“金屬塑性成形工藝及模具設計”的教學改革與實踐

李忠　張偉　劉淑杰　王偉華　李軍平

【摘要】本文介紹了金屬塑性成形工藝及模具設計這門課的特點，根據(jù)教學大綱大要求，把金屬塑性成形工藝及模具設計的教學目標分成知識目標和工程目標兩類。從教學內(nèi)容和教學方法兩個方面進行教學改革，取得了較好的教學效果。

【關(guān)鍵詞】教學大綱 知識目標 工程目標 教學內(nèi)容 教學方法

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）08-0017-01

《金屬塑性成型工藝及模具設計》是材料成型及控制工程本科專業(yè)模具方向的重要基礎課，它是將作為材料成形及控制工程鍛壓方向的專業(yè)方向課的《沖壓工藝及模具設計》、《鍛造工藝及模具設計》兩門專業(yè)課合并在一起，組成一門作為模具專業(yè)的專業(yè)課。這門課涉及很多學科，基本概念、術(shù)語、工藝繁多，不同的工藝模具結(jié)構(gòu)差異很大，設計原則也各不相同，工程實踐性很強[1-4]。另外兩門專業(yè)課合并為一門，總學時并沒有增加，這些都增加了學生學習該課程的難度。傳統(tǒng)的板書和掛圖的教學方法已經(jīng)不能滿足時代的需要，降低了學生學習的興趣，課堂學習效果比較差。

經(jīng)過兩年的教學實踐，我們把這門課的教學目標設定為知識目標和工程目標，知識目標為學生全面運用鍛壓工藝及模具設計所需的《塑性成形原理》、《金屬材料及熱處理》、《機械制圖》等知識掌握沖壓、鍛造各種工藝的基本概念、基本理論，掌握沖壓、鍛造模具結(jié)構(gòu)特點。工程目標為學生初步具有工藝分析的能力，具有查閱設計參數(shù)及國家標準的能力，初步具有解決沖壓、鍛造生產(chǎn)中常見的產(chǎn)品質(zhì)量的能力以及具有初步的模具設計、具有三維繪圖的能力。為此，我們進行了教學內(nèi)容和教學方法的探索和實踐，在這兩個方面實施了教學改革措施。

一 、改革教學內(nèi)容

1.知識點的選取

教學中采用的教材是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《金屬塑性成形工藝及模具設計》，作者李春峰。教材中沖壓工藝介紹了沖裁、彎曲、拉深、脹形、縮口，擴孔、翻邊等。教學中選取了沖裁、彎曲、拉深工藝作為講授的重點，因為日常生活中的沖壓件60%以上是由這三種工藝完成的。考慮到學生生產(chǎn)實習會參觀汽車覆蓋件的生產(chǎn)，把翻邊和脹形工藝作為非重點內(nèi)容講授。鍛造工藝分為自由鍛和模鍛，自由鍛工藝重點介紹鐓粗、拔長、沖孔、擴孔，而彎曲、錯移、扭轉(zhuǎn)則不講授。模鍛中重點講授開式模鍛、閉式模鍛、擠壓和頂鐓，精密模鍛工藝作為非重點內(nèi)容一帶而過。《金屬塑性成型工藝及模具設計》這門課具有概念多、工藝多、設計原則多的特點，要學生在一學期的時間全面掌握鍛壓的各種工藝及模具設計是不現(xiàn)實的，通過簡化知識點，把學生有限的精力集中到常規(guī)、常見的工藝上來，有的放矢、重點突出，才能把這門課基礎打好，為將來工作中的舉一反三奠定基礎。

2.典型案例的選取

《金屬塑性成形工藝及模具設計》涉及的鍛壓工藝多，模具設計原則多樣，學生在學的時候很難消化，很難把繁多的設計原則聯(lián)系起來，通過典型模具設計案例的選擇把基本概念、原則有機的聯(lián)系起來，便于學生加強對這門課的理解，提高學生分析問題、解決問題的能力。例如在講授沖壓模具設計的時候，通過止動件的復合模設計實例，可以使學生掌握沖裁單工序模、復合模、級進模的選取原則，通過模具設計流程的講解，可以使學生掌握沖壓模具設計的一般流程，掌握工藝方案的確定原則、排樣設計和定位方式的設計原則、模具設計的相關(guān)計算、標準零件的選取等。而在講授鍛造時，以長軸類鍛件錘上模鍛鍛模的設計和工藝流程的編制為例，把鍛件余量的選取、鍛件圖的繪制、制坯工步的選擇、模膛的設計等鍛模設計流程介紹清楚，使學生掌握鍛模設計的一般方法，在將來的工作中即使涉及到壓力機鍛模、平鍛機鍛模也能知道查閱相關(guān)資料，按照流程規(guī)范去設計模具。

二、改革教學方法

1.強化多媒體教學，提高教學質(zhì)量和效率

傳統(tǒng)的教學均以教師課堂講授為主，僅局限于教材上的內(nèi)容，在講解具體工藝的時候，把定義或是二維示意圖做到PPT上，或是在講解模具結(jié)構(gòu)時把二維裝配圖做到ppt中，學生在學習的時候很難理解工藝的具體操作和應用，以及很難理解模具的裝配、運動關(guān)系，會覺得課程空洞、抽象。為此我們搜集了大量的工藝和模具運動的二維、三維動畫和視頻，以及鍛造工藝的生產(chǎn)現(xiàn)場視頻，在講解工藝、模具結(jié)構(gòu)的時候輔助以動畫等多媒體手段。經(jīng)過這樣的改革，學生的學習的興趣提高了，課堂氣氛活躍了，并且能夠積極參與到教師的啟發(fā)式教學當中。另外，多媒體可將抽象內(nèi)容形象化，幫助學生理解難以用文字表達清楚的內(nèi)容，突破教學難點。多媒體教學可以在短時間內(nèi)提供大量信息，提高課堂效率。

2.注意與先修課程的聯(lián)系，注重融會貫通

由于該課程其理論知識的淵源性和聯(lián)系性，因此，在課堂教學中應適當復習和延伸已學內(nèi)容，使學生們更加深刻理解該專業(yè)的精髓，系統(tǒng)而完整地掌握該專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)。例如在講授拉深時的應力應變關(guān)系時，引導學生并將已經(jīng)學過的塑性成形力學知識與這些內(nèi)容的結(jié)合，提高學生利用所學知識問題和解決問題的能力。根據(jù)拉深時法蘭變形區(qū)的特點，應用主應力法，求出切向壓應力和徑向拉應力的大小，可得法蘭區(qū)外緣和凹模圓角處的變形性質(zhì)，進一步可得出毛坯厚度變化趨勢。再根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和受力特點得出桶壁部分和凸模圓角處的應力分布特點，最后可得桶底到桶口壁厚逐步增大的經(jīng)驗結(jié)論。這樣授課就使前修課程與新課程的內(nèi)容有機結(jié)合起來，使同學們掌握系統(tǒng)的學習方法以及知識由點及面再由面至點的過程。

3.調(diào)整授課計劃，增設“沖壓模具拆裝”實驗

為了提高學生的動手實踐能力，加深對模具的理解，提高模具設計能力，增設沖壓模具拆裝實驗。拆裝實驗安排在該課程沖壓部分講解完成后。學生把實際生產(chǎn)的模具拆分，了解設計方案和關(guān)鍵零件的構(gòu)成，測量尺寸，然后把拆分后的零件組裝成沖壓模具。要求學生完成指定零件二維圖紙的手繪，全部零件的三維造型，然后在UG中裝配到一起，實現(xiàn)沖壓模具的運動仿真。在課程結(jié)束之后，再進行兩周的課程設計，每個學生完成一套沖壓模具的設計。這樣的調(diào)整，在模具設計之前使學生對模具結(jié)構(gòu)、配合關(guān)系有了深刻的認識和深入的分析，對模具結(jié)構(gòu)有一個直觀清晰的印象，有效的促進對該門課知識的理解。另外通過UG三維建模和運動仿真也提高了模具設計的工程運用能力，開發(fā)了學生的創(chuàng)新實踐精神。

三、結(jié)束語

兩年的教學實踐表明，經(jīng)過上述改革措施，學生們對鍛壓工藝的基本知識及鍛壓模具設計的基本方法等有了初步的掌握，學生對這門課的學習興趣提高了，動手能力和模具設計的能力以及工藝分析能力有了較大提高，培養(yǎng)了學生的實踐能力和創(chuàng)新意識，提高了課程的講課效率和質(zhì)量。

參考文獻：

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基金項目：2013年度哈爾濱理工大學教育教學項目“基于提高綜合技術(shù)應用能力的《金屬塑性成形工藝及模具設計》課程教學改革的研究”（項目編號：B201300038）。