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进阶培养模具设计与制造的综合技能

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基于能力进阶培养模具设计与制造的综合技能侯军明  汪木兰  杨清林南京工程学院  江苏南京  211167

摘  要:根据机械设计制造及其自动化专业中的计算机辅助制造与数控加工专业方向对模具设计与制造技术方面的基本要求,采取能力进阶的项目教学法着力培养学生设计和制造模具的综合技能。总结了项目教学法和模具设计与制造课程的主要教学内容,介绍了该知识模块的课程体系,重点阐述了模具设计、模具制造和模具装配等三个教学项目的具体内容和能力进阶方案的实施。最后,对项目教学的效果以及实施过程中碰到的问题进行了分析和讨论。关键词:项目教学法;模具设计与制造;课程体系    机械设计制造及其自动化专业中的计算机辅助制造与数控加工专业方向的学生学习模具设计与制造课程的主要目的是掌握模具设计和制造的基础知识并培养模具相关的工程意识和综合应用能力,毕业后能够从事企业所需的模具设计与制造、装配与调试以及经营管理等工作。    由于模具设计与制造课程体系与生产实际之间的联系紧密,传统的教学方法过分强调教师的主体地位,导致学生掌握知识的过程缺乏积极性和创造性,理论和实践相脱节。而以能力进阶的项目形式组织教学能够提高学生的主动性,使学生在解决项目问题的过程中,把握课程体系的基本要求,同时实现综合技能的提高,是比较适合本课程的一种教学方法。

    一、项目教学法及其特点    项目教学法是一种典型的以学生为中心的教学方法。学生在教师的指导下,全部或者部分独立地自行组织和安排有效的学习,完成一个项目的执行。在实施过程中,解决遇到的技术问题,可以提高学习的兴趣并且调动了学生的学习积极性,最终掌握教学的主要内容。采用“团队学习”的方法,动脑、动手、交流和合作,最终完成项目任务并以成果的形式予以展现。项目教学法的显著特点是“以项目为主线、教师为主导、学生为主体”,改变了以往“教师讲、学生听”的被动教学模式,是一种学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。其目的是在项目教学的过程中把理论与实践教学有机地结合起来,充分发掘学生的创造潜能,培养学生的自学能力、观察能力、分析问题能力、动手能力和协作能力等综合能力。

    二、模具设计与制造课程及知识体系    1.模具设计与制造课程教学内容    模具设计与制造是计算机辅助制造与数控加工专业方向的一门重要的专业基础课。通过本课程的学习,使学生获得最基本的冲压模、塑料模等模具设计和制造所需要的基本理论,掌握常见模具的设计和典型零件工艺规程的制定等知识,提高学生分析问题和解决问题的能力,为今后从事模具制造技术工作及开发研究打下基础。模具设计与制造课程的知识点和教学内容安排见表1。

表1     模具设计与制造课程主要教学内容

    2.模具设计与制造课程体系    除了上述理论教学以外,模具设计与制造课程体系还包括模具设计课程设计和模具制造与装配实习两个教学环节,从而丰富和巩固了整个模块知识的掌握。    模具设计课程设计是计算机辅助制造与数控加工专业方向非常重要的教学环节之一,一般安排在冷冲模和塑料模理论学习之后进行,其目的在于巩固所学知识,熟悉有关资料,树立正确的设计思想,掌握相应的设计方法,培养学生的实际工程应用能力。通过模具设计的过程,学生在工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写技术文件和查阅文献等方面受到一次综合训练,增强学生的实际工作能力。    模具制造与装配实习也是该专业方向重要的实践教学环节之一。模具制造和装配过程由分析零件图、加工工艺制定、根据工艺规程进行零件的加工以及装配等内容组成。通过实习使学生掌握模具工艺规程的编制、数控加工程序的编制、电火花等特种加工方法工艺参数的设定和程序的编制,并能够按照工艺规程进行零件的加工,最终完成模具的装配和调整。通过整个项目过程的实施,学生的实践动手能力得到提高。

    三、能力进阶的项目教学方案    模具设计与制造知识体系通过6个教学项目让学生按照能力进阶的顺序完成冲压模具和注射模具的设计、加工生产、产品质量检验等环节,从中学习和掌握机械原理、材料处理、制造工艺以及各种机床的使用与操作等知识。在部分项目的实施过程中,组织不同工种的学生按照编组合作完成一副模具的加工,以训练其在实际工作中与不同专业的协调和合作的能力。    1.项目教学内容的设计    根据课程体系的基本要求,在教学大纲的实施过程中,按照项目教学的思路,以能力进阶为目的引导学生由浅入深地对本课程体系的项目进行学习和掌握,激发学生主动探究的精神。模具设计与制造项目教学内容见表2。    2.项目教学内容的实施    下面以冲压模具相关的3个项目为例,简要介绍冲压模具“设计—制造—装配”整个项目的实施过程以及项目之间的相互关系。

表2      模具设计与制造项目教学内容

    项目一:冲压模具设计—本项目任务是要求学生完成给定冲压零件图的模具设计,具体实施步骤如下:    (1)前期准备、工艺分析。包括阅读产品零件图,查阅收集有关设计资料,根据产品原始数据研究任务,分析产品实施的经济性和可能性。    (2)总体方案制订。确定工艺方案,主要是确定模具类型,包括确定冲压工序数,工序组合和工序顺序等,分析论证其优点和缺点。    (3)结构形式确定。包括操作方式的选择、定位方式的选择、卸料方式的选择等,并根据初步确定的结构形式进行模具结构简图的绘制。    (4)工艺计算。包括凸凹模刃口尺寸的计算、冲压力的计算、初选压力机和确定压力中心等。    (5)零部件的设计计算。凹模的设计计算、凸模的设计计算、固定板的设计计算、卸料板的设计计算、定位零件的设计计算以及弹性元件和其他零件的设计选用,闭合高度的计算、压力机的选用等。    (6)画装配图和零件图。根据设计的尺寸和结构形式绘制零件图和装配图,并根据加工精度和表面质量等确定零件制造的偏差以及技术要求。项目二:冲压模具制造—根据上述项目一设计的零件图和装配图进行模具的加工制造。根据设计质量和制造设备等具体情况,从项目一的设计报告中选出一副模具进行加工实施。按照工种分组合作完成一副模具的制作,即每组完成一个或两个零件的加工工艺制定、程序的编制以及操作加工等,零件加工完成后,进行部件配合修整。具体的项目实施步骤如下:    (1)分组。按照工种分成小组,明确加工任务,制定项目计划,学习安全操作规程。    (2)工艺分析。分析零件的尺寸精度要求,形位公差要求以及表面粗糙度要求等,为后续的工艺编写等做好准备。    (3)编制待加工零件工艺。编制零件加工工艺过程中的几个主要问题:确定待加工零件毛坯尺寸,加工方法的选择,定位基准的选择,加工顺序的安排,机床与工具的选择。    (4)按模具零件图纸以及工艺过程,完成车、铣、磨、电火花和线切割等数控加工工序卡片编制和程序的编写以及操作加工,制造出符合要求的模具零件。    (5)零件加工精度的检测。    项目三:冲压模具装配—模具装配是模具制造过程中非常重要的环节,包括装配、调试、检查和试模。模具的质量取决于模具零件质量和装配质量,装配质量与零件质量和装配工艺等有关。    (1)模具零件准备,选择基准件。不同结构形式的冲压模具可以选择不同零件作为装配基准。    (2)根据装配基准选择合理的装配次序和装配方法,确定装配顺序,并装配主要组件。    (3)总装配调试模具间隙。间隙控制与调整主要有如下方法:透光法、镀铜法、涂层法等。选择合适的调整方法调整到位以后,再把上、下模螺栓紧固加工定位销孔。    (4)试模加工。模具装到压力机上加工,装配完成。用纸试模,观察刃口间隙是否均匀,再调整模具间隙。

    四、实施效果及碰到的问题    项目教学法的运用提高了学生的学习积极性,在每个项目的实施过程中,学生都能够在教师的引导下,不断地发现问题和解决问题。同时,以小组形式讨论解决问题的方法增强了学生的团队合作意识,并且在—系列项目完成以后,学生能够对模具“设计—制造—装配”的整个环节有了全面掌握,从而达到能力进阶的教学效果。但在项目实施过程中也碰到了一些技术或操作层面的具体问题:    1.项目教学方式要求高素质的“双师型”师资队伍,教师不仅具备扎实的理论知识,并且还要具备较强的动手能力和实践经验,对于项目实施过程中碰到的各种技术问题具有较强的解决能力。    2.项目实施的综合性还可以继续提升。例如,在上述项目教学过程中都没有涉及模具制造成本的估算问题,而实际模具成本是指制作某副模具所要消耗的全部费用,即材料费、加工工时费、模具钳工工时费、外购件费和其他费用等,而这些内容今后可以进一步考虑进去,以体现和增强大工程意识培养中的成本意识。    3.良好的设备条件是实施本方案的根本保证,否则会影响到相应的实施效果,也达不到能力进阶的真正目的。

    五、结束语    基于模具设计与制造课程、模具设计课程设计和模具制造与装配实习3个教学环节构成的该知识模块教学体系,设计出由模具设计、模具制造和模具装配3个层次项目组成的能力进阶型项目教学方案。通过具体实施,可以引导学生主动学习,并且提高了学生的团队合作意识和独立解决问题的综合能力,有助于提高学生学习专业课程的兴趣,最终培养学生的大工程意识。

    参考文献    [1]汪木兰,朱晓春,王令其,等.改革数控原理与系统培养学生系统工程意识[J].中国现代教育装备,2006,1:31~33    [2]汪木兰,朱晓春,刘坤,等.案例教学培养自动化专业学生大工程意识[J].中国现代教育装备,2008,12:165~167    [3]王萍.项目教学法在专业课程中的实践[J].教育与职业,2009,10:129~130    [4]许树勤,王文平.模具设计与制造[M].北京:北京大学出版社,2007