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随着模具制造业向信息化、数字化、精细化的方向快速发展,产品更新换代的速度越来越快,应用CAD/CAM技术可以提高产品质量、缩短设计周期。模具CAD/CAM已经成为现代模具企业进行模具设计的主要手段和工具,利用先进的模具CAD/CAE技术进行模具设计更加省时、省力,而且可以减少试模的次数,提高产品质量,缩短模具设计制造的周期。当今模具企业常用的模具设计软件有Pro/E、UG、SolidWorks、AutoCAD等。同时,模具企业的塑料模具设计岗位要求学生能够熟练运用CAD绘图软件进行塑料模具设计。
2塑料成型工艺与模具设计课程与CAD相结合
将塑料成型工艺与模具设计课程和模具设计CAD课程整合为注塑模具设计及CAD课程,根据注塑模具的设计过程来重构课程的教学内容,结合企业的典型案例重点介绍塑料模具中应用最广泛的注塑模具。将塑料成型工艺与模具设计课程的知识目标、能力目标与模具CAD的应用技能相结合,采用“教、学、做”合一的教学模式,突出注塑模具设计基本技能的培养。将模具CAD应用技能与注塑模具设计基本知识融合到各个教学模块当中,如表1所示。UG软件在模具企业中的应用非常广泛,UG软件中的注塑模设计向导模块,是注塑模设计的专用软件,运用UG注塑模设计向导设计注塑模具,可以简化设计的过程。这样将课程的教学内容根据注射模具的设计过程分为塑件建模、设计分型面、设计工作零件等模块。每个模块增加了实训教学部分,采取理论教学和实训教学交替进行的教学方式,学生完成每个模块的理论学习之后,到模具设计实训室运用CAD软件将相应的部分设计出来。理论教学以“学”为主,模具设计实训以“做”为主,这样学生在“做”的过程中巩固了所学的内容。如在塑件建模模块,在理论教学中讲解塑料制品结构工艺,讲解CAD建模的基本操作,在实训教学中让学生应用CAD软件对塑料制品进行建模,最后对塑料制品3D模型进行结构工艺分析。在完成各个模块的学习之后,针对典型的塑料模具进行综合实训,进一步强化所学内容。
3教学实施
以分型面设计为例来介绍教学实施的具体过程。首先根据塑件CAD分型的教学案例进行项目导入,让学生对分型面有一个基本的认识,引导学生掌握分型面的作用与结构形式;接下来讲解分型面设计的基本原则(结合CAD分型的教学案例讲解),介绍运用CAD技术创建分型面的操作步骤与方法;然后提出设计任务,由学生运用CAD技术设计分型面;最后对学生的设计方案进行分析总结。通过具体的教学实施,学生达到以下目标:掌握分型面选取的基本原则,能够根据制品的结构特点正确选择分型面,能够运用CAD技术设计分型面。
4结束语
关键词:模具制造专业 理论与实践一体化 课程体系
目前的职业教育课程体系始终没有摆脱传统的教育模式,理论和实训教学相脱节,课程内容与生产实践相脱节。学生学非所需,学非所用,知识与能力不相配,无法适应生产一线的需要,因此,构建以就业为导向、以能力为本位的一体化教学的课程体系十分必要。从2011年9月起,笔者所在学校在10级高技和中技模具制造专业班级中分别挑选一个班进行教学改革尝试,对模具专业教学的课程体系和内容进行了大幅度的调整,并采用理论与实践一体化的教学模式进行专业教学,使得学生的专业知识和专业技能有了明显提高。通过比较,高技班取得的教学效果比中技班好,因为高技班的学生知识面更广、理解能力更强、自觉性更高,而中技班挑选优秀的学生组班开展“一体化”教学,则效果会更好。
一、课程体系的建立
根据社会对模具专业人才的知识能力结构要求,我们决定将模具制造专业(高技班)课程划分为三个模块,即:基本素质模块、模具专业技术模块、模具专业实训模块。在教学课时安排上,理论与实训约为1:1。
1.基本素质模块
该素质模块能让学生掌握必要的计算、语言表达、公文写作和计算机的基本操作知识,具备自主学习能力和适应社会的基本素养。
开设的课程有:数学、语文、英语、德育、体育、计算机基础、心理健康教育和就业指导等。
2.模具专业技术模块
该模块能让学生熟练掌握机械制图、AutoCAD、Pro/E、模具结构、材料、制造、工艺、夹具、安装、调试、维修、先进制造技术等知识,能胜任计算机绘图员、模具设计员、模具制造工艺员、模具调试工、机床夹具设计员等工作。
开设的相关课程有:机械制图、计算机绘图、计算机在模具设计中的应用、机械基础、金属材料与热处理、电工学、机械制造工艺基础、极限配合与技术测量基础、冷冲压/塑料成型工艺与模具设计、机床夹具、复杂模具安装调试与维修、先进制造技术等。
3.模具专业技能实训模块
该模块能让学生掌握模具制造的各种设备、加工方法、工艺等相关知识,并完成一套冲压模和一套注塑模的完整加工,能胜任模具钳工、车工、铣工、磨工、模具调试工、数控机床操作工、冲压机操作工、注塑机操作工、检测仪器操作工、产品质量管理员等职位。
开设的相关课程有:金工实训、钳工实训、数车实训、数铣实训、冲压模具设计与制造实训、塑料模具设计与制造实训、模具拆装和测绘实训等,教学过程采用“行动导向”教学模式。
二、课程体系的实施
模具专业实训与专业基础课程的学习应紧密相连,冷冲压、塑料成型工艺与模具设计课程的学习和冲压模、塑料模具设计与制造实训相对应,机械基础、金属材料与热处理等课程的学习和金工实训、钳工实训相对应。
理论知识的学习内容和实训内容相对应。通过两套模具的完整加工,将计算机制图(AutoCAD)、计算机在模具设计中的应用(Pro/E)、线切割编程、机床夹具、复杂模具安装调试与维修、冷冲压/塑料成型工艺与模具设计等课程的内容有机地结合起来,使得每门课程都有了相对应的项目(模具中的零件),而所有的项目又有了一个总体的目标(一套完整的模具)。例如计算机制图的教学可以用模具上的导柱、导套等零件的绘制作为项目,线切割编程的教学就可以用型芯、型腔的加工作为项目。这样,学生在整个学习过程中目的性强,理论和实训就很好地结合起来了。
三、教学效果的总结
1.学生的学习效率大大提高
学生能将专业理论知识与实际进行反复对照、理解,从而缩短了认知过程,加深了记忆,能更易理解、更快接受专业知识,能更迅速掌握技能。
2.学生的实操技能有了明显的提高
学生在教师的指导下亲自动手操作,完成教师布置的一个个由易到难的工作任务,最后制造出一副完整的模具,学生对学习充满了自信,对操作充满了热情,操作技能也在不断提高。
3.师生之间的互动大大增加
教师能比较直观地了解学生掌握专业知识和操作能力的程度,能有针对性地加以指导,而学生也能及时解决学习过程中的问题,纠正操作过程中的错误。
4.教学过程可融入企业对员工的要求
按照企业要求管理和培养学生的安全生产意识、文明生产观念、团结协作精神、认真负责的态度、爱岗敬业精神和良好职业道德,最终培养出良好的职业习惯。
为此面对模具制造与加工业对“零距离”应用性、高技能型人才的迫切需求,改革现行的课程体系和教学方案将势在必行。根据高职高专模具专业人才培养方案,以培养学生具有从事模具设计与制造所必需的职业能力为目标,按照职业行动能力的要求以应用性、实践性作为教学的基本原则,将原有的基于学科体系的知识进行解构,设计以项目驱动、工作过程导向的专业课程体系,将职业资格证书的考核标准融入课程体系之中[1],确保实践教学的主体地位,实现以课程为核心、以技能为本体的一种教学模式。本课程按照“以能力位本位、以职业实践为主线、以项目课程为主体的模块化的专业课程体系”的总体设计要求,是以使培养学生塑料模具设计能力为培养目标,彻底打破学科课程的设计思路,紧紧围绕工作任务完成的需要来选择和组织课程内容,突出工作任务和知识的联系,让学生在职业实践活动的基础上掌握知识,增强课程内容与职业岗位能力要求的相关性,提高学生的就业能力。
2项目导向教学方案的设计
围绕“能力递进,工学结合,项目导向”的人才培养模式,将《冲压工艺与模具设计》课程的主要内容以项目(生产案例)的形式在理论和实践教学过程中实施,由师生共同完成项目[2]。首先将本课程的主要内容融入教学项目中,再对项目进行细节化的划分和知识设计重构,分成由若干个子项目组成,对应于每一个子项目来下达相应的教学任务,以任务单元的形式分配给由三名或五名学生组成的项目组成员,最后由专兼职指导老师根据项目组完成的质量评定学生的学习效果,完成项目教学总结和考核。结合本课程的教学内容和目前我院模具专业现有的实训室设备情况,将该课程主要分为四个教学项目和六个任务单元[3],如表1所示。
3本课程项目导向教学方案的实施
《冲压工艺与模具设计》课程项目导向教学方案:在每一个教学生产项目即教学生产案例[4]中,第一让学生明白该生产项目的主要目的,了解该项目由多少子项目组成,需完成的任务量是多少;其次安排去企业观摩学习和相应的实验和实训项目,设计项目在冷冲模装配与调试实训室和理实一体化教室完成,加工制造项目在特种加工中心实训室完成,掌握与各个项目有关的知识点内容;最后以企业产品为载体进行项目剖析式教学,使学生对冷冲模组成、工作原理有进一步认识和理解,能够掌握冷冲模各个类型模具的结构、组成部分及工作原理;掌握模具工艺设计能力和制造能力,逐步提高学生实践操作技能及分析问题和解决问题的能力。(1)项目的选取依据《冲压工艺与模具设计》课程涉及的冷冲压工作领域和工作任务范围,具体教学方案的设计过程以冲裁模设计、弯曲模设计、拉深模设计、多工位级进模设计等为项目主体,参考职业工作任务中工作过程的逻辑关系,将工作任务具体化、细节化、单元化,知识将重构转换成学生学习的项目任务。(2)结合高职高专学生的学习特点和我院模具专业学生的实际情况,依据每个项目中工作任务的要求及参考职业能力形成的规律等来确定这门课程所要掌握的知识内容和技能水平。(3)依据本课程的项目内容总量以及每个项目在该门课程的重要性来分配各项目的工作任务时间学生小组的分配,参考表1。(4)根据学院现有的冷冲模装配与调试实训室和特种加工中心设备,结合项目主体的内容选择不同类型的实训项目。(5)为了保证项目导向教学方案实施的过程中,理论学习与实践操作的一致性,这门课程的教学采取项目导向、工学交替、理实一体化等行动导向的教学模式。采用实训室现场指导和企业现场观摩、操作教学、仿真课件教学相结合的项目教学方式。
4项目导向教学总结
[关键词]模具 设计能力 培养方法
[中图分类号] TG76;G712 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)14-0039-02
高职院校模具设计与制造专业学生模具设计能力的培养除相关课程中专业理论知识基础学习外,还必须经过设计应用训练内化与升华的过程。一般分为四个部分,一是通过模具课程设计培养学生模具设计的基本应用能力;二是通过模具制作实训提升模具设计的理性分析能力;三是学习计算机应用软件,应用计算机软件进行模具设计,进一步提高模具的计算机辅助设计能力;四是通过毕业设计,强化模具设计的综合应用能力。模具设计能力的培养是一个从简到繁、由易到难,循序渐进的系统化进程,需经过由理论基础到应用训练对知识和技能的综合职业能力培养的过程。
一、模具设计能力的培养方法
注射模与冲压模是当前高职模具专业中两大主要模具设计与制造相关知识与技能培养的方向,其模具设计能力的培养在方法和过程上有一定的相似性,这里主要针对注射模课程设计与课程教学相融合进行模具设计能力的培养与大家探讨。
为了适应高职模具专业对模具设计能力注重工学结合、理实一体、与企业无缝对接的培养特色,我们将注射模课程设计训练和与之对应的专业核心课程《塑料成型工艺与模具设计》糅合在一起,以集中专周的形式展开教学,它们是在进行了相关的基础课程学习、并在校内企业或校外企业进行了模具认识实习和专业实习的基础上开设的。
在学习过程中,将塑料成型设备、成型工艺、模具结构与模具设计融合在一起,先进行注射模具的拆装、测绘,在学生了解注射模具的基本结构、特点的前提下,按照设计顺序进行讲授、讨论,同期开始设计训练,在完成课程基本内容学习的同时完成注射模课程设计工作。
二、模具设计能力的培养过程
模具设计采用分组进行,原则上按优化组合,每小组3~5人,指定组长。在教学之初,向每个小组分发课程设计题目,并提供可以借阅的模具结构图册和模具国家标准作为自主学习的参考。
(一)开展模具拆绘,认知模具结构组成
在课程设计前期介绍基本模具结构组成后,即开展模具拆绘的训练活动。通过对典型模具结构的拆装和测绘,了解模具结构组成及其各部件间的工作关系,从而建立起对模具总体结构及其工作原理等的综合认知。
(二)了解学习计划,理清设计脉络
课程基本内容的学习和设计训练是按照设计顺序进行的,教师讲授内容和学生自主训练内容计划如下表。据此,可让学生了解模具设计总体过程,理清设计脉络,把握学习重点。
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在教学与训练的过程中,强调各自的模具设计方案不能像模具成型产品那样是一模一样的,每个人的设计方案应该有自己的特点,有别于其他同学的设计方案。同时指出,任何一个塑料零件的模具结构并不是只有唯一的一种方案,只要所设计的模具结构合理、工作可靠,根据设计方案,能够制造出模具,最终能够成型合格的零件就行。所以,在教学过程中,特别要注意引导学生集思广益,发散思维,分析不同的结构,做出不同的方案,逐步培养和提高学生的设计能力。
(三)探讨优选设计方案,培养设计分析能力
在学习过程中,学生应自主完成训练内容,对设计方案进行充分准备,在此基础上,各小组在组长的组织下,指导教师参与,全组成员一起分析、讨论各种不同的设计方案,总结各种设计方案的优缺点,优化出几种可行的方案。在讨论过程中,指导教师可适时进行讲评。应根据学习内容分阶段地多次进行讨论。
例如,对于如图1所示多用工作灯前盖为方形塑件,所用材料为ABS,要求编制该塑件的成型工艺并设计模具结构。
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图1 塑件
对于这个塑件,首先要分析所用材料ABS的使用性能和成型性能,然后分析塑件的结构特点、尺寸精度和表面质量要求,确定型腔数目、型腔布局和模具结构。
对于这个塑件,其内侧凸台的成型是难点,可能的成型方案有很多,如斜导柱内侧抽芯、斜滑块内侧抽芯、斜导杆内侧抽芯、活动镶件等结构形式。同时,型腔数目可设计成一模一件或一模多件。还有浇口形式,可选择侧浇口、潜伏式浇口、点浇口或轮辐浇口。塑件的推出方式,可设计成推杆推出、推件板推出或活动镶件推出等形式。基于这样的分析,组合起来就有很多种不同的设计方案,因此要进一步讨论分析并从这些方案中选择可行的、易于制造模具、易于成型塑件、易于保证塑件质量、易于控制模具制造成本的最佳方案。
由于每个人考虑问题的侧重点不一样,选择的方案就会不一样。例如,在讨论内侧凸台的成型方案时,有同学建议采用活动镶件的结构形式,其他同学提出如何脱模、如何取出活动镶件的问题。有同学考虑斜导柱内侧抽芯的结构形式,其他同学又提出内侧抽芯时侧型芯滑块是否有足够的运动空间的疑问。有同学提出斜滑块内侧抽芯时,其他同学则提出,斜滑块推出行程和斜滑块倾斜角度相互协调的问题,还有两个斜滑块在推出时是否会发生干涉以及如何解决的问题。另外塑件的推出方式和模具的复位方式也是需要考虑的问题。由此,可逐步推演出各类具体实施的设计方案,让学生拓展思维去探求分析和解决问题的方案,最后小组成员每人选择一种可行的方案进行计算和设计。
(四)结合模具制作,评价模具设计方案
在完成塑料模课程基本内容学习和注射模课程设计工作后,我们安排6周的时间分组进行模具制作实训,各小组成员与模具设计小组相同。所要制作的模具图样是从各小组成员的课程设计中选取、并经指导老师审定的。根据模具制作过程中出现的问题,对原先的设计方案进行分析、评价,总结经验教训,以进一步提高模具设计能力。
几年来,我们对模具专业学生按照以上过程展开教学实践,最后每个同学都完成了课程设计任务,从平常的学习过程和最后交上来的课程设计分析,尽管仍有个别学生并不是自己独立完成的,但总体来讲,绝大部分学生所完成的设计方案是各不相同的,都有自己的特点、思想和解决方法。这充分说明,这种模具设计能力培养方法切实可行并且取得了较好的效果。
三、结束语
以上课程学习中对模具设计能力的培养,从认知模具结构、收集模具信息,到了解学习训练计划以熟悉模具设计的流程,再通过各种形式的讨论活动对模具部件结构展开各种实现方式的分析,以逐步推演出优化的设计方案,在此基础上自主进行模具的计算和设计,最后结合模具制作过程中出现的问题,对设计方案的合理性和可行性进行评价,并由此改进自己的设计方案。这一过程充分体现了工学结合、学做一体的高职课程教学特色,既参照了企业进行模具设计的实施进程,让学生对模具设计能力要求有全方位的理解,同时通过对多种方案讨论的优选分析及制作结果的验证评价,拓宽了设计思路,找到了解决问题的办法,极大地提升了学生自主设计能力。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 张信群.高职院校模具设计与制造专业课程体系研究[J].模具工业,2012,(4):61-65.
[2] 韩森和等.基于工作过程的高职模具专业课程体系[J].职教论坛,2012,(2):48-49.
[3] 蒋继宏等.注塑模具典型结构100例[M].北京:中国轻工业出版社,2000:100-101.
1课程目标及特点
模具被誉为“制造业之母”,是机械制造业中传统的加工基础。而冲压模具在模具行业中的比重非常大,是高职院校模具专业的必设课程之一。冲压工艺与模具设计课程是我院模具设计与制造专业的优质核心课程。课程目标是培养学生具备阅读冲压模具图纸,会分析模具工作原理的能力;培养学生具备分析冲压成形工艺、制定成形工艺方案、设计中等难度冲压模具、会初步分析冲压件质量缺陷的专业能力;以及培养学生的沟通表达、团队协作、工作责任心、职业道德等综合素质和能力。课程具有如下特点:一是有很强的综合性,融合了机械制图、机械设计、机械加工、金属材料、计算机辅助设计等多门课程的内容;二是具备较强的理论性和实践性,模具设计的过程中涉及到大量的公式和表格,学生要会综合和合理地运用这些理论知识,最终完成课程设计;三是冲压模具类型相对独立,主要针对冲裁模、弯曲模、拉深模进行了模具结构认知与设计;四是设计思路多种多样,根据零件或产品的生产批量,材料的种类和厚度,工件用途而采取不同的设计思路。
2教学内容及教材建设
2.1教学内容的设置
教学内容的设置应以模具行业的社会需求、毕业生从事的职业岗位(群)过程中必须掌握的专业核心理论知识和技能为依据。2014年7月,我院模具设计与制造专业的专业建设指导委员会组织教师进行了企业、兄弟院校、毕业生等多方的走访与调研。在全面修订人才培养方案的要求下对模具行业的社会需求、模具专业毕业生的工作岗位进行了整理。最终得出模具专业毕业生从事的与冲压模具相关的工作有模具设计、模具制造、模具的装配与维修以及少量的模具营销。在教材内容的设置上,我们将实际的工作任务贯穿到教学环节中,力求学习过程就是职业活动的情景再现。内容编排上主要包括冲压设备的操作、冲裁模具设计、弯曲模具设计、拉深模具设计以及冲压模具的安装与调试等专业核心技能,以适应本专业主要工作岗位核心技能的要求。
2.2教学内容的拓展
教学是教师引导学生学习的一个动态的过程,那么教学的内容不能只是知识点的堆积。在对课堂教学内容进行拓展时应充分考虑行业企业的发展需要,专业对应的职业岗位所需求的知识、能力、素质要求,结合高职院校专业学生的实际学习情况,遵循职业能力培养的规律。我院模具专业针对冲压工艺与模具设计课程,选用企业的真实生产实例进行了理实一体化教学。教学内容的拓展还有很多其它表现形式,如进行精品课程教学。精品课程的建设周期一般为两年左右,需要模具专业教学团队进行系统的分工与合作,完成相关的调研、与自身实训条件配套的实训指导书、还有课堂视频的录制、组织参与相关赛事、教学方法改革、团队建设等。最后完成资料汇总和整理上传。还可以发动学生,积极探索挖掘课程特色,进行微课教学。
2.3教材建设
教材建设包括校内实训指导书、校本教材、校企合作教材等。校内实训指导书应根据本专业实训室目前所能提供的实训设备、加工条件、工量检具进行组织编写,同时结合实训室的规划和建设中的设备、行业企业生产中用到的设备等都应进行拓展和介绍。校本教材是指在理实一体化的教学过程中,根据实际,结合学生学习特点进行编写的满足“学中做、做中学”需求的教材,一般仅适合自身专业特点、自身实训条件不便于公开出版的教材。校企合作的教材特别适合于订单式培养的人才培养模式的教学,充分利用合作优势,根据完成企业工作岗位任务所需求的技能素质要求,将工作任务科学设计;把教学内容整合序化,可编写出推广性极强的工学结合校企合作教材。
3教学方法及评价方式改革
3.1课堂教学方法
课堂教学方法反映了每位教师的教学思想,也能体现教师对课堂的掌控能力,更是评价学生学习效率高低的准绳。冲压成形工艺与模具设计是一门理论性、实践性很强的专业核心课程,在进行讲授时应紧抓特点。如在讲解压力机设备课程时,由于压力机参数很多,假如不进行一些资料的准备,对于这些参数特别是装模高度、闭合高度等参数的学习就很枯燥,也很难掌握。因此为了使学生获得更直观的感性认知,可以在理实一体化课堂上,带领学生直接接触压力机,面对面的直观教学,提高教学效率。还可以适时地进行互动式教学,如在讲授冲压的变形方式时,可让同学们先想想生活中利用冲裁、弯曲、拉深等方式获得的冲压件有哪些,然后进行课堂讨论,在学习这三种冲压方式时,它们的区别是什么?主要掌握哪些工艺特点?最后与学生们一起进行总结,并给予评价。
3.2实践教学环节
实践教学环节应紧跟实际生产。本专业充分利用校企合作优势,将企业的新工艺、新技术在实践教学环节进行充分展示。如本专业教师在某冲压零部件生产企业进行企业锻炼时,参与了某款汽车驾驶座左、右侧支板的冲压工艺的设计。随后在本课程的课程设计环节,教师就此企业生产的冲压件实例对学生进行了针对性的讲解,拉近了学生与企业的距离,为学生更好地进行课程设计奠定基础。实践教学环节的学习应更注重实践二字,可充分利用教学实践资源。如本专业实训室在还未添置压力机设备时,就先采购了一批厚度为0.2mm、0.5mm的薄铝材,让学生先自己动手,完成一些常见形状的冲压件的钳工制作。既锻炼了学生钳工技能,又增进了学生对专业的理解。
3.3评价方式改革
培养学生良好的学习习惯和学习能力应贯穿在学生的整个大学生涯。那么在一个动态的学习过程结束时,简单的一张试卷成绩的评价方式就显得单薄无说服力。针对高职教育的教学学习特点,选择科学的、有效的课程评价反馈机制尤为重要。冲压成形工艺与模具设计课程综合成绩分为三大块:平时成绩、期中和期末检测、课程设计。平时成绩包括课前考勤、课堂讨论、习题作业完成情况等部分,每部分所占比重应让学生全面清晰的了解。期中和期末检测是对冲压生产中的一些基本常识、概念、工艺方案及理论计算掌握程度的测验。课程设计则是让学生综合运用所学知识,善于查阅文献资料,在专业教师指导下,分析冲压件结构特征、设计工艺方案、独立完成中等复杂难度模具的设计任务。通过设计,使学生系统地掌握冲模设计方法,促进学生能更快地胜任模具设计工作。
4教师团队建设