《沖壓模具設(shè)計》課程項目化教學改革與實踐

匡和碧，黃 海

《沖壓模具設(shè)計》課程項目化教學改革與實踐

匡和碧，黃 海

（深圳職業(yè)技術(shù)學院機電工程學院，廣東 深圳 518055）

介紹了《沖壓模具設(shè)計》課程項目化教學改革的現(xiàn)狀及存在的問題，通過重構(gòu)教學內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)學習情境，引入PRESSCAD沖壓模具專用設(shè)計軟件，實施“三主五步”教學法，即以學生為主體，以教師為主導(dǎo)，以訓練為主線；“做什么—如何做—跟我做--自己做-做得如何”，激發(fā)了學生的學習興趣，實現(xiàn)了沖壓工藝知識學習與沖壓模具設(shè)計技能訓練的有機結(jié)合．

沖壓模具設(shè)計；項目化教學；“三主五步”教學法

《沖壓模具設(shè)計》是模具設(shè)計與制造專業(yè)的一門主要專業(yè)課，主要介紹沖壓成形的原理、工藝及模具設(shè)計方法，其教學目標是使學生在了解沖壓成形基本理論的基礎(chǔ)上能對中等復(fù)雜程度的沖壓零件正確地進行沖壓工藝分析和模具設(shè)計．該課程涉及機械學、材料學、力學等多個學科，知識涵蓋面寬，理論性、實踐性、綜合性較強，課程信息量大，模具結(jié)構(gòu)繁多且復(fù)雜，教和學的難度較大，傳統(tǒng)的灌輸式教學模式，學生在學習過程中普遍感覺到理論知識多而零散，內(nèi)容枯燥，所學知識沒有針對性，學習興趣不高，教學效果不好．基于上述原因，在教學中采用項目教學法成了眾多學校教學改革的方向，文獻[1-3]對項目化教學進行了有益的探索．但這些文獻的論述還存在諸多值得商榷之處，比如，對于學習項目的設(shè)置，過于簡單、難以覆蓋到各個專業(yè)知識點，也很難激發(fā)學生興趣；其次，設(shè)計思路與流程與企業(yè)實際脫節(jié)嚴重，過分注重工藝分析與計算，忽視了沖壓模具設(shè)計規(guī)范的運用；再次，對于當今沖壓企業(yè)廣泛使用的模具自動化設(shè)計工具PRESSCAD沒有提及，還是介紹使用AUTOCAD來繪制模具的零件圖，這樣做不但效率低，而且難度大．根據(jù)筆者的實踐，在規(guī)定的教學課時內(nèi)，即使只做一個項目（如“墊圈復(fù)合沖裁模設(shè)計”），大多數(shù)學生也是無法勝任，更不要說完成全部項目．因此，優(yōu)化教學內(nèi)容，合理劃分教學項目，在教學過程中引入企業(yè)廣泛使用沖壓模具自動設(shè)計工具PRESSCAD，才能真正體現(xiàn)項目化教學的優(yōu)點，高質(zhì)量完成教學任務(wù)．

1 課程的項目化教學改革

1.1 以培養(yǎng)實用技能需要為原則，優(yōu)化教學內(nèi)容

1）從沖壓模具設(shè)計的實用技能出發(fā)，刪除或壓縮一些無實用價值的內(nèi)容，如沖裁刃口尺寸計算、沖壓力計算等等．實際上、對于復(fù)雜形狀的外形或內(nèi)孔，要按教材上的公式計算出凸、凹模的尺寸、沖壓力及壓力中心，不但費時費力、而且有時根本就無法計算出來．通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，企業(yè)在進行沖壓模具設(shè)計時，對于沖孔，沖孔凸模的刃口尺寸就取孔的尺寸；對于落料，落料凹模的刃口尺寸就取落料部分的尺寸，只是需要根據(jù)磨損規(guī)律及沖件的公差要求適當縮放模具的刃口尺寸，以保證在模具磨損后仍能沖出合格產(chǎn)品就可以了，這樣大大簡化了計算，也為模具的自動化設(shè)計打下了基礎(chǔ)．另外，對于沖壓力及壓力中心的計算，除沖裁模可以較精確計算出沖壓力及壓力中心外、對于含有折彎、壓凸、拉橋等多工序的模具、就無法準確計算出沖壓力了，因此實際工作中很少進行沖壓力及壓力中心計算，壓力機及卸料或壓料彈簧都是根據(jù)企業(yè)規(guī)范或設(shè)計人員工作經(jīng)驗選?。?/p>

2）增加必要的教學內(nèi)容，如公差縮放、展開計算、工序拆分等．為了簡化設(shè)計過程及滿足模具自動化設(shè)計的需要，通常是將產(chǎn)品的尺寸及公差進行縮放后直接當作凸?；虬寄５娜锌诔叽纾浯?，由于稍微復(fù)雜一點產(chǎn)品都包含有沖裁、折彎、翻邊等多個工序，因此需要進行展開計算和工序拆分，并根據(jù)展開計算和工序拆分結(jié)果確定模具的類型、尺寸和數(shù)量．這部分內(nèi)容以前未受足夠重視，根據(jù)企業(yè)模具設(shè)計的實際情況，應(yīng)加強這部分內(nèi)容的教學．

3）增加沖壓模具設(shè)計新技術(shù)的介紹．如今的沖壓模具設(shè)計不但早就摔掉了圖板，而且行業(yè)內(nèi)廣泛使用參數(shù)化、智能化的沖壓模具設(shè)計軟件，如PRESSCAD、TSAIPRESS、LIFECAD等．這些軟件可使沖壓模具設(shè)計人員把精力集中在工藝分析、方案確定上，而繁重的繪圖工作由軟件自動完成．在沖壓模具設(shè)計課程教學中使用這些軟件，不但能使教學內(nèi)容更加貼近企業(yè)實際，而且使得原來令人望而生畏的裝配圖繪制、零件圖紙繪制、尺寸標注及修改工作變得簡單高效，學生學習熱情及成就感也大為提高．

1.2 以企業(yè)沖壓模具設(shè)計崗位需求為目標、合理設(shè)置學習項目

學習項目的設(shè)置要以崗位需求為目標，為學生將來走上相關(guān)的設(shè)計崗位做準備．通過到大型現(xiàn)代化的沖壓企業(yè)參觀學習、實地考察，聘請企業(yè)設(shè)計工程師擔任兼職教師，與企業(yè)人員一道確定教學內(nèi)容，共開發(fā)4個學習項目．這4個學習項目對應(yīng)企業(yè)最常用的4種模具的設(shè)計，即復(fù)合模設(shè)計、沖孔模設(shè)計、折彎成形模設(shè)計、連續(xù)模設(shè)計．這4種模具代表4種典型結(jié)構(gòu)，每一種模具都有多種用途，如，復(fù)合模結(jié)構(gòu)除用作落料沖孔模外，還用作拉深、壓凸模具結(jié)構(gòu)；沖孔模結(jié)構(gòu)除用作沖孔模外，還可用作壓凸、拉橋、抽芽等模具結(jié)構(gòu)．掌握了這4種模具的設(shè)計，基本上能勝任企業(yè)的沖壓模具設(shè)計工作．學習項目設(shè)置見表1．

2 采用“三主五步”教學法，創(chuàng)新教學模式

2.1 “三主五步”教學法的內(nèi)涵

借鑒企業(yè)教導(dǎo)員工的經(jīng)驗，綜合其他教學方法，在沖壓模具設(shè)計教學中提出“三主五步” 教學法．“三主”，即以學生為主體，以教師為主導(dǎo)，以訓練為主線；“五步”即：“做什么—如何做—跟我做--自己做-做得如何”．5個步驟不僅各具功能，而且環(huán)環(huán)相扣，層層深入，形成了一個完整的教學過程、模式．

2.2 “三主五步”教學法的實施

2.2.1 做什么

讓學生從一開始就知道自己要做什么，要讓學生帶著問題去學習、去思考而不是泛泛的去學習．以項目一沖孔落料復(fù)合模設(shè)計為例，在此階段，首先要使學生明白要得到的產(chǎn)品包含沖孔與落料（如載體所示），模具類型要用復(fù)合模，要做的工作使用設(shè)計軟件繪制出復(fù)合模的裝配圖、模板加工零件圖、制作標準件采購清單等，讓學生帶著問題去認識、了解復(fù)合模的，裝配圖、模板加工零件圖、標準件采購清單的內(nèi)容及繪制要求等．

2.2.2 如何做

“如何做”就是學生學習如何進行模具設(shè)計．老師按照圖1所示的沖壓模具設(shè)計流程，組織學生學習相關(guān)工藝知識及模具設(shè)計規(guī)范，并動手進行設(shè)計．

首先是對“客戶產(chǎn)品圖”（如載體所示）進行“工藝評估”，確定該產(chǎn)品是否適合沖壓加工．“工藝評估”完成后，開始制作“產(chǎn)品加工圖”，也就時進行產(chǎn)品圖的公差縮放．“產(chǎn)品加工圖”完成后，開始制作“展開圖”．“展開圖”完成后，開始確定模具種類，也就是確定采用連續(xù)模還是單沖模．采用連續(xù)模就要繪制“排樣圖”，采用單沖模就要繪制“工序圖”．“排樣圖”或“工序圖”完成后，開始繪制“組立圖（又稱裝配圖）”．“組立圖（又稱裝配圖）”完成后，開始繪制“模板零件圖”．“模板零件圖”完成后，開始繪制“標準件清單”．

圖1 沖壓模具標準設(shè)計流程

“如何做”整個過程需要遵循“以學生為主體”的原則，學生是學習“如何做”的主體，是知識的主動建構(gòu)者，教師在“如何做”的教學過程中只是起到組織者、幫助者和促進者的作用．

2.2.3 跟我做

“跟我做”就是通過教師示范，將模具設(shè)計過程、軟件的操作步驟、參數(shù)的設(shè)置方法清楚地告知學生，讓學生通過觀察，領(lǐng)會設(shè)計要領(lǐng)、掌握軟件操作步驟、參數(shù)設(shè)置方法．對于重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計，教師要反復(fù)示范，并輔以三維圖片、實物模型展示，讓學生明白該結(jié)構(gòu)的原理，各個參數(shù)的含義．只有讓學生深刻理解各個參數(shù)、結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵，才能為后面的“自己做”打下扎實的基礎(chǔ)．下面以用PRESSCAD軟件設(shè)計項目四的“排樣圖”為例，說明“跟我做”的教學過程，見表2．

2.2.4 自己做

“自己做”就是在學生觀察、領(lǐng)會老師的示范后親自動手，應(yīng)用所學知識，嘗試自己做一個全新的設(shè)計．“自己做”一方面要求學生大膽?yīng)毩⑦M行設(shè)計，另一方面也要求教師要巡回指導(dǎo)，及時發(fā)現(xiàn)學生設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題，對不正確的設(shè)計給予即時糾正，發(fā)現(xiàn)普遍性問題就及時停止全體同學的設(shè)計活動，集中講解錯誤產(chǎn)生的原因及具體正確的設(shè)計方法．通過“自己做”這一步驟的教學，要使學生運用所學的理論去具體指導(dǎo)設(shè)計工作，動用所學的專業(yè)理論知識來思考、分析、解決設(shè)計操作中遇到的困難和問題，同時引導(dǎo)學生重視專業(yè)的操作技能，掌握好過硬的專業(yè)本領(lǐng)．

2.2.5 做得如何

“做得如何”就是在學生完成“自己做”后，對設(shè)計操作的過程進行歸納總結(jié)，幫助學生驗證最終結(jié)果，明確對錯優(yōu)劣．實際上，每完成一個步驟，都要進行小結(jié)，對錯誤或不合理的設(shè)計及時進行糾正．項目全部完成后要及時進行總評價考核，并將考核結(jié)果及時反饋給學生，考核方法見表3．

以企業(yè)設(shè)計規(guī)范作為設(shè)計標準、以沖壓模具設(shè)計培養(yǎng)目標作為教學指引，以4個產(chǎn)品作為教學載體，以4個項目作為教學內(nèi)容，以PRESSCAD作為教學工具，采用“三主五步”教學法，使得大多數(shù)學生不但能順利完成4個產(chǎn)品的模具設(shè)計工作，而且基本掌握了沖壓模具設(shè)計的流程、設(shè)計規(guī)范、設(shè)計方法，為今后從事沖壓模具設(shè)計工作打下了堅實的基礎(chǔ)．

表2 “跟我做”教學過程示例

表3 項目考核表

[1] 肖亞慧．《沖壓工藝與模具設(shè)計》課程項目教學改革實踐[J]．職業(yè)技術(shù)教育，2015（5）：44-46．

[2] 林有智，傅高升，潘玉成，等．《沖壓模具設(shè)計與制造》項目化教學改革與實踐[J]．寧德師范學院學報（自然科學版），2013（1）：89-90，95．

[3] 武艷軍．《沖壓模具設(shè)計》課程項目化教學改革與實踐[J]．考試周刊，2015，83：15-16．

Project Teaching Reform and Practice of the “”

KUANG Hebi, HUANG Hai

（）

This paper introduces the current situation and existing problems of the project-based teaching reform ofcourse. It expounds the organic combination of stamping process knowledge learning and stamping die design skills training by reconstructing the teaching content, creating learning situation, introducing PRESSCAD stamping die design software and implementing the “Three Principles and Five Steps” teaching method. In other words, it is student-centered,teacher-guided, and training-focused. Following the guideline of “What to do - how to do it - do it with me - do it by myself - how It’s done”, students can increase their learning motive. And a combination of stamping process knowledge learning and stamping die design skill training can be achieved.

stamping die design; project teaching; “Three Principles and Five Steps” teaching method

10.13899/j.cnki.szptxb.2019.05.010

2019-02-19

匡和碧（1965-），湖南耒陽人，工學碩士，高級工程師，主要研究方向：沖壓模具智能化設(shè)計．

TG38-4；G712

A

1672-0318（2019）05-0053-05