокой точности размеров и качества поверхностей воздуховода.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами
На фиг. 1 изображен пример осуществления воздуховода.
На фиг. 2 изображена заготовка воздуховода с плитой построения и поддерживающими элементами.
На фиг. 3 изображена термограмма термической обработки заготовки воздуховода.
На фиг 1-2 обозначены следующие позиции:
1 - входное отверстие;
2 - выходное отверстие;
3 - поддерживающие элементы;
4 - платформа построения.
Воздуховод, изготовленный методом селективного лазерного сплавления, выполнен в виде тонкостенного трубчатого элемента с входным отверстием 1 и выходным отверстием 2. В частном случае исполнения полезной модели, входное отверстие 1 и выходное отверстие 2 выполнены с различными диаметрами. Воздуховод выполнен с толщиной стенки, постоянной в пределах допуска (0,1-0,3) мм, которая, в частном случае осуществления полезной модели, составляет (1,5-3) мм.
Ось воздуховода имеет криволинейную форму, например, приближенную к дуге окружности, и поперечные сечения воздуховода плоскостями, перпендикулярными оси воздуховода, имеют форму плоских колец переменного диаметра. На фиг.1 изображен воздуховод, диаметры поперечных сечений которого увеличиваются от входного отверстия 1 к выходному отверстию 2, при этом входное отверстие 1 имеет наименьший диаметр, а выходное отверстие 2 - наибольший диаметр.
В случае если воздуховод предназначен для использования в составе воздухозаборного устройства летательного аппарата, геометрические параметры и качество поверхностей воздуховода определяются аэродинамическим расчетом канала воздухозаборного устройства исходя из заданных характеристик потока воздуха, проходящего через воздухозаборное устройство и позволяющего обеспечить требуемый режим работы двигательной установки летательного аппарата.
Заготовка воздуховода изготовлена из порошка металла или сплава металла, например алюминия или сплава алюминия, такого как AlSi10Mg (АСП-35, ТУ 1791-011-49421776-2017), с помощью способа селективного лазерного сплавления. Заготовка воздуховода дополнительно содержит удаляемые поддерживающие элементы 3, расположенные вдоль наружной поверхности воздуховода.
При изготовлении заготовки воздуховода формируют заготовку на платформе построения 4 с помощью способа селективного лазерного сплавления, например с помощью установки для селективного лазерного сплавления SLM Solution 280HL-2.0, для чего послойно наносят порошок металла или сплава металла на платформу построения 4, и расплавляют каждый слой с помощью лазера. Толщина слоя построения 50 мкм. Шероховатость поверхностей Ra6,3 (Rz40) и однородность материала заготовки обеспечивают технологическим режимом сплавления в среде защитных газов, например, аргона.
После формирования заготовки проводят ее термообработку без отделения от платформы построения 4. В случае если заготовка изготовлена из порошка алюминия или алюминиевого сплава, в процессе термообработки в течение 3 ч нагревают заготовку в печи до температуры 300°С, выдерживают при температуре 300°С в течение 2 ч, после чего позволяют остыть в течение 4 ч в печи, далее заготовка остывает на воздухе. Термограмма термообработки заготовки воздуховода из порошка алюминиевого сплава AlSi10Mg показана на фиг. 3.
За счет режимов послойного синтеза и последующей термообработки обеспечивают стабильность геометрии заготовки с отклонением размеров от теоретического контура в пределах (0,1…0,3) мм. Ориентация заготовки в камере построения, конфигурация и плотность формируемых вместе с заготовкой поддерживающих структур, а также режимы термообработки, исключают трещинообразование материала заготовки и обеспечивают оптимальную материалоемкость процесса.
Удаляют заготовку с плиты построения 4, например, с помощью электроэрозионной обработки. Удаляют поддерживающие элементы 3, например, с помощью слесарной обработки. Обрабатывают поверхность заготовки с помощью пескоструйной обработки, например электрокорундом F46 (N40).
Монтируют воздуховод в составе системы, например, вентиляционной или воздухозаборного устройства летательного аппарата. Обеспечивают поток воздуха через воздуховод от входного отверстия 1 к выходному отверстию 2, соответствующий заданным параметрам.
Воздуховод, изготовленный методом селективного лазерного сплавления, предназначен для применения в области систем воздухоснабжения и позволяет обеспечить требуемые характеристики потока через воздуховод за счет соблюдения высокой точности размеров и качества поверхностей воздуховода.