CN105690040A - 螺旋桨浇注、打磨工艺及其铜合金配方 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种制造螺旋桨的铜合金以及螺旋桨的浇注、打磨工艺，铜铝合金由以下成分按照重量比组成：铝为7-10%、锰为8-20%、铁为4-6%，镍为1-3%、锌为1-6%、钛为 0.1-0.3%、铬为0.1-0.3%，钴为0.010-0.025%，其余为铜。其在铜合金的基础上，添加了钛、铬、钴微量元素，整体提高了螺旋桨的韧性、抗空泡剥蚀性能以及海水的腐蚀性，增加了其使用寿命。螺旋桨通过初铣-检测-打磨-粗磨叶面-铣削-磨边-收尾的工序将螺旋桨工件打磨成成品，成品光滑度高、平整效果好、应力结构不会损伤，使用时所受水阻小，使用寿命长。

Description

螺旋桨浇注、打磨工艺及其铜合金配方

技术领域

本发明涉及螺旋桨制造技术领域，特别涉及螺旋桨的铜合金配方以及螺旋桨的浇注、打磨工艺。

背景技术

螺旋桨是船体的的主要动力设备之一,它将船体自带的动能转换成船舶行驶的动力,所以螺旋桨的制造质量和工艺就显得十分重要,螺旋桨的主要制造材料通常以铜合金、铸铁和铸钢为主。

现有的螺旋桨存在的缺点有：以铜合金制成的螺旋桨抗空泡剥蚀性能较差；以铸铁制成的螺旋桨机械强度低,质脆而易断,易被海水腐蚀；以铸钢制成的螺旋桨，其铸造过程统一出现形变；同时铸钢比其他金属更容易受到海水侵蚀。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种制造螺旋桨的铜合金，其在铜合金的基础上，添加了钛、铬、钴微量元素，整体提高了螺旋桨的韧性、抗空泡剥蚀性能以及海水的腐蚀性，增加了其使用寿命。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种制造螺旋桨的铜合金，其特征是，所述铜铝合金由以下成分按照重量比组成：铝为7-10%、锰为8-20%、铁为4-6%，镍为1-3%、锌为1-6%、钛为0.1-0.3%、铬为0.1-0.3%，钴为0.010-0.025%，其余为铜。

本发明在铜铝的基础上添加了锰、铁、镍、锌元素，提高了其抗冲击性能和耐腐蚀性能；钛元素加入到铝青铜合金中，不仅形成TiAl等高熔点物相，对后续凝固的铜合金起到非均质形核作用，细化合金组织，而且钛元素在合金凝固后的冷却过程中与Cu形成固溶体和金属间化合物，强化合金。铬具有很强的耐腐蚀性，可以提高螺旋桨的耐腐蚀性；钴是活泼金属，在高温下活动剧烈；加入微量钴不仅可以提高元素的分布均匀性，而且本身具有很好的防腐性能；大大提高了螺旋桨的抗空泡剥蚀性能以及海水的腐蚀性。

本发明的第二目的是提供一种螺旋桨浇注、打磨工艺，其特征包括以下步骤：

第一步：铜合金熔炼

S101.粗炼：按上述配方的铜合金放入熔炉中加热溶化；同时在熔炉上边放置吹氮气装置，进行小压力、小流量吹氮；

S102.精炼：粗炼完毕，再向金属溶液中加入冰晶粉，冰晶粉的用量为合金质量的0.1%；对熔炉加热升温至1000度，再加入质量分数为0.4%的铜合金精炼除渣剂；

第二步：浇注

S201.将精炼完毕的金属溶液注入浇注***内；其中，浇注速度为1.85m/s，浇注温度1170度；

S202.浇注完毕后采用电热风炉将螺旋桨铸件烘干，然后保温冷却至出模；

S203.将螺旋桨铸件用黄沙覆盖掩埋至24小时；

S204.对螺旋桨铸件进行清砂，最后气割冒口；

第三步：打磨

S301.初铣：铣去螺旋桨叶面表层的凸起、毛刺及飞边；

S302.检测：检测螺旋桨的螺距、厚度、纵斜间倾、轴向距离；

S303.打磨:打磨加工叶面；

S304.粗磨叶面：磨顺焊疤、对整个叶面进行整平、修顺，对桨壳及R圆角处进行抛光；

S305.铣削：铣削加工叶背及大端面到叶背根部的桨壳使桨壳与叶根光顺过渡；

S306.磨边：磨去钻孔及铣削痕迹，并且铣削不平衡重量；

S307.收尾：打磨铣平焊疤，整平叶背并且将桨壳抛光。

本浇注、打磨工艺克服了现有工艺的氧化渣多、打磨慢、制造周期长的缺点；通过本浇注、打磨工艺制造的螺旋桨，大大提高了螺旋桨的整体机械性能；同时也缩短了整个制造周期。

本发明进一步设置，在初铣过程中对凸起、毛刺及飞边处理时加以吹风处理。

在初铣过程中通过吹风处理将铣削掉落的凸起、毛刺以及飞边吹离，从而方便铣削，不会因掉落的凸起、毛刺以及飞边再次被摩擦在工件表面对工件造成损伤。

本发明进一步设置，吹出的风温度由常温渐变至60℃左右然后再渐变降至常温。

在初铣过程中先升温然后再降温，这样在铣削的过程中能够伴随铣削的程度时工件的表面逐渐变得光滑，在铣削逐渐完成的过程中，通过降温将表面的分子活跃度降低，从而使其表面达到近似固结的效果，从而保证初铣后的工件表面光滑度高，并且整体性连接强度不会受损，使用寿命长。

本发明进一步设置，浇注***中的水口横截面积之比为：F直水口：F过滤网：F横水口：F内水小口：F内水大口=1.5：1：3.5：5：12。

现有浇注***的水口因结构不合理，上水过程中会出现汹涌的现象，造成有大量氧化渣产生；给下一道除氧化渣工序带来很大的麻烦；延长了整个制造周期。

本发明如此设置，将水口开放，平稳上水，杜绝上水过程中出现汹涌现象；减少氧化渣产生，加快了除氧化渣工序，缩短了整个制造周期。

本发明进一步设置，在检测标记时，使检具与叶面的接触点垂直于螺距线且检具的上下接触点在同一半径的共轴圆柱面。

在检测标记时将检具与叶面的接触点垂直于螺距线，同时保持上下接触点在同一半径的共轴圆柱面上，这样检测时精准性高，不会发生人为误差，从而保证打磨精度高。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、克服了现有铜铝合金性能不足的缺点，提出了一种新的镍铝青铜制造材料，能够同时兼顾铸造性和机械性能，并大大超过了现有制造材料的性能水平。

2、通过初铣-检测-打磨-粗磨叶面-铣削-磨边-收尾的工序将螺旋桨工件打磨成成品，成品光滑度高、平整效果好、应力结构不会损伤，使用时所受水阻小，使用寿命长。

具体实施方式

以下对本发明作进一步详细说明。

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。

实施例1

一种制造螺旋桨的铜合金，所述铜铝合金由以下成分按照重量比组成：铝为7%、锰为8%、铁为4%，镍为1%、锌为1%、钛为0.1%、铬为0.1%，钴为0.010%，其余为铜。

一种螺旋桨浇注、打磨工艺，包括以下步骤：

第一步：铜合金熔炼

S101.粗炼：按上述配方所述的铜合金放入熔炉中加热溶化；同时在熔炉上边放置吹氮气装置，进行小压力、小流量吹氮；

S102.精炼：粗炼完毕，再向金属溶液中加入冰晶粉，冰晶粉的用量为合金质量的0.1%；对熔炉加热升温至1000度，再加入质量分数为0.4%的铜合金精炼除渣剂；

第二步：浇注

S201.将精炼完毕的金属溶液注入浇注***内；其中，浇注速度为1.85m/s，浇注温度1170度；

S202.浇注完毕后采用电热风炉将螺旋桨铸件烘干，然后保温冷却至出模；

S203.将螺旋桨铸件用黄沙覆盖掩埋至24小时；

S204.对螺旋桨铸件进行清砂，最后气割冒口；

其中，浇注***中的水口横截面积之比为：F直水口：F过滤网：F横水口：F内水小口：F内水大口=1.5：1：3.5：5：12。如此设置，将水口开放，平稳上水，杜绝上水过程中出现汹涌现象；减少氧化渣产生，加快了除氧化渣工序，缩短了整个制造周期。

第三步：打磨

S301.起重工敲工号、叶号钢印。

起重工核对工件上的工号与“生产工序卡”及生产工艺上的工号、旋向要求一致。将工号、叶号用钢字敲打在桨壳的上端面，各桨叶的号码以铸工车间已编的号码为准，图纸工艺有要求的按图纸工艺为准。

S302.打磨工先将工件运输至加热箱内进行加热，加热至工件表面温度为30℃~50℃。然后运出，铣去螺旋桨叶面表层的凸起、毛刺及飞边，并且在铣削时在其一侧安置有吹风机正对铣削部分进行吹风处理，保证碎屑及时被吹开，并将产品吊至检测区域待检。并且于此同时，在铣削的过程中，对吹出的风进行加热处理。整个加热过程根据铣削的时间而定，起初铣削时间逐渐升高至60℃左右，然后再逐渐将至常温。

S303.起重工根据螺旋桨的规格将螺旋桨吊至合适的螺距规上。

S304.检测工检测螺距。检测工将螺距规的测针对准螺旋桨叶梢标记，同时将刻度盘对准“0”位或清零后，按“叶片加工专用工艺”的要求测量螺距。

S305.检测工测量并计算轴线位置尺寸同时做好打磨记录，打磨工应配合检测工测量叶厚。检测工和打磨工用外卡钳和直尺逐点测量各螺距点叶厚并记录打磨记录。

S306.检测工计算螺距加工量。检测工将检测结果与“叶片加工专用工艺”进行比较，综合考虑螺距、厚度、纵斜间倾、轴向位置之间的相互影响，尽量不用或少用各几何参数的允差，在不影响叶面的前提下，以少加工叶面为原则，算出各螺距点轴向加工量，并将轴向加工量诚意cosα（α为螺距角）作为计算加工量。

S307.检测工核对叶厚余量，并将计算加工量标注在对应的螺距点上。

打磨工加工叶面。打磨工按所标值用***钻钻孔，用0-125mm的游标卡尺测量孔的深度，要边钻边测，以防钻深。

根据钻孔深度进行铣削，加工时注意保留钻孔痕迹，尽量保证叶面光顺。

加工桨壳小端外圆，并用R圆角样板指导加工叶面R圆，边加工边用R圆样板沿中线处作轴向检查，靠合间隙不大于1mm，同时将桨壳与叶根过渡区域加工光顺，使之平滑过渡。

S308.粗磨叶面。在整个叶面的加工过程中，要经常用钢直尺检查叶面平整度，确保叶面平整光顺。

S309.叶面中途检测。

测量螺距及轴线位置尺寸。打磨工用粉笔将叶面有缺陷的部位圈出，通知技术员处理，需焊补的缺陷，待缺陷部位被完全清除干净后，由检测工做好记录。打磨工磨顺焊疤，对整个叶面进行整平、修顺，对桨壳及R圆角处进行抛光。

S310.检测工按“平整度、光顺度、粗糙度标样”对叶面进行检查，自检合格后向质控部报检叶面。

检测工划叶面各Ri线及中线。

检测工做叶梢样板。

用叶梢样板在叶面上描出叶梢轮廓。

定出导随边边缘点的位置，复核边缘点厚度。

用样条将各边缘点光顺连接。

S311.打磨工按线裁边。

检测工在各Ri线导、随边侧壁按叶面向叶背方向量取，并打上样冲标记。

需用边缘样板指导加工的桨，打磨工到车间样板房领取所需的叶面半径样板，用于指导加工叶面边缘形状。

S312.打磨工加工叶背。

打磨工到车间样板房领取所需的叶厚样板，依据叶厚样板用记号笔在叶面各Ri线上标出个厚度点位置，并写上相应的各厚度点处，测量叶厚时，要注意卡钳与叶面的接触点必须垂直于螺距线，同时要求卡钳上下钳口的接触点必须在同一半径的共轴圆柱面上。

计算出各点的加工余量，同时将其标注在叶背的对应位置上，加工余量a由下式计算：

a=t1-t2-（1~叶厚正公差上限）

式中：t1为对应点实测厚度；

t2为对应点标准厚度。

将叶背加工量用粉笔标记在叶背的对应处。根据叶背标记值打枪眼，并用0-125mm的游标卡尺测量，要边钻边测量，以防钻深。

铣削加工叶背及大端面到叶背根部的桨壳，注意保留钻孔痕迹，桨壳与叶根应光顺过渡，必要时用R圆角样板指导加工。

S312.做边缘。打磨工到车间样板房领取所需的导、随边缘样板；

将边缘样板按由外口径往里口推进的原则，边加工边推进，靠合间隙不大于0.5mm。

磨去钻孔及铣削痕迹，在磨铣过程中在孔中加入金属碎屑，可以收集在初铣过程中被铣处的金属碎屑，直接运用到这边，资源的合理利用，在磨的过程中逐渐加入金属碎屑，并且根据磨铣时的流畅度逐次减小加入的亮，磨完后将残余的金属碎屑吹出。

打磨工复测叶厚，在保证叶厚复合工艺要求的同时，铣削不平衡重量。

S313.粗磨、整平、抛光叶背及桨壳。

打磨工用笔圈出叶背及桨壳部分的缺陷，送至氩弧焊工施焊。

打磨工铣平焊疤，整平叶背并将桨壳抛光。

S314.复校平衡。

检测工验收平衡，自检合格后向质控部过程检验员报检。

检测工验收叶厚、叶宽及粗糙度、平整度、光顺度，自检合格后向质控部过程检验员服检。

起重工称量该桨实际质量，并用粉笔写在桨壳醒目位置上，由检测工负责做好记录。

插槽或打孔结束后，打磨工对叶面、叶背、桨壳全部重新抛光或打花。

在抛光或打花过程中，打磨工应检查各加工面，发现有残留缺陷及时处理。

起重工根据QW/CP-01《成品标识办法》在桨壳上敲打钢印。

采用本案例生产的制造材料制造的螺旋桨经检测，具备的性能如下：螺旋桨屈服点330N/mm2、抗拉强度≥650N/mm2，延伸率19.5%，高于现有镍铝青铜材质螺旋桨的机械性能。现有镍铝青铜材质的螺旋桨性能指标：屈服点245N/mm2、抗拉强度≥590N/mm2，延伸率16%的性能标准。

实施例2

实施例2与实施例1不同之处在于：一种制造螺旋桨的铜合金，所述铜铝合金由以下成分按照重量比组成：铝为8%、锰为15%、铁为5%，镍为2%、锌为3%、钛为0.2%、铬为0.1%，钴为0.02%，其余为铜。

采用本案例生产的制造材料制造的螺旋桨经检测，具备的性能如下：螺旋桨屈服点320N/mm2、抗拉强度≥660N/mm2，延伸率18.5%，高于现有镍铝青铜材质螺旋桨的机械性能。现有镍铝青铜材质的螺旋桨性能指标：屈服点245N/mm2、抗拉强度≥590N/mm2，延伸率16%的性能标准。

实施例3

实施例3与实施例1不同之处在于：一种制造螺旋桨的铜合金，所述铜铝合金由以下成分按照重量比组成：铝为10%、锰为20%、铁为6%，镍为3%、锌为6%、钛为0.3%、铬为0.3%，钴为0.025%，其余为铜。

采用本案例生产的制造材料制造的螺旋桨经检测，具备的性能如下：螺旋桨屈服点300N/mm2、抗拉强度≥680N/mm2，延伸率20.5%，高于现有镍铝青铜材质螺旋桨的机械性能。现有镍铝青铜材质的螺旋桨性能指标：屈服点245N/mm2、抗拉强度≥590N/mm2，延伸率16%的性能标准。

Claims (6)

1.一种制造螺旋桨的铜合金，其特征是，所述铜铝合金由以下成分按照重量比组成：铝为7-10%、锰为8-20%、铁为4-6%，镍为1-3%、锌为1-6%、钛为0.1-0.3%、铬为0.1-0.3%，钴为0.010-0.025%，其余为铜。

2.一种螺旋桨浇注、打磨工艺，其特征包括以下步骤：

第一步：铜合金熔炼

S101.粗炼：将如权利要求1所述的铜合金放入熔炉中加热溶化；同时在熔炉上边放置吹氮气装置，进行小压力、小流量吹氮；

S102.精炼：粗炼完毕，再向金属溶液中加入冰晶粉，冰晶粉的用量为合金质量的0.1%；对熔炉加热升温至1000度，再加入质量分数为0.4%的铜合金精炼除渣剂；

第二步：浇注

S201.将精炼完毕的金属溶液注入浇注***内；其中，浇注速度为1.85m/s，浇注温度1170度；

S202.浇注完毕后采用电热风炉将螺旋桨铸件烘干，然后保温冷却至出模；

S203.将螺旋桨铸件用黄沙覆盖掩埋至24小时；

S204.对螺旋桨铸件进行清砂，最后气割冒口；

第三步：打磨

S301.初铣：铣去螺旋桨叶面表层的凸起、毛刺及飞边；

S302.检测：检测螺旋桨的螺距、厚度、纵斜间倾、轴向距离；

S303.打磨:打磨加工叶面；

S304.粗磨叶面：磨顺焊疤、对整个叶面进行整平、修顺，对桨壳及R圆角处进行抛光；

S305.铣削：铣削加工叶背及大端面到叶背根部的桨壳使桨壳与叶根光顺过渡；

S306.磨边：磨去钻孔及铣削痕迹，并且铣削不平衡重量；

S307.收尾：打磨铣平焊疤，整平叶背并且将桨壳抛光。

3.根据权利要求2所述的螺旋桨浇注、打磨工艺，其特征是，在初铣过程中对凸起、毛刺及飞边处理时加以吹风处理。

4.根据权利要求3所述的螺旋桨浇注、打磨工艺，其特征是，吹出的风温度由常温渐变至60℃左右然后再渐变降至常温。

5.根据权利要求2所述的螺旋桨浇注、打磨工艺，其特征是，浇注***中的水口横截面积之比为：F直水口：F过滤网：F横水口：F内水小口：F内水大口=1.5：1：3.5：5：12。

6.根据权利要求2所述的螺旋桨浇注、打磨工艺，其特征是，在检测标记时，使检具与叶面的接触点垂直于螺距线且检具的上下接触点在同一半径的共轴圆柱面。