模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室功能設(shè)計(jì)及設(shè)備配置研究

洪建明，馮小軍

（深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055）

工程實(shí)踐教學(xué)是高職院校工科學(xué)生培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的主要途徑，也是人才培養(yǎng)體系的重點(diǎn)［1］。實(shí)訓(xùn)室作為實(shí)踐教學(xué)的校內(nèi)基地，承擔(dān)了大量的實(shí)踐教學(xué)任務(wù)。實(shí)際上，由于不同高職院校對(duì)模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)（模具專業(yè)）的建設(shè)理解不同、課程設(shè)置不同，實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)和使用情況也不同，實(shí)踐教學(xué)設(shè)備配置差異較大，教學(xué)效果也不同。如果實(shí)踐教學(xué)效果不好，學(xué)生畢業(yè)后就不能很快適應(yīng)模具的生產(chǎn)開發(fā)工作，企業(yè)需要花費(fèi)一定時(shí)間對(duì)他們進(jìn)行再培訓(xùn)。我校自承擔(dān)國(guó)家示范性院校建設(shè)以來，十分重視培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，通過對(duì)模具專業(yè)的整體設(shè)計(jì)和對(duì)模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室功能定位的研究與分析，對(duì)實(shí)訓(xùn)室設(shè)備進(jìn)行了合理配置和改造，推動(dòng)模具專業(yè)教學(xué)的整體發(fā)展。

1 模具行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)教學(xué)分析

模具是工業(yè)生產(chǎn)中極其重要又不可或缺的特殊基礎(chǔ)工藝裝備，主要用于高效、大批量生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品中的零部件，被稱為“工業(yè)之母”。據(jù)稱，有75%的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件和50%的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型。模具涉及機(jī)械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個(gè)行業(yè)，應(yīng)用范圍十分廣泛。模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程集精密制造、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能控制和綠色制造為一體，是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域［2］。近年來，我國(guó)模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，模具制造已改變過去依賴國(guó)外的情況，形成了獨(dú)立的新型產(chǎn)業(yè)，世界模具生產(chǎn)中心也正在向中國(guó)轉(zhuǎn)移。中國(guó)已成為模具生產(chǎn)和消費(fèi)的大國(guó)。

模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)是一個(gè)跨學(xué)科交叉的專業(yè)，涉及機(jī)械、材料、流體等學(xué)科，優(yōu)秀的模具專業(yè)人才需要掌握多方面的技能和知識(shí)，熟悉多種加工機(jī)械和加工工藝，例如加工中心、數(shù)控銑床、電切削、注塑，以及車、銑、磨、鉗加工等。

高職院校模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是造就能系統(tǒng)掌握塑料模具、沖壓模具等不同類型模具的理論知識(shí)和先進(jìn)的模具制造技術(shù)，具有熟練的模具CAD／CAM技術(shù)應(yīng)用能力，有良好的職業(yè)素質(zhì)和文化修養(yǎng)，能夠承擔(dān)模具設(shè)計(jì)與制造工作的高技能應(yīng)用型專業(yè)人才。體現(xiàn)在專業(yè)人才能力的培養(yǎng)方面，應(yīng)包括模具制圖、模具加工、零件加工工藝編制、模具設(shè)計(jì)、模具裝配和調(diào)試的基礎(chǔ)能力、綜合能力和拓展能力。這就要求學(xué)生至少能熟練使用一種3D設(shè)計(jì)軟件，能夠讀懂并繪制較復(fù)雜的模具圖，熟悉模具的結(jié)構(gòu)、制造材料和加工工藝，熟悉成型材料的性能，會(huì)調(diào)整注塑機(jī)工藝參數(shù)，能夠?qū)δ＞叩脑嚹＿M(jìn)行正確的調(diào)試，并根據(jù)產(chǎn)品缺陷提出改進(jìn)方法［3］。

2 模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室現(xiàn)狀

模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室是模具專業(yè)教學(xué)的校內(nèi)實(shí)訓(xùn)基地，是進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)、提高學(xué)生模具設(shè)計(jì)制造技能的重要場(chǎng)所。實(shí)訓(xùn)室的定位和設(shè)備配置應(yīng)該體現(xiàn)專業(yè)的發(fā)展目標(biāo)。在以就業(yè)為導(dǎo)向的模具專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，高職院校應(yīng)該充分考慮學(xué)生畢業(yè)后的主要就業(yè)區(qū)域，根據(jù)就業(yè)區(qū)域的產(chǎn)業(yè)狀況開設(shè)不同的課程模塊［4］。例如：珠三角區(qū)域電子、家電產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)注塑模具的設(shè)計(jì)及加工有很大需求；而長(zhǎng)三角區(qū)域的汽車制造產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)沖壓模具或壓鑄模具的需求較大。這是高職院校建設(shè)模具實(shí)訓(xùn)室的重要依據(jù)。但實(shí)際上，國(guó)內(nèi)高職院校目前的模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)普遍存在功能分區(qū)、設(shè)備配置不合理的問題。

模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室一般配備加工中心、電火花機(jī)床、線切割機(jī)床、注塑機(jī)、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等機(jī)械和檢測(cè)設(shè)備，并批量配備計(jì)算機(jī)，設(shè)備種類和數(shù)量較多，實(shí)訓(xùn)室面積通常有500～2 000m2，有的學(xué)校高達(dá)4 000m2。如果對(duì)實(shí)訓(xùn)室沒有很好的規(guī)劃設(shè)計(jì)，沒有合理設(shè)置各個(gè)功能區(qū)域，將會(huì)造成實(shí)訓(xùn)室的使用效率低、使用很不方便等問題。

國(guó)內(nèi)許多高職院校模具專業(yè)是在原有的數(shù)控加工或機(jī)械工程專業(yè)基礎(chǔ)上設(shè)立或轉(zhuǎn)型而來，缺少模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在配置設(shè)備時(shí)，沒有充分考慮有效利用有限的經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室空間來保證實(shí)踐教學(xué)，保證每個(gè)學(xué)生有足夠動(dòng)手機(jī)會(huì)的問題。

例如有些設(shè)備配置過多（如普通銑床和車床等），浪費(fèi)了設(shè)備資源；有些設(shè)備配備不夠（如電加工設(shè)備）或沒有配置，使實(shí)訓(xùn)教學(xué)受到影響；也有些設(shè)備和軟件配置不合理，如數(shù)控銑床系統(tǒng)與企業(yè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)相差太大。當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置過多時(shí)，學(xué)生能夠獲得更多動(dòng)手鍛煉的機(jī)會(huì)，但存在占用經(jīng)費(fèi)多、占用實(shí)驗(yàn)室面積多、設(shè)備利用率低等問題；當(dāng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置不足時(shí)，雖然經(jīng)費(fèi)投入和場(chǎng)地投入少、實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率高，但是學(xué)生的鍛煉機(jī)會(huì)相對(duì)減少，實(shí)訓(xùn)效果不理想［5-6］。

3 模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室功能設(shè)計(jì)

近年來，我校組織模具專業(yè)教師學(xué)習(xí)借鑒新加坡、我國(guó)臺(tái)灣的幾所理工學(xué)院相似專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，與兄弟院校模具專業(yè)交流、探討，承擔(dān)國(guó)家示范性專業(yè)建設(shè)和國(guó)家模具資源庫(kù)建設(shè)。我校模具專業(yè)建設(shè)立足珠三角地區(qū)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，定位專業(yè)教學(xué)以塑料模具為主、其他類型模具為輔，調(diào)整實(shí)踐教學(xué)資源，將設(shè)計(jì)、制造、拆裝調(diào)試三大功能作為主線貫穿模具專業(yè)的教學(xué)，整體設(shè)計(jì)、調(diào)整和改造模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室，實(shí)現(xiàn)設(shè)備生產(chǎn)化、人員職業(yè)化、管理企業(yè)化的學(xué)生真實(shí)生產(chǎn)性實(shí)訓(xùn)［7-9］。

整個(gè)模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室的設(shè)計(jì)劃分為數(shù)字化軟件實(shí)訓(xùn)區(qū)、模具拆裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)區(qū)、銑削加工實(shí)訓(xùn)區(qū)、特種加工實(shí)訓(xùn)區(qū)、精密檢測(cè)實(shí)訓(xùn)區(qū)、快速制造實(shí)訓(xùn)區(qū)等6個(gè)功能模塊實(shí)訓(xùn)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域既能夠進(jìn)行獨(dú)立的子模塊訓(xùn)練，又能相互配合共同完成模具的整體技能訓(xùn)練［10-11］。實(shí)訓(xùn)室整體結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

圖1 模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室結(jié)構(gòu)框架圖

各個(gè)功能實(shí)訓(xùn)區(qū)域具有不同的功能。

（1）數(shù)字化軟件實(shí)訓(xùn)區(qū)。該區(qū)域主要用于進(jìn)行模具及產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、編程與模擬分析。利用多種三維造型軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行造型與設(shè)計(jì)，對(duì)模具零件或產(chǎn)品進(jìn)行編程與加工模擬、運(yùn)用二維軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助繪圖。如果條件允許，可以進(jìn)行塑料成型的計(jì)算機(jī)模擬分析、沖壓成型的計(jì)算機(jī)模擬分析、產(chǎn)品逆向造型的三維模型建模等更加深入的實(shí)訓(xùn)，讓學(xué)生盡早接觸先進(jìn)的模具設(shè)計(jì)分析軟件和設(shè)計(jì)思想。

（2）模具拆裝調(diào)試實(shí)訓(xùn)區(qū)。該區(qū)域主要用于模具的拆裝和模具的調(diào)試實(shí)訓(xùn)。利用塑料材料、模具標(biāo)準(zhǔn)件、產(chǎn)品制件、整體模具等對(duì)模具的各個(gè)零部件進(jìn)行全面的分拆和展示，有利于增加對(duì)模具零件結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)；配備塑料模具、沖壓模具等多種類型的模具及教具，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行拆裝，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和模具設(shè)計(jì)能力。此外，在注塑機(jī)上進(jìn)行注塑工藝的調(diào)整和模具的試模，讓學(xué)生對(duì)模具試模全過程有深入的理解。

（3）銑削加工實(shí)訓(xùn)區(qū)。該區(qū)域主要用于數(shù)控銑床或加工中心的操作實(shí)訓(xùn)，以及設(shè)備維修等相關(guān)實(shí)訓(xùn)。利用數(shù)控銑床或加工中心進(jìn)行典型零件的裝夾、定位、編程、加工，鍛煉學(xué)生的編程能力和零件加工的能力，了解和掌握零件的數(shù)控加工工藝。

（4）特種加工實(shí)訓(xùn)區(qū)。該區(qū)域主要用于電火花加工設(shè)備和線切割設(shè)備的操作、維修等實(shí)訓(xùn)。利用電火花及線切割設(shè)備對(duì)典型零件進(jìn)行裝夾、定位、編程、加工，鍛煉學(xué)生的電加工操作能力，使學(xué)生整體了解和掌握模具的電加工工藝。

（5）精密檢測(cè)實(shí)訓(xùn)區(qū)。該區(qū)域主要用于進(jìn)行產(chǎn)品和模具零件的精密測(cè)量實(shí)訓(xùn)。利用現(xiàn)代先進(jìn)測(cè)量?jī)x器設(shè)備（如三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、二維影像儀、粗糙度儀等）對(duì)精密零件進(jìn)行幾何量的測(cè)量，讓學(xué)生了解生產(chǎn)制造過程的先進(jìn)測(cè)量手段和技術(shù)。

（6）快速制造實(shí)訓(xùn)區(qū)。該區(qū)域主要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速制造。利用光學(xué)掃描儀、三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x等儀器設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速測(cè)量并逆向建模，或者直接通過正向建模的手段創(chuàng)建產(chǎn)品的三維模型，然后通過快速成型方法對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速制造。在此過程中，學(xué)生應(yīng)掌握3D打印技術(shù)，能夠進(jìn)行快速成型設(shè)備的操作。

4 模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室設(shè)備配置

實(shí)訓(xùn)室設(shè)備按照1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)行政班級(jí)40名學(xué)生配置，大型、主要設(shè)備的人機(jī)比為6～8人／臺(tái)，小型設(shè)備的人機(jī)比為1人／臺(tái)，展示型設(shè)備配置1臺(tái)。選購(gòu)實(shí)訓(xùn)設(shè)備以經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為原則，合理分配購(gòu)置經(jīng)費(fèi)。我校模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和設(shè)備配置方案見表1，實(shí)訓(xùn)室實(shí)際選用的主要設(shè)備和軟件見表2。

表1 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目和設(shè)備配置方案表

表1 （續(xù)）

表2 典型設(shè)備和軟件的技術(shù)參數(shù)推薦表

表2 （續(xù)）

通過對(duì)實(shí)訓(xùn)室的全面設(shè)計(jì)，我校模具技術(shù)實(shí)訓(xùn)室做到定位明確、設(shè)備選用和布局合理、設(shè)備管理方便。

當(dāng)然，由于地區(qū)不同，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不同，學(xué)校開設(shè)模具專業(yè)的應(yīng)用方向也不同。除了注塑模具以外，有些高職院校模具專業(yè)的教學(xué)方向偏向沖壓模具，有些高職院校模具專業(yè)的教學(xué)方向偏向壓鑄模具，這就需要對(duì)實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備配置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。偏向沖壓模具的教學(xué)單位，實(shí)訓(xùn)室可考慮增配1臺(tái)數(shù)控沖床及沖壓模擬分析軟件，增加對(duì)沖壓設(shè)備和沖壓工藝的實(shí)訓(xùn)；偏向壓鑄模具的教學(xué)單位，實(shí)訓(xùn)室可考慮增配1臺(tái)壓鑄機(jī)，增加對(duì)壓鑄設(shè)備和壓鑄工藝的實(shí)訓(xùn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著模具行業(yè)的發(fā)展，模具制造設(shè)備越來越先進(jìn)。為了能夠和企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)接，高職院校應(yīng)該密切關(guān)注模具生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的發(fā)展，及時(shí)配備先進(jìn)設(shè)備，例如配備光學(xué)掃描儀及相應(yīng)的軟件，培訓(xùn)學(xué)生對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行快速測(cè)量及逆向建模；為進(jìn)行復(fù)雜型面加工、高速加工、高精度加工，配備五軸加工設(shè)備及精密電火花線切割加工設(shè)備，讓學(xué)生掌握先進(jìn)的加工設(shè)備；為使學(xué)生學(xué)習(xí)模具制造自動(dòng)化技術(shù)，配備一些夾具、托盤和機(jī)械手，讓學(xué)生了解快速、高效、準(zhǔn)確的定位和自動(dòng)化生產(chǎn)；配備模具CAE軟件，讓學(xué)生學(xué)習(xí)模具CAE來指導(dǎo)模具設(shè)計(jì)。高職院校在進(jìn)行模具專業(yè)建設(shè)時(shí)應(yīng)該以社會(huì)需求為導(dǎo)向，結(jié)合地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，設(shè)定合理的專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，規(guī)劃好實(shí)訓(xùn)室功能，配備合理的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，培養(yǎng)高素質(zhì)的模具專業(yè)高技能人才。

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