Технология изготовления гребных винтов шнекового типа

Гребные винты относятся к уникальным видам изделий судового машиностроения, что обусловлено сложностью формы и высокими требованиями, предъявляемыми к качеству их изготовления (точность размеров, шероховатость поверхности), а также долговечности и эксплуатационной надежности. В связи с этим значительный практический интерес представляет опыт разработки и внедрения прогрессивных способов изготовления отливок гребных винтов, которые позволяют снизить затраты на дорогостоящее металлорежущее оборудование, сократить долю ручного труда, повысить качество винтов.

При производстве винтов сложной конфигурации с большим перекрытием лопастей перспективна технология отливки заготовок в формы, получаемые путем сборки их элементов (стержней), изготовленных из жидкостекольной смеси и упрочненных продувкой углекислым газом. Именно такая технология была принята за основу при изготовлении четырех лопастных гребных винтов шнекового типа для амфибийных плавсредств.

Эти винты имеют следующие основные конструктивные параметры: диаметр винта 360 мм, ступица переменного сечения высотой 158 мм, угол перекрытия лопастей —180°, форма сечения лопастей — выпукло-вогнутая, входящая кромка сложной конфигурации, а выходящая — прямая, направленная по радиусу к оси винта. Материал гребных винтов — алюминиевый сплав марки АЛ-9. Требования к винту соответствуют показателям для гребных винтов обычного класса по ГОСТ 8054—81 «Винты гребные металлические».

Для отработки конструкции стержней и технологии их сборки из пенопласта ПХВ-4 изготовили макет формы, состоящей из четырех одинаковых элементов (стержней). Конструкция формы такова, что все четыре элемента в собранном состоянии образуют самофиксирующуюся систему, которая не требует дополнительных приспособлений для крепления. Затем по одному из пенопластовых стержней изготовили деревянный стержневой ящик, состоящий из двух половин, обечайки и центрирующего кольца. Винтовая поверхность нижней полуформы оформляла нагнетательную поверхность лопасти гребного винта, верхняя полуформа — засасывающую.

При проектировании оснастки предусматривался припуск на усадку металла 1,1% и на окончательную механическую обработку лопасти 0,3 мм на каждую сторону.

Для изготовления стержней использовали жидкостекольные смеси на кварцевом песке. Прочность в сыром состоянии на сжатие 0,003—0,01 МПа, в отвержденном состоянии на разрыв 0,15—0,25 МПа, газопроницаемость в сыром и отвержденном состояниях — более 100 ед., влагосодержание 2—3%, осыпаемость в отвержденном состоянии 0,3—0,6%.

Набивка стержня производилась вручную. Упрочнялся он продувкой углекислым газом непосредственно в стержневом ящике. Для повышения прочности и чистоты поверхности изготовленный стержень опрыскивался водным раствором поваренной соли, после чего выдерживался до полного высыхания пропитанной поверхности не менее 12 ч.

Для отливки винта применена нижняя (сифонная) литниковая система, которая обеспечивала спокойное заполнение формы металлом, исключала его вспенивание, разбрызгивание и окисление, способствовала удовлетворительной заполняемости и последовательному вытеснению воздуха и газов из формы.

Соотношение элементов литниковой системы, при котором Н_{зумпфера}=3Н_{коллектора}, а Н_{коллектора}=1,2Н_{питателя} в максимальной степени способствовало смягчению удара металла о дно стояка, уменьшению пено- и вихреобразования, плавному введению металла в коллектор и задержанию образовавшихся под стояком неметаллических включений на начальном участке коллектора.

Массивная прибыльная часть позволила осуществить оптимальный режим питания отливки при кристаллизации и затем удалить наиболее загрязненный неметаллическими включениями металл.

Сплав выплавлялся в индукционной печи ИСТ-006, его рафинирование производилось хлористой солью МпС12 с последующей продувкой инертным газом; температура заливаемого металла составляла 680—690°С. С целью повышения механических свойств отлитые винты подвергались термической обработке в шахтной печи сопротивления СШО 15.30/7 по следующему режиму: закалка с температуры 535°С, время выдержки 2—8 ч и последующее охлаждение в воде, имеющей температуру 50—100°С.