基于卓越工程師培養(yǎng)的鍛造工藝及模具模塊教學改革探索

李振紅++馮可++盧惠親++査光成

摘 要：本文根據卓越工程師教育培養(yǎng)要求，通過分析材料成型及控制工程專業(yè)實踐教學現(xiàn)狀和存在的問題，對鍛造工藝及模具模塊的教學內容、教學方法和教學實踐方面進行改革探索。實踐表明該實踐教學改革模式有較好的人才培養(yǎng)實際效果，使學生的學習積極性和主動性有了較大提高，綜合分析和解決實際問題的能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)得到了進一步加強。

關鍵詞：卓越工程師；模具；鍛造

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A

一、引言

模具是遍及機械、電子、電器、儀表、輕工、日用品、塑料、汽車、航空、國防等各個工業(yè)部門的重要工藝裝備。近幾年來，產品的專業(yè)化、大批量生產使得模具在生產中的作用日益突出，對模具的設計、制造及使用要求越來越高。模具設計不合理，精度保持性差，必將影響產品質量，還會造成模具材料和制造工時的浪費，大大增加產品的成本并降低生產效率，嚴重影響產品在市場上的競爭力。

而這一切都必須依靠一大批掌握模具關鍵技術，能夠結合企業(yè)實際提出問題和解決問題的卓越模具工程師。但目前我院培養(yǎng)的本科畢業(yè)生，由于受到種種因素的限制，多數(shù)只能成為工程師“毛坯”，存在著專業(yè)面窄和解決實際問題能力差等弱點。他們還需要經過工程實踐的訓練和高等工程教育的培養(yǎng)，才可能成長為符合社會需要的高級工程人才。

長江三角洲地區(qū)是我國模具行業(yè)最集中和發(fā)達的地區(qū)之一，對模具高級工程人才的需求旺盛。培養(yǎng)符合企業(yè)需求的大批模具高級工程人才，既是學校自身發(fā)展的需要，也是高校的職責所在。

二、目前存在的問題

通過已就業(yè)學生及模具企業(yè)招聘人員的反饋，我們發(fā)現(xiàn)企業(yè)希望大學畢業(yè)生能立刻進入工程實際工作，而不是通過半年到一年的培訓才能熟悉具體工作。因此，企業(yè)希望學校能結合工作實際來改革課程，希望課程內容和他們將來的崗位工作緊密聯(lián)系，能對他們的工作起到立竿見影的作用。

鍛造模具是模具成形的一個重要環(huán)節(jié)。日常生活常見的螺釘、汽車上的軸、加工機械上的齒輪等零件多數(shù)需鍛造成形。江蘇省是我國的鍛造大省，江蘇森威精鍛有限公司、江蘇太平洋精鍛科技股份有限公司都是全國著名的精密鍛造公司，承擔著全國汽車精鍛件生產的60%以上的生產任務，與各大汽車制造公司均有協(xié)作。除此之外，徐州市、南通市還有一批鍛造設備的制造企業(yè)。蘇北的許多私營企業(yè)生產的零件有很多都可以采用鍛造成形，如齒輪，采用鍛造成形可以使得其生產時間由10分鐘減少到10秒鐘。但是企業(yè)沒有相應的鍛造技術人員，無法完成技術改革。因此，江蘇省對鍛造工程師存在著很大需求。

南京工程學院（以下簡稱“我校”）結合教育部卓越工程師計劃，針對目前存在的種種問題，對模具卓越工程師鍛造工藝課程體系的改革進行探索與實踐。通過到省內其他高校和鍛造模具企業(yè)調研，學校和企業(yè)合作修改制訂教學大綱、教學內容，或協(xié)作編寫教材，建立實訓基地，強化學生工程實踐能力，以達到培養(yǎng)合格的模具卓越工程師的目的。

我院的材料成型及控制工程（模具設計）專業(yè)是校品牌專業(yè)及江蘇省特色專業(yè)。目前在鍛造模具設計模塊主要開設了“金屬塑性成形原理”和“鍛造工藝學”兩門課程，旨在培養(yǎng)學生進行鍛造成形工藝及模具設計的能力。其中，“金屬塑性成形原理”是鍛造模具設計的理論基礎，“鍛造工藝學”是鍛造模具設計的主干專業(yè)課程?？梢哉f，通過這兩門課程能使學生基本掌握鍛造工藝及模具設計的基本理論及方法。但是，從以往的教學及就業(yè)學生反饋來看，課程體系存在著下列一些缺點：①學時不足，“鍛造工藝學”作為主干專業(yè)課程只有32學時；②可選教材較少而且陳舊，新編教材很少，即使是新編教材，其內容也是以國內20世紀80年代的工藝為主，對一些已經在大量使用的新技術、新工藝（如精密鍛造、計算機輔助鍛造成形分析）涉及很少；③沒有實踐環(huán)節(jié)，主要是沒有試驗和課程設計。具體到實際應用上，在學生大四階段進行畢業(yè)設計時尤其明顯。由于畢業(yè)設計基本上都是實際課題，但是學生只是學習了相關理論，沒有實踐過。因此需要學生和指導教師付出較多的勞動，也延緩了其畢業(yè)設計進度，降低了其畢業(yè)設計質量。

三、改革方案

1.教學內容改革

鍛造是一門古老的藝術，傳統(tǒng)的鍛造是指鋼鐵零件的熱鍛成形。目前國內企業(yè)大量使用的自由鍛、模鍛，其技術原理在20世紀80年代基本已成熟。目前國內鍛造工藝課程的教學內容也主要是鋼鐵類材料的熱鍛成形理論與模具設計，學生經過鍛造工藝及模具模塊相應的學習過程能初步掌握汽車零部件如齒輪、連桿等零件的鍛造成形工藝和模具設計。但隨著近年來汽車、宇航工業(yè)的迅速發(fā)展，鍛件在各制造零件中所占的比重也越來越高，鍛造技術也得到了飛速發(fā)展，各種新技術層出不窮。

冷鍛不需要加熱即對坯料進行鍛打成形，和傳統(tǒng)的熱鍛相比，不需要加熱使得產品的生產避免了表面氧化、模具壽命低等缺點，經冷鍛后的產品其精度能達到7～8級，后續(xù)機械加工余量較小甚至沒有，因此冷鍛得到了廣泛應用。其缺點是要求坯料具有較高的塑性、較低的抗力，在變形過程中產生的加工硬化需要在后續(xù)加工前通過退火工藝消除，增加了一道工序。結合冷鍛和熱鍛的優(yōu)點，企業(yè)從事一線生產的工程師和科技工作者又提出了溫鍛的概念。溫鍛是鍛造溫度處于冷鍛和熱鍛之間的鍛造成形方法，由于其溫度比熱鍛低，所以金屬氧化量較小。同時坯料經過了加熱，其塑性得到了較大提高，所需的變形抗力也有著較大降低，能在保證產品外觀質量的同時提高其可塑性，近年來在企業(yè)中逐漸推廣應用。除此之外，適應特定產品生產的各種特種鍛造技術逐漸出現(xiàn)。冷擺輾成形、多向鍛造、楔橫軋、閉塞鍛造、沖-鍛復合成形、半固態(tài)成形都已在企業(yè)中開始應用。在成形材料上，也不局限于鋼鐵材料。尤其是隨著汽車輕量化的進展，企業(yè)越來越多地采用輕質高強度的鋁合金代替鋼鐵，而鋁的成形溫度、成形過程中的相變等與鋼差別較大。同樣的材料還有銅、鈦、鉛、錫等材料。

在鍛造成形工藝的設計上，現(xiàn)在許多企業(yè)都在使用有限元仿真軟件，如DEFORM-3D、MSC.Superforge、ABAQUS等軟件，指導工藝參數(shù)的選擇及模具設計。由于課時所限，此部分內容只是在課程中稍作介紹，學生若感興趣需自學。然而，由于此類軟件都是專業(yè)軟件，需要使用者有著較深的鍛造成形專業(yè)知識，而且其界面大都為英文，極大地限制了學生的學習興趣。在實際調查中發(fā)現(xiàn)，因為沒有迫切的需求，幾乎沒有同學主動學習。此種現(xiàn)狀嚴重地制約了計算機分析技術在鍛造行業(yè)的推廣應用。

在鍛造工藝課程的授課中，由于課時較少，教師主要講述鋼的熱鍛工藝及模具設計，上述內容涉及較少，在講課過程中經常是一帶而過，在現(xiàn)有教材上這部分內容也很少提到，造成了學生對鍛造新技術新發(fā)展、新動態(tài)的了解滯后。因此，教學內容迫切需要改革。

針對上述現(xiàn)狀，我院提出了將“鍛造工藝學”課程保持32課時不變，增加“冷鍛工藝與模具設計”選修課?！板懺旃に噷W”課程內容仍以熱鍛工藝與模具設計為主。“冷鍛工藝與模具設計”作為一門任選課，設置為16課時，課程內容以冷鍛工藝與模具設計為主，兼顧特種鍛造、有色金屬鍛造等新技術。通過后續(xù)的課程設計和畢業(yè)設計環(huán)節(jié)增加溫鍛和特種鍛造等內容的實踐，指導學生參考熱鍛和冷鍛并結合生產情況來選擇合適的工藝參數(shù)和模具結構。至于計算機在鍛造行業(yè)中的應用這部分內容，則增加到“材料成型CAE技術”這門課程中，作為材料成型CAE的三大塊（塑料成型、板料成形和鍛造成形）之一。

通過實際的教學活動我們發(fā)現(xiàn)，這種改革方案由于課程設置比較靈活，得到了任課教師和廣大學生的認同，取得了較好的效果。

2.教學方法改革

由于鍛造模具設計是一門實踐性很強的技術工作，為了使學生具有較強的實踐能力，結合教育部的卓越工程師計劃，我院聯(lián)系了幾家鍛造生產企業(yè)作為學生實習基地，進行校企聯(lián)合培養(yǎng)。

企業(yè)培養(yǎng)分為現(xiàn)場實習和畢業(yè)設計兩個階段，學習指導由學校專業(yè)教師和企業(yè)具有豐富經驗的工程師共同承擔，企業(yè)落實學生在企業(yè)學習期間的各項教學安排，提供實訓、實習的場所和設備，安排學生實際動手操作。通過在企業(yè)的實踐，培養(yǎng)現(xiàn)場工程師良好的職業(yè)道德和工程意識，強化學生在鍛造行業(yè)及企業(yè)生產現(xiàn)場分析、解決工程實際問題的能力。要求能夠將學校培養(yǎng)的專業(yè)理論與工程能力在企業(yè)中加以實際應用和實踐。同時，了解行業(yè)和企業(yè)的技術現(xiàn)狀，體驗企業(yè)相關的文化，熟悉企業(yè)管理制度，培養(yǎng)質量、環(huán)保、市場和價值效益意識，培養(yǎng)良好的人際交往能力和團隊合作精神，為其畢業(yè)后能及時走向工作崗位提供保障。

在考核方法上，要求學生必須完成一項企業(yè)實際項目工作報告并通過答辯，其內容可以是某具體零件的鍛造成形工藝、鍛模設計制造、模具材料選用等方面。

3.教學實踐改革

在原有鍛造理論課程的基礎上，新增鍛造工藝與模具課程設計實踐環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)要求學生針對典型模鍛零件，分析成型工藝，完成鍛模設計，強化鍛造實踐環(huán)節(jié)。其目的是通過參與企業(yè)的技術研發(fā)和生產管理等工作，將理論與企業(yè)實踐結合，并加以運用。通過增設企業(yè)具體產品的課程設計環(huán)節(jié)，結合已有的企業(yè)認識實習、企業(yè)專業(yè)實習、企業(yè)畢業(yè)設計，培養(yǎng)學生良好的職業(yè)道德和工程意識，進一步強化學生在相關行業(yè)及企業(yè)生產一線生產現(xiàn)場分析、解決本專業(yè)方向工程實際問題的能力。

四、結論

本文通過鍛造工藝模具模塊的教學內容、教學方法和教學實踐方面的改革探索，有效地改善了本課程模塊的教學條件，使學生的學習積極性和主動性有了較大提高，綜合分析和解決實際問題的能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)得到了進一步加強，收到了良好的教學效果。

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