水翼船导流锥体铸造工艺研究

水翼船导流锥体铸造工艺研究

1水翼船导流锥体的研制意义水生翼项目是广州广船国际有限公司和华昌国际船舶有限公司联合开发的一条漫长的国外项目。这个过程是我们第一次根据客户提供的水翼项目的重要实物来设计和生产的。我们希望能够通过本次流量法的开发，为水翼项目的开发提供保障。水翼船导流锥体是水翼船重要部件(见图1和图2),它担负着提升水翼船航行速度和提高稳定性的作用。它是一个特殊型线结构的薄壁空心实体,且因长期在海水工作中,其对制作材料的耐腐蚀性能要求较高,这些都为我们的型线设计及施工制作带来了很大困难。2铝合金导流锥体的制作图3所示为美国波音公司制作的导流锥体,从图2、图3我们可以看出,导流锥体为表面流线型的壳体锥形结构,并安装位置、前水翼、后水翼等不同,导流锥体的型线也不同。波音公司的制作方法为使用铝合金进行铸造而成,这种制作方法的优点是可根据要求做出不同的复杂曲面,同时因采用铝合金材质,导流锥体重量很轻。铸造铝合金导流锥体的缺点:(1)需要制作铸造模型;(2)由于使用铝合金浇铸的方法进行制作,但铝合金的强度及耐腐蚀能力都较差,在使用过程中,由于不断受到高速水流的冲击和海水的腐蚀,在使用一段时间后就会因严重腐蚀破损而不能使用(见图3);(3)因铸造零件厚度不同,内外表面容易出现缺陷,而产生废品,同时零件应力集中,在长期使用后可能出现局部裂纹,从而引起导流锥体整体损坏。3主锥体的研究过程3.1导流锥体的材料选择由于使用环境对其抗腐蚀性的要求,以及水翼船高速运行带来的较大冲击力,我们对多种材料进行分析和试验,最终决定选用316L不锈钢材料进行制作导流锥体,从表1所示其化学成分和物理特性,我们可以看出其完全可以满足我们制作导流锥体的要求。3.2结构的优化设计由于采用316L不锈钢制作导流锥体,因此重量将会比原铝合金导流锥体重量加大几倍,因此,为将重量尽量控制在一个可控的范围,我们对结构进行了优化,锥体最薄的蒙皮仅为4mm,制作形式亦由铸造变为不锈钢板焊接型式。对不锈钢材质的导流锥体,我们的方案是压制成形、焊接拼装、机加工等相结合方式来制作这种流线型导流锥体。1焊接滞后火处理(1)焊接结构在探伤检查合格后,保证其整体强度;(2)必要时,可进行焊接后退火处理保证应力不会过度集中;(3)各蒙皮由钢板压制而成,保证各面的表面质量以及厚度均匀。2无损探伤保证(1)需制作各部位压型拉伸模具;(2)焊接过程需经无损探伤保证其无缺陷;(3)因为变截面,焊接坡口加工相当困难;(4)需考虑变形回弹量问题;3维有限元分析及模具制作(1)对原零件表面进行测绘,读取各点数据(图4导流锥体表面曲线),再利用此数据建立三维模型,并进行修正,(图5所示为修正后的模型)。(2)利用三维模型进行有限元受力分析,确定板材厚度、加强部位及内部筋板位置(图6三维模型受力分析)。(3)利用三维模型制作压型模具在模型修正后,利用三维模型绘制压型模具,并利用数控加工中心导入三维模型数据,加工压型模具(图7三维模型数据加工压型模具)。(4)利用压型模具压制蒙皮见图8。(5)焊接拼装蒙皮见图9。(6)完成产品制作见图10。(7)实船实验通过用户2个月的实船试验,在安装了新制作的不锈钢导流锥体后,水翼船的船速和油耗都取得较好的效果,完全达到用客户的要求。4水翼船的使用,为客户的认可奠定了基础通过对导流锥结构的重新设计及新材料、制作方法的合理选用,我们很好地完成了客户提出的要求,并在水翼船实船上得到良好使用和客户的认可,目