高黨尋，姚啟明，高炬，彭世廣，王龍兵，徐江波，周冰科

摘要：闡述以渦噴發(fā)動機燃燒室焊接制造為案例開展的工程實踐教學(xué)模式。在燃燒室設(shè)計、材料選擇、零件成形、焊接加工以及后處理的理論基礎(chǔ)上，通過動手實踐了解沖壓、焊接、切割、熱處理加工等基本的成形制造方法。實踐項目注重理論聯(lián)系實際，強調(diào)知識獲取過程、知識綜合運用和創(chuàng)新能力，加深學(xué)生對一般焊接產(chǎn)品制造工藝過程的系統(tǒng)認(rèn)知。通過團隊協(xié)作式的勞動實踐，培養(yǎng)工程素養(yǎng)（含勞動素養(yǎng)）、工程實踐能力及創(chuàng)新精神。同時，通過讓學(xué)生親自動手制造噴氣發(fā)動機，激勵和引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生投身航空事業(yè)的熱情，進(jìn)而提升實踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：燃燒室;實踐教學(xué);焊接加工;工程能力

中圖分類號：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ?文章編號：1001-2003（2021）09-0104-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.09.20

0? ? 前言

自金工實習(xí)過渡至工程訓(xùn)練后，其內(nèi)涵發(fā)生巨大變化。在教學(xué)理念上已經(jīng)將學(xué)習(xí)技術(shù)技能和轉(zhuǎn)變學(xué)生思想作風(fēng)為主體的訓(xùn)練模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿趥魇谥R與文化、加強學(xué)生實踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力為一體的新模式。在實踐過程中要營造突出綜合性、實踐性、設(shè)計性、研究性、創(chuàng)新性為特點的工程實踐[1]。

機械制造實習(xí)作為高等院校實踐教學(xué)的重要組成部分，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、提高學(xué)生的工程素質(zhì)有著突出意義。近年來焊接實踐教學(xué)針對新的教學(xué)理念做了很多嘗試，尤其在突出創(chuàng)新性和實踐性方面開發(fā)了一系列的教學(xué)方案，并在本科生實踐教學(xué)中予以實施，成效顯著。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)（含勞動素養(yǎng)）、工程實踐能力及創(chuàng)新精神，加強教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計性、研究性和創(chuàng)新性，清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心對焊接實踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)一步開展改革嘗試。通過重新整合教學(xué)環(huán)節(jié)，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，將焊接教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)與實際工程技術(shù)和工業(yè)實驗技術(shù)相結(jié)合，以微型渦噴發(fā)動機燃燒室的制造為項目開展實踐教學(xué)。改革實踐教學(xué)模式，積極開展研究式、討論式教學(xué)，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生對知識的理解和應(yīng)用能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，從而加強學(xué)生工程素養(yǎng)、工程實踐能力及創(chuàng)新精神[2]。

1 焊接項目制教學(xué)的內(nèi)容和實踐

渦噴發(fā)動機的燃燒室（見圖1a）是燃料或推進(jìn)劑在其中燃燒生成高溫燃?xì)獾难b置，是一種用耐高溫合金材料制作的燃燒設(shè)備。渦噴燃燒室是渦噴所有部件里最為核心的零件，直接影響到渦噴的工作性能。燃燒室的零件主要由三個部分組成：第一部分是前機加安裝邊;第二部分是后激光加工安裝邊; 第三部分是鈑金筒體。上述三個部分焊接成為一個整體組成構(gòu)件，見圖 1b。

1.1 教學(xué)內(nèi)容

在實踐教學(xué)中，學(xué)生嘗試以燃燒室作為焊接實踐項目的教學(xué)過程，從搞清產(chǎn)品功能所需，到設(shè)計選材、備料、零部件成型，直至焊接方法選取、工藝制定、成品效驗，能夠使學(xué)生了解到真實的焊接產(chǎn)品所需要的焊接工藝流程，同時也認(rèn)識到焊接領(lǐng)域的先進(jìn)制造方法。在此基礎(chǔ)上，還可嘗試采用電子束焊、微束等離子焊對基體材料進(jìn)行相關(guān)的焊接工藝研究，不斷探索燃燒室的多種焊接制造工藝。實踐教學(xué)內(nèi)容及流程設(shè)計如圖2所示。

根據(jù)焊接實習(xí)基地所具備的教學(xué)資源和燃燒室制造加工的特點，將其制造分成以下5個教學(xué)環(huán)節(jié)：

（1）確定設(shè)計。以理論的方式，交流探討燃燒室零部件在發(fā)動機運行中的作用，了解其功能、組成及制造工藝流程。要求學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的相關(guān)課程的理論和生產(chǎn)工藝知識，熟悉機械零部件的構(gòu)造、應(yīng)用以及在整機中起到的作用，通過一系列實際訓(xùn)練，能夠提出自己對零件進(jìn)行優(yōu)化以及進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)的獨特見解。最終確定燃燒室的原型設(shè)計。

（2）通過與指導(dǎo)老師在材料知識與具體工藝方面的知識交流，對燃燒室進(jìn)行開發(fā)實踐。確定其零件采用的材料、選用的成形工藝、如何測量等，以實現(xiàn)各零件的功能。

（3）制定制造工藝流程。在設(shè)計和開發(fā)的基礎(chǔ)上，學(xué)生制定零件加工、裝配、焊接、后處理的工藝流程，詳細(xì)梳理其制作工藝。前后壁、內(nèi)外筒體采用激光切割（展開）;內(nèi)置噴管采用線切割;內(nèi)外筒采用桌面及三輥滾圓機卷圓，卷圓成形后焊接的筒體須再用滾圓機矯正曲率;各部位接頭采用不同的焊接方法，以確保焊接變形最小及減少焊接缺陷出現(xiàn)的風(fēng)險。

此外，采用階梯式分階段課程的形式可將燃燒室的設(shè)計、制造、裝配等全過程納入到成形制造實驗室的數(shù)字化平臺，如圖3所示，從而進(jìn)行全生命周期管理，整合并充分利用相關(guān)的軟硬件資源，形成燃燒室設(shè)計制造一體化的課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維與全局觀。圍繞產(chǎn)品所涉及的各個環(huán)節(jié)，為學(xué)生展示當(dāng)前先進(jìn)的產(chǎn)品研制模式和制造方法，使其能夠在未來科研過程或?qū)嶋H工作中，不局限于自身的研究方向或工作內(nèi)容，而是從產(chǎn)品價值鏈或企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)制造的角度，系統(tǒng)性地理解專業(yè)內(nèi)容。

（4）現(xiàn)場實際加工。以前期內(nèi)容制定為指導(dǎo)，現(xiàn)場指導(dǎo)人員為助手，完成指定路線的加工過程。

（5）安裝及質(zhì)量檢測。

1.2 實踐方案

渦噴發(fā)動機燃燒室制作采用理論與實踐、研究與創(chuàng)新、學(xué)生團隊與教師隊伍相結(jié)合。在實踐過程中，采用以學(xué)生為主體的主動式實踐教學(xué)，學(xué)生根據(jù)教學(xué)基本要求進(jìn)行實際操作，結(jié)合分組討論的形式，側(cè)重工藝研究和動手實踐，讓學(xué)生在訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)問題，并找出解決問題的方法，最大程度地發(fā)揮學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性。教師在整個過程中充當(dāng)助手角色。

例如，在焊接過程易出現(xiàn)兩方面問題：一個是燃燒室結(jié)構(gòu)變形;另一個是焊縫出現(xiàn)燒穿缺陷。針對上述問題分析原因，幫助學(xué)生歸納應(yīng)對解決方案如下：（1）合理設(shè)計接頭形式，為保障焊接質(zhì)量，各結(jié)構(gòu)基本采取對接接頭;（2）制定合理的焊裝順序，以降低產(chǎn)品的焊接變形，見圖4b;（3）采用適當(dāng)?shù)难b夾工具，部分區(qū)域采用自制夾具，通過剛性固定，降低變形;（4）特定焊接接頭采用適當(dāng)?shù)暮附臃椒ā?/p>

通過上述分析問題、解決問題的過程，基本能夠解決加工中的實際問題，從而在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題進(jìn)而解決問題的能力，同時也調(diào)動了學(xué)生的實踐積極性和創(chuàng)造性。

2 結(jié)論

項目制的焊接實踐教學(xué)模式探究旨在通過各環(huán)節(jié)設(shè)置，從激發(fā)學(xué)生實踐志趣、燃燒室設(shè)計開發(fā)，到制造加工，再到發(fā)動機裝配及測試，利用閉環(huán)式教學(xué)讓學(xué)生產(chǎn)生系統(tǒng)的制造意識。學(xué)生在課程中可以親自動手制造噴氣發(fā)動機，激勵和引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生投身航空事業(yè)的熱情，為我國航空事業(yè)輸送高水平人才。課程中做到工程與工藝相結(jié)合，實踐與理論相結(jié)合，有利于培養(yǎng)懂工藝、知前沿、有抱負(fù)的工程師乃至科學(xué)家。通過團隊協(xié)作式的勞動實踐，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)（含勞動素養(yǎng)）、工程實踐能力及創(chuàng)新精神。

以微型渦噴發(fā)動機燃燒室零部件制造為例開展焊接項目制教學(xué)，其內(nèi)容和模式仍有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)，教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變是推進(jìn)教學(xué)開發(fā)和改革的有力抓手。我們相信，只要堅持轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，并腳踏實地的去實踐，新的實踐教學(xué)模式將展現(xiàn)出更好的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]高黨尋，姚啟明，王龍兵，等，弧焊機器人實踐教學(xué)設(shè)計[J].電焊機，2015，45（12）：155-157.

[2]高炬，高黨尋，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神與創(chuàng)新意識——談工程訓(xùn)練的教學(xué)方法[A].現(xiàn)代教學(xué)理論與實踐指導(dǎo)全書[C]. 中國文聯(lián)出版社，2010.

[3]王斌耀，徐鑒.全局觀在培養(yǎng)學(xué)生思維方式中的重要作 用[J ].力學(xué)與實踐，2006（3）：74-75.

[4]高黨尋，姚啟明，楊建新，等.弧焊機器人實踐教學(xué)平臺的建設(shè)與規(guī)劃[J].焊接技術(shù)，2020，49（8）：79-82

[5]喬佳，高黨尋，姚啟明，等.探究式學(xué)習(xí)在弧焊機器人實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].電焊機，2018，48（11）：112-116.