錢志平 馬瑞

摘要：針對傳統(tǒng)沖模課程設(shè)計(jì)教學(xué)存在的問題，提出在前期相關(guān)課程支撐下，將有限元模擬技術(shù)和計(jì)算機(jī)三維實(shí)體造型技術(shù)應(yīng)用在課程設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了沖壓工藝方案的優(yōu)化和沖模結(jié)構(gòu)的可視化，提高了課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：課程設(shè)計(jì)；仿真技術(shù)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）41-0208-02

隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和“一帶一路”倡議的實(shí)施，中國制造業(yè)已國際化，工程教育面臨著制造業(yè)全球化和工程教育國際化的雙重挑戰(zhàn)。工程教育質(zhì)量的提高對本科畢業(yè)生就業(yè)競爭力起著重要的作用[1]。板材沖壓企業(yè)同樣面臨日益激烈的市場競爭，要求從業(yè)者具有良好的綜合素質(zhì)如利用現(xiàn)代工具、快速分析解決問題的能力。

沖模課程設(shè)計(jì)是材料成型及控制工程專業(yè)課程體系中，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用工程知識、解決復(fù)雜工程問題能力的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)[2]，工程教育的畢業(yè)生應(yīng)具有使用現(xiàn)代工具的能力[3-4]，時代要求將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入專業(yè)課程設(shè)計(jì)教學(xué)中，以提高學(xué)生工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，為學(xué)生今后從事沖壓行業(yè)的生產(chǎn)和管理工作奠定良好的基礎(chǔ)。

一、傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)教學(xué)缺乏仿真技術(shù)使用

傳統(tǒng)沖模課程設(shè)計(jì)教學(xué)，要求每個學(xué)生完成一套單工序?；驈?fù)合工序模圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，繪出1.5張A1模具裝配圖和典型零件圖、并撰寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。在課程設(shè)計(jì)結(jié)束時，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生模具裝配圖、零件圖紙完成的質(zhì)量和撰寫的設(shè)計(jì)計(jì)算說明書以及答辯回答問題情況，進(jìn)行成績評定。這種教學(xué)方法存在以下問題：

1.CAD技術(shù)使用不足。在課程設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生以手工繪圖為主，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)不足，模具裝配圖和零件圖均為平面二維圖紙，直觀性差。而目前企業(yè)在裝配圖中廣泛采用三維實(shí)體軸測圖和顯示裝配關(guān)系的爆炸圖。

2.設(shè)計(jì)方案優(yōu)化不夠細(xì)致。學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中對設(shè)計(jì)方案的比較，只能通過手工進(jìn)行簡單的工藝計(jì)算，方案優(yōu)化不夠細(xì)致，不能充分考慮到材料、摩擦、邊界條件等因素的影響，合理性分析不足。計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化分析CAE技術(shù)沒有被使用，而該技術(shù)在汽車、航空航天及機(jī)械結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域現(xiàn)已成為工程和產(chǎn)品分析必不可少的數(shù)值計(jì)算工具。

3.設(shè)計(jì)的完整性欠缺。因傳統(tǒng)沖模課程設(shè)計(jì)教學(xué)為兩周，學(xué)生選定設(shè)計(jì)方案后，參考相關(guān)模具設(shè)計(jì)圖冊，只能完成裝配圖和凸凹模等幾個典型零件圖，其余零件的具體形狀及相互間的裝配關(guān)系不甚清楚。

4.學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不夠。因課程設(shè)計(jì)過程比較枯燥，學(xué)生各自完成設(shè)計(jì)任務(wù)，缺乏趣味性，同學(xué)間沒有相互協(xié)作、共同學(xué)習(xí)、交流探討問題的過程，多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度一般，不能主動學(xué)習(xí)，個別甚至出現(xiàn)抄襲現(xiàn)象。

為適應(yīng)日新月異的技術(shù)進(jìn)步，提高學(xué)生現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用和解決工程實(shí)際問題的能力，必須改革本課程的教學(xué)模式。

二、仿真技術(shù)在課程設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)用的條件

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、安全、可重復(fù)和不受氣候、場地、時間限制的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用在機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、經(jīng)濟(jì)管理、軍事模擬等領(lǐng)域。

工科學(xué)生應(yīng)該掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的基本原理和方法，為此專業(yè)的課程體系確定在沖模課程設(shè)計(jì)前，開設(shè)彈性力學(xué)基礎(chǔ)及有限元法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)兩門課程。在兩門課程的教學(xué)過程中，圍繞課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了必要的能力訓(xùn)練。

彈性力學(xué)基礎(chǔ)及有限元法課程講授有限元方法的基本原理，培養(yǎng)學(xué)生掌握常用軟件實(shí)體建模、網(wǎng)格劃分以及邊界條件施加的方法，要求學(xué)生初步具備工程問題有限元模擬和對模擬結(jié)果分析解釋的能力。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)學(xué)生掌握零件三維實(shí)體造型、零件裝配及其約束施加的方法，使學(xué)生初步具備工程三維零件裝配、模型的運(yùn)動仿真和動畫視頻制作技術(shù)，掌握模型爆炸圖的生成方法。

通過上述課程的能力培養(yǎng)和課內(nèi)實(shí)踐應(yīng)用，學(xué)生具備了課程設(shè)計(jì)中使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的能力。

三、仿真技術(shù)在課程設(shè)計(jì)教學(xué)的實(shí)踐

為提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決復(fù)雜工程問題的能力，在課程設(shè)計(jì)內(nèi)容上加入沖壓件成形工藝模擬、模具三維實(shí)體造型、模具運(yùn)動仿真等內(nèi)容，要求學(xué)生將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具體應(yīng)用在這些環(huán)節(jié)。同時沖模課程設(shè)計(jì)學(xué)時增加到四周，學(xué)生每四人組成項(xiàng)目組，圍繞不同的題目，如典型拉深模、彎曲模、復(fù)合沖裁模和沖孔翻邊模設(shè)計(jì)等，合作完成項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作和溝通能力。

1.工藝方案更符合實(shí)際。學(xué)生通過有限元軟件模擬動畫演示，可直觀看到?jīng)_壓成形變形過程及變形區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變變化，修改有限元模型，如改變成形工藝、摩擦條件、壓邊力大小等因素，可方便地重新進(jìn)行模擬仿真，通過比較得出優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

2.模具設(shè)計(jì)更全面。學(xué)生對模具的各個零件三維實(shí)體造型并裝配，利用軟件的運(yùn)動仿真模塊可對裝配好的實(shí)體模具實(shí)現(xiàn)三維動畫模擬仿真演示，在此過程中判斷是否出現(xiàn)干涉現(xiàn)象以及其他設(shè)計(jì)方面的問題，如成型的零件或廢料是否可以順利取出或頂出等。據(jù)此學(xué)生可清楚理解模具的各組成部分及功能，通過發(fā)現(xiàn)的問題修改完善模具，提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和完整性。

3.學(xué)習(xí)的積極性提高。將仿真技術(shù)引進(jìn)沖模課程設(shè)計(jì)后，學(xué)生通過工藝模擬和運(yùn)動仿真能直觀可視地理解沖壓生產(chǎn)，增加了學(xué)習(xí)的趣味性，同學(xué)間主動交流探討問題，學(xué)習(xí)熱情高漲，同時模具三維設(shè)計(jì)和仿真的完成也提高了學(xué)生的自信心和成就感。

四、結(jié)語

從行業(yè)對人才的能力需求出發(fā)，按照以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，主動學(xué)習(xí)和實(shí)踐為核心的“做中學(xué)”教學(xué)理念，將仿真技術(shù)引進(jìn)沖模課程設(shè)計(jì)。經(jīng)過3年的實(shí)踐，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，達(dá)到了較好的預(yù)期效果，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐的有機(jī)融合。

參考文獻(xiàn)：

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