一种固定桨叶式螺旋桨、覆膜模具以及覆膜方法与流程

本发明属于螺旋桨技术领域，具体涉及一种固定桨叶式螺旋桨、覆膜模具以及覆膜方法。

背景技术：

舰船螺旋桨是将发动机的转动功率转化为浆叶的旋转，产生对水的推进力，推进舰船前进。贯流水泵螺旋桨是将发动机转动功率转化为浆叶旋转产生对水的推进力，使水沿着泵管前进。贯流水轮机螺旋桨是靠水的推动力使桨叶带动同轴的发电机转子旋转，将水能转化为电能。螺旋桨是由三个以上浆叶与轮毂相连接而成，浆叶迎着水的一面为导水面，浆叶的另一面为背水面。螺旋桨有定浆和转浆两大类。定浆螺旋桨的浆叶与轮毂固定，通常铸造成为一个整体。转浆螺旋桨的浆叶可以根据速度、推力变化而转动其角度，以获得最佳效果。浆叶的转动可以由齿轮、液压缸或连杆控制。小功率的螺旋桨多为定浆螺旋桨。大功率的螺旋桨，特别是上万千瓦级的螺旋桨均采用转浆螺旋桨。小的螺旋桨的重量只有几十千克，而大的螺旋桨重量可以达到上百吨。例如航母螺旋桨直径有6米，重量达一百多吨。灯泡贯流水轮机的转轮直径可达7.3米，重达230吨，还有向更大发展的趋势。

现有的螺旋桨完全是用金属材料制作的。海水中工作的，比较常用的有锰青铜，锰铝青铜，镍铝青铜等特制铜合金。淡水中工作的螺旋桨过去用的是铸铁、铜合金，而现在多采用不锈钢材质。螺旋桨铸造成形后，其桨叶表面要求有一定的流线型曲度，异形加工难度高，要精心计算和加工。现在应用计算机技术进行螺旋桨最佳化的设什。桨叶表面光滑度要求高，需要达到微米级别水平。螺旋桨在运行中除了要经受化学腐蚀、汽泡腐蚀和颗粒冲击磨损的考验以外，还要有极高的效率和极低的噪音。

在现有的材料中，耐腐蚀、耐磨损正是某些塑料的优点。例如超高聚乙烯塑料。超高聚乙烯塑料(uhmwpe)密度较小(0.94)，却具有突出的耐磨损性能，耐磨性与分子量成正比，随着分子量的升高其耐磨性越好，耐磨损性比尼龙、聚四氟乙烯高4倍，是黄铜合金的6倍，是碳钢、不锈钢的7～10倍。优良的耐应力开裂性，优良的拉伸强度、极高的冲击强度，卓越的化学稳定性和耐疲劳性。低摩擦系数(0.05-0.11)和自润滑性，在水中具有界面滑移现象。无表面吸附力，其抗粘附能力仅次于塑料中不粘性最好的ptfe，因而制品表面与其它材料不易粘附，具有界面滑移性。优异的冲击能吸收性，冲击能吸收值在所有的塑料中最高，因而噪声阻尼性很好，具有优良的消音效果，运行平稳低噪音。易于加工，比铜合金和不锈钢的机械加工轻松省力。热压成型的超高分子量聚乙烯能够和不锈钢、铝以及其他金属粘连在一起。但是，与其它工程塑料相比，uhmwpe具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。这是由于uhmwpe的分子结构和分子聚集形态造成的，可通过填充、合金化、共混和交联改性的方法加以改善。但是，改性后的超高聚乙烯塑料所具有的强度仍然较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种固定桨叶式螺旋桨、覆膜模具以及覆膜方法，可以保证螺旋桨的强度，提高抗磨损和抗腐蚀性。

本发明的一种固定桨叶式螺旋桨，所述螺旋桨的桨叶的主体结构(1-1)采用不锈钢材料制作，主体结构(1-1)的两个表面包覆有塑料保护层(1-3)，主体结构(1-1)上垂直桨面方向加工有通孔(1-2)，两个表面的保护层(1-3)通过主体结构(1-1)的通孔连接成为一体。

较佳的，所述塑料超高聚乙烯塑料。

本发明的一种固定桨叶式螺旋桨的覆膜模具，包括下模环框(4-1)、上模环框(4-3)、上阴模压块(4-4)、上轮毂压块(4-5)、第一台阶滑键(4-7)、顶板(4-8)、底板(4-10)、下阴模压块(4-11)、下轮毂压块(4-12)、轮毂内键(4-13)、滑套(4-14)以及第二台阶滑键(4-15)；

螺旋桨的轮毂(2)上下端面分别设置上轮毂压块(4-5)和下轮毂压块(4-12)，两者分别从轮毂(2)的上下两端进入其内孔中，且通过螺栓(4-6)固连在一起；上轮毂压块(4-5)下端加工有台阶键槽，轮毂(2)的内孔原有的内键(4-13)上端可插入该台阶键槽；下轮毂压块(4-12)上端也加工有台阶键槽，内键(4-13)下端可插入该台阶键槽中；

上阴模压块(4-4)和下阴模压块(4-11)相对的两个面上加工有固定桨叶螺旋桨的四片桨叶(1)的阴模；两者中部加工有可容纳轮毂2的通孔；下模环框(4-1)和上模环框(4-3)均为中空且上下敞口的圆形框；底板(4-10)的上表面外缘一圈加工有与下模环框(4-1)配合的台阶槽，下模环框(4-1)固定安装在该台阶槽中；下阴模压块(4-11)安装底板(4-10)上，并被限制在下模环框(4-1)内；

上模环框(4-3)连接在下模环框(4-1)上；待螺旋桨的轮毂(2)安装到下阴模压块(4-11)中心通孔且螺旋桨的4片桨叶(1)与阴模对准后，上阴模压块(4-4)放在螺旋桨的4片桨叶(1)之上，被限制在上模环框(4-3)中；顶板(4-8)压在上模环框(4-3)之上，并连接在上模环框(4-3)上；顶板(4-8)和底板(4-10)均开有中心通孔；

滑套(4-14)的外径与下阴模压块(4-11)中心通孔的内径配合，并且滑套(4-14)沿轴向设置有开口；滑套(4-14)从底板(4-10)的中心通孔安装进入到下阴模压块(4-11)的中心通孔中，上端部高于下阴模压块(4-11)的上表面；

底板(4-10)和下阴模压块(4-11)在两者交接面的同一位置均加工有沿纵向延伸的台阶键槽，下轮毂压块(4-12)的外圆周面上沿轴向加工有键槽，第二台阶滑键(4-15)一端装入该底板(4-10)和下阴模压块(4-11)的台阶键槽，当滑套(4-14)从底板(4-10)装入时，第二台阶滑键(4-15)另一端进入滑套(4-14)的开口中；第二台阶滑键(4-15)的作用是可防止下阴模压块(4-11)相对于底板(4-10)转动；同时，当螺旋桨从上装入时，下轮毂压块(4-12)进入到滑套(4-14)中，则第二台阶滑键(4-15)从滑套(4-14)的开口伸入的一端进入到下轮毂压块(4-12)的键槽中；

上轮毂压块(4-5)露出轮毂(2)部分的外圆周面上沿轴向加工有台阶键槽，上阴模压块(4-4)对应位置也加工有台阶键槽，当上阴模压块(4-4)装入后，在上轮毂压块(4-5)与上阴模压块(4-4)的台阶键槽内装入第一台阶滑键(4-7)；

下模环框(4-1)、上模环框(4-3)及顶板(4-8)及底板(4-10)在相同位置均加工有螺栓通孔；螺栓通孔沿圆形顶板(4-8)圆周面边缘均匀分布，四者通过通透螺栓(4-16)连接成一体。

本发明的一种固定桨叶式螺旋桨覆膜模具的工艺方法，包括如下步骤：

步骤1、模具组装及填装塑料粉：

上轮毂压块(4-5)和下轮毂压块(4-12)通过螺旋桨的轮毂内键(4-13)定位，用螺栓(4-6)固定在一起，称为螺旋桨主体组合；

下模环框(4-1)坐落在底板(4-10)上并固定；

下模压块(4-11)坐落在下模环框(4-1)内，下模压块(4-11)的台阶键槽与底板(4-10)的台阶键槽对齐；

滑套(4-14)从底板(4-10)的中心通孔插入到下模压块(4-11)的中心通孔，高度露出下模压块(4-11)上表面；，其开口与下模压块(4-11)的台阶键槽对齐，开口与台阶键槽内安放第二台阶滑键(4-15)；

将上模环框(4-3)通过销轴(4-2)坐落在下模环框(4-1)上；

在下模压块(4-11)的所有桨叶的阴模内均匀铺满塑料粉末；

将螺旋桨主体组合整体吊起，其下轮毂压块(4-12)插在滑套(4-14)内，其键槽对准第二台阶滑键(4-15)落下；

在螺旋桨主体组合的所有桨叶部位均匀铺满塑料粉末；

第一台阶滑键(4-7)安装在上轮毂压块(4-5)的台阶键槽内；

吊起上模压块(4-4)坐落在上模环框(4-3)内，其中心通孔套在上轮毂压块(4-5)，第一台阶滑键(4-7)卡入上模压块(4-4)的台阶键槽，上模压块(4-4)缓慢落下；

吊起顶板(4-8)坐落在上模环框(4-3)内的上模压块(4-4)上，将顶板(4-8)、下模环框(4-1)、上模环框(4-3)及底板(4-10)上对应位置的螺栓通孔对齐，采用通透螺栓(4-16)将四者连接在一起，完成了塑料模具的组装和加料；

步骤2、将模具整体吊起送入油压机中，向下给顶板(4-8)施加压力；

步骤3、预压后的塑料模具送进烧结炉中以设定温度烧结成型；

步骤4、模具自然冷却后，从模具中取出复合了塑料的螺旋桨主体组合；松开螺旋桨主体组合的螺栓(4-6)，移开上轮毂压块(4-5)，取出复合了塑料保护层的螺旋桨。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种固定桨叶式螺旋桨，桨叶主体结构采用不锈钢加工，并在其上加工密集的通孔，两个表面塑料保护层通过桨叶上密布的通孔连接成为一体结构，解决了桨叶大面积表面复合会产生剥离的不牢固问题；与现有的螺旋桨相比，在保证强度，安全的同时，又具有塑料的耐磨损抗腐蚀性，与水的界面滑移现象提高了能量传递的效率，冲击能吸收性又降低了运行的噪音。

本发明的覆膜模具，通过采用加工键槽和安装滑键的方式，保证模具各零件的定位问题，防止零件窜动导致阴模错位，提高加工的精度；

本发明的覆膜工艺，采用模具翻转两面加料预压成型，连同模具一起烧结后，取出再热压成型的工艺，保证了桨叶密布孔中的超高聚乙烯塑料和表面的塑料结合得更紧密、更牢固。

附图说明

图1为本发明四片固定桨叶式螺旋桨的局部剖示示意图；

图2为本发明固定桨叶式螺旋桨的覆膜模具剖示图；

其中，1-桨叶，2-轮毂，1-1-主体结构，1-2-保护层，1-3-通孔，4-1-下模环框，4-2-销轴，4-3-上模环框，4-4-上阴模压块，4-5-上轮毂压块，4-6-螺栓，4-7-第一台阶滑键，4-8-顶板，4-9-销螺栓，4-10-底板，4-11-下阴模压块，4-12-下轮毂压块，4-13-内键，4-14-滑套，4-15-第二台阶滑键，4-16-通透螺栓。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

在舰船、水泵及水轮机等领域，螺旋桨一般分为固定桨叶式和转动桨叶式，本发明设计的固定桨叶式螺旋桨，如图1所示，螺旋桨由四片桨叶1和轮毂2组成；桨叶1的主体结构1-1采用不锈钢材料制作，主体结构1-1的迎水面和背水面包覆有塑料保护层1-2，主体结构1-1垂直桨面方向加工有密集的通孔1-3，迎水面和背水面的塑料保护层1-2通过主体结构1-1的通孔1-3连接成为一体。每片桨叶1的主体结构采用不锈钢材料制作，迎水面和背水面的保护层1-2采用超高聚乙烯塑料。

本发明还提供了固定桨叶螺旋桨的覆膜模具；如图2所示，由于固定桨叶螺旋桨的桨叶1均在一个平面内，一个模具可同时加工所有桨叶；本实施例以具有4片桨叶1的固定桨叶螺旋桨为例进行说明。

固定桨叶螺旋桨的覆膜模具包括下模环框4-1、上模环框4-3、上阴模压块4-4、上轮毂压块4-5、第一台阶滑键4-7、顶板4-8、底板4-10、下阴模压块4-11、下轮毂压块4-12、轮毂内键4-13、滑套4-14以及第二台阶滑键4-15；

螺旋桨的轮毂2上下端面分别设置上轮毂压块4-5和下轮毂压块4-12，两者分别从轮毂2的上下两端进入其内孔中，且通过螺栓4-6固连在一起；上轮毂压块4-5下端加工有台阶键槽，轮毂2的内孔原有的内键4-13上端可插入该台阶键槽；下轮毂压块4-12上端也加工有台阶键槽，内键4-13下端可插入该台阶键槽中；由此，内键4-13可对上轮毂压块4-5和下轮毂压块4-12进行定位，防止两者相对于轮毂2转动。

上阴模压块4-4和下阴模压块4-11相对的两个面上加工有固定桨叶螺旋桨的四片桨叶1的阴模；两者中部加工有可容纳轮毂2的通孔；下模环框4-1和上模环框4-3均为中空且上下敞口的圆形框；底板4-10的上表面外缘一圈加工有与下模环框4-1配合的台阶槽，下模环框4-1固定安装在该台阶槽中；下阴模压块4-11安装底板4-10上，并被限制在下模环框4-1内。

上模环框4-3连接在下模环框4-1上；待螺旋桨的轮毂2安装到下阴模压块4-11中心通孔且螺旋桨的4片桨叶1与阴模对准后，上阴模压块4-4放在螺旋桨的4片桨叶1之上，被限制在上模环框4-3中；顶板4-8压在上模环框4-3之上，并连接在上模环框4-3上；顶板4-8和底板4-10均开有中心通孔。

滑套4-14的外径与下阴模压块4-11中心通孔的内径配合，并且滑套4-14沿轴向设置有开口；滑套4-14从底板4-10的中心通孔安装进入到下阴模压块4-11的中心通孔中，上端部高于下阴模压块4-11的上表面，相当于在下阴模压块4-11的中心通孔处形成一圈围挡，可防止下阴模压块4-11的阴模中塑料粉末从中心通孔散落。

底板4-10和下阴模压块4-11在两者交接面的同一位置均加工有沿纵向延伸的台阶键槽，下轮毂压块4-12的外圆周面上沿轴向加工有键槽，第二台阶滑键4-15一端装入该底板4-10和下阴模压块4-11的台阶键槽，当滑套4-14从底板4-10装入时，第二台阶滑键4-15另一端进入滑套4-14的开口中；第二台阶滑键4-15的作用是可防止下阴模压块4-11相对于底板4-10转动；同时，当螺旋桨从上装入时，下轮毂压块4-12进入到滑套4-14中，则第二台阶滑键4-15从滑套4-14的开口伸入的一端进入到下轮毂压块4-12的键槽中，由此可对螺旋桨进行定位，防止其转动；其中，下阴模压块4-11上的台阶键槽的高度大于第二台阶滑键4-15的高度，可在对塑料粉末进行压缩而导致轮毂2向下移动时留有移动余量。

上轮毂压块4-5露出轮毂2部分的外圆周面上沿轴向加工有台阶键槽，上阴模压块4-4对应位置也加工有台阶键槽，当上阴模压块4-4装入后，在上轮毂压块4-5与上阴模压块4-4的台阶键槽内装入第一台阶滑键4-7，由此，对上阴模压块4-4进行定位，防止其转动。

下模环框4-1、上模环框4-3及顶板4-8及底板4-10在相同位置均加工有螺栓通孔；螺栓通孔沿圆形顶板4-8圆周面边缘均匀分布，四者通过通透螺栓4-16连接成一体。

利用上述固定桨叶覆膜模具进行覆膜的工艺过程为：

步骤1、铸造不锈钢螺旋桨主体结构1-1的铸件：

留有塑料的空间厚度约5mm制作螺旋桨木型；

铸造不锈钢螺旋桨铸件；

对不锈钢主体结构1-1铸件进行机械加工；

加工螺旋桨主体结构1-1和轮毂2上的安装台和内径、螺孔、内键槽等。

在仿形铣床上加工螺旋桨桨叶：按照浆叶的流体形线，加工掉迎水面塑料层，背水面塑料层的厚度和边角层；

在螺旋桨桨叶上划钻孔格线50x50mm，格线交点打铳坑，按铳孔钻透孔￠12，透孔两端导角1x45°。

步骤2、铸造并加工塑料模压模具。

铸造模具中各零件的铸铁件；

按照螺旋桨图纸加工有4个桨叶的阴形上模压块4-4和下模压块4-11。上、下模压块4-11的内孔加工出定位台阶滑键的键槽，背面各加工有吊装螺孔。

加工上轮毂压块4-5和下轮毂压块4-12及滑套4-14，其上加工出定位台阶滑键的键槽，背面各加工有吊装螺孔。

加工下模环框4-1、上模环框4-3及顶板4-8、底板4-10，各加工有吊装螺孔，并且四者在相同位置均加工有螺栓通孔；螺栓通孔沿顶板4-8圆周面边缘均匀分布。

步骤3、模具组装及填装塑料粉

根据螺旋桨复合塑料保护层的总体积和加工量计算出超高聚乙烯塑料粉末的质量，在加热炉中120℃预热，消除水分。冷却后均分成8份。

上轮毂压块4-5和下轮毂压块4-12通过螺旋桨的轮毂内键4-13定位，用螺栓4-6固定在一起，称为螺旋桨主体组合。

底板4-10垫起，露出穿螺栓的通孔，下模环框4-1坐落在底板4-10上，螺孔对齐拧紧螺栓。

下模压块4-11坐落在下模环框4-1内，下模压块4-11的台阶键槽与底板4-10的台阶键槽对齐。

滑套4-14从底板4-10的中心通孔插入到下模压块4-11的中心通孔，高度露出下模压块4-11上表面约12mm，其开口与下模压块4-11的台阶键槽对齐。开口与台阶键槽内安放第二台阶滑键4-15。

将上模环框4-3通过销轴4-2坐落在下模环框4-1上。

在下模压块4-11的4个桨叶的阴模内均匀铺满超高聚乙烯塑料粉末各1份。

将螺旋桨主体组合整体吊起，其下轮毂压块4-12插在滑套4-14内，其键槽对准第二台阶滑键4-15落下。桨叶主体结构1-1压在铺有塑料粉末的阴模上。

在螺旋桨主体组合的4个桨叶部位均匀铺满超高聚乙烯塑料粉末各1份。

第一台阶滑键4-7安装在上轮毂压块4-5的台阶键槽内。

吊起上模压块4-4坐落在上模环框4-3内，其中心通孔套在上轮毂压块4-5，第一台阶滑键4-7卡入上模压块4-4的台阶键槽，上模压块4-4缓慢落下。

吊起顶板4-8坐落在上模环框4-3内的上模压块4-4上，将顶板4-8、下模环框4-1、上模环框4-3及底板4-10上对应位置的螺栓通孔对齐，采用通透螺栓4-16将四者连接在一起，完成了塑料模具的组装和加料。需要说明的是，由于阴模中塑料粉末还是蓬松状态，上模压块4-4此时的高度比粉末压缩后要高，因此顶板4-8只能接触到上模压块4-4上表面，并不能接触到上模环框4-3，因此需要采用通透螺栓4-16将4者连成一体，便于后面整个模具的吊装。

步骤4、通过顶板4-8的吊装螺孔，将模具整体吊起送入油压机中，向下给顶板4-8施加压力，在塑料粉末逐渐被压紧，上模压块4-4连同螺旋桨主体组合向下移动，在向下运动过程中，在第一台阶滑键4-7和第二台阶滑键4-15的定位限制下，整个螺旋桨沿直线向下运动，不会发生歪斜和窜动，保证受力均匀，覆膜的厚度均匀一致。其中，压力为8～15mpa。

步骤5、预压后的塑料模具送进烧结炉中烧结，炉温180～220℃取出热压成型。

步骤6、模具自然冷却后，松开螺栓4-16，依次吊起顶板4-8、上模压块4-4，吊取出复合了塑料的螺旋桨主体组合。

步骤7、松开螺旋桨主体组合的螺栓4-6，移开上轮毂压块4-5，吊起复合了塑料的螺旋桨。

步骤8、加工复合了塑料的螺旋桨的桨叶使之符合流线型的曲线要求并抛光处理，完成了固定桨叶的塑料复合螺旋桨制作。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。