模具实训的教学改革探索

黄凌森， 江丽珍

（广州城市理工学院工程训练中心， 广东 广州 510800）

引言

金工实习是一门实践性技术基础课，学生们可以通过这门必修课的学习来了解机械加工的生产全过程，以此提高他们的实践操作能力及综合素质，如纪律性、爱岗敬业精神等[1]。随着工业4.0 的兴起，智能设计与制造的不断发展，为了紧跟时代技术的发展，本校工程训练中心一直努力开拓新工种、引入先进设备、摸索新的教学方法，以提升教学质量，通过实习来强化学生的实践经验和实践能力，培养学生的创新意识和能力[2]。

目前本中心正在大力开展虚拟仿真实验室的建设，借着这次机会对模具拆装工种进行了一次重大的教学改革，在教学中引进智能模流分析软件Moldflow，以其为导向开展模具教学。Moldflow 作为注塑CAE 的技术领袖，可以直观地将整个注塑成型过程进行模拟分析，能对塑料熔体的充填、保压、冷却情况以及制件的收缩、翘曲、变形等情况做出精确预测，对模具设计具有重大的指导意义，同时还能减少试模的次数[3]。通过增加模拟仿真及智能数据分析的环节，将教学内容由测绘模具转移到智能模流分析软件上来，从而引导学生更清楚认识模具各个部分对产品成型的影响。

1 模具工种传统教学方式分析

模具被称为工业之母，涉及机械、汽车、电子通讯、家电等各个行业[4]。在金工实习中专门开设模具拆装工种，能让大学生们了解生活中很多东西是怎么成型出来的，对学生尤其是机械工程学院的学生专业课的学习有很大的帮助。

模具拆装实习过程中，先利用多媒体播放视频动画介绍各种模具的工作过程和内部结构，再通过现场的拆装和测绘模具，让学生结合实物进一步分清模具的各个零件及其作用。根据实习时间的长短，将教学任务分为三种[5]，具体教学安排如表1 所示。

表1 模具实训原本的教学安排

虽然我们一直在努力丰富教学视频、不断更新模具内容，但随着智能制造的兴起，模具工种的装备条件已经非常落后，在实习中总有一些难以克服、经过多次改革也仍然存在的困难。

1）由于场所限制，理论教学使用的多媒体教室和实操教学的车间是分开的，为了减少跑动及跑动浪费的时间，通常都是在多媒体课室讲完理论再到车间现场介绍并拆装模具，学生们会觉得理论时间过长，枯燥乏味，也容易混乱、忘记。

2）除了拆装模具，学生要花大部分时间进行模具测绘，他们普遍会觉得这个过程枯燥且难度太大。还有部分学生对手工画图有抵触情绪，提出为何不紧跟时代步伐用电脑进行绘图的疑问，不是很愿意扎扎实实地完成模具装配图。学习态度的不端正导致这类学生的实习过程非常懒散，所绘图纸质量很差。

3）由于模具数量有限，实习人数多，一般安排4人共用一套模具，这样虽然能让学生学会分工合作、互相配合，但也不可避免地出现抄袭现象。尤其是在机械工程学院的学生实习中，有时每组实习人数安排到20 多人，且要求必须冲压模和注塑模同时进行测绘，第二天交换模具后，更难阻止抄袭的出现。

4）金工实习中很多工种都能让学生自己设计并加工出成品，并可让他们带回去做纪念，实习起来非常有意义，学生们兴趣浓厚。相比之下，模具工种中无注塑设备、冲压模的冲压也有专门的工种负责，确实无趣枯燥还“落后”。

鉴于上述问题，平时对模具工种进行的教学方式、内容的更新都只能算是小改革。为了从源头上真正解决实习过程枯燥的问题，必须引入新设备新技术，增加学生动手操作的机会，并丰富学生动手操作的学习内容。

2 模具工种教学改革的实施方案

2.1 实训室的规划与建设

模具实训面向的是全校大二学生，每学年接受4 000 多人的实习任务，最多时一次容纳24 人左右。中心已为本工种新增电脑室一间，配有40 余台电脑，并装好Autodesk Moldflow Synergy 2012 和proeWildfire 5.0 软件。车间现场配备8 张工作台，用于拆装及测绘的冲压模和注塑模各4 套，另有十余套模具摆放一旁，以供学生观摩。

2.2 教学计划的制定

本次教学改革准备以四大模块开展教学，一是Moldflow 软件模块，二是Pro/E 分模模块，三是Solidworks 装配模块，四是测绘模块。为此，我们准备了数套Moldflow 软件的教学案例及Pro/E 的分模案例，也利用Solidworks 软件将车间现场拆装使用的模具全部绘制了3D 图，准备作为装配模块应用于新教学。但真正实施下来，发现实习时间实在有限，大二的学生们接受能力也有限。于是经过三轮的教学实践（2 d／批、1 d／批和0.5 d／批），在磨合中不断修正和完善教改方案，最终确定了教学计划，具体的模具教学安排制定如表2 所示。

表2 改革后的模具教学安排表

此次教学改革最终构成了以Moldflow 软件为工作任务导向，CAE 与CAD 软件相配合的理论结合实际的新教学模式。在教学中，利用典型的模流分析教学案例展开教学，结合对应的Pro/E 分模案例，通过拆装模具，让学生理解注塑模浇注系统和冷却系统的作用、它们对成型过程的影响、注塑模的设计流程和工作原理，并提高学生应用智能分析软件的能力。通过对冲压模的测绘，掌握冲压模的工作原理、内部结构及其作用，培养了学生解决问题的能力和团队合作的精神。将传统的模具技术、落后的实习内容与现代先进的智能的CAD、CAE 技术相碰撞相结合，让学生在短短的实习时间里能通过更丰富的实习内容和先进的手段认识了传统的模具技术。

3 模具工种改革的实践效果

以Moldflow 软件为导向开展的模具改革已在正式教学中实施了近两学年。相较于以前填鸭式理论讲授，以拆装和测绘模具为主的教学模式，现在通过三个教学模块（CAE 模流分析、CAD 分模设计、模具拆装测绘）的组合学习，课程设计更加充实饱满，学生们的实习内容更加丰富。而且考虑到学生们初次接触模流分析软件和Pro/E 软件，选取的实例和练习难度均适中，容易理解。学生反映认识和了解模具的手段多元化了，教学内容和过程也更贴近企业设计模具的流程，接触到了更多的模具知识，模具知识体系更完整了。此外，很多学生认为CAE 的模流分析效果非常逼真，能清晰地看到塑料熔体进入型腔的过程，能通过简单操作完成模具的主要结构设计，还能看到不同的模具结构设计对成型效果的不同影响，从而获得最优的设计方案，增强了他们应用分析设计软件的能力。通过项目教学法，学生们表示现在都能很好地参与到模拟任务的动手操作中去，学习目的明确，能独立自主地发现问题、分析问题、解决问题，在极大程度上提高了他们自主学习的积极性和自主能动性，教学质量也得以大大提高。

4 结论

本次改革突破了传统教学模式，不再局限于通过测绘模具这一传统方式让学生认识模具结构，而是通过多元化手段让学生接触更多的模具知识，了解模具设计的核心，让每个学生都能参与进来，且都能动手操作。智能模流分析软件和智能三维设计软件的引入，丰富了模具工种的实习内容，完善了模具的知识体系，提高了学生应用智能数据分析软件的能力，增强了学生的数字化新技术应用能力。