項目教學法在模具設計中的應用范文

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摘要:

“模具設計與制造”課程是機械設計制造及其自動化專業的專業選修課程。為培養學生模具設計和模具制造的能力，解決課程學時少、內容繁多、枯燥難懂的問題，采用以學生為主體、教師講解和學生項目訓練相結合的項目教學法，運用多媒體動畫、模具實物、現場教學等教學手段由淺入深逐步講解模具結構和模具設計步驟，逐步引導學生實施項目，培養學生的項目意識和模具設計能力。實踐表明，項目教學激發了學生的學習積極性和學習興趣，提高了教學效果和教學質量。

關鍵詞:

模具設計與制造;項目教學法;教學效果

模具是生產各種工業產品的重要生產裝備和工藝發展方向，模具成形具有高生產率、高精度、低成本等特點在各工業部門得到廣泛使用。為了滿足工業部門對模具設計與制造人才的需要，在高等教育大眾化教育的今天，各個教育部門都十分重視模具設計與制造應用型人才的培養，要求設計人員面對實際項目和問題，具有完成實際項目和解決實際問題的能力。“模具設計與制造”課程是機械設計制造及其自動化專業的一門專業選修課，目的是使該專業的學生能熟悉模具零件的結構及其制造方法。傳統的教學方法是按照沖裁工藝及其模具結構、彎曲工藝及其模具結構、拉深工藝及其模具結構等內容講授各類模具的結構特點和設計要點，講完模具結構部分再講制造部分。課程學時少而內容繁多、枯燥難懂，該專業的學生沒有前期模具方面的知識，傳統的填鴨式滿堂灌教學方法容易使學生學習吃力，進而產生厭學情緒，達不到預期的教學效果［1－2］。而課程考核僅僅憑一張試卷輪高低，教材上各種知識點以選擇、判斷、填空和簡答題形式進行考核。學生學完課程后仍然不知道如何進行具體的模具設計，未將設計理論知識和具體的模具設計過程同步地聯系起來。面對所存在的問題，筆者改革傳統教學方法，通過精選典型題目，采用項目教學方法培養學生的項目意識和實際動手能力，取得了較好的教學效果。在此和大家一起交流，以共同提高“模具設計與制造”的教學質量。

本文主要討論項目教學法的應用。項目教學法來源于歐洲的工讀教育和美國的合作教育。項目中包含多門課程的知識，教師將課程體系中的知識、職業素養和技能融合到課程項目中。項目教學法以項目為載體講授教材中所涉及的知識，打破以教材、教師和課堂為中心的傳統教學模式，不再把教師掌握的現成知識技能傳授給學生作為追求的目標，是以學生為主角，教師為配角，在教師的引導下，學生自己負責資料收集、信息處理、方案設計、方案實施和項目評價，在整個項目進程中學習多門課程的知識;以學生為主體，師生模擬企業環境以一個完整的項目為載體;以具體的工作任務為驅動、理論與實踐相結合的教學活動。在項目教學中，其目的在于培養學生的獨立學習能力、自學能力、獨立解決項目能力和學生之間協作、交流能力［3－4］。

1項目教學法目標

對于機械類學生而言，在實施“模具設計與制造”課程項目教學時，要求學生具備良好的機械制圖、材料力學、公差與配合等專業基礎知識，有機械加工方面的實踐經驗，要能將理論知識與實踐技能有機結合。模具設計和模具加工工藝相互關聯，加工工藝直接影響沖壓件的生產效率和成本，因此，學生必須掌握加工工藝和熱處理工藝的規程;必須具有熟練應用AutoCAD、UG或Pro/E等計算機軟件的能力;擁有良好的邏輯思維能力，可以讓模具設計師減少設計過程中的錯誤，將問題消滅在初始階段，減輕設計工作量，提升工作效率［5］。

2項目教學法任務和選題

“模具設計與制造”包括沖壓模具設計和模具制造兩部分，內容多而學時少，必須提高效率且保證教學質量。傳統的教學目標要求學生掌握沖裁工藝及其模具設計、彎曲工藝及其模具設計、拉深工藝、模具設計以及其他沖壓成形工藝。由于學時有限，項目內容只限于沖裁工藝及其模具設計，學生必須聽完教師的講解，逐步完成自己的沖裁模具設計。彎曲工藝及其模具設計、拉深工藝及其模具設計僅以項目講解的形式進行，學生無需進行相應的模具設計。沖壓模具設計主要內容為沖裁件模具設計、彎曲件模具設計、拉深件模具設計及其多工序組合的復合模、級進模設計。“模具設計與制造”課程是機械設計制造及其自動化專業的一門專業選修課，學生對機加工知識了解的比較多，特種加工也在此課程之前開過，所以加工部分僅以模具的線切割加工、編程和模具裝配為主來講解。項目實施時采用教師講解和學生訓練相結合的方式，教師先講解設計相關理論和步驟，學生再結合項目進行訓練。通過教學培養學生掌握模具設計的基本步驟、設計方法和技巧、模具裝配方法和技巧以及模具加工等基礎知識，基本上能設計出符合沖壓成型理論的沖壓模具以及主要工作零件的加工工藝。企業的實際課題雖有代表性，但對初學模具設計者來說有一定的難度，因此選擇一些2－4個工序組合的簡單零件為佳。

3項目教學法實施

結合學生的實際情況和現有的教學設施，學生每5人一組，每組給定一個典型沖壓件，一般以簡單零件為主，模具結構多為中小型模具，每個題目對應的設計步驟大體相同。如果每人一個題目，對于初學者來說難度較大。學生初次遇到模具設計會無從下手，因此，選擇一個簡單零件的模具設計過程作為教學講解內容，既能節省教學時間，又能引導學生快速熟悉模具設計的過程和步驟。每2學時采用小組任務驅動的方式進行教學，組長根據總任務分配組內每個學生的具體任務。任務進度由組長負責，組內學生還可以相互討論，以培養學生團隊協作的能力。要求每組學生完成模具裝配圖一張，每個學生繪制老師指定的零件圖兩張，采用CAD繪圖，并給出指定零件的制造工藝規程。在完成相應的設計后對本節課所完成的任務進行書面總結，每組最后完成設計說明書一份。

本課程項目教學首先講解落料沖裁件的單工序模設計步驟，然后完成一個多工序的模具設計，即進行復合模和級進模設計步驟的講解。按照沖裁模設計步驟展開分解為每節課的具體任務，教師每節課開始首先講解本節課設計內容。學生逐步了解模具結構和模具設計過程，在聽講時思考自己的題目該如何完成。教師講解本節課設計內容后，學生根據題目進行模具設計實戰演練，自己動手計算和設計。教師逐步引導學生從模仿到獨立設計，從簡單到復雜逐步完成設計內容，其中一些內容學生可在課堂內完成，其余未完成內容在課后完成本節課所涉及步驟的內容。遇到個別問題，先提示學生參考教材的某個章節內容，如果還是無法解決，再統一講解，直到學生完全弄懂該問題為止。在教學過程中，選取如圖1所示的典型零件作為講解模具設計過程的零件。圖1(a)為單工序模零件，圖1(b)為多工序模零件。首先分組分別設計落料外形和沖孔的單工序模，然后設計圖1(b)零件的復合模和連續模。在學生設計過程中穿插理論知識講解，按照沖裁模設計步驟展開分解為每節課的具體任務。

理論講解采用多媒體、動畫、模具實物等由淺入深逐步講解模具結構和模具設計步驟。初次接觸模具的學生感覺學習內容繁多、枯燥難懂，傳統的文字信息和模具結構二維圖很難將模具結構和動作過程表述清楚。通過多媒體、三維軟件和動畫展示模具結構及其組成部分，展現模具動作原理和過程，提供動靜結合、圖文并茂、視聽形象一體化的教學環境，使困擾多年的教學難點內容變得簡單易懂，很容易講清楚復雜的模具結構和動作原理，提高了教學效果和教學效率，彌補了傳統教學在時間和空間等方面的不足。講解時采用啟發式、互動式和提問式教學方法，改變以往的填鴨式靜態教學為動態教學。組織學生對教材中一些容易忽視和混淆的問題展開討論，以學生為主體，教師積極引導、啟發學生，充分調動學生，使學生跟著教師的思路，發揮其主觀能動性，積極分析和解決問題。項目實施步驟按照沖壓模具設計步驟進行。

3．1分析沖壓件的工藝性，確定工藝方案借助多媒體、動畫等說明沖壓工藝包括哪些工藝，每種工藝有哪些工藝性要求。學生針對本組所給零件分析其沖壓工藝性，對于多工序模至少給出三套沖壓工藝方案，然后進行綜合比較和分析，確定出經濟合理的工藝方案和毛坯形狀、尺寸和下料方式。例如對于圖1零件來說，雖然該沖壓件的結構形狀比較簡單，沖壓工藝性符合沖裁要求，但仍然要分析其沖壓工藝性，以強調分析沖壓件工藝性的必要性和工藝性分析的內容。對于圖1(a)零件的單工序模設計，僅有落料工序，排樣采用直排方式;而對于圖1(b)零件的多工序模設計來說，排樣仍采用直排方式，根據零件內外形位置精度和平整度要求決定采用復合模還是級進模。學生學會單工序模設計后，對于復合模來說，只是在同一工位上完成多道工序，相當于多個單工序的組合。在同一位置的組合即為復合模，僅考慮凸凹模壁厚、卸料、推(頂)料和同一位置上模具的裝配等問題;對于級進模來說，不在同一位置的單工序組合即為級進模，在不同工位上完成多道工序，考慮工步的定位、卸料、推(頂)料和不同位置上模具的裝配等問題，教學過程體現出一個循序漸進的過程，學生學習相對容易一些。

3．2確定沖裁模類型和結構方式首先采用動畫演示模具的動作過程和工作原理，介紹常見的沖裁模類型和結構方式。這種方法對提高教學質量和改善教學效果，初次接觸模具設計先從簡單零件的單工序模開始，掌握最基本的模具結構后再按工序的組合設計出復合模和級進模。無論哪種模具，其組成均由工作零件、導向零件、定位零件、卸料和推(頂)料零件、緊固件等組成。學會了簡單沖裁模設計，參考設計手冊和圖冊即可設計其他復雜多工序類型的模具。

3．3進行各種工藝計算該步驟為重點掌握內容，以簡單零件舉例說明各計算內容，從排樣設計、材料利用率計算、壓力中心計算、凸模和凹模刃口尺寸計算、外形尺寸計算，其他零件外形尺寸計算和彈性零件尺寸計算等，同時講解分開加工方法和配作加工方法。舉例計算講解后，學生對照本小組題目完成相應內容的計算。

3．4選擇壓力機選擇壓力機必須考慮壓力機的安裝空間、壓力機工作臺面尺寸和壓力機模柄孔尺寸(有模柄時需考慮)。選擇的壓力機必須符合模具閉合高度的要求，考慮壓力機的公稱壓力大于總的沖壓力，考慮模具的尺寸應小于壓力機的工作臺面單邊尺寸50～70mm。

3．5繪制模具總裝圖和非標零件圖采用CAD繪圖，按照國標制圖標準完成模具裝配圖和非標零件圖，給出指定零件的制造工藝規程。另外，還要編寫設計說明書，進行必要的組內答辯。

4項目教學考核評價

學生完成項目后上交模具裝配圖、若干零件圖和說明書，由組長陳述本組模具設計的主要內容，其他組內同學予以補充。項目評價首先制定出詳細的評分標準，如工藝性分析的正確性、工藝方案是否正確、模具結構是否合理、各種必要的計算是否正確，壓力機選擇是否正確、說明書條理是否清楚等內容，組內學生先自己按照評分標準評分，然后組長給組內各成員評分，組長由教師評分。答辯時按照制圖規范針對圖紙上的進行點評、當面修改，完善設計內容，讓學生真正理解教材內容。根據答辯成績、成員自評分和組長評分決定最終成績。項目評價在師生之間展開，學生各抒己見。這種以學生為中心的教學模式為學生提供了學習和時間上的廣闊空間，鍛煉了學生的語言能力，提升他們交流思想和看法的能力，培養了學生團隊協作的能力。

參考文獻:

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［3］許高炎．高職教育項目教學法的實踐與研究［J］．職教論壇，2008(5):130－133．

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［5］郭秀艷，李捷．《模具設計與制造》課程教學改革方法探討［J］．模具工業，2013，39(10):72－74．

作者：李興成 盧雅琳 王江濤 葛茂忠 單位：江蘇理工學院 機械工程學院