基于卓越工程师培养的锻造工艺及模具模块教学改革探索

李振红++冯可++卢惠亲++査光成

摘 要：本文根据卓越工程师教育培养要求，通过分析材料成型及控制工程专业实践教学现状和存在的问题，对锻造工艺及模具模块的教学内容、教学方法和教学实践方面进行改革探索。实践表明该实践教学改革模式有较好的人才培养实际效果，使学生的学习积极性和主动性有了较大提高，综合分析和解决实际问题的能力培养环节得到了进一步加强。

关键词：卓越工程师；模具；锻造

中图分类号：G642.4 文献标识码：A

一、引言

模具是遍及机械、电子、电器、仪表、轻工、日用品、塑料、汽车、航空、国防等各个工业部门的重要工艺装备。近几年来，产品的专业化、大批量生产使得模具在生产中的作用日益突出，对模具的设计、制造及使用要求越来越高。模具设计不合理，精度保持性差，必将影响产品质量，还会造成模具材料和制造工时的浪费，大大增加产品的成本并降低生产效率，严重影响产品在市场上的竞争力。

而这一切都必须依靠一大批掌握模具关键技术，能够结合企业实际提出问题和解决问题的卓越模具工程师。但目前我院培养的本科毕业生，由于受到种种因素的限制，多数只能成为工程师“毛坯”，存在着专业面窄和解决实际问题能力差等弱点。他们还需要经过工程实践的训练和高等工程教育的培养，才可能成长为符合社会需要的高级工程人才。

长江三角洲地区是我国模具行业最集中和发达的地区之一，对模具高级工程人才的需求旺盛。培养符合企业需求的大批模具高级工程人才，既是学校自身发展的需要，也是高校的职责所在。

二、目前存在的问题

通过已就业学生及模具企业招聘人员的反馈，我们发现企业希望大学毕业生能立刻进入工程实际工作，而不是通过半年到一年的培训才能熟悉具体工作。因此，企业希望学校能结合工作实际来改革课程，希望课程内容和他们将来的岗位工作紧密联系，能对他们的工作起到立竿见影的作用。

锻造模具是模具成形的一个重要环节。日常生活常见的螺钉、汽车上的轴、加工机械上的齿轮等零件多数需锻造成形。江苏省是我国的锻造大省，江苏森威精锻有限公司、江苏太平洋精锻科技股份有限公司都是全国著名的精密锻造公司，承担着全国汽车精锻件生产的60%以上的生产任务，与各大汽车制造公司均有协作。除此之外，徐州市、南通市还有一批锻造设备的制造企业。苏北的许多私营企业生产的零件有很多都可以采用锻造成形，如齿轮，采用锻造成形可以使得其生产时间由10分钟减少到10秒钟。但是企业没有相应的锻造技术人员，无法完成技术改革。因此，江苏省对锻造工程师存在着很大需求。

南京工程学院（以下简称“我校”）结合教育部卓越工程师计划，针对目前存在的种种问题，对模具卓越工程师锻造工艺课程体系的改革进行探索与实践。通过到省内其他高校和锻造模具企业调研，学校和企业合作修改制订教学大纲、教学内容，或协作编写教材，建立实训基地，强化学生工程实践能力，以达到培养合格的模具卓越工程师的目的。

我院的材料成型及控制工程（模具设计）专业是校品牌专业及江苏省特色专业。目前在锻造模具设计模块主要开设了“金属塑性成形原理”和“锻造工艺学”两门课程，旨在培养学生进行锻造成形工艺及模具设计的能力。其中，“金属塑性成形原理”是锻造模具设计的理论基础，“锻造工艺学”是锻造模具设计的主干专业课程。可以说，通过这两门课程能使学生基本掌握锻造工艺及模具设计的基本理论及方法。但是，从以往的教学及就业学生反馈来看，课程体系存在着下列一些缺点：①学时不足，“锻造工艺学”作为主干专业课程只有32学时；②可选教材较少而且陈旧，新编教材很少，即使是新编教材，其内容也是以国内20世纪80年代的工艺为主，对一些已经在大量使用的新技术、新工艺（如精密锻造、计算机辅助锻造成形分析）涉及很少；③没有实践环节，主要是没有试验和课程设计。具体到实际应用上，在学生大四阶段进行毕业设计时尤其明显。由于毕业设计基本上都是实际课题，但是学生只是学习了相关理论，没有实践过。因此需要学生和指导教师付出较多的劳动，也延缓了其毕业设计进度，降低了其毕业设计质量。

三、改革方案

1.教学内容改革

锻造是一门古老的艺术，传统的锻造是指钢铁零件的热锻成形。目前国内企业大量使用的自由锻、模锻，其技术原理在20世纪80年代基本已成熟。目前国内锻造工艺课程的教学内容也主要是钢铁类材料的热锻成形理论与模具设计，学生经过锻造工艺及模具模块相应的学习过程能初步掌握汽车零部件如齿轮、连杆等零件的锻造成形工艺和模具设计。但随着近年来汽车、宇航工业的迅速发展，锻件在各制造零件中所占的比重也越来越高，锻造技术也得到了飞速发展，各种新技术层出不穷。

冷锻不需要加热即对坯料进行锻打成形，和传统的热锻相比，不需要加热使得产品的生产避免了表面氧化、模具寿命低等缺点，经冷锻后的产品其精度能达到7～8级，后续机械加工余量较小甚至没有，因此冷锻得到了广泛应用。其缺点是要求坯料具有较高的塑性、较低的抗力，在变形过程中产生的加工硬化需要在后续加工前通过退火工艺消除，增加了一道工序。结合冷锻和热锻的优点，企业从事一线生产的工程师和科技工作者又提出了温锻的概念。温锻是锻造温度处于冷锻和热锻之间的锻造成形方法，由于其温度比热锻低，所以金属氧化量较小。同时坯料经过了加热，其塑性得到了较大提高，所需的变形抗力也有着较大降低，能在保证产品外观质量的同时提高其可塑性，近年来在企业中逐渐推广应用。除此之外，适应特定产品生产的各种特种锻造技术逐渐出现。冷摆辗成形、多向锻造、楔横轧、闭塞锻造、冲-锻复合成形、半固态成形都已在企业中开始应用。在成形材料上，也不局限于钢铁材料。尤其是随着汽车轻量化的进展，企业越来越多地采用轻质高强度的铝合金代替钢铁，而铝的成形温度、成形过程中的相变等与钢差别较大。同样的材料还有铜、钛、铅、锡等材料。

在锻造成形工艺的设计上，现在许多企业都在使用有限元仿真软件，如DEFORM-3D、MSC.Superforge、ABAQUS等软件，指导工艺参数的选择及模具设计。由于课时所限，此部分内容只是在课程中稍作介绍，学生若感兴趣需自学。然而，由于此类软件都是专业软件，需要使用者有着较深的锻造成形专业知识，而且其界面大都为英文，极大地限制了学生的学习兴趣。在实际调查中发现，因为没有迫切的需求，几乎没有同学主动学习。此种现状严重地制约了计算机分析技术在锻造行业的推广应用。

在锻造工艺课程的授课中，由于课时较少，教师主要讲述钢的热锻工艺及模具设计，上述内容涉及较少，在讲课过程中经常是一带而过，在现有教材上这部分内容也很少提到，造成了学生对锻造新技术新发展、新动态的了解滞后。因此，教学内容迫切需要改革。

针对上述现状，我院提出了将“锻造工艺学”课程保持32课时不变，增加“冷锻工艺与模具设计”选修课。“锻造工艺学”课程内容仍以热锻工艺与模具设计为主。“冷锻工艺与模具设计”作为一门任选课，设置为16课时，课程内容以冷锻工艺与模具设计为主，兼顾特种锻造、有色金属锻造等新技术。通过后续的课程设计和毕业设计环节增加温锻和特种锻造等内容的实践，指导学生参考热锻和冷锻并结合生产情况来选择合适的工艺参数和模具结构。至于计算机在锻造行业中的应用这部分内容，则增加到“材料成型CAE技术”这门课程中，作为材料成型CAE的三大块（塑料成型、板料成形和锻造成形）之一。

通过实际的教学活动我们发现，这种改革方案由于课程设置比较灵活，得到了任课教师和广大学生的认同，取得了较好的效果。

2.教学方法改革

由于锻造模具设计是一门实践性很强的技术工作，为了使学生具有较强的实践能力，结合教育部的卓越工程师计划，我院联系了几家锻造生产企业作为学生实习基地，进行校企联合培养。

企业培养分为现场实习和毕业设计两个阶段，学习指导由学校专业教师和企业具有丰富经验的工程师共同承担，企业落实学生在企业学习期间的各项教学安排，提供实训、实习的场所和设备，安排学生实际动手操作。通过在企业的实践，培养现场工程师良好的职业道德和工程意识，强化学生在锻造行业及企业生产现场分析、解决工程实际问题的能力。要求能够将学校培养的专业理论与工程能力在企业中加以实际应用和实践。同时，了解行业和企业的技术现状，体验企业相关的文化，熟悉企业管理制度，培养质量、环保、市场和价值效益意识，培养良好的人际交往能力和团队合作精神，为其毕业后能及时走向工作岗位提供保障。

在考核方法上，要求学生必须完成一项企业实际项目工作报告并通过答辩，其内容可以是某具体零件的锻造成形工艺、锻模设计制造、模具材料选用等方面。

3.教学实践改革

在原有锻造理论课程的基础上，新增锻造工艺与模具课程设计实践环节，本环节要求学生针对典型模锻零件，分析成型工艺，完成锻模设计，强化锻造实践环节。其目的是通过参与企业的技术研发和生产管理等工作，将理论与企业实践结合，并加以运用。通过增设企业具体产品的课程设计环节，结合已有的企业认识实习、企业专业实习、企业毕业设计，培养学生良好的职业道德和工程意识，进一步强化学生在相关行业及企业生产一线生产现场分析、解决本专业方向工程实际问题的能力。

四、结论

本文通过锻造工艺模具模块的教学内容、教学方法和教学实践方面的改革探索，有效地改善了本课程模块的教学条件，使学生的学习积极性和主动性有了较大提高，综合分析和解决实际问题的能力培养环节得到了进一步加强，收到了良好的教学效果。

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