文档介绍：2017/8/8
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船舶机械制造工艺学
(Section 12)
2013-02 刘正林
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第12章螺旋桨制造
(Propeller Manufacturing)
§ 概述
螺旋桨由桨毂和桨叶两部分组成。桨毂与螺旋桨轴相连接,桨叶固定在桨毂外壳上用以产生推力,如图12-1所示。
当螺旋桨正车旋转时,桨叶先与水接触的一边称为导边,另一边称为随边。
重点:材料和毛坯、螺旋桨加工、螺旋桨成品检验
难点:毛坯制作与螺旋桨机械加工
图12-1 螺旋桨的形状
1- 随边; 2-导边
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螺旋桨的结构有两种类型:一种是桨叶和桨毂铸成一体的,如图12-2a)所示。其结构简单,桨毂直径较小,重量较轻,效率较高;另一种是桨叶与桨毂制成可拆式或称组合式,如图12-2b)所示,因其桨毂直径较大,故螺旋桨效率较低,其优点是修理方便。由船尾向船首看所见的桨叶面称为叶面,即螺旋桨正车旋转时推水的一面;另一面为叶背,即与船的前进方向相同的一面。
图12-2 螺旋桨的结构
1-叶面; 2-叶背
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螺旋桨的材料和毛坯
螺旋桨材料
螺旋桨是受力较大,并在较恶劣条件下工作的零件。因此,对制造螺旋桨的材料应具有较高的强度、塑性及冲击韧性;良好的抗腐蚀性和抗剥蚀性能;以及良好的铸造工艺性和机械加工性能。
船用螺旋桨常用材料主要是金属材料,如锰黄铜、铝青铜、铸铁、钢等。此外也有采用塑料,如尼龙、玻璃钢等。
1. 锰黄铜
锰黄铜是以Cu-Zn为主体组成的多元合金,根据使用要求可添加Mn、Fe、A1、Sn、Ni等金属元素,以改变其性能。属于这类材料的有锰铁黄铜(ZCuZn40Mn3Fe1)、高铝锰铁黄铜;此外还有镍锰铁黄铜等。由于锰黄铜的使用性能较好,目前世界各国用这种材料制造螺旋桨的最多。但抗空泡剥蚀性能差,不适于制造高速船舶螺旋桨。
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2. 铝青铜
铝青铜是以Cu-Al为主体的多元合金,其添加金属元素有Mn、Fe、Ni等。
属于这类材料的有:
高锰铝青铜(ZCuAl8Mnl3Fe3Ni2),相同于英国的BSCMAl和美国的ASTMC95700牌号的铝青铜、镍铝青铜等。
铝青铜合金除具有锰黄铜的优点外,还具有疲劳强度高、抗空泡剥蚀性能良好的特点,因此多用于制造大型、高速海船(尤其是舰船)的螺旋浆。
其缺点是熔炼浇铸技术要求较高,对于大型铸件应防止粗大的γ2―相析出而引起合金缓冷脆化问题,尤其是Sn铝青铜更应注意这个弊病,应严格控制Sn的含量。
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3. 铸铁
铸铁螺旋桨成本低廉、铸造容易、材料来源丰富。但缺点是强度低、质脆,易折断,且易被海水腐蚀,使用寿命短。为了保证一定的强度,往往将桨叶制成比铜合金螺旋桨厚30%~35%,这样使螺旋桨的效率降低。所以这种材料的螺旋桨常用在主机功率小、航速低的小型内河船舶上。属于这种材料有HT200、HT250等。

铸钢螺旋桨的强度和冲击韧性均比铸铁好,应用范围也比铸铁螺旋桨广,但铸造时技术条件要求较高,变形较难控制,成形后表面加工又比较困难,故成本较高。同时,铸钢螺旋桨的抗腐蚀性能比铸铁差,海水不仅腐蚀桨叶表面而且常腐蚀到叶片深处成多孔,使表面凸凹不平,缩短使用寿命。因此,这种桨多用作备件或内河船舶上。属于这种材料的有ZG200–400、ZG230–450。
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5. 塑料的应用
塑料螺旋桨的材料主要是尼龙(如尼龙6、尼龙610及尼龙1010等)和玻璃钢。
玻璃钢是以合成树脂(如环氧树脂等)为粘合剂,以玻璃纤维或织物为增强材料(如无碱无捻粗纱方格玻璃布等)相粘合而成的一种材料。
塑料螺旋桨的优点是重量轻,约为同样铜质螺旋桨重量的1/5~1/3,振动和声响小,冲击韧性好,抗腐蚀和抗空泡剥蚀性能好,制造工艺简单、造价较低。
缺点是强度和刚度较低,易老化,在载荷长期作用下有蠕变现象。此外,在浅水砂底航道中使用时易磨损。
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螺旋桨毛坯制造
1. 螺旋桨铸模的造型
1) 整体盖箱法这种造型方法较简单,桨叶片夹角控制较好,但原材料耗用较多且不易烘干。用于直径小于4m的中、小型螺旋桨。
2) 托板造型法这种造型方法较复杂,叶片夹角缝容易控制,节约造型材料,但需要配套专用托板和盖板,适用于直径大于4m的大型螺旋桨。
3) 组芯造型法这种造型的螺距叶厚用实样模控制,尺寸精确,但桨叶片夹角不易控制,适用于批量生产的中、小型螺旋桨。
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螺旋桨铸模的造型过程大致是:先用刮板和按要求预制好的螺距板刮制螺旋面形成下砂模,并在下砂模面上放置桨叶切面样板制成桨叶模型,然后做出上砂模,烘干砂模