高等學(xué)校《模具CAD》課程的教學(xué)改革與實踐

黑龍江 李彩霞 于彥東 劉曉晶 李超

高等學(xué)校《模具CAD》課程的教學(xué)改革與實踐

黑龍江 李彩霞 于彥東 劉曉晶 李超

為專業(yè)的發(fā)展，對《模具CAD》課程進(jìn)行了改革，結(jié)合專業(yè)的特點將教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整。在教學(xué)中應(yīng)用“案例教學(xué)”法，選擇合理的軟件和產(chǎn)品，便于學(xué)生理解，以實際零件的壓鑄模設(shè)計為案例進(jìn)行了設(shè)計融合理論知識的教學(xué)實踐，讓學(xué)生體驗到真實的設(shè)計情景。初步實踐充分證明了課程改革對人才的培養(yǎng)和專業(yè)的發(fā)展具有積極意義，得到了學(xué)生的肯定。

《模具CAD》；課程改革；教學(xué)實踐；模具設(shè)計

一、課程改革的背景

模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。隨著經(jīng)濟(jì)全球化步伐的加快，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，傳統(tǒng)的模具設(shè)計與制造方法已不能適應(yīng)產(chǎn)品及時更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。在這一背景下，模具CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)運而生，它在提高模具設(shè)計效率與加工質(zhì)量、縮短模具生產(chǎn)周期、降低模具生產(chǎn)成本等方面發(fā)揮著重要作用[1]。

本科材料成型及控制工程專業(yè)模具方向主要培養(yǎng)掌握系統(tǒng)理論知識的模具設(shè)計、制造、加工等方面的設(shè)計人員。因此，《模具CAD》課在材料成型及控制工程專業(yè)模具方向知識體系中占有重要的地位，是高等學(xué)校材型專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)平臺課。

學(xué)校從2010年上半年開始對本科教學(xué)培養(yǎng)方案進(jìn)行新一輪的修訂，本專業(yè)也進(jìn)行了有針對性的課程體系改革，使專業(yè)課程更加系統(tǒng)、完整和合理，與新的培養(yǎng)方案相適應(yīng)的就是新的教學(xué)大綱的修訂，這其中也包括《模具CAD》課程的全新改版及設(shè)置。緣于此，課程以課題“高等學(xué)校模具CAD課程的教學(xué)改革與實踐”為平臺，對課程改革在教學(xué)內(nèi)容和模式以及人才的培養(yǎng)等方面進(jìn)行了教學(xué)實踐。

二、改革思路

傳統(tǒng)的《模具CAD》教學(xué)模式以厚重的理論教學(xué)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)具有深厚理論基礎(chǔ)的技術(shù)型及研究型人才為目的[2]。但隨著近年來高校本科生的擴(kuò)招，每年都有大量模具方向的畢業(yè)生畢業(yè)，而用人單位對畢業(yè)生的要求也越來越高，既要求掌握專業(yè)技術(shù)又要具有相關(guān)技能，所以，對傳統(tǒng)《模具CAD》教育模式的改革迫在眉睫。

1.以市場需求為導(dǎo)向改革模具CAD課程結(jié)構(gòu)；

2.培養(yǎng)學(xué)生模具CAD綜合應(yīng)用技能；

3.推行“案例教學(xué)”模式。

三、課程改革的實施

1.課程結(jié)構(gòu)的改革

材料成型及控制工程專業(yè)培養(yǎng)方案中設(shè)置了三大模具中關(guān)于沖壓模具和注塑模具的課程，所以將壓鑄模理論知識設(shè)置在了模具CAD課程中，在整個實際練習(xí)環(huán)節(jié)中均是以壓鑄模為例子的。

在多媒體教室，通過PPT演示文稿、模具成型動畫演示課件和討論等方式進(jìn)行理論教學(xué)，具體內(nèi)容包括：

(1)壓鑄模設(shè)計概述——設(shè)計原則、結(jié)構(gòu)組成、分型面設(shè)計和壓鑄機(jī)的選用；(4學(xué)時)

(2)壓鑄模結(jié)構(gòu)介紹——成型零件、模架、推出機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)和排溢系統(tǒng)、抽芯機(jī)構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)；(14學(xué)時)

(3)壓鑄模技術(shù)要求——公差配合、總裝和材料的選擇及熱處理。(4學(xué)時)

2.CAD軟件的應(yīng)用

《模具CAD》課程選擇應(yīng)用最廣泛的CAD軟件來給學(xué)生講授。另外，不能按照傳統(tǒng)方式將授課重點放在軟件操作界面和命令講解上，而應(yīng)該把重點放在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、模具成型零件的加工技術(shù)上面，使他們充分掌握模具CAD綜合應(yīng)用技能。

以Pro/Engineer軟件作為CAD工具進(jìn)行教學(xué)。包括零件二維草圖繪制、三維特征造型、零件特征分析、零件裝配、壓鑄模結(jié)構(gòu)設(shè)計、建立和調(diào)用模架等。這樣通過Pro/E軟件逼真的三維造型過程訓(xùn)練，可使學(xué)生在壓鑄模具理論的學(xué)習(xí)過程中，短時間內(nèi)就可以通過實體造型操作學(xué)習(xí)到大量實用的模具結(jié)構(gòu)知識。

3.“案例教學(xué)”

在掌握了CAD軟件的基礎(chǔ)上，案例的設(shè)計是整個教學(xué)的關(guān)鍵。在設(shè)計案例時，可根據(jù)課程不同的知識要點，將一個綜合實例劃分為若干個相互獨立又相互聯(lián)系的子項目。以壓鑄模設(shè)計為例，可以分解成裝配模具模型、設(shè)計分型面、設(shè)計澆注系統(tǒng)、設(shè)計冷卻系統(tǒng)、生成模具成型零件、合模與開模仿真、模具3D總裝配設(shè)計等子項目。對于每一個子項目，都可以將模具基本理論融入到具體的軟件操作中去，使學(xué)生將基礎(chǔ)理論和軟件應(yīng)用充分結(jié)合起來，達(dá)到融會貫通的目的，零件圖如圖1所示。

圖1 壓鑄件零件圖

(1)包括前期的準(zhǔn)備工作——繪制零件圖，型腔布局及壓鑄機(jī)的選用；

(2)項目細(xì)化：

項目1——導(dǎo)向與推出機(jī)構(gòu)設(shè)計：導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是引導(dǎo)動模和定模在開模或合模時，可靠地按照一定方向運動的機(jī)構(gòu)；推出機(jī)構(gòu)是將壓鑄件從壓鑄模上脫出的機(jī)構(gòu)；通過查手冊和計算來完成Pro/E圖的繪制。

項目2——澆注及排溢系統(tǒng)的設(shè)計：澆注系統(tǒng)是溝通模具型腔與壓鑄機(jī)壓室的部分，也是金屬液進(jìn)入型腔的通道；排溢系統(tǒng)一般包括排氣槽和溢流槽；澆注系統(tǒng)需要結(jié)合“(1)”來設(shè)計繪制，排溢系統(tǒng)需要結(jié)合金屬液在型腔中的填充情況而設(shè)計。

項目3——成型零件的設(shè)計：主要包括型芯和鑲塊，這部分必須通過準(zhǔn)確的計算來完成圖形的繪制。

項目4和項目5——模架及其他零件的選擇：這需要查閱手冊，結(jié)合手冊中的標(biāo)準(zhǔn)件來完成。

項目6——模具的裝配和爆炸圖：這是整個“案例教學(xué)”的收尾，是把之前各個項目的圖形整合在一起，利用軟件完成最后的總裝，查看最終設(shè)計的效果，如圖2所示。

圖2 總裝圖和爆炸圖

四、實施效果

將此次教學(xué)改革初步運用到了一屆本科學(xué)生身上，將具體工作任務(wù)貫穿于整個教學(xué)過程。通過學(xué)生畢業(yè)設(shè)計可以看出，這種改革是有一定效果的，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計中表現(xiàn)出了更好的自我學(xué)習(xí)、獨立分析和解決問題的能力。這種一體化的教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生通過實踐獲得探求知識的能力。

[1]余世浩，黃尚宇主編.模具CAD基礎(chǔ).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2009.

[2]李靜.模具CAD/CAM一體化教學(xué)改革.企業(yè)家天地下半月刊(理論版)，2009，(8)：169-170.

[注]：基金項目：哈爾濱理工大學(xué)教育教學(xué)研究立項課題(P201000010)。

（編輯 王旸）

（作者單位：哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）