船体的设计与制作 毕业论文.doc

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1、 第 1 页 摘要摘要 本文主要论述远洋拖船船体模型的制作，船体是 船模制作过程中最重要的一步，它不但反映了船模整 体的美观程度，而且反映了制作者的技术水平。 根据实体船舶的图纸测得的数据，放样出与船体 比例为 1：1 的型线图和肋骨图等，然后用这些图样 进行号料，做出龙骨板和肋骨板，制作船台，然后将 组装好的船体骨架固定在船台上。 用船体骨架为基本框架铸出船体阳模，用阳模制 出石膏模即阴模，利用阴模制作出玻璃钢船体，对其 进行打磨和修整。将船体与做好的甲板对合粘接后， 美观且高级水平的船体就展现在我们眼前。 关键词：拖船（tugboat） ，船体（hull） ，放样 （lofting） 型线

2、图（line chart） ，肋骨图（ribs figure） 船台(slipway)，石膏模（casts） 第 2 页 前言 在人类文明发展的历史长河中,船舶始终伴随着 人类,并且为人类的文明和进步服务.今天的科学技术 已经发展到可以上天,可以入海.可是船舶仍然是人类 最得力,最有效的工具.过去洲际航行,轮船是最主要 的甚至是唯一的交通工具.今天,远程的交通虽然早已 为飞机所替代,但是国际贸易的 85%以上仍然依赖船舶. 拖船是一种服务船.它的基本用途是给其他的船提 高推进的效率.大多数的拖船主要在港口或内陆水域 服务.它们的型号一般都很小.下面主要介绍拖船模型 的船体的设计与制作方法. 第

3、 3 页 目录 船体的设计与制作船体的设计与制作5 5 一、船体的放样与号料一、船体的放样与号料5 5 1放样格子线的绘制.8 2、作中纵剖线（艏艉轮廓线）.9 3、作甲板线10 4、作横剖线11 4、型线的检验12 二、船台的设计与阳模制作二、船台的设计与阳模制作1313 三、阴模的设计与制作三、阴模的设计与制作1616 铸石膏模.16 步骤：.16 四、玻璃钢船体的制作与打磨四、玻璃钢船体的制作与打磨1919 五、甲板的制作五、甲板的制作2323 六、结论与展望：六、结论与展望：2323 第 4 页 相关信息：拖轮的种类 按用途分有运输拖轮、港作拖轮和救助拖轮； 按航区分有海洋拖轮和内河拖

4、轮。 海洋拖轮又可分为远洋拖轮和沿海拖轮。 大型海洋拖轮的发动机功率可达 2 万马力以上，排水量超过 5000 吨，可用于海上救助，拖带巨型船舶及其他大型水上构筑 物，如海上平台和浮船坞等。大型海洋拖轮尾部装有大功率拖 缆机，在风浪中能随着拖缆张力的变化而自动收放拖缆。 内河拖轮多为双机，发动机功率为数十马力至数千马力不等。 拖轮吃水尽可能接近航道水深，安装螺旋桨的船底凹部常是隧 道形，使螺旋桨直径大于船舶吃水。螺旋桨工作时水充满凹部， 使螺旋桨全浸在水中，以充分发挥主机功率，提高推进效率。 航道水深如果不足 0.6 米,宜于采用串列螺旋桨或改用喷水推进。 拖曳设备一般是拖钩。 内河船舶中有拖

5、轮和驳船，驳船用来装货物，但本身没有动 力，而拖轮有动力，但本身的运载能力很小，一般是将驳船编 组，由拖轮提供动力来航行的 第 5 页 船体的设计与制作船体的设计与制作 一、船体的放样与号料一、船体的放样与号料 船体放样是船体建造的第一道工序。所谓放样，其直接 的含义是将图纸上按一定缩尺比例绘制的设计图，放大成的 实尺图样（或的比例图样） ，作为船体构件下料、加工的依 据。由于船体表面是光顺的曲面，这就要求放大的图样也一 定是光顺的。因此，船体放样的目的不仅仅是将设计图放大， 更重要的是要将设计图上因比例限制而隐匿的型值误差和曲 线（面）不光顺因素予以消除，即对型线进行光顺；此外， 还要补充进

6、设计图中尚未完全表示出的内容；并依据放大、 光顺的图样求取船体构件的真实形状和几何尺寸，为后续工 序提供施工资料（样杆、样板和草图等） 。由此可知，放样 既是设计意图的体现与完善，又是产生后续工序施工依据的 重要环节。 常用的船体放样方法，有手工放样和数学放样之分。手工放 样包括按 1 1：1 1 比例绘图的实尺放样和按照 1 1：1010（1 1：5 5） 比例绘图的比例放样，比例放样的优点在于能减小放样台面 积，降低放样工作劳动强度，它的放样方法和实尺放样一样， 第 6 页 只是所用的绘图比例、放样工具和技术要求有所不同。数学 放样则是用数学方程定义船体型线或船体型面，建立数学模 型，借助

7、于电子计算机完成船体放样。 船体放样的内容，主要包括理论型线放样、肋骨型线放样、 船 体结构线放样、船体构件展开和提供后续工序所需资料等几 图一（船体型线图） 第 7 页 部分。 船体构件号料，就是依据放样提供的构件样板、草图、样杆 和数据，在平直的木板或三合板上划（印）出构件的切割线 及加工线等。同时，还要在材料上合理地排列各构件图样， 以求省料省工，这一工作称为套料。 船体表面是光顺的空间曲面。在设计的船体理论型线图 上，是根据三面投影原理，用三组互相垂直的平行剖面（纵 剖面、横剖面和水线面） 与船体表面相交得到三组型线（纵剖线、横剖线和水线)绘 制成三个投影图(纵剖线图、横剖线图和半宽水

8、线图)来表示 的 这里所说的船体表面，对于钢质船舶，是指船体骨架外 缘所形成的曲面（不包括外板及甲板厚度） 。 放样中，理论型线图的绘制，是以设计的理论型线图上给出 的理论型值为依据，绘制的原理和方法与设计中的制图基本 上是一样的，我们这次制作的是 1 1：2525 的 3838 米拖船模型， 下面是绘制得方法与常用工具： 1 1放样格子线的绘制放样格子线的绘制 型线图上的格子线，实际是各组船体型线在相应投影面上的 第 8 页 投影线。此外，格子线还是型线放样中测量尺寸的基准。所 以，保证格子线的绘制精度（直线性、垂直性和间距值） ， 是保证船体放样精度的前提条件。 要绘制与实际船舶尺度相当的

9、格子线，必须有相应的绘制方 法才能满足精度要求。放样中有许多种绘制格子线的方法， 我们现在常用的方法是用电脑绘图，利用 AutoCAD 画出理论 型线、肋骨型线等所需的格子线。再将格子线打印出来以便 手工绘图。 锯和剪刀 手工刨 圆规 直尺 曲线板 第 9 页 2 2、作中纵剖线（艏艉轮廓线）、作中纵剖线（艏艉轮廓线） 格子线完成后，按船体型线图和艏、艉柱图上的要求，将 各水线上的外型点与艏垂线间的距离确定后，用曲线板光顺 的连接各点即得艏，艉轮廓线。但应注意，除艏、艉轮廓线 中艏至艉总长两点和两柱间两点或艉部推进部位的高度不应 变动外，其它 3 3、作甲板线、作甲板线 甲板通常均有双向曲度，

10、在横剖面图上有梁拱，在纵剖面 上甲板包括甲板边线和甲板中心线。如果船上甲板不止一 图二（龙骨型线图） 第 10 页 层，放样时就应先将主甲板放出，等主甲板线修改光顺后， 再根据各自与主甲板间的高度距离依次画出其余各层甲板。 在纵剖图中画甲板线时量出甲板线的尺寸，以基线为基准 （以任一水线为基准亦可） ，在侧面的相应站位线上量出， 用样条将这些点与艏、艉弦弧点一起用曲线板画出一条光顺 曲线，即为所求甲板边线在侧面上的投影线。 图三（肋骨型线图） 4 4、作横剖线、作横剖线 将型值表中的基线半宽值用钢盘尺以横剖面中心线为基 准画在横剖面基线上，注明站号，既得各站在基线上的半宽 第 11 页 点。将

11、型值表中的各纵剖线与基线间的高度值用钢盘尺以横 剖面基准线为基准向上量出，既得各站在横剖面上的高度点， 将各站线与艉部轮廓线的交点距离基线的高度投影到横剖面 的中心线上，注明站号，既得各站线在横剖面中心线上的高 度值。用曲 线板将横剖面上各站线的甲板点、水线半宽点、纵剖高度点 和中心线高光顺曲线，既得横剖面站号线。 要注意的是：光顺站号线时，甲板宽、高边线的各站号 点不要再移动，应为它是空间曲线，移动一点后，平面半宽 或侧面高度都得调动，修改量较大。 4 4、型线的检验、型线的检验 a、光顺性 型线的光顺性是指各型线的曲率应和缓的变 化，不应有局部凹凸起伏和突变现象存在。单根型线的光顺 性通过

12、目测加以检验。检验时，用眼从型线的端部顺着型线 的变化方向观察，看其是否光顺。 b、协调性 型线的协调性是指同组型线间的间距应有规 律的变化，不应有时大时小的现象存在。船体型线变化的特 点通常是沿船长方向，中部变化比较平缓，艏艉两端变化较 大，沿船身方向，设计水线附近变化比较平缓，底部型线变 第 12 页 化较大；反映在横剖线图中，站距相等的相邻两横剖线间的 间距，艏艉部分大，而中部小；反映在半宽水线图中，水线 间距相等的相邻水线的间距通常底部较大。 二、船台的设计与阳模制作二、船台的设计与阳模制作 1. 根据图纸进行 1 1：2525 制作放样，获取拖船模型尺寸： 船长 1524mm1524

13、mm、船高 344mm344mm、船宽 424mm424mm。放样龙骨板和肋骨 板。 图四（船台） 2.用三合板制作龙骨板和肋骨板.注意尺寸及误差余留量。 对应原图纸在龙骨板及肋骨板相应位置标注肋位线及相应编 号。 3.将龙骨板和肋骨板开槽并组装。槽的宽度为三合板的 第 13 页 厚度，肋骨板上槽的长度为所在肋骨板长的一半，龙骨板上 槽的长度为相应肋位处肋骨板长度的一半。 4.船台制作。用厚度为 17mm17mm 的集成材板为材料制作船台 底座、船台平面、船台甲板平面、船台围板。各部分尺寸分 别为：底座 长 1644402mm1644402mm 宽 490404mm490404mm 船台 平面

14、 16445241mm16445241mm 船台甲板平面 一号甲板 490320mm490320mm 二号甲板 490772mm490772mm 围板 长 16443642mm16443642mm 宽 4903642mm4903642mm。组装船台，并在船台 平面上画出中心线及肋骨线。 5.垫甲板平面。将组装后的船体骨架倒放在船台平面上， 分别将一号甲板平面及二号甲板平面用木板垫起并与龙骨板 甲板面重合无缝隙。确认无误后将甲板平面固定到船台上。 6.将船体骨架牢牢固定在船台上，作为船体基本轮廓。固 定时应注意龙骨板和肋骨板相对垂直，保证龙骨板位于船台 中心线上。 7.用泡抹塑料等填充按船体做出

15、轮廓，填充物不得松动。 并保证填充充实，防止油泥渗漏过多浪费原料。 8.将石蜡凡士林和滑石粉按 1 1：1 1：3 3 混合，石蜡比例多油泥 硬，做出的模子硬度高光洁，凡士林比例多油泥软，便于制 船 台 第 14 页 作。比例没有绝对的要求，可根据需要而定。一般采用内硬 外软，即船模内石蜡比例大于凡士林，便于船体塑形。 图五（船体阳模） 9. 采取大盆套小盆隔水加温法,将配比好的原料用电磁炉 加温混合融化 。加热时应注意原料添加顺序，先将石蜡与 凡士林融化后再加入滑石粉。石蜡与凡士林不要滴在电炉上， 并控制温度避免水沸腾飞溅到配料中，产生小凝块影响船模 制作。 10. 将油泥糊在已做好的船体轮

16、廓上面，工序与雕塑差 不多。油泥雕塑不可能一次完成，可以多做几次。制作时应 注意尽量使糊出的船体外形接近流线型，美观且便于后期修 改船体。 11.船体成型以后开始粗加工。主要采取刀刮及模型刨子刨， 加工出船模船体基本形状来。并注意加工出锚链孔、艉轴管、 第 15 页 船首侧推孔，其形状要便于以后船体脱模。 12.最后进行精加工。精加工是对船体模型最后定型，需要 细心及耐心。用熨斗和油画刀相互配合一边熨一边用油画刀 附平，加工后留下熨痕，可以利用锋利的美工刀片刮去，得 到完美的流线体船型。 三、阴模的设计与制作三、阴模的设计与制作 铸石膏模铸石膏模 石膏模广泛用于浇铸成型，具有自身的吸水性和脱模

17、性。 石膏的种类有很多，建筑中使用最多的石膏品种是建筑石膏， 其次是模型石膏，此外，还有高强度石膏、无水石膏水泥和 地板石膏。生产石膏的原料主要是天然二水石膏，又称软石 膏或生石膏，是含两个结晶水的硫酸钙。天然二水石膏可制 造各种性质的石膏。模型石膏煅烧二水石膏生成的熟石膏， 若其中杂质含量少，SKI 较白粉磨较细的称为模型石膏。它 比建筑石膏凝结快，强度高。主要用于制作模型、雕塑、装 饰花饰等。 步骤：步骤：（1）首先在已经做好的阳模上涂抹脱模剂，船模室 第 16 页 通常用的是凡士林，涂抹的必须要均匀，不要过多。船台的 表面上也要涂抹脱模剂。 （2）用木板把阳模围起来，木板离阳模的距离为

18、2020 到 3030 毫米，木板高于阳模的距离一般为 3030 毫米左右，而且 木板与船台的缝隙不要过大，以防石膏会从缝隙中流出来， 一般用胶带在缝隙处粘上几圈就可以了。最后木板的内表面 上也要涂抹脱模剂。 （3）根据船体的型线图，画出船体中线面的船体形状 图，然后再用铁片做出船体中线面船体形状的轮廓图，使轮 廓到铁片外边缘的距离为 2020 到 3030 毫米。在已经做好的铁片 上涂抹脱模剂，然后把它放在船体的中线面上。 （4）做加强筋。因为石膏的强度低，加加强筋能够提 高耐用性。船体石膏模的加强筋一般用木条做就可以了，直 径差不多为 2 到 3 毫米，根据船体模型的大小定加强筋的长 度，

19、像我们这条拖船模型，长度为 300300 到 400400 毫米就可以了， 差不多得做 10 根左右。 （5）配制石膏。一般石膏粉与水的配比为 1.51.5：1 1，把 称好的石膏粉放入已经准备好的大口桶内，然后再把称好的 水倒入桶内，迅速搅匀。搅匀后倒入装有阳模的木板壳内。 第 17 页 配制一次的石膏不要过多，因为石膏特别容易凝固，一般每 一次水加 10001000 克。往木板壳内倒石膏的过程中要适当的放 加强筋。最后石膏要高出阳模一段距离，加到石膏快从木板 壳内溢出时，用瓦刀快速将石膏模的上表面修理平整。 图六（船体石膏模） （6）.起模的时间一般在浇注后 20-3020-30 分钟，这

20、时石膏 有点微热。起模的时候将船体底朝下平放在软垫上，手拿玻 璃从四周分别轻轻地向上抬，看到四周的石膏都可以脱离石 蜡后，就将玻璃整个抬起，如果脱离的好，阳模、阴模应是 完整的。阴模的修整及成型 第 18 页 四、玻璃钢船体的制作与打磨四、玻璃钢船体的制作与打磨 1.船体阴模完全干透后就可以进行玻璃钢制作了。首先 在干透的船体阴模表面打蜡 3-43-4 次，其次选择合适的天气， 一般要求气候干燥，气温 3030 度以上的夏天比较合适。 2. 我们现在选择的玻璃钢材料是中复西港船厂配制好 的，使用时按 100100：1 1 的比例称量后，将树脂与固化剂搅拌 均匀方可使用，注意每次使用新购进的玻璃

21、钢材料时都要进 行取样试验，防止因固化不符合要求而浪费材料。选择环氧 树脂和玻璃丝布玻璃细布要选择织地较密且较软的。 3.玻璃钢的涂敷。用调制好的玻璃钢一层树脂一层玻璃 丝布进行黏贴，粘贴时特别注意将树脂中的气泡挤出，每一 层玻璃丝布都要充分浸润，同时防止流胶。粘贴玻璃丝布的 数量要求是：船底 3-43-4 层，船 3 3 层，甲板 3 3 层。浇注后的船 体厚度在 23MM 左右。黏贴完成后在强烈的阳光下暴晒 4-4- 6 6 小时，或在 100100 度的烘箱里加温固化 2-42-4 小时。然后进行 玻璃钢脱模，修边。注意在修边时在近固化状态时用锋利的 刀片修去船舷上缘的飞边，这样可减少修

22、边的工作量。 4.安装肋骨。按图纸要求的尺寸位置将事先制作好的三 合板肋骨粘结到船体内，注意肋骨应很好的与船体粘合，肋 第 19 页 骨的上面与甲板粘合。 5.在脱模后的船体内粘结船体支架木块，在后端粘结舵 管木块，用玻璃丝布包裹并涂刷玻璃钢。 6、当框架结构完全固化，模具就可以脱模。第一步将模具 边缘切割整齐，然后用多个脱模楔均布插入阴、阳模之间，均 匀用力（不要单独用力以防损坏模具） ，并用橡皮锤敲打各个应 力集中部位（注意不要用铁器敲打） ，最后完全脱模。石膏模可 反复使用，在批量制作时，能大大降低制作成本。另外要注意， 较大的船模，在船壳内还要加粘横隔墙、龙骨）等，以增加强 度。为了使

23、表面光滑平整，也要有涂刮腻子、打磨和涂漆等工 序。制作玻璃钢船体的原料中，不少是易燃、易爆的化学品， 要特别注意防火、防爆。 7、脱模后，仔细检查模具每一个部位，任何表面的缺陷都 应注意到并标记出来。在理想状态下，模具不需要打磨表面， 只将模具表面抛光即可，一般制造出的模具无法达到理想状态， 那只好按照传统的方法对模具进行打磨处理。 8、对船体初步整体修型主要是平整度、光顺度、曲顺度的 修整处理。修理工序如下: 第 20 页 (1) 砂磨表面处理完成后 ,可用原子灰进行局部缺陷的修 补批嵌、砂磨处理 ,修整可反复进行 ,直至质量符合要求。工 艺要求:对艇模平直面的砂磨 ,可采用平直方木块包裹砂

24、纸或采 用专用打磨工具进行打磨 ,打磨面呈平直状态。对曲面的砂磨 ,可 采用软泡沫包裹砂纸进行打磨 ,软泡沫轻压易随曲面贴 图七（玻璃钢船体） 服 ,打磨面呈曲平 面状态。最终加工质量应进行验收确认。 (2) 局部修整完成后 ,应进行整体饰面修形 ,以保证形体 模面的一致性。整体饰面修形采用易打磨腻子或易打磨树脂材 料 ,修形可反复进行 ,每次易打磨腻子喷涂成型厚度可控制在 0.0. 65650.0. 75mm75mm。 工艺要求:在修形中 ,每次易打磨腻子或树脂材料喷涂成型 固化后 ,可用 400#600#800#400#600#800#水磨砂纸按工序干砂加工 ,该 工序以整体光顺修形为主

25、,最终打磨成型质量 ,视曲面及平直 第 21 页 面基本无明显光顺过渡硬点及局部凹凸点为止 每道砂磨加工质 量应验收确认后 ,再进行下道工序的施工 。 (3) 整体饰面修型完成后 ,可采用喷涂高光胶衣对磨面再 次进行深度精细加工 ,高光胶衣修形可反复进行 ,在修形中 , 每次喷涂成型厚度控制在 0.0. 2 20.0. 25mm25mm 即可 ,待修形面定型 后 ,高光胶衣喷涂成型厚度控制在 0.0. 4 40.0. 5mm5mm。工艺要求: 在修形中 ,每次高光胶衣喷涂成型固化后 ,可按 400#600#800#400#600#800#水磨砂纸顺序加工, 但要求后标号砂纸的痕迹必须覆盖前标号

26、砂纸的痕迹 ,待修形 面定型后 ,可按 800#1000#1200#1500#800#1000#1200#1500#水磨砂纸顺序加 工至符合光照无折影 ,影象不变形状态要求为止。在水磨加工 中 ,应谨慎上水 ,每隔 303060min60min 应将模具周边及地面积水清 除一次。每道砂纸水磨质量应验收确认后 ,再进行下道工序的 施工。 (4) 高光胶衣整体饰面完成后 ,可采用研磨 1#砂纸 ,3#研 磨膏进行循环研磨、抛光 ,直至彻底消除水磨砂纸遗留砂痕 , 呈亚光镜面状态。每循环研磨、抛光一次 ,应验收确认后 ,再 进行下道工序的施工。 (5) 研磨工序完成后 ,用 8#8#蜡对模具表面进行

27、上光处理。工 第 22 页 艺要求:上蜡、抛光 2 次 ,上蜡、擦蜡 5 次以上。模具表面呈 镜面状态 ,擦蜡完成后 ,应进行验收确定。 五、甲板的制作五、甲板的制作 1.选择面积大于甲板的玻璃一块，擦净。 2.将玻璃表面涂脱模腊。 3.将玻璃丝布铺在玻璃板上涂敷玻璃钢，注意将玻璃丝布 津润透，排出气泡，压平。厚度 2 毫米。 4.待玻璃钢固化后起模，按甲板的俯视图制作甲板，要求 与船体紧密结合，缝隙越小越好。 5.根据甲板机械所需要的位置在甲板下粘结木块,以便固 定甲板零件。 6.将船体与做好的甲板对合粘接，要求施胶充分，粘结牢固 六、结论与展望：六、结论与展望： 中国船舶业发展展望中国船舶

28、业发展展望 经过“十五”时期的快速发展,中国船舶工业的，基础更加 扎实,站在新的历史起点上。展望未来,中国船舶工业拥有良好 第 23 页 的发展前景。随着世界经济持续发展,国际经济技术一体化加快,国 际分工进一步深化,国际间的贸易量呈现进一步增长的态势,这 为世界航运市场的繁荣创造了条件,也为中国船舶工业的发展创 造了条件。 中国造船业是国际造船业的重要组成部分,实现中国造船业 的持续健康发展,对于国际造船业的稳定发展和海事业的持续繁 荣,具有重要意义。在中国船舶工业下一步发展中,要高度重视 解决好以下几个方面的问题: 1高中国船舶工业的核心竞争力。 2大力发展先进船舶配套业,促进中国船舶工业

29、持续、健康 发展。 3加快建立现代造船模式,进一步提高生产和管理效率。 4发展先进造船生产能力,确保发展的质量和效益。 5保持冷静头脑,促进船舶工业可持续发展。 中国船舶工业的发展,需要中国造船界的共努力,也需要国际 业界和各方面朋友的大力支持。长期以来,国内外海事界和各界 朋友对中国船舶工业的发展给予了大力支持,为中国船舶工业的 持续快速发展作出了积极的贡献,同时,与中国船舶工业行业协 会也结下了深厚的友谊。行业协会将始终坚持服务的宗旨,积极 第 24 页 发挥桥梁与纽带作用,与各位一道,在中国船舶工业未来发展当 中,发挥更具建设性的作用。我相信,在我们大家的共同努力下, 中国船舶工业一定能够实现更大的发展,一定能够为国际海事业 的繁荣做出更大的贡献! 第 25 页 参考文献参考文献 1.何志标主编.船体放样实训指导.哈尔滨工程大学出版社， 2007. 2.陈彬主编.船舶工程技术专业课程设计指导.哈尔滨工程大 学出版社，2007. 3.金仲达主编.船舶概论. 哈尔滨工程大学出版社，2002 4.李文主编.机械制图.天津大学出版社，2007 5.谭雪松主编.SolidWorks 机械设计.人民邮电出版社， 2008 6.龙素丽主编.AutoCAD2007 实用教程. 天津大学出版社， 2008