一种多叶复合材料螺旋桨成型方法与流程

本发明涉及一种多叶复合材料螺旋桨的成型方法。

背景技术：

目前，国内外船舶所装备的螺旋桨大多数金属材料制造的，但金属振动强烈，制造噪声大，空泡腐蚀现象严重，且对复杂尺寸的螺旋桨来说加工难度较大、加工成本较高。复合材料具有高比强度和高比刚度等特点，使得螺旋桨在保证其强度和刚度的前提下可以大大减轻螺旋桨的重量，显著提高燃料的使用率。

现有的复合材料螺旋桨大多由复合材料桨叶与金属桨毂组成，常用的连接形式是：在叶片根部设计凸起，在桨毂上设计沟槽，两者进行匹配安装。同时通过胶粘接或销钉或螺栓连接的方式进行定位固定和传递载荷；该缺点主要有：一、紧配合的复合材料叶片和金属桨毂之间由于热膨胀系数不同会在使用的时候产生内应力，导致使用寿命降低；二、金属销钉和叶片之间的不断摩擦会引起的复合材料磨损，进一步使复合材料桨叶和金属桨毂之间产生缝隙，导致螺旋桨轴系振动，在桨叶根部发生疲劳破坏。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决金属桨毂和复合材料桨叶组成的螺旋桨在使用过程中由于热膨胀系数不一致产生内应力，和两者不断磨损导致螺旋桨轴系振动，桨叶根部强度不够易发生疲劳破坏的问题，提供了一种多叶复合材料螺旋桨成型方法。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种多叶复合材料螺旋桨成型方法。该方法是通过以下步骤实现的：

a、设计桨毂第一次成型模具：模具底座边长凸出一定厚度；

b、桨毂第一次成型：将纤维布缠绕在桨毂模具上，缠绕厚度与底座突出厚度相同，然后进胶固化成型；

c、首先按桨叶的形状大小和厚度尺寸裁剪预浸料，然后按桨叶形状裁剪多层纤维布，该纤维布同时按叶根端部形状延长一定长度；

d、制作桨叶：在桨叶模具中沿厚度方向铺放纤维，其中每两层预浸料中间夹1层纤维布，将延伸的纤维布放置到桨叶模具的引出槽中，之后进行成型；

e、在步骤b制作的桨毂上均匀开与叶片个数相同并与叶片根部结构相匹配的定位槽；

f、将步骤d制备的桨叶放置到步骤e制作的桨毂定位槽中，桨叶中引出的纤维布铺放在桨毂内壁，然后安装桨叶定位工装：先放置下定位工装，将桨叶放置到下定位工装的卡槽中，然后再放置上定位工装；

g、在步骤b制作的桨毂内壁刷上树脂，将每片桨叶中引出的纤维布依次分左右方向铺放在桨毂内壁，形成整圈铺层，然后再继续铺放纤维布直到要求的厚度；

h、进行桨毂的第二次成型；

i、脱模，拆除定位工装，即得到复合材料螺旋桨的毛料，去除毛边、加工倒角即得到复合材料螺旋桨。

本发明具有以下优点：一、保证桨叶在桨毂上的精确定位安装；二、桨叶与桨毂全是复合材料，避免了复合材料桨叶与金属桨毂之间的内应力产生；三、桨毂的两次成型相比于一次整体成型，有利于桨毂在成型过程中的应力释放；四、桨叶与桨毂之间是连续纤维连接，并且该纤维与桨毂之间是整体成型，能够使桨毂与桨叶之间连接更加牢固，同时保证了桨叶根部的强度。

附图说明

图1是桨毂第一次成型的模具图；

图2桨叶成型中引出纤维图；

图3是桨叶下定位工装图；

图4是桨叶装配到下定位工装图；

图5是桨叶上定位工装图；

图中，1.桨毂模具底座边长，2.桨叶引出的纤维布，3.下定位工装，4.卡槽，5.已成型的桨叶，6.第一次成型桨毂，7.上定位工装。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的成型方法:

a、设计桨毂第一次成型模具，如图1：模具底座边长（1）突出一定厚度；

b、桨毂第一次成型：将纤维布缠绕在桨毂模具上，缠绕厚度与底座突出厚度相同，然后进胶固化成型；

c、首先按桨叶的形状大小和厚度尺寸裁剪预浸料，然后按桨叶形状裁剪多层纤维布，如图2，该纤维布同时按叶根端部形状延长一定长度（2）；

d、制作桨叶：在桨叶模具中沿厚度方向铺放纤维，其中每两层预浸料中间夹1层纤维布，将延伸的纤维布放置到桨叶模具的引出槽中，之后进行成型；

e、在步骤b制作的桨毂上均匀开与叶片个数相同并与叶片根部结构相匹配的定位槽；

f、将步骤d制备的桨叶放置到步骤e制作的桨毂定位槽中，桨叶中引出的纤维布铺放在桨毂内壁，然后安装桨叶定位工装，如图3和4：先放置下定位工装（3），将桨叶放置到下定位工装的卡槽中（4），得到的效果如图4；然后再放置上定位工装（5）；

g、在步骤b制作的桨毂内壁刷上树脂，将每片桨叶中引出的纤维布依次分左右方向铺放在桨毂内壁，形成整圈铺层，然后再继续铺放纤维布直到要求的厚度；

h、进行桨毂的第二次成型；

i、脱模，拆除定位工装，即得到复合材料螺旋桨的毛料，去除毛边、加工倒角即得到复合材料螺旋桨。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种多叶复合材料螺旋桨的成型方法，包括步骤：a、设计桨毂模具；b、制作部分厚度的复合材料桨毂；c、裁剪预浸料和纤维布；d、制作桨叶；e、在已成型的桨毂上加工定位槽；f、安装桨叶，安放定位工装；g、铺放桨毂剩余厚度部分的纤维；h、桨毂二次成型。本发明既可以保证桨叶在桨毂上的精确定位安装，减小螺旋桨的热应力；又能够保证桨叶与桨毂之间纤维的连续性，保证叶根的强度，增加复合材料的使用寿命。

技术研发人员：朱锡;王静南;李永清;黄坤;秦慧
受保护的技术使用者：武汉海威船舶与海洋工程科技有限公司;中国人民解放军海军工程大学
技术研发日：2016.11.11
技术公布日：2017.07.21