李振紅++馮可++盧惠親++査光成

摘 要：本文根據(jù)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(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題，對鍛造工藝及模具模塊的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐方面進(jìn)行改革探索。實(shí)踐表明該實(shí)踐教學(xué)改革模式有較好的人才培養(yǎng)實(shí)際效果，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性有了較大提高，綜合分析和解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：卓越工程師；模具；鍛造

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、引言

模具是遍及機(jī)械、電子、電器、儀表、輕工、日用品、塑料、汽車、航空、國防等各個(gè)工業(yè)部門的重要工藝裝備。近幾年來，產(chǎn)品的專業(yè)化、大批量生產(chǎn)使得模具在生產(chǎn)中的作用日益突出，對模具的設(shè)計(jì)、制造及使用要求越來越高。模具設(shè)計(jì)不合理，精度保持性差，必將影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)造成模具材料和制造工時(shí)的浪費(fèi)，大大增加產(chǎn)品的成本并降低生產(chǎn)效率，嚴(yán)重影響產(chǎn)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(guān)鍵技術(shù)，能夠結(jié)合企業(yè)實(shí)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(shí)際問題能力差等弱點(diǎn)。他們還需要經(jīng)過工程實(shí)踐的訓(xùn)練和高等工程教育的培養(yǎng)，才可能成長為符合社會(huì)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(dá)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(xué)校自身發(fā)展的需要，也是高校的職責(zé)所在。

二、目前存在的問題

通過已就業(yè)學(xué)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(xué)畢業(yè)生能立刻進(jìn)入工程實(shí)際工作，而不是通過半年到一年的培訓(xùn)才能熟悉具體工作。因此，企業(yè)希望學(xué)校能結(jié)合工作實(shí)際來改革課程，希望課程內(nèi)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(gè)重要環(huán)節(jié)。日常生活常見的螺釘、汽車上的軸、加工機(jī)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(dān)著全國汽車精鍛件生產(chǎn)的60%以上的生產(chǎn)任務(wù)，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(shè)備的制造企業(yè)。蘇北的許多私營企業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)時(shí)間由10分鐘減少到10秒鐘。但是企業(yè)沒有相應(yīng)的鍛造技術(shù)人員，無法完成技術(shù)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(xué)院（以下簡稱“我校”）結(jié)合教育部卓越工程師計(jì)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(jìn)行探索與實(shí)踐。通過到省內(nèi)其他高校和鍛造模具企業(yè)調(diào)研，學(xué)校和企業(yè)合作修改制訂教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容，或協(xié)作編寫教材，建立實(shí)訓(xùn)基地，強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力，以達(dá)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(shè)計(jì)）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(shè)計(jì)模塊主要開設(shè)了“金屬塑性成形原理”和“鍛造工藝學(xué)”兩門課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行鍛造成形工藝及模具設(shè)計(jì)的能力。其中，“金屬塑性成形原理”是鍛造模具設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，“鍛造工藝學(xué)”是鍛造模具設(shè)計(jì)的主干專業(yè)課程?？梢哉f，通過這兩門課程能使學(xué)生基本掌握鍛造工藝及模具設(shè)計(jì)的基本理論及方法。但是，從以往的教學(xué)及就業(yè)學(xué)生反饋來看，課程體系存在著下列一些缺點(diǎn)：①學(xué)時(shí)不足，“鍛造工藝學(xué)”作為主干專業(yè)課程只有32學(xué)時(shí)；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(nèi)容也是以國內(nèi)20世紀(jì)80年代的工藝為主，對一些已經(jīng)在大量使用的新技術(shù)、新工藝（如精密鍛造、計(jì)算機(jī)輔助鍛造成形分析）涉及很少；③沒有實(shí)踐環(huán)節(jié)，主要是沒有試驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)。具體到實(shí)際應(yīng)用上，在學(xué)生大四階段進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)尤其明顯。由于畢業(yè)設(shè)計(jì)基本上都是實(shí)際課題，但是學(xué)生只是學(xué)習(xí)了相關(guān)理論，沒有實(shí)踐過。因此需要學(xué)生和指導(dǎo)教師付出較多的勞動(dòng)，也延緩了其畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度，降低了其畢業(yè)設(shè)計(jì)質(zhì)量。

三、改革方案

1.教學(xué)內(nèi)容改革

鍛造是一門古老的藝術(shù)，傳統(tǒng)的鍛造是指鋼鐵零件的熱鍛成形。目前國內(nèi)企業(yè)大量使用的自由鍛、模鍛，其技術(shù)原理在20世紀(jì)80年代基本已成熟。目前國內(nèi)鍛造工藝課程的教學(xué)內(nèi)容也主要是鋼鐵類材料的熱鍛成形理論與模具設(shè)計(jì)，學(xué)生經(jīng)過鍛造工藝及模具模塊相應(yīng)的學(xué)習(xí)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(shè)計(jì)。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(shù)也得到了飛速發(fā)展，各種新技術(shù)層出不窮。

冷鍛不需要加熱即對坯料進(jìn)行鍛打成形，和傳統(tǒng)的熱鍛相比，不需要加熱使得產(chǎn)品的生產(chǎn)避免了表面氧化、模具壽命低等缺點(diǎn)，經(jīng)冷鍛后的產(chǎn)品其精度能達(dá)到7～8級，后續(xù)機(jī)械加工余量較小甚至沒有，因此冷鍛得到了廣泛應(yīng)用。其缺點(diǎn)是要求坯料具有較高的塑性、較低的抗力，在變形過程中產(chǎn)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(jié)合冷鍛和熱鍛的優(yōu)點(diǎn)，企業(yè)從事一線生產(chǎn)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(shí)坯料經(jīng)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(chǎn)品外觀質(zhì)量的同時(shí)提高其可塑性，近年來在企業(yè)中逐漸推廣應(yīng)用。除此之外，適應(yīng)特定產(chǎn)品生產(chǎn)的各種特種鍛造技術(shù)逐漸出現(xiàn)。冷擺輾成形、多向鍛造、楔橫軋、閉塞鍛造、沖-鍛復(fù)合成形、半固態(tài)成形都已在企業(yè)中開始應(yīng)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(jìn)展，企業(yè)越來越多地采用輕質(zhì)高強(qiáng)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(shè)計(jì)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(dǎo)工藝參數(shù)的選擇及模具設(shè)計(jì)。由于課時(shí)所限，此部分內(nèi)容只是在課程中稍作介紹，學(xué)生若感興趣需自學(xué)。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(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)際調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)闆]有迫切的需求，幾乎沒有同學(xué)主動(dòng)學(xué)習(xí)。此種現(xiàn)狀嚴(yán)重地制約了計(jì)算機(jī)分析技術(shù)在鍛造行業(yè)的推廣應(yīng)用。

在鍛造工藝課程的授課中，由于課時(shí)較少，教師主要講述鋼的熱鍛工藝及模具設(shè)計(jì)，上述內(nèi)容涉及較少，在講課過程中經(jīng)常是一帶而過，在現(xiàn)有教材上這部分內(nèi)容也很少提到，造成了學(xué)生對鍛造新技術(shù)新發(fā)展、新動(dòng)態(tài)的了解滯后。因此，教學(xué)內(nèi)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(xué)”課程保持32課時(shí)不變，增加“冷鍛工藝與模具設(shè)計(jì)”選修課。“鍛造工藝學(xué)”課程內(nèi)容仍以熱鍛工藝與模具設(shè)計(jì)為主。“冷鍛工藝與模具設(shè)計(jì)”作為一門任選課，設(shè)置為16課時(shí)，課程內(nèi)容以冷鍛工藝與模具設(shè)計(jì)為主，兼顧特種鍛造、有色金屬鍛造等新技術(shù)。通過后續(xù)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)增加溫鍛和特種鍛造等內(nèi)容的實(shí)踐，指導(dǎo)學(xué)生參考熱鍛和冷鍛并結(jié)合生產(chǎn)情況來選擇合適的工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)。至于計(jì)算機(jī)在鍛造行業(yè)中的應(yīng)用這部分內(nèi)容，則增加到“材料成型CAE技術(shù)”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(shí)際的教學(xué)活動(dòng)我們發(fā)現(xiàn)，這種改革方案由于課程設(shè)置比較靈活，得到了任課教師和廣大學(xué)生的認(rèn)同，取得了較好的效果。

2.教學(xué)方法改革

由于鍛造模具設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)工作，為了使學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力，結(jié)合教育部的卓越工程師計(jì)劃，我院聯(lián)系了幾家鍛造生產(chǎn)企業(yè)作為學(xué)生實(shí)習(xí)基地，進(jìn)行校企聯(lián)合培養(yǎng)。

企業(yè)培養(yǎng)分為現(xiàn)場實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)兩個(gè)階段，學(xué)習(xí)指導(dǎo)由學(xué)校專業(yè)教師和企業(yè)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的工程師共同承擔(dān)，企業(yè)落實(shí)學(xué)生在企業(yè)學(xué)習(xí)期間的各項(xiàng)教學(xué)安排，提供實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)的場所和設(shè)備，安排學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作。通過在企業(yè)的實(shí)踐，培養(yǎng)現(xiàn)場工程師良好的職業(yè)道德和工程意識，強(qiáng)化學(xué)生在鍛造行業(yè)及企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場分析、解決工程實(shí)際問題的能力。要求能夠?qū)W(xué)校培養(yǎng)的專業(yè)理論與工程能力在企業(yè)中加以實(shí)際應(yīng)用和實(shí)踐。同時(shí)，了解行業(yè)和企業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀，體驗(yàn)企業(yè)相關(guān)的文化，熟悉企業(yè)管理制度，培養(yǎng)質(zhì)量、環(huán)保、市場和價(jià)值效益意識，培養(yǎng)良好的人際交往能力和團(tuán)隊(duì)合作精神，為其畢業(yè)后能及時(shí)走向工作崗位提供保障。

在考核方法上，要求學(xué)生必須完成一項(xiàng)企業(yè)實(shí)際項(xiàng)目工作報(bào)告并通過答辯，其內(nèi)容可以是某具體零件的鍛造成形工藝、鍛模設(shè)計(jì)制造、模具材料選用等方面。

3.教學(xué)實(shí)踐改革

在原有鍛造理論課程的基礎(chǔ)上，新增鍛造工藝與模具課程設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)，本環(huán)節(jié)要求學(xué)生針對典型模鍛零件，分析成型工藝，完成鍛模設(shè)計(jì)，強(qiáng)化鍛造實(shí)踐環(huán)節(jié)。其目的是通過參與企業(yè)的技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)管理等工作，將理論與企業(yè)實(shí)踐結(jié)合，并加以運(yùn)用。通過增設(shè)企業(yè)具體產(chǎn)品的課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，結(jié)合已有的企業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)、企業(yè)專業(yè)實(shí)習(xí)、企業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生良好的職業(yè)道德和工程意識，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生在相關(guān)行業(yè)及企業(yè)生產(chǎn)一線生產(chǎn)現(xiàn)場分析、解決本專業(yè)方向工程實(shí)際問題的能力。

四、結(jié)論

本文通過鍛造工藝模具模塊的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)實(shí)踐方面的改革探索，有效地改善了本課程模塊的教學(xué)條件，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性有了較大提高，綜合分析和解決實(shí)際問題的能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)得到了進(jìn)一步加強(qiáng)，收到了良好的教學(xué)效果。

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