一种螺旋桨加工工艺

摘要

本发明公开了一种螺旋桨加工工艺，涉及船舶技术领域，其技术方案要点是：包括如下步骤：步骤S1：将不锈钢板切割成叶片形的胚料；步骤S2：将叶片胚料加热；步骤S3：将加热后的叶片胚料经液压机压成所需的厚度；步骤S4：切割叶片的外形尺寸；步骤S5：将叶片加热后放入对应形状的模具内进行锻压；步骤S6：取预先制造好的不锈钢桨毂，将叶片定位于桨毂上并焊接形成螺旋桨整体；步骤S7：对螺旋桨进行热处理工序；步骤S8：在螺旋桨上实行机加工；步骤S9：对螺旋桨表面进行打磨、抛光。本螺旋桨加工工艺的可实施性高，克服了不锈钢材质的螺旋桨难以生产制造的问题；通过滚压、锻压和热处理工序，生产出的螺旋桨强度、韧性较高。

权利要求

1.一种螺旋桨加工工艺，其特征是：包括如下步骤：

步骤S1：将不锈钢板切割成叶片形的胚料；

步骤S2：将叶片胚料加热至1100～1300℃；

步骤S3：将加热后的叶片胚料经液压机压成所需的厚度；所述步骤S3包括：步骤S31：用液压机对叶片胚料的板面进行加压，以形成所需的叶片渐变的板面厚度，步骤S32：用液压机对叶片胚料的边缘进行加压，以形成所需的叶片渐变的边缘厚度；

所述步骤S3所用的液压机包括机架(1)、转动设置在机架(1)上的下压辊(5)和上压辊(4)、驱动下压辊(5)转动的驱动源(6)，所述上压辊(4)由设于机架(1)上的调节机构(3)控制升降；所述步骤S31时，将叶片胚料放入下压辊(5)和上压辊(4)之间来回移动，同时调节上压辊(4)与下压辊(5)之间的距离；

所述上压辊(4)的端部转动设置有限位辊(7)，所述限位辊(7)的转动轴线与上压辊(4)的转动轴线重合，所述限位辊(7)的直径小于上压辊(4)，所述上压辊(4)朝向限位辊(7)的轴向端部设有倾斜状的副压面(41)，所述副压面(41)用于成型叶片渐变的边缘厚度；

所述步骤S31完成后，直接在同一液压机上通过副压面(41)执行步骤S32；

步骤S4：切割叶片的外形尺寸；

步骤S5：将叶片加热至1100～1300℃后，放入对应形状的模具内，然后用油压机进行锻压，形成所需弧度的叶片形状；

步骤S6：取预先制造好的不锈钢桨毂，将叶片定位于桨毂上并焊接形成螺旋桨整体；

步骤S7：对螺旋桨进行热处理工序；

步骤S8：在螺旋桨上实行机加工，以形成标准尺寸的孔和螺纹孔；

步骤S9：对螺旋桨表面进行打磨、抛光。

2.根据权利要求1所述的一种螺旋桨加工工艺，其特征是：还包括位于步骤S8和步骤S9之间的步骤S81：对螺旋桨进行动平衡试验，动平衡试验在动平衡试验台上进行。

3.根据权利要求2所述的一种螺旋桨加工工艺，其特征是：所述步骤S9在动平衡试验台上进行，步骤S9完成后回到步骤S81，之后在步骤S81和步骤S9间不断循环，直至动平衡试验合格后，将螺旋桨从动平衡试验台上取下完成生产。

4.根据权利要求1所述的一种螺旋桨加工工艺，其特征是：所述步骤S7包括步骤S71：调质工序：将螺旋桨加热至750～800℃后淬火，然后加热至500 650℃进行高温回火，保温2h~后降至室温。

5.根据权利要求4所述的一种螺旋桨加工工艺，其特征是：所述步骤S7还包括步骤S72：回火工序：将螺旋桨加热至220～250℃后保温2h，随后降至室温。

6.根据权利要求1所述的一种螺旋桨加工工艺，其特征是：所述步骤S6时，焊接采用的保护气体为体积占比为94%氩气、3%氧气和3%二氧化碳的混合气体。

说明书

一种螺旋桨加工工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及船舶技术领域，特别涉及一种螺旋桨加工工艺。

背景技术

[0002] 螺旋桨是船舶的重要部件，随着造船工业的不断发展，现代船舶的大型化和高速化，对船舶螺旋桨的性能要求也越来越高。

[0003] 长期以来船用螺旋桨材料多选用铜合金，其中镍铝青铜又是首选材料。由于铜合金材料的螺旋桨强度、硬度有限，螺旋桨与石头、浮木碰撞时容易产生严重变形甚至断裂。随着船舶的大型化和单轴功率的增大，迫切需要开发强度更高的螺旋桨材料。此外，近年来港湾和江河水域的海水污染加剧，铜合金螺旋桨的耐蚀性能也开始出现问题。因工业废水和城市污水的排放，使海水中的有机物大量增加，导致厌气性硫酸盐还原菌大量繁殖。海水中的硫酸盐被还原后产生了对铜合金具有强烈腐蚀作用的硫离子。因此，铜合金螺旋桨因这种腐蚀所造成的破坏常有发生，甚至仅使用数日的螺旋桨表面发黑且粗糙不堪。取代铜合金的不锈钢螺旋桨材料便成为螺旋桨材料开发的新方向，不锈钢材料的螺旋桨具有更高的硬度和强度，且耐腐蚀性能较好。

[0004] 但不锈钢螺旋桨的制造远比铜合金困难，其难点主要为：1、不锈钢的熔点比铜合金高得多，且流动性差，不锈钢材质的螺旋桨难以直接铸造成型；2、目前铜合金螺旋桨的加工均以切割和打磨为主，而对强度和硬度都很高的不锈钢而言难以实施。这就导致不锈钢材质的螺旋桨难以生产制造的问题。

发明内容

[0005] 针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种螺旋桨加工工艺，能够可靠地实现不锈钢螺旋桨的加工制造。

[0006] 本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种螺旋桨加工工艺，包括如下步骤：

[0007] 步骤S1：将不锈钢板切割成叶片形的胚料；

[0008] 步骤S2：将叶片胚料加热至1100～1300℃；

[0009] 步骤S3：将加热后的叶片胚料经液压机压成所需的厚度；

[0010] 步骤S4：切割叶片的外形尺寸；

[0011] 步骤S5：将叶片加热至1100～1300℃后，放入对应形状的模具内，然后用油压机进行锻压，形成所需弧度的叶片形状；

[0012] 步骤S6：取预先制造好的不锈钢桨毂，将叶片定位于桨毂上并焊接形成螺旋桨整体；

[0013] 步骤S7：对螺旋桨进行热处理工序；

[0014] 步骤S8：在螺旋桨上实行机加工，以形成标准尺寸的孔和螺纹孔；

[0015] 步骤S9：对螺旋桨表面进行打磨、抛光。

[0016] 通过上述技术方案，本螺旋桨加工工艺能将不锈钢板形态的原料加工成桨叶，并进一步制成螺旋桨成品；步骤S1可由激光切割机完成，步骤S4、S8、S9对螺旋桨的切割量均较小，可以实施；步骤S3、S5在形成叶片形状的同时，使叶片的质地更为紧实，叶片拥有较高的强度和刚度；加热后的叶片便于产生形变，使油压机能够可靠工作，且叶片的形状不易回弹。综上，本工艺的可实施性高，克服了不锈钢材质的螺旋桨难以生产制造的问题，且生产出的螺旋桨综合性能较好。

[0017] 优选的，还包括位于步骤S8和步骤S9之间的步骤S81：对螺旋桨进行动平衡试验，动平衡试验在动平衡试验台上进行。

[0018] 通过上述技术方案，动平衡性能是螺旋桨工作时的重要参数，动平衡试验用于检验螺旋桨的动平衡是否达标，不达标时需要打磨掉螺旋桨特定部位的部分金属。

[0019] 优选的，所述步骤S9在动平衡试验台上进行，步骤S9完成后回到步骤S81，之后在步骤S81和步骤S9间不断循环，直至动平衡试验合格后，将螺旋桨从动平衡试验台上取下完成生产。

[0020] 通过上述技术方案，不满足动平衡性能时，在特定的桨叶位置打磨掉部分金属后再次进行试验，直至动平衡试验合格后，将螺旋桨从动平衡试验台上取下完成生产。重复循环的步骤S81和S9能确保打磨完成后的螺旋桨仍能满足动平衡性能，且螺旋桨无需频繁吊运。

[0021] 优选的，所述步骤S3包括：

[0022] 步骤S31：用液压机对叶片胚料的板面进行加压，以形成所需的叶片渐变的板面厚度；

[0023] 步骤S32：用液压机对叶片胚料的边缘进行加压，以形成所需的叶片渐变的边缘厚度。

[0024] 通过上述技术方案，分次对叶片胚料的板面、边缘进行加压，以分别形成叶片渐变的板面厚度、叶片渐变的边缘厚度。

[0025] 优选的，所述步骤S3所用的液压机包括机架、转动设置在机架上的下压辊和上压辊、驱动下压辊转动的驱动源，所述上压辊由设于机架上的调节机构控制升降；所述步骤S31时，将叶片胚料放入下压辊和上压辊之间来回移动，同时调节上压辊与下压辊之间的距离。

[0026] 通过上述技术方案，执行步骤S31时，将通红状态的叶片胚料放入下压辊和上压辊之间来回移动，同时调节上压辊与下压辊之间的距离，将叶片胚料的板面压至厚度不同的设计值。不锈钢材质的工件硬度较高，即使在通红状态下也难以单次滚压成型；由于工件能在上压辊和下压辊间重复移动，则人员能通过多次操作，以每次滚压少许厚度的方式完成工件的厚度成型。

[0027] 优选的，所述上压辊的轴向端部设有用于成型叶片渐变的边缘厚度的副压面；所述步骤S31完成后，直接在同一液压机上通过副压面执行步骤S32。

[0028] 通过上述技术方案，执行步骤S32时，将叶片边缘放置在副压面处，同时通过调节机构控制上压辊的升降，从而滚压出叶片渐变的边缘厚度。通过本液压机，步骤S31完成后，可直接在同一液压机上执行步骤S32，无须运输叶片至下一工位，有利于提升加工效率，并降低人工的劳动量。

[0029] 优选的，所述步骤S7包括步骤S71：调质工序：将螺旋桨加热至750～800℃后淬火，然后加热至500～650℃进行高温回火，保温2h后降至室温。

[0030] 通过上述技术方案，调质工序使螺旋桨兼具较好的强度与韧性。

[0031] 优选的，所述步骤S7还包括步骤S72：回火工序：将螺旋桨加热至220～250℃后保温2h，随后降至室温。

[0032] 通过上述技术方案，此为低温回火，用于进一步消除螺旋桨的内应力，提高螺旋桨的韧性并稳定尺寸。

[0033] 优选的，所述步骤S6时，焊接采用的保护气体为体积占比为94％氩气、3％氧气和3％二氧化碳的混合气体。

[0034] 通过上述技术方案，焊接采用的保护气体成分为94％氩气、3％氧气和3％二氧化碳时，较为显著地增强了焊层的硬度，使叶片与桨毂的结合强度更高。

[0035] 综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

[0036] 1、本工艺的可实施性高，克服了不锈钢材质的螺旋桨难以生产制造的问题；

[0037] 2、通过滚压、锻压和热处理工序，生产出的螺旋桨强度、韧性较高；

[0038] 3、通过设置动平衡试验，用于检测螺旋桨的动平衡性能是否达标。

附图说明

[0039] 图1为实施例一的液压机的立体图，主要突出上压辊和下压辊的结构；

[0040] 图2为实施例二的液压机的立体图，主要突出限位辊和副压面的结构。

[0041] 附图标记：1、机架；2、压板；3、调节机构；4、上压辊；5、下压辊；6、驱动源；7、限位辊；41、副压面。

具体实施方式

[0042] 以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0043] 本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

[0044] 实施例一：

[0045] 一种螺旋桨加工工艺，包括如下步骤：

[0046] 步骤S1：将不锈钢板切割成叶片形的胚料。本实施例中的不锈钢板为420不锈钢，不锈钢板为制造螺旋桨叶片的原材料，切割可用激光切割机完成，切割完成后的叶片胚料仍为厚度均一的板材。

[0047] 步骤S2：将叶片胚料加热至1100～1300℃。此过程是将叶片胚料送入加热炉内完成的，加热完成后的叶片胚料呈通红状态。

[0048] 步骤S3：将加热后的叶片胚料从加热炉内取出，然后经液压机压成所需的厚度，步骤S3包括步骤S31和步骤S32。

[0049] 步骤S31：用液压机对叶片胚料的板面进行加压，以形成所需的叶片渐变的板面厚度。

[0050] 如图1所示，步骤S31所用的液压机包括机架1、滑动设置在机架1上的压板2、驱动压板2滑动的调节机构3，压板2的滑动方向沿竖直方向，调节机构3为行程可控的液压缸，液压缸的缸座端固定于机架1上，液压缸的活塞杆端固定于压板2上。压板2下方转动设置有上压辊4，机架1上位于上压辊4的正下方转动设置有下压辊5，下压辊5的轴线与上压辊4的轴线平行，下压辊5由设在机架1外的驱动源6驱动转动，驱动源6具体为相互连接的电动机和减速器，减速器的输出端与下压辊5通过万向节同轴连接。调节机构3由人工控制动作，从而控制上压辊4的升降，上压辊4升降时，上压辊4与下压辊5之间的距离随之发生改变。

[0051] 执行步骤S31时，将通红状态的叶片胚料放入下压辊5和上压辊4之间来回移动，同时调节上压辊4与下压辊5之间的距离，将叶片胚料的板面压至厚度不同的设计值。不锈钢材质的工件硬度较高，即使在通红状态下也难以单次滚压成型；由于工件能在上压辊4和下压辊5间重复移动，则人员能通过多次操作，以每次滚压少许厚度的方式完成工件的厚度成型。步骤S31一方面用于使叶片胚料形成规定的板面厚度，另一方面滚压后的叶片胚料质地更为紧实，拥有较高的强度和刚度。步骤S32：用液压机对叶片胚料的边缘进行加压，以形成所需的叶片渐变的边缘厚度。

[0052] 常规的螺旋桨叶片的边缘为厚度递减的刀刃状，步骤S32所用的液压机与步骤S31所用的液压机相似，区别点在于上下两压辊的轴线呈倾斜状，用于滚压成型厚度渐变的叶片边缘。

[0053] 步骤S4：切割叶片的外形尺寸；由于滚压后的叶片存在形位误差，本步骤用于将主要的形位误差消除。切割可用割炬、切割机或打磨机配合完成，由于形位误差一般较小，步骤S4不会消耗过多时间。

[0054] 步骤S5：将叶片加热至1100～1300℃后，放入对应形状的模具内，然后用油压机进行锻压，形成所需弧度的叶片形状。模具分为上模和下模，上模和下模包围的型腔形状与设计好的叶片弧度一致；油压机加压时，叶片在模具的限位作用下形成与型腔相同的形状，从而形成规定弧度的叶片。加热后的叶片便于产生形变，使油压机能够可靠工作，且叶片的形状不易回弹。

[0055] 步骤S6：取预先制造好的不锈钢桨毂，将叶片定位于桨毂上并焊接形成螺旋桨整体。不锈钢桨毂为圆筒形或圆柱形，不锈钢桨毂的形状规则且壁厚较大，可由铸造直接成型，不锈钢桨毂的生产过程在此不作赘述。每个桨毂上的叶片数量为多个且关于桨毂的轴线呈圆周阵列分布。

[0056] 本实施例中的焊接方式为氩弧焊，焊丝为实心不锈钢焊丝。焊接采用的保护气体为体积占比为94％氩气、3％氧气和3％二氧化碳的混合气体。采用不同保护气体进行焊接的实验数据如下表1所示：

[0057] 表1：

[0058]编号 保护气体成分 体积比例 焊层硬度
1 氩气 1 HB210
2 氩气：氧气 98％：2％ HB221
3 氩气：氧气 96％：4％ HB206
4 氩气：二氧化碳 98％：2％ HB218
5 氩气：二氧化碳 96％：4％ HB215
6 氩气：氧气：二氧化碳 96％：2％：2％ HB226
7 氩气：氧气：二氧化碳 94％：3％：3％ HB239

[0059] 上述实验数据由自动焊接机在相同条件下焊接得出，上述测出的焊层硬度为布氏硬度值，并经多次实验取平均值。当氩气浓度低于94％时，焊层出现起泡现象，不予考虑。根据表1，保护气体的成分为94％氩气、3％氧气和3％二氧化碳时，较为显著地增强了焊层的硬度，使叶片与桨毂的结合强度更高。

[0060] 步骤S7：对螺旋桨进行热处理工序，步骤S7包括步骤S71和步骤S72。

[0061] 步骤S71：调质工序：将螺旋桨加热至750～800℃后淬火，然后加热至500～650℃进行高温回火，保温2h后降至室温。调质工序使螺旋桨兼具较好的强度与韧性。

[0062] 步骤S72：回火工序：将螺旋桨加热至220～250℃后保温2h，随后降至室温。此为低温回火，用于进一步消除螺旋桨的内应力，提高螺旋桨的韧性并稳定尺寸。

[0063] 步骤S8：在螺旋桨上实行机加工，以形成标准尺寸的孔和螺纹孔；孔用于与轴配合，螺纹孔用于安装堵头等零件。

[0064] 步骤S81：对螺旋桨进行动平衡试验，动平衡试验在动平衡试验台上进行。动平衡试验台通过转轴插入桨毂内并驱动螺旋桨转动，同时通过传感器收集螺旋桨转动时的振动、轴线偏移信号，从而判断螺旋桨的动平衡性能是否达标。

[0065] 步骤S9：对螺旋桨表面进行打磨、抛光，使螺旋桨表面光滑，以降低螺旋桨与水接触时的摩擦阻力；步骤S9用打磨机进行操作。

[0066] 其中步骤S9在动平衡试验台上进行，步骤S9完成后回到步骤S81，之后在步骤S81和步骤S9间不断循环；不满足动平衡性能时，在特定的桨叶位置打磨掉部分金属后再次进行试验，直至动平衡试验合格后，将螺旋桨从动平衡试验台上取下完成生产。重复循环的步骤S81和S9能确保打磨完成后的螺旋桨仍能满足动平衡性能，且螺旋桨无需频繁吊运。

[0067] 综上，本螺旋桨加工工艺能将不锈钢板形态的原料加工成桨叶，并进一步制成螺旋桨成品。本工艺的可实施性高，克服了不锈钢材质的螺旋桨难以生产制造的问题，且生产出的螺旋桨综合性能较好。

[0068] 实施例二：

[0069] 如图2所示，实施例二与实施例一的区别点在于：步骤S3所用的液压机的上压辊4端部同轴设置有限位辊7，限位辊7也转动设置于压板2上，限位辊7的转动轴线与上压辊4的转动轴线重合，限位辊7的直径小于上压辊4，上压辊4朝向限位辊7的轴向端部设有倾斜状的副压面41，副压面41呈锥形，副压面41用于成型叶片渐变的边缘厚度；下压辊5的长度延伸至限位辊7下方。

[0070] 执行步骤S31时，将叶片放置在上压辊4下方进行加工。执行步骤S32时，将叶片放置在限位辊7下方进行加工，加工时，将叶片边缘放置在副压面41处，同时通过调节机构3控制压板2的升降，从而滚压出叶片渐变的边缘厚度；限位辊7用于压紧叶片，防止叶片在滚压时向离开副压面41的方向移动。通过本液压机，步骤S31完成后，可直接在同一液压机上执行步骤S32，无须运输叶片至下一工位，有利于提升加工效率，并降低人工的劳动量。

[0071] 以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。