《金属塑性成型工艺》课程教学改革探索

金曼　杨弋涛

摘要：在教育部“卓越工程师培养计划”的支持下，对《金属塑性成型工艺》课程的教学内容、教学方法和教学手段进行了一系列新的探索和改革，初步取得了良好的成效，今后将围绕培养动手能力强的工程师型人才的基本目标，并根据新型材料及加工技术的发展优化和完善课程设置。

关键词：教学改革；教学实践；金属塑性成型工艺

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）16-0007-02

《金属塑性成型工艺》是一门针对金属材料工程专业高年级本科生开设的专业选修课，通过该课程的学习使学生了解锻造及轧制加工的基本原理和工艺过程，掌握进行工艺设计、制定工艺规程、计算变形力及选择加工设备的基本方法，并对金属塑性成型工艺的机械设备和工艺过程有一定的了解和认识。长期以来教研室一直十分重视这门课程的开展，担任该课程的主讲教师均为经验丰富的教授和副教授。该课程讲授的内容主要包括轧制加工的基本原理和工艺；型材和板带材轧制的工艺过程和工艺问题；锻造成形的基本原理和工艺；自由锻和模锻工艺的基本分析方法和设计方法等内容。该课程有些基础理论知识其中轧制基本原理主要包括咬入角的计算、轧制过程的前滑和后滑以及轧制压力的计算等。在轧制工艺方面主要包括轧制的加热规范以及材料的塑性性能等。由于型钢的生产涉及的内容较多，所以根据课程设置对型钢设备的布置及型材的生产流程进行了重点的讲授。热轧板带钢和冷轧板带钢在我国钢板的生产中占很大的比重，因此这部分内容重点讲授了板带钢的生产流程及生产特点。针对该课程涉及的内容较多，而课时相对较少的情况，在锻造课程中重点讲述自由锻及模型锻造所用设备和各自特点。该课程有些内容比较抽象，而且理论性和实践性都很强，如果只是沿袭传统单一的课堂教学模式，就会很难实现预期的培养目标。为了提高教学效果，让学生们在课堂的学习中就能更好的将理论和实践相结合，实现培养“卓越工程师”型人才的目标，教研室组织教师们积极开展教学方法的交流与讨论，就如何组织好课堂教学与实践环节，提高课堂教学质量，实现理论和实践相结合这样的最终目标进行了相关改革和探索。

一、教学内容的优化

《金属塑性成型工艺》这门课程包括“轧制理论与工艺”和“锻造工艺学与模具设计”两大方面的内容，要在有限的学时内把大量轧制原理和锻造工艺学以及相关领域前沿研究情况介绍给学生，需要教师很好的归纳教学内容，各部分内容之间要进行有效的衔接与交叉。在内容多、课时紧的情况下，重点优化教学内容，做到重点突出，与时俱进。在“轧制工艺理论”方面重点讲述轧制过程的前滑和后滑以及轧制过程的宽展等内容，让学生们对简单轧制的基本理论进行重点掌握。教科书上编写的顺序中是先讲述宽展的内容后讲述前滑，而在实际的教学中，我们发现先介绍前滑及后滑的内容，对于理解宽展的变化及影响因素更有帮助，因此在实际教学中将轧制的前滑和后滑安排在宽展前面进行介绍。在轧制压力计算方面大胆删减掉以前教学过程中冗长的数学推导过程。以前的数学推导过程涉及到微分及模型设立等，不仅占据了课时，而且整个推导过程也比较长，教学效果并不理想。因此在教学过程中简化了推导过程，直接从公式讲解开始，由浅入深，介绍各个物理量的计算方法和影响因素，这样做改变了学生学习起来难度太大、教学内容乏味的状态。教师在讲清推导的基本思路和所用到数学公式基本原理的前提下，结合实际轧制压力的计算让学生们更好的掌握了轧制压力公式的物理意义和如何应用。在轧制工艺基础内容里面适当减少了材料学基础内容的介绍，如过烧及过热和金属材料的物理性能等方面的介绍，同时增加了部分自学的内容，一方面避免了与《材料科学基础》及《金属材料学》等课程重复的内容，另一方面节省了课时，促进学生独立思考，锻炼了他们分析问题、解决问题的能力。另外在讲述热轧与冷轧工艺内容时，我们根据当今钢铁材料板带材发展和研究的主要方向，同时也结合学生将来就业的大方向，对教学内容进行了适当的调整，结合近年来教研室相关教师的科研成果对部分和本学科特色及同学就业相关性比较多的内容进行重点的介绍。为了让学生更好的了解我国目前最大的钢铁生产企业宝钢的板带材生产工艺，我们还邀请了该企业知名技术专家做相应材料的生产及应用介绍，通过现场工程师结合实际生产的介绍，让学生更多地了解企业的技术现状和未来的技术需求，更加明确自己的努力方向，丰富了教学的信息量和多样性，从多角度实现了“卓越工程师”的培养目标。

二、教学方法的改革

由于《金屬塑性成型工艺》内容多，包括轧制理论，也涵盖轧制工艺和锻造工艺，其中轧制理论方面所涉及的咬入条件及改善措施、摩擦条件对宽展和前滑的影响等内容，如果只是凭借课堂单一讲授的方式，学生对抽象的内容只是机械的记忆，而不能很好的领悟其中的规律和道理。因此，为了增加学生们对这部分内容的认识和理解，我们在课程中安排了相关的实验课程，通过具体实验参数的设计和简单的两辊轧机的轧制实验，让学生亲自动手参与实验过程，针对不同的摩擦力进行咬入情况的实验；也设计了很多影响前滑及后滑和宽展的实验，比如轧制道次、轧件厚度及如何利用实验方法计算前滑值的实验。学生在分析和讨论实验结果的过程中可以将课堂学习到的理论知识进行有机的结合，从而加深了对轧制原理的理解，也有利于更好的学习轧制工艺课程。除了《金属塑性成型工艺》本身安排的实验课，金属材料工程材料教研室也开设了其他相关的实验课程，比如《金属材料工程实验三》当中就有一些实验内容是配合这门课程展开的。比如，“锻造计算机模拟”就是利用Deform有限元模拟软件让学生联系如何模拟金属材料的自由锻过程，这部分内容正好巩固了锻造工艺部分的原理，通过模拟结果，学生可以更深刻的理解到自由锻不均匀变形的现象。另外，锻造设备的发展非常的迅速，针对自由锻造和模型锻造用到的平锻机、曲柄压力机及螺旋压力机等设备，利用动画演示的方式进行讲解，使深奥的机械原理转化为动画演示的形式，学生对这些复杂设备的工作原理有了深入的了解和视觉感应，达到了很好的教学效果。比如多媒体动画中对平锻机两个分模面的介绍非常的形象，相比以往利用粉笔在黑板上画分模面不仅节约时间还更直观。这门课程主要是针对大三学生开设的专业选修课，很多同学都没有到相关工厂实习的经验，因此对于轧制和锻造工艺方面的感性认识和理性认识都比较陌生，如果单纯的靠教师在课堂上讲，而和工程实践联系不大，学生一方面会觉得课程比较枯燥，另一方面觉得和自己相关性不多，教学的效果不会十分的理想。为此，我们在课程进行中聘请了具有丰富现场经验的技术专家为本科生授课，比如，在这个学期的教学中我们聘请了宝钢冷轧车间的宋建新高级工程师。宋工曾任宝钢股份冷轧场二厂厂长助理兼五冷轧项目组副理，他结合自身经历，讲解宝钢炼铁—炼钢—连铸—轧制工艺流程，重点对宝钢冷轧车间的酸洗工艺、轧制工艺、冷连轧工艺进行具体介绍，对冷轧机类型及各轧机的工艺特点进行详细分析，对如何控制板形（包括倾斜支撑辊、利用弯辊、及中间辊的窜动）结合现场经验进行重点介绍。宋工的讲解通俗易懂、内涵丰富，更加深了学生们对于轧制工艺的深层理解。实践证明这些新的模式建立了良好的理论联系实际的教学氛围，达到了预期的教学效果。

三、教学手段的丰富

《金属塑性成型工艺》课程中涉及到轧制及锻造的多种方法及成型设备，如轧制、锻造以及与之配套的复杂轧机设备及锻造的变形工具，这些设备单靠口头的讲授是非常抽象的，工作的原理也不容易介绍明白；如果在黑板上绘制简单的示意图，学生会感觉到比较枯燥又耽误有限的教学时间。因此，我们在课堂教学过程中充分收集和利用了多媒体教学手段，多渠道的搜集相关设备图片、视频及动画插图等，使学生在观赏影片或者动画过程中掌握所学的知识，更轻松的理解各个机械设备的工作原理。比如在介绍自由锻造和模型锻造以及胎模锻造这部分内容时，主要是先介绍了各种锻造形式的概念，然后针对每一种锻造形式为学生们播放了相关的视频和录像。学生们经过对比，对不同锻造形式之间的区别有了更加深刻的认识，而且对自由锻中的拔长、镦粗等概念进行了提前的接触，为更好的学习自由锻造的相关工艺做好了良好的铺垫。另外，多媒体教学手段的应用也大大提高了教学的效率和进度，学生在有限的课堂教学中不再局限于忙于记笔记，有了更多的时间接触更多的教学内容。课后针对多媒体教学内容也可以查阅相关的网络资料，扩展一定的课外知识，对于提高自身的实践性和知识性起到很大的帮助作用。

《金属塑性成型工艺》是理论与工艺密切联系的课程，实践证明，目前的教学内容和教学模式已经取得一定的成效，教研室授课教师今后会根据新型材料及加工技术的快速发展，不断的优化教学内容，改革教学方法，丰富教学手段，努力培养出更多的卓越型复合材料人才。