锻压加工新技术模拟实训的创新研究与实践

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  摘要:针对目前国内工科院校的锻压金工实习由于认识、环境、设备等方面的原因,还大多停留在原始的手工自由锻和比较简单的机器自由锻阶段,与社会上锻压加工新技术、新装备的发展和需求严重脱节的状况,提出采用模拟的方式,开展锻压加工新技术的实训工作,将锻压加工新技术的实习纳入锻压加工实习的范畴,起到激发学生锻压实习热情,开拓学生视野,与我国锻压加工新技术的发展形势相适应。
  关键词:工科院校锻压金工实习新技术模拟实训
  中图分类号:G64 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2011)02(a)-0193-02
  我校是一所国内比较知名的工科院校,对金工实习一直都非常重视,也取得了许多非常骄人的成绩。随着这些年来数控技术的发展,我校和其他兄弟院校一样,也增添了许多数控设备,用于金工实习的教学工作,但这仅限于冷加工;对于热加工的锻压实习,不仅没有扩大和提高,相反,由于厂房翻新,受实习场地面积限制以及根据环保的需求,许多锻压设备被清理出了实习现场,目前的实习现场只有几只铁砧和几台小型的空气锤,原先的火花室、冷冲压设备和模具、大型的模锻设备和模具也都不复存在,锻压金工实习内容从20世纪90年代的手工自由锻、机器自由锻、胎模锻、模锻、冷冲压、钢材火花鉴别等6个部分缩减为只有手工自由锻和机器自由锻。而在此同时,国外和国内的锻压加工技术的发展日新月异,许多锻压加工新技术已日趋成熟,国内多家企业的先进锻压加工设备,如高速锤、数控冲床等已有批量出口。更有许多新的锻压加工技术正不断出现和完善。为了适应国内外锻压加工新技术的发展形势需求,激发学生锻压实习热情,开拓学生视野,我们在锻压实习中逐步增加了锻压加工新技术的内容介绍,并拟下一步采用模拟的方法,进行以精密冲裁、冷挤压、精密模锻三种锻压加工新技术为主,其他锻压加工新技术为辅的实训,以增加学生的感性认识。
  
  1 我校锻压加工金工实习的现状及进行创新的必要性
  金工实习是工科院校各专业学生的实践性课程,是机械类本科实践教学模块的重要组成部分,传统的金工实习是以车、铣、刨、钳、磨、铸、锻、焊、热处理9个工种为主要实践教学内容。改期开放30年来,我国制造业技术水平得到了较大的发展,金工实习的教学要求也在不断提高。基于制造技术的发展和实践教学的需要,各工科院校对金工实习的实践教学高度重视,教学投入迅速扩大,实习教学条件得到了较大的改善,其金工实习条件有了飞跃性的改善,但这仅仅是针对冷加工专业,而对热加工专业,近10年来,许多工科院校不仅没有扩大和改善,相反,由于受场地和环保的限制,萎缩的相当利害,比如我校的锻压加工实习就是一个典型的例证。
  20世纪90年代,我校的锻压加工金工实习,在我国华东高校片区属于开展的非常好的一个工种,是我校金工实习对外宣传的一个非常亮丽的窗口,实习种类包括手工自由锻、机器自由锻、模锻、冷冲压、钢材火花鉴别等6个部分,其中手工锻造羊角锤、钢材火花鉴别曾深得兄弟院校同行的赞誉。但是,由于2000年我校重新规划,厂区异地重建、翻新,厂区面积从几万平方米缩到只有10000平方米,锻压实习区域由于环保的限制,400吨摩擦压力机、560吨空气锤、63吨曲柄压力机等锻压设备被清理出了实习现场,火花鉴别室也因厂地原因被取消,目前的实习现场只有几只铁砧和几台小型的空气锤,实习种类也缩至只有手工自由锻和机器自由锻。
  但是,院墙之外,随着科学技术的不断发展,特别是改革开放近10年来,我国的锻压加工技术取得了重大发展,锻压加工新技术日新月异,许多新工艺、新设备已日趋成熟并广泛运用,如精密冲裁、冷挤压、精密模锻、温锻、冷镦、辊锻、楔横轧、摆碾、多向模锻、粉末冶金及粉末锻造等,这些新工艺、新技术提高了锻压件的质量和精度,从而实现少、无切削加工,降低了零件的制造成本。目前还有许多新工艺和设备正在完善中,如板料柔性成形、超塑性成形、复合塑性成形、高能率高成形、液态模锻、数字化塑性成形技术等。
  并且教学方式还停留在“师傅带徒弟”的模式上,学生在指导人员示范引导下,完成该工种的实习,学生完成基本的锻压工艺和技能训练后,由指导老师对考核件进行打分。整个实习过程突出强调“制造”和基本技能训练,而没有考虑学生所学专业知识与工程实践的结合,忽略了设计与制造的联系,弱化了机械制造工程的系统观念,学生只是按部就班的完成实习单元,训练了动手能力和基本的工艺概念,但忽略了工程实践和创新能力的培养。
  而现在大学生的就业形势非常严峻,一方面企业对大学生的要求在不断提高,要求有较强的工程实践能力和技术创新水平,有独当一面的综合素质,进入企业后能较快进入角色和胜任工作;另一方面,却是学校的招生规模一再扩大,而许多学校的设施条件、师资水平和教学理念没有同步跟上,学生的工程实践及创新能力与往昔不可同日而语,如何提高大学生的工程实践和创新能力是众多院校急需破解的一个难题。
  为此,在锻压实习过程中,开展锻压加工新技术的实训,以拓宽学生的专业视野,营造一个有利于培养和发展学生创新能力的工程背景,培养和提高学生的工程实践和综合创新能力,是十分必要的。
  
  2 模拟实训的课程设计
  2.1 内容选择
  如何在锻压加工新技术的实训上有所突破,我们动了很多脑筋,从2007年开始,我们在课件中增加了部分锻压加工新技术内容的介绍,学生反映普遍不错,非常感兴趣;但希望能增加一些相应的设备,拓展一部分锻压加工新技术的实习,但由于锻压加工新技术涉及太多的新工艺、新设备,并且我们的锻压加工实习场地已固定区域,锻压加工新技术实习所需设备投资规模大,增添新设备已几无可能;再加之我校锻压加工金工实习时间最长的“机械类”才为2.5天,其他类别的时间更短,不可能深入进行。因此,经过研讨,我们选择了采用模拟实训的方式,并选取具有代表性的精密冲裁、冷挤压、精密模锻3种新技术作为主要内容,其他新技术作为兼顾内容,充实锻压加工的金工实习。
  2.1.1 精密冲裁
  精密冲裁(简称精冲)是指在专用精冲压力机或普通压力机上使用带V形齿圈压板的精密冲裁法。它是在普通冲裁基础上发展起来的一种冲裁新工艺,是利用小间隙的凸、凹模获得纯塑性剪切变形,避免出现撕裂现象的原理,从而获得既不带锥度又表面光洁的冲裁件。
  随着模具材料及处理方法的发展以及被冲板材球化处理工艺的进一步完善与普及,一些较硬的高碳钢和高合金钢以及其他低韧性的材料诸如镍基或钴基合金材料等也开始用于生产精冲零件。20世纪80年代末,我国已开发出国内第一台6300KN的精冲液压机,目前,我国的精密冲裁压力机已系列化。
  2.1.2 冷挤压
  冷挤压是把金属毛坯放在冷挤压模腔中,在室温下,通过压力机上固定的凸模向毛坯施加压力,使金属毛坯产生塑性变形而制得零件的加工方法。冷挤压的生产率比切削加工要高几倍到几十倍,材料利用率达70%~80%,冷挤压件的尺寸精度高、表面质量好、力学性能高,这是热锻无法比拟的。冷挤压件的形状多种多样,如齿轮、花键轴等,用冷挤压生产的行星齿轮的模数小于4,齿形精度可达6级。
  目前国内企业已普遍采用冷挤压工艺生产低碳钢和低合金钢零件,重量由零点几公斤到几公斤,广泛应用于汽车、摩托车、拖拉机、自行车、轴承、电讯器材、仪表等机电制造以及国防工业系统中。
  2.1.3 精密模锻
  精密模锻是在普通模锻设备上直接锻造出形状复杂、精度可达IT10~IT12,表面粗糙度Ra为3.2~0.8μm的锻件或零件的工艺方法。精密模锻锻件无需进行切削加工即可直接使用,但在加工过程中必须采取一系列相应的工艺措施。
  与普通模锻相比,精密精锻可降低生产成本60%~70%,用精密模锻工艺制造出价廉物美的产品,是各汽车制造商奋力拼搏的杀手锏。精密锻造是有代表性的锻压加工新技术,典型零件是汽车变速器零件。
  目前我国拥有世界上技术水平最先进的可年产重型汽车曲轴、前桥30万件的16000吨精密模锻件生产线。
  2.2 课时安排
  我校“机械类”大学生的锻压加工实习天数,教务处安排的是2.5天,原来的安排如表1所示。
  对于“机械类”的锻压加工实习,将原来2.5天的实习内容进行调整,将原来的实习内容压缩至2天,并新增0.5天的锻压加工新技术的内容,具体如表2所示。
  2.3 课堂内容设计
  将整个教学内容划分成两个阶段,第一个阶段为集中讲解阶段,时间为60分钟,主要通过PPT介绍各种锻压加工新技术,包括工艺原理、设备、应用范围和特点等,并着重将精密冲裁和普通冲裁,冷挤压、精密模锻与普通模锻进行对比讲解。在PPT中大量运用图片和视频,一方面能提高使学生们的学习兴趣;另一方面更直观、生动。
  第二阶段为分组实训阶段,时间为120分钟,将学生按学号3~4人一组分成若干小组,每一小组从题库中选取一种零件,在指导老师的引导下,通过讨论,对整个零件的加工路线和锻压加工工艺能有一个清晰的认识,在此基础上,完成以下作业。
  (1)绘制零件的锻件/冲压件图。
  (2)列出可采用的一种普通锻压加工的工艺名称、设备名称、工艺特点。
  (3)对比列出可采用的一种锻压加工新技术的工艺名称、设备名称、工艺特点。
  第三阶段为研讨阶段,时间为30分钟,先由每组学生代表进行发言,然后由指导老师进行综合评价,从零件结构、工艺特点、锻压方法、模具制造与成本等方面进行展开和交流,通过研讨让学生们进一步加深对各种锻压加工新技术的了解,改变锻压加工在大学生心中的原始印象,进一步激发学生们今后学习锻压加工新技术的热情,培养学生们的创新意识和工艺实践能力。
  
  3 模拟实训的预期成果
  3.1 促进课程建设与实习教学改革
  锻压实训是一门专业基础技能训练,通过开展锻压加工新技术的模拟实训,可以使我们由以往的基本技能训练模式逐步向创新工程训练模式的转变,营造比较真实的工程背景,在热加工课程建设与实习教学改革方面将迈出可喜的一大步,使大学生的训练水平得到很大程度的提高,可以为我们其他热加工工种实训模式的教学改革开一个好头。
  通过增加锻压加工新技术的模拟实训,所以使教材、教案、课件等都得到更新,拉近与真实工程背景的距离。我们之前的锻压加工实习主要以手工自由锻为主,教材、教案、课件等都以手工自由锻为核心,大家都知道,手工自由锻在锻造厂已基本绝迹,只有在路边的小作坊还能看到,用来打造一些小农具,除此之外,还出现在一些影视作品中,这与现代工业生产严重脱节,非常不利于学生的工程实践能力的培养。
  3.2 激发学生的创新意识
  实践教学,是工科院校的重要教学环节,不仅可以提高学生的动手操作能力,使学生们加深对所学理论知识的理解,进一步获得生产组织和管理方面的知识;还可以培养学生的理论联系实际的能力,提高在真实工程背景下解决工程问题的能力,并进一步培养学生的职业素养,为今后专业能力的培养,以及从事技术工艺和生产管理工作打下必要的基础。但是由于种种原因,许多学校的金工实习都偏离了初衷。
  通过开展锻压加工新技术的模拟实训,虽然时间没有增加,并且增加的内容和手段也有限,但这却使学生的实习由“被动实习”向“主动实习”转变,由单纯的技能培训向综合素质培养转变,可以激发学生学习新技术的好奇心和创新意识。
  3.3 促进教学队伍的素质提高
  在锻压加工新技术的模拟实训过程中,由于介绍的新技术多达10多种,涉及锻造、冲压两个方向,包含许多最前沿的知识和学科,从新工艺、新材料,到新技术、新设备,信息量非常大,并且模拟实训题库中的零件题材广泛、内容丰富。因此,在实习指导过程中,指导老师的知识必须不断更新和充实,教学理念和方法不断提升,从而可以迅速促进教学队伍人员的素质提高。
  
  4 结语
  在锻压加工金工实习中增加锻压加工新技术的内容,并采用模拟实训的方式,提高了学生进行锻压加工实习的兴趣,拓宽了学生的视野,激发了学生们对四新知识的学习热情,对培养学生的创新意识,增强学生的工艺实践能力等将起到良好的示范作用。
  
  参考文献
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