中国观代 装备 ２０１０年第１３期（总第１０１期） 基于能力进阶培养模具设计与制造的 综合技能木 侯军明 汪木兰杨清林 南京工程学院江苏南京２１１１６７ 摘 要：根据机械设计制造及其自动化专业中的计算机辅助制造与数控加工专业方向对模具设计与制造技术方面的基本要 求，采取能力进阶的项目教学法着力培养学生设计和制造模具的综合技能。总结了项目教学法和模具设计与制造课程的主 要教学内容，介绍了该知识模块的课程体系，重点阐述了模具设计、模具制造和模具装配等三个教学项目的具体内容和能 力进阶方案的实施。最后，对项目教学的效果以及实施过程中碰到的问题进行了分析和讨论。 关键词：项目教学法；模具设计与制造；课程体系 机械设计制造及其自动化专业中的计算机辅助制 造与数控加工专业方向的学生学习模具设计与制造课 程的主要目的是掌握模具设计和制造的基础知识并培 养模具相关的工程意识和综合应用能力，毕业后能够 行组织和安排有效的学习，完成一个项目的执行。在 实施过程中，解决遇到的技术问题，可以提高学习的 兴趣并且调动了学生的学习积极性，最终掌握教学 的主要内容。采用“团队学习”的方法，动脑、动 手、交流和合作，最终完成项目任务并以成果的形式 予以展现。 从事企业所需的模具设计与制造、装配与调试以及经 营管理等工作。 由于模具设计与制造课程体系与生产实际之间 的联系紧密，传统的教学方法过分强调教师的主体 地位，导致学生掌握知识的过程缺乏积极性和创造 项目教学法的显著特点是“以项目为主线、教 师为主导、学生为主体”，改变了以往“教师讲、 学生听”的被动教学模式，是一种学生主动参与、自 主协作、探索创新的新型教学模式。其目的是在项 目教学的过程中把理论与实践教学有机地结合起来， 性，理论和实践相脱节。而以能力进阶的项目形式 组织教学能够提高学生的主动性，使学生在解决项 目问题的过程中，把握课程体系的基本要求，同时 实现综合技能的提高，是比较适合本课程的一种教 学方法。 一充分发掘学生的创造潜能，培养学生的自学能力、观 察能力、分析问题能力、动手能力和协作能力等综 合能力。 、项目教学法及其特点 二、模具设计与制造课程及知识体系 Ｉ．模具设计与制造课程教学内容 模具设计与制造是计算机辅助制造与数控加工 专业方向的一门重要的专业基础课。通过本课程的学 习，使学生获得最基本的冲压模、塑料模等模具设计 和制造所需要的基本理论，掌握常见模具的设计和典 型零件工艺规程的制定等知识，提高学生分析问题和 解决问题的能力，为今后从事模具制造技术工作及开 发研究打下基础。模具设计与制造课程的知识点和教 项目教学法是一种典型的以学生为中心的教学 方法。学生在教师的指导下，全部或者部分地自 收稿日期：２０１０—０５—１５ 作者简介：侯军明，硕士，助教。汪木兰，硕士，教授。 杨清林，本科，讲师。 术本文系江苏省教育科学“十～五”规划重点资助课题 （Ｂ—ａ／２ｏ０８／Ｏ１／００８）； “十一五”国家课题“我国高校应用 型人才培养模式研究”子课题（ＦＩＢ０７０３３５一Ａ７—０２）。 口８ ２０１０年第ｌ３期（总第１０１期） 学内容安排见表１。 表１ 模具设计与制造课程主要教学内容 教学内容 ●冲压成形特点与分类 冲压成 ●冲压模具设计与制造主要内容 形概述 ・冲压常用材料 中国现代 装备 模具设计课程设计是计算机辅助制造与数控加 工专业方向非常重要的教学环节之一，一般安排在冷 冲模和塑料模理论学习之后进行，其目的在于巩固所 学知识，熟悉有关资料，树立正确的设计思想，掌握 相应的设计方法，培养学生的实际工程应用能力。通 过模具设计的过程，学生在工艺性分析、工艺方案论 证、工艺计算、模具零件结构设计、编写技术文件和 序号 知识模块 １ ・冲压设备的选择 ●冲裁变形过程与原理分析 ・排样及搭边的设计计算 ●冲裁模具间隙的确定及其重要性 冲裁工 ●凸凹模刃尺寸的确定 ２ 艺与冲 ・冲裁力的计算及压力中心的计算 裁模 ・工作零件的设计计算 ●定位零件的设计计算 ●卸料及推料零件的设计计算 ・模架的选用 ・塑料件的结构工艺性设计与分析 ●注塑成型设备的选择 ●注塑成型原理 ●注塑模具的分类及组成 注塑成 ●分型面的选择 ３ 型工艺 ・浇注系统的设计计算 与注塑 模 ・成型零件的设计计算 ・推出机构设计计算 ●侧向分型与抽芯机构的设计计算 ●导向零件的选用 ・模架的选用 ●加工工艺规程的定义 ●加工工艺规程的主要内容：毛坯尺寸和 加工方法的选择，定位基准的选择，加 模具制 工顺序的安排，机床与工具的选择 ４ 造 ●模具主要零件外形加工 ・模具加工的划线 ・模具零件的机加工特点 ●电火花加工 ●线切割加工 ・模具的质量要求和标准 ・模具检验的常用工具 模具检 ●模具零件的连接和固定方法 ５ 验与装 ・冷冲模具的装配和检验，包括主要组件 配 的装配，模具总装间隙的调整和试模 ●注塑模具的装配和检验，包括主要组件 的装配，过盈配合零件装配，滑块抽芯 零件装配等 ２．模具设计与制造课程体系 除了上述理论教学以外，模具设计与制造课程 体系还包括模具设计课程设计和模具制造与装配实习 两个教学环节，从而丰富和巩固了整个模块知识的掌 握。 查阅文献等方面受到一次综合训练，增强学生的实际 工作能力。 模具制造与装配实习也是该专业方向重要的实践 教学环节之一。模具制造和装配过程由分析零件图、 加工工艺制定、根据工艺规程进行零件的加工以及装 配等内容组成。通过实习使学生掌握模具工艺规程的 编制、数控加工程序的编制、电火花等特种加工方法 工艺参数的设定和程序的编制，并能够按照工艺规程 进行零件的加工，最终完成模具的装配和调整。通过 整个项目过程的实施，学生的实践动手能力得到提 高。 三、能力进阶的项目教学方案 模具设计与制造知识体系通过６个教学项目让 学生按照能力进阶的顺序完成冲压模具和注射模具 的设计、加工生产、产品质量检验等环节，从中学 习和掌握机械原理、材料处理、制造工艺以及各种 机床的使用与操作等知识。在部分项目的实施过程 中，组织不同工种的学生按照编组合作完成一副模 具的加工，以训练其在实际工作中与不同专业的协 调和合作的能力。 １．项目教学内容的设计 根据课程体系的基本要求，在教学大纲的实施 过程中，按照项目教学的思路，以能力进阶为目的引 导学生由浅入深地对本课程体系的项目进行学习和掌 握，激发学生主动探究的精神。模具设计与制造项目 教学内容见表２。 ２．项目教学内容的实施 下面以冲压模具相关的３个项目为例，简要介绍 冲压模具“设计——制造——装配”整个项目的实施 过程以及项目之间的相互关系。 ９ 中国砚代教唷装备 表２ 模具设计与制造项目教学内容 序号Ｉ项目名称ｌ 任务及步骤 ｌ ｌ・任务：根据零件图完成冲压模具设计 ｌ 羹 葬ＩＩ三・前垂期萎 准备蓁韶、 工艺蹇 分析 Ｊ ｛・主要零件的设计计算 ｌ Ｉ・画装配图和零件图 Ｉ ｌ・任务：完成一副冲压模具零件的加工 ｌ ｌ・工艺分析 。 ｌ冲压模ｌ・加工工艺规程的编制 ｌ具制造ｌ・加工工序卡片的制定 ｌ Ｉ・数控加工程序的编写 ｆ ｆ・操作机床加工零件 ｌ ｌ・任务：完成一副冲压模具的装配 ｌ Ｉ・观察模具结构类型，分析模具工作原理 。 ｛冲压模ｆ 认识模具各零件的名称以及作用 ｌ具装配ｌ・冲压模拆卸，拟定装配顺序，按顺序装 ｌ ｌ 配，装配后的检查 Ｉ Ｊ・冲压模具总装图和非标准零件图绘制 ｌ ｌ・任务：根据零件图完成注射模具设计 Ｉｆ 羹 ｝Ｉ・三前垂期重 准备奏、器 工妻艺 分析 Ｉ ｌ・主要零件的设计计算 ｌ ｆ・画装配图和零件图 ｌ Ｉ・任务：完成一副注射模具非标零件加工 ｌ具制造ｌＪ注射模Ｊ・加工工艺规程的编制 ・加工工序卡片的制定 ｌ Ｉ・数控加工程序的编写 ｌ Ｉ・操作机床加工零件 ＩＩ・任务：完成一副注射模具的装配 ｌＩ・观察模具结构类型，分析模具工作原 ｌ注射模ｌ 理，认识模具各零件的名称以及作用 ｆ具装配ｆ・塑料模拆卸，拟定装配顺序，按顺序装 ｌ ｌ 配，装配后的检查 ｌ ｌ・塑料模具总装图和成型零件图的绘制 项目一：冲压模具设计——本项目任务是要求学 生完成给定冲压零件图的模具设计，具体实施步骤如 下： （１）前期准备、工艺分析。包括阅读产品零件 图，查阅收集有关设计资料，根据产品原始数据研究 任务，分析产品实施的经济性和可能性。 （２）总体方案制订。确定工艺方案，主要是确定 模具类型，包括确定冲压工序数，工序组合和工序顺 序等，分析论证其优点和缺点。 （３）结构形式确定。包括操作方式的选择、定位 ． ｏ。 ２０１０年第１３期（总第１０１期） 方式的选择、卸料方式的选择等，并根据初步确定的 结构形式进行模具结构简图的绘制。 （４）工艺计算。包括凸凹模刃口尺寸的计算、冲 压力的计算、初选压力机和确定压力中心等。 （５）零部件的设计计算。凹模的设计计算、凸模 的设计计算、固定板的设计计算、卸料板的设计计 算、定位零件的设计计算以及弹性元件和其他零件的 设计选用，闭合高度的计算、压力机的选用等。 （６）画装配图和零件图。根据设计的尺寸和结构 形式绘制零件图和装配图，并根据加工精度和表面质 量等确定零件制造的偏差以及技术要求。 项目二：冲压模具制造——根据上述项目一设计 的零件图和装配图进行模具的加工制造。根据设计质 量和制造设备等具体情况，从项目一的设计报告中选 出一副模具进行加工实施。按照工种分组合作完成一 副模具的制作，即每组完成一个或两个零件的加工工 艺制定、程序的编制以及操作加工等，零件加工完成 后，进行部件配合修整。具体的项目实施步骤如下： （１）分组。按照工种分成小组，明确加工任务， 制定项目计划，学习安全操作规程。 （２）工艺分析。分析零件的尺寸精度要求，形位 公差要求以及表面粗糙度要求等，为后续的工艺编写 等做好准备。 （３）编制待加工零件工艺。编制零件加工工艺过 程中的几个主要问题：确定待加工零件毛坯尺寸，加 工方法的选择，定位基准的选择，加工顺序的安排， 机床与工具的选择。 （４）按模具零件图纸以及工艺过程，完成车、 铣、磨、电火花和线切割等数控加工工序卡片编制和 程序的编写以及操作加工，制造出符合要求的模具零 件。 （５）零件加工精度的检测。 项目三：冲压模具装配——模具装配是模具制造 过程中非常重要的环节，包括装配、调试、检查和试 模。模具的质量取决于模具零件质量和装配质量，装 配质量与零件质量和装配工艺等有关。 （ｉ）模具零件准备，选择基准件。不同结构形式 的冲压模具可以选择不同零件作为装配基准。 （２）根据装配基准选择合理的装配次序和装配方 法，确定装配顺序，并装配主要组件。 （３）总装配调试模具间隙。间隙控制与调整主要 一＠ ２０１０年第１３期（总第１０１期） 有如下方法：透光法、镀铜法、涂层法等。选择合适 的调整方法调整到位以后，再把上、下模螺栓紧固加 工定位销孔。 一中国现代黼装备 步考虑进去，以体现和增强大工程意识培养中的成 本意识。 ３．良好的设备条件是实施本方案的根本保证，否 （４）试模加工。模具装到压力机上加工，装配完 成。用纸试模，观察刃口间隙是否均匀，再调整模具 间隙。 则会影响到相应的实施效果，也达不到能力进阶的真 正目的。 五、结束语 四、实施效果及碰到的问题 项目教学法的运用提高了学生的学习积极性， 基于模具设计与制造课程、模具设计课程设计和 模具制造与装配实习３个教学环节构成的该知识模块 教学体系，设计出由模具设计、模具制造和模具装配 ３个层次项目组成的能力进阶型项目教学方案。通过 具体实施，可以引导学生主动学习，并且提高了学生 的团队合作意识和解决问题的综合能力，有助于 提高学生学习专业课程的兴趣，最终培养学生的大工 程意识。 在每个项目的实施过程中，学生都能够在教师的引导 下，不断地发现问题和解决问题。同时，以小组形式 讨论解决问题的方法增强了学生的团队合作意识， 并且在一系列项目完成以后，学生能够对模具“设 计一制造一装配”的整个环节有了全面掌握，从而 达到能力进阶的教学效果。但在项目实施过程中也碰 到了一些技术或操作层面的具体问题： １．项目教学方式要求高素质的“双师型”师资队 伍，教师不仅具备扎实的理论知识，并且还要具备较 强的动手能力和实践经验，对于项目实施过程中碰到 的各种技术问题具有较强的解决能力。 ２．项目实施的综合性还可以继续提升。例如， 在上述项目教学过程中都没有涉及模具制造成本的估 算问题，而实际模具成本是指制作某副模具所要消耗 参考文献 ［１］汪木兰，朱晓春，王令其，等．改革数控原理与系统培养学 生系统工程意识［Ｊ］．中国现代教育装备，２００６，１：３１－－３３ ［２］汪木兰，朱晓春，刘坤，等．案例教学培养自动化专业学 生大工程意识［Ｊ］．中国现代教育装备，２００８，１２：１６５￣１６７ ［３］王萍．项目教学法在专业课程中的实践［Ｊ］．教育与职业， ２００９．１０：ｌ２９～１３０ 的全部费用，即材料费、加工工时费、模具钳工工时 费、外购件费和其他费用等，而这些内容今后可以进 ［４］许树勤，王文平．模具设计与制造［Ｍ］．北京：北京大学出 版社，２００７ Ｌａｄｄｅｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｋｉｌｌｓ ｏｆ ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ Ｈｏｕ Ｊｕｎｒｎｉｎｇ，Ｗａｎｇ Ｍｕｌａｎ，Ｙａｎｇ Ｑｉｎｇｌｉｎ Ｎａｎｊｉｎｇ ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１１１６７，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｍａｎｄｓ ｏｆ ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｅ，ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｋｉ１１Ｓ ｏｆ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｍｏｌｄ ａｒｅ ｃｕｌｔｉｖａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ—ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ—ａｉｄｅｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ ＣＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｍａｊｏｒ．Ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ—ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ ｍｏｌｄｓ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉＳ ａｌＳＯ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｌａｄｄｅｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔａｉｎｓ ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ，ｍｏｌｄ ｍａｎｕｆａｃｕｔｒｉｎｇ ａｎｄ ｍｏｌｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｒｅ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ—ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｃｃｕｒｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｊｅｃｔ—ｔｅａｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ；ｃｏｕｒｓｅ ｓｙｓｔｅｍ
