模具實訓(xùn)的教學(xué)改革探索

黃凌森， 江麗珍

（廣州城市理工學(xué)院工程訓(xùn)練中心， 廣東 廣州 510800）

引言

金工實習(xí)是一門實踐性技術(shù)基礎(chǔ)課，學(xué)生們可以通過這門必修課的學(xué)習(xí)來了解機械加工的生產(chǎn)全過程，以此提高他們的實踐操作能力及綜合素質(zhì)，如紀(jì)律性、愛崗敬業(yè)精神等[1]。隨著工業(yè)4.0 的興起，智能設(shè)計與制造的不斷發(fā)展，為了緊跟時代技術(shù)的發(fā)展，本校工程訓(xùn)練中心一直努力開拓新工種、引入先進設(shè)備、摸索新的教學(xué)方法，以提升教學(xué)質(zhì)量，通過實習(xí)來強化學(xué)生的實踐經(jīng)驗和實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力[2]。

目前本中心正在大力開展虛擬仿真實驗室的建設(shè)，借著這次機會對模具拆裝工種進行了一次重大的教學(xué)改革，在教學(xué)中引進智能模流分析軟件Moldflow，以其為導(dǎo)向開展模具教學(xué)。Moldflow 作為注塑CAE 的技術(shù)領(lǐng)袖，可以直觀地將整個注塑成型過程進行模擬分析，能對塑料熔體的充填、保壓、冷卻情況以及制件的收縮、翹曲、變形等情況做出精確預(yù)測，對模具設(shè)計具有重大的指導(dǎo)意義，同時還能減少試模的次數(shù)[3]。通過增加模擬仿真及智能數(shù)據(jù)分析的環(huán)節(jié)，將教學(xué)內(nèi)容由測繪模具轉(zhuǎn)移到智能模流分析軟件上來，從而引導(dǎo)學(xué)生更清楚認(rèn)識模具各個部分對產(chǎn)品成型的影響。

1 模具工種傳統(tǒng)教學(xué)方式分析

模具被稱為工業(yè)之母，涉及機械、汽車、電子通訊、家電等各個行業(yè)[4]。在金工實習(xí)中專門開設(shè)模具拆裝工種，能讓大學(xué)生們了解生活中很多東西是怎么成型出來的，對學(xué)生尤其是機械工程學(xué)院的學(xué)生專業(yè)課的學(xué)習(xí)有很大的幫助。

模具拆裝實習(xí)過程中，先利用多媒體播放視頻動畫介紹各種模具的工作過程和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，再通過現(xiàn)場的拆裝和測繪模具，讓學(xué)生結(jié)合實物進一步分清模具的各個零件及其作用。根據(jù)實習(xí)時間的長短，將教學(xué)任務(wù)分為三種[5]，具體教學(xué)安排如表1 所示。

表1 模具實訓(xùn)原本的教學(xué)安排

雖然我們一直在努力豐富教學(xué)視頻、不斷更新模具內(nèi)容，但隨著智能制造的興起，模具工種的裝備條件已經(jīng)非常落后，在實習(xí)中總有一些難以克服、經(jīng)過多次改革也仍然存在的困難。

1）由于場所限制，理論教學(xué)使用的多媒體教室和實操教學(xué)的車間是分開的，為了減少跑動及跑動浪費的時間，通常都是在多媒體課室講完理論再到車間現(xiàn)場介紹并拆裝模具，學(xué)生們會覺得理論時間過長，枯燥乏味，也容易混亂、忘記。

2）除了拆裝模具，學(xué)生要花大部分時間進行模具測繪，他們普遍會覺得這個過程枯燥且難度太大。還有部分學(xué)生對手工畫圖有抵觸情緒，提出為何不緊跟時代步伐用電腦進行繪圖的疑問，不是很愿意扎扎實實地完成模具裝配圖。學(xué)習(xí)態(tài)度的不端正導(dǎo)致這類學(xué)生的實習(xí)過程非常懶散，所繪圖紙質(zhì)量很差。

3）由于模具數(shù)量有限，實習(xí)人數(shù)多，一般安排4人共用一套模具，這樣雖然能讓學(xué)生學(xué)會分工合作、互相配合，但也不可避免地出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。尤其是在機械工程學(xué)院的學(xué)生實習(xí)中，有時每組實習(xí)人數(shù)安排到20 多人，且要求必須沖壓模和注塑模同時進行測繪，第二天交換模具后，更難阻止抄襲的出現(xiàn)。

4）金工實習(xí)中很多工種都能讓學(xué)生自己設(shè)計并加工出成品，并可讓他們帶回去做紀(jì)念，實習(xí)起來非常有意義，學(xué)生們興趣濃厚。相比之下，模具工種中無注塑設(shè)備、沖壓模的沖壓也有專門的工種負(fù)責(zé)，確實無趣枯燥還“落后”。

鑒于上述問題，平時對模具工種進行的教學(xué)方式、內(nèi)容的更新都只能算是小改革。為了從源頭上真正解決實習(xí)過程枯燥的問題，必須引入新設(shè)備新技術(shù)，增加學(xué)生動手操作的機會，并豐富學(xué)生動手操作的學(xué)習(xí)內(nèi)容。

2 模具工種教學(xué)改革的實施方案

2.1 實訓(xùn)室的規(guī)劃與建設(shè)

模具實訓(xùn)面向的是全校大二學(xué)生，每學(xué)年接受4 000 多人的實習(xí)任務(wù)，最多時一次容納24 人左右。中心已為本工種新增電腦室一間，配有40 余臺電腦，并裝好Autodesk Moldflow Synergy 2012 和proeWildfire 5.0 軟件。車間現(xiàn)場配備8 張工作臺，用于拆裝及測繪的沖壓模和注塑模各4 套，另有十余套模具擺放一旁，以供學(xué)生觀摩。

2.2 教學(xué)計劃的制定

本次教學(xué)改革準(zhǔn)備以四大模塊開展教學(xué)，一是Moldflow 軟件模塊，二是Pro/E 分模模塊，三是Solidworks 裝配模塊，四是測繪模塊。為此，我們準(zhǔn)備了數(shù)套Moldflow 軟件的教學(xué)案例及Pro/E 的分模案例，也利用Solidworks 軟件將車間現(xiàn)場拆裝使用的模具全部繪制了3D 圖，準(zhǔn)備作為裝配模塊應(yīng)用于新教學(xué)。但真正實施下來，發(fā)現(xiàn)實習(xí)時間實在有限，大二的學(xué)生們接受能力也有限。于是經(jīng)過三輪的教學(xué)實踐（2 d／批、1 d／批和0.5 d／批），在磨合中不斷修正和完善教改方案，最終確定了教學(xué)計劃，具體的模具教學(xué)安排制定如表2 所示。

表2 改革后的模具教學(xué)安排表

此次教學(xué)改革最終構(gòu)成了以Moldflow 軟件為工作任務(wù)導(dǎo)向，CAE 與CAD 軟件相配合的理論結(jié)合實際的新教學(xué)模式。在教學(xué)中，利用典型的模流分析教學(xué)案例展開教學(xué)，結(jié)合對應(yīng)的Pro/E 分模案例，通過拆裝模具，讓學(xué)生理解注塑模澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的作用、它們對成型過程的影響、注塑模的設(shè)計流程和工作原理，并提高學(xué)生應(yīng)用智能分析軟件的能力。通過對沖壓模的測繪，掌握沖壓模的工作原理、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其作用，培養(yǎng)了學(xué)生解決問題的能力和團隊合作的精神。將傳統(tǒng)的模具技術(shù)、落后的實習(xí)內(nèi)容與現(xiàn)代先進的智能的CAD、CAE 技術(shù)相碰撞相結(jié)合，讓學(xué)生在短短的實習(xí)時間里能通過更豐富的實習(xí)內(nèi)容和先進的手段認(rèn)識了傳統(tǒng)的模具技術(shù)。

3 模具工種改革的實踐效果

以Moldflow 軟件為導(dǎo)向開展的模具改革已在正式教學(xué)中實施了近兩學(xué)年。相較于以前填鴨式理論講授，以拆裝和測繪模具為主的教學(xué)模式，現(xiàn)在通過三個教學(xué)模塊（CAE 模流分析、CAD 分模設(shè)計、模具拆裝測繪）的組合學(xué)習(xí)，課程設(shè)計更加充實飽滿，學(xué)生們的實習(xí)內(nèi)容更加豐富。而且考慮到學(xué)生們初次接觸模流分析軟件和Pro/E 軟件，選取的實例和練習(xí)難度均適中，容易理解。學(xué)生反映認(rèn)識和了解模具的手段多元化了，教學(xué)內(nèi)容和過程也更貼近企業(yè)設(shè)計模具的流程，接觸到了更多的模具知識，模具知識體系更完整了。此外，很多學(xué)生認(rèn)為CAE 的模流分析效果非常逼真，能清晰地看到塑料熔體進入型腔的過程，能通過簡單操作完成模具的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計，還能看到不同的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計對成型效果的不同影響，從而獲得最優(yōu)的設(shè)計方案，增強了他們應(yīng)用分析設(shè)計軟件的能力。通過項目教學(xué)法，學(xué)生們表示現(xiàn)在都能很好地參與到模擬任務(wù)的動手操作中去，學(xué)習(xí)目的明確，能獨立自主地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，在極大程度上提高了他們自主學(xué)習(xí)的積極性和自主能動性，教學(xué)質(zhì)量也得以大大提高。

4 結(jié)論

本次改革突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，不再局限于通過測繪模具這一傳統(tǒng)方式讓學(xué)生認(rèn)識模具結(jié)構(gòu)，而是通過多元化手段讓學(xué)生接觸更多的模具知識，了解模具設(shè)計的核心，讓每個學(xué)生都能參與進來，且都能動手操作。智能模流分析軟件和智能三維設(shè)計軟件的引入，豐富了模具工種的實習(xí)內(nèi)容，完善了模具的知識體系，提高了學(xué)生應(yīng)用智能數(shù)據(jù)分析軟件的能力，增強了學(xué)生的數(shù)字化新技術(shù)應(yīng)用能力。