大型螺旋桨中孔泥芯及其铸造紧固工装的制作方法

本实用新型涉及螺旋桨铸造领域，特别是用于大型螺旋桨铸造的中孔泥芯，及其铸造紧固工装。

背景技术：

铸造中孔质量控制是螺旋桨铸造工艺中的重要内容，随着科技发展，螺旋桨设计朝着向大型化、复杂化趋势发展，这无疑为螺旋桨中孔质量控制带来前所未有的困难和挑战。

现有的螺旋桨铸造工艺中，螺旋桨中孔泥芯全部采用水玻璃砂打制。为了增加泥芯整体强度，方便挂砂和起吊，泥芯中间会竖直放一根钢管，钢管外周从上至下焊接一些圆钢进行加强。通过将钢管上端与横担直接焊接，将泥芯与横担工装进行紧固固定。

这种泥芯结构及其固定方式，存在以下问题：

1、铸造中孔质量若控制不好，很容易出现缩孔、缩松等铸造缺陷，后续机械划线调整耗时费力，同时为处理缺陷，还需进行“焊补——加工——焊补”等挽救作业，极大影响加工效率，严重可导致螺旋桨报废；

2、由于泥芯都是水玻璃砂，无激冷效果，靠近中孔区域属于铸造热节圆区，中孔很容易出现缩孔、缩松缺陷；

3、浇注时，泥芯很容易出现钻铜现象，即铜水容易进入泥芯内部，一旦铜水进入泥芯内部，则可能出现中孔缺陷严重超标、中孔失圆、中孔偏心等现象，严重可导致螺旋桨报废；

4、受水玻璃砂材料本身的影响，泥芯对环境湿度变化比较敏感，在天气潮湿情况下，泥芯表面易粉化、脱落，强度失效，极端情况下，泥芯报废需要重新打制；

5、受水玻璃砂材料本身影响，在浇注过程中，中孔在长时间高温情况下，泥芯内部气体会侵入铜水内部，易造成气孔缺陷；

6、对于大型螺旋桨来说，此种泥芯易造成冒口区域补缩效果较差，从而容易造成缩孔缺陷问题；

7、水玻璃砂与钢管及圆钢的材料属性不同，因此在泥芯高温及冷却过程中，两种材料的收缩特点不同，造成中孔泥芯强度下降，钻铜概率增大，严重影响中孔质量。

技术实现要素：

实用新型目的：针对上述问题，本实用新型的目的之一是提供一种大型螺旋桨铸造用中孔泥芯，目的之二是提供螺旋桨铸造时，这种中孔泥芯的紧固工装，改善铸造中孔质量。

技术方案：一种大型螺旋桨中孔泥芯，包括中心钢管，以及在其外周面上呈上下相邻布设的圆台形的冒口段、本体段，两者以直径相等的下底面邻接，所述冒口段由第一材料砂填制，所述本体段包括内层和外层，所述外层包括竖向依次相邻布设的至少两个分段a，每个所述分段a均包括多个在周向上均布的条形冷铁，周向相邻的所述条形冷铁之间具有间隙，各所述分段a上的所述条形冷铁的数量和厚度相同、所述间隙相等，所述内层及所述间隙由第二材料砂填制。

进一步的，竖向依次相邻的所述分段a之间，所述条形冷铁以匹配的台阶竖向连接，保证相邻分段a的条形冷铁端面尺寸精度的同时，增强整个外层的强度。

进一步的，在所述冒口段中的所述中心钢管，其外壁面上设有凸出的第一圆钢；所述条形冷铁的内壁面上设有凸出的第二圆钢，所述第二圆钢与在所述本体段中的所述中心钢管固定。第二圆钢使处于本体段外层的条形冷铁与中心钢管连接固定，在填制材料砂时，通过第一圆钢、第二圆钢加强对材料砂的紧固、定型作用，提高泥芯强度。

进一步的，每个所述分段a上的所述条形冷铁的数量为8～12个，每个所述分段a上的所述条形冷铁相同；所述间隙的宽度为20mm。

进一步的，所述条形冷铁的材料为铸铁h200。

进一步的，所述本体段的高度小于1300mm时，所述外层包括两个所述分段a，各所述分段a高度相等；所述本体段的高度不小于1300mm时，所述外层包括三个所述分段a，各所述分段a高度相等。

进一步的，螺旋桨直径不大于9m时，所述第一材料砂、第二材料砂均为水玻璃砂；螺旋桨直径大于9m时，所述第一材料砂是由硅砂、宝珠砂、铸造粘土、水玻璃以质量比66∶23∶1.5∶9.5混合而成的，所述硅砂的粒径为70～140目，所述宝珠砂的粒径为50～100目，所述铸造粘土的粒径为140目，所述水玻璃的模数为2.0、波美度为50°bé，可增强冒口段泥芯强度，提高泥芯高温状态下退让性、热稳定性，减少发气量，同时避免钻铜问题，所述第二材料砂为水玻璃砂。

进一步的，螺旋桨直径大于9m时，为了增强冒口补缩效果，预防缩孔、缩松缺陷，所述冒口段包括上下相邻布设的圆台形的分段b、分段c，分段b的下底面与分段c的上底面直径相等且邻接，所述分段b、分段c的高度比为4∶1。

一种上述的中孔泥芯铸造大型螺旋桨的紧固工装，包括横担、锁紧板、定位环、压板、套管、拉紧螺栓、定位螺栓，所述压板、锁紧板上下设置，所述套管固定在所述压板的下表面，所述定位环固定在所述锁紧板的上表面，所述拉紧螺栓穿设于所述压板与所述锁紧板，所述拉紧螺栓的下端与所述锁紧板旋接，上端与所述压板抵接，所述锁紧板两端各固定一个所述横担，中孔泥芯的中心钢管上端向上依次穿设于所述锁紧板、定位环、套管至与所述压板抵接，所述定位螺栓从所述定位环周向上穿设至与中心钢管外周面抵接。

进一步的，所述拉紧螺栓的上端套设有螺母，所述螺母与所述压板抵接。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型的优点是：通过改进中孔泥芯的结构、材料，和改进铸造螺旋桨时的中孔泥芯紧固工装，使螺旋桨铸造中孔缩松、缩孔、气孔等缺陷得以大幅降低，中孔泥芯钻铜、受环境湿度影响现象明显改善，紧固工装具有的通用性、便捷性、牢固性、安全性，在提高中孔泥芯定位准确性的同时，能够满足有效释放高温应力的需求。

附图说明

图1为本实用新型中孔泥芯结构示意图之一；

图2为图1中本体段外层的其中一个分段a的结构示意图；

图3为本实用新型中孔泥芯结构示意图之二；

图4为中孔泥芯铸造大型螺旋桨的紧固工装结构示意图；

图5为图4中横担、锁紧板、定位环、定位螺栓连接结构的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型。这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

一种大型螺旋桨中孔泥芯，如附图1所示，包括中心钢管1，以及在中心钢管1外周面上呈上下相邻布设的冒口段2、本体段3。中心钢管1为空心无缝钢管。冒口段2、本体段3都是圆台形结构，两者的下底面直径相等，冒口段2的下底面向下、上底面向上，本体段3的下底面向上、上底面向下，两者以下底面邻接。

在冒口段2中的中心钢管1，其外壁面上设有凸出的第一圆钢21。冒口段以第一材料砂填制，填制时，可通过第一圆钢加强对材料砂的紧固、定型作用，提高泥芯强度。

本体段3包括内层31和外层32，外层32包括竖向依次相邻布设的至少两个分段a33。结合附图2所示，对于其中某一个分段a33，包括多个由铸铁h200制成的条形冷铁34，这些条形冷铁34竖向设置且在周向上均布，相邻的条形冷铁34之间具有宽度为20mm的间隙35，则每个条形冷铁34的结构、尺寸相同，是等厚度的长条形结构，内外壁面均为弧面，上端弧度大于下端弧度，外壁面的弧度与本体段3的外周面弧度相同。条形冷铁34的内壁面上设有凸出的第二圆钢37，第二圆钢37与在本体段3中的中心钢管1焊接固定，使处于本体段外层的条形冷铁与中心钢管连接固定。对于各分段a33，条形冷铁34的数量和厚度相同、间隙35相等。竖向依次相邻的分段a33之间，在条形冷铁34的端面上设置匹配的台阶36结构，形成竖向连接，保证相邻分段a的条形冷铁端面尺寸精度的同时，增强整个外层的强度。内层31及间隙35由第二材料砂填制，填制时，第二圆钢可同时起到加强对材料砂的紧固、定型作用，提高泥芯强度。

条形冷铁在本体段外周面上取代部分材料砂，在铜水浇注时，可起到激冷的作用，使中孔表层结晶致密，有利于解决缩孔、缩松缺陷。

相邻的条形冷铁之间的间隙，让泥芯在高温情况下具有一定的退让性，又有利于后续对条形冷铁清理，还可保证条形冷铁多次循环利用。

外层32上的分段a33的数量可设置2～3个，根据本体段3的总高度来设置：总高度＜1300mm时，分段a33设置2个，且高度相等；总高度≥1300mm时，分段a33设置3个，且高度相等。

分段a33上的条形冷铁34的数量可设置为8～12个，根据本体段3的下底面直径来设置：下底面直径≤400mm时，设置8个；400＜下底面直径＜600时，设置10个；下底面直径≥600mm时，设置12个。

螺旋桨直径≤9m时，第一材料砂、第二材料砂均为水玻璃砂。

螺旋桨直径＞9m时，第二材料砂为水玻璃砂，第一材料砂采用特制砂。特制砂由硅砂、宝珠砂、铸造粘土、水玻璃以质量比66∶23∶1.5∶9.5混合而成，硅砂的粒径为70～140目，宝珠砂的粒径为50～100目，铸造粘土的粒径为140目，水玻璃的模数为2.0、波美度为50°bé。特制砂的制备方法为：按质量比称取准备各组分，先将硅砂、宝珠砂、铸造粘土全部倒入碾轮式混砂机，干混1分钟，再将水玻璃全部倒入碾轮式混砂机，再湿混3分钟，出砂即得。特制砂可增强冒口段泥芯强度，提高泥芯高温状态下退让性、热稳定性，减少发气量，同时避免钻铜问题。

螺旋桨直径＞9m时，为了增强冒口补缩效果，预防缩孔、缩松缺陷，结合附图3所示，冒口段2包括上下相邻布设的分段b22、分段c23，分段b22、分段c23都是圆台形结构，高度比为4∶1，分段b22的下底面直径与分段c23的上底面直径相等，分段b22、分段c23都是下底面向下、上底面向上，分段b22的下底面与分段c23的上底面邻接。

上述的中孔泥芯铸造大型螺旋桨的紧固工装，如附图4、5所示，包括横担4、锁紧板5、定位环6、压板7、套管8、拉紧螺栓9、定位螺栓10。

锁紧板5、压板7都是平板件，压板7在锁紧板5上方，套管8的上端面与压板7的下表面固定，定位环6的下端面与锁紧板5的上表面固定，套管8与定位环6竖向相对，拉紧螺栓9位于定位环6、套管8外部并穿设于压板7与锁紧板5，其下端与锁紧板5以螺纹旋接，上端套设有螺母91，螺母91与压板7抵接，旋调螺母91可改变压板7与锁紧板5之间的相对距离。锁紧板5两端各固定一个横担4。中孔泥芯的中心钢管1上端向上依次穿设于锁紧板5、定位环6、套管8，直至与压板7的下表面抵接，压板对中心钢管上限位固定，实现对中孔泥芯高度方向的紧固。定位螺栓10从定位环6周向上穿设4个，直至与中心钢管1外周面抵接，对中心钢管进行周向固定，实现对中孔泥芯水平方向的位置调整，确保同心度。

铜水浇注后，每间隔一段时间，通过调节螺母91，增加压板7与锁紧板5之间的相对距离，可实现中孔泥芯在高温状态下竖向的热涨应力动态自由释放。

该紧固工装在提高中孔泥芯定位准确性的同时，能够满足有效释放高温应力的需求，解决了中孔钻铜问题，提高了中孔质量。该紧固工装具有通用性、便捷性、牢固性、安全性等特点，可反复利用并能提高生产效率，例如可在压板的上下表面上固定不同直径的套管，根据中孔泥芯的中心钢管的直径，选择压板的某一面向下组装和使用紧固工装。

本实用新型的中孔泥芯和紧固工装，经铸造大型螺旋桨实际运用检验，可达到以下效果：

1、中孔缩松、缩孔缺陷发生概率至少降低80％，大幅度减少后续焊补等返工工时，提高工作效率。

2、中孔气孔缺陷发生概率至少降低90％。

3、中孔泥芯应力得到有效释放，钻铜现象至少降低95％以上。

4、有效降低中孔泥芯对环境湿度的敏感性，大幅度降低受潮及粉化的问题的产生。

5、中孔泥芯上的条形冷铁和紧固工装可循环利用，节约成本、降低损耗。

6、生产企业的成本降低，效率可提高约10％。