液态成形与模具方向课程设计教学改革与实践

摘要：以提高学生液态成形工艺与模具设计能力和提高学生分析和解决铸造工程实际问题的能力为出发点，在材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）课程设计教学中进行了改革，取得了良好的效果。聘请铸造企业技术人员做兼职指导教师，建设了以企业实际生产零件为主的课程设计题库，使学生“真刀真枪”做课程设计；选派教师到铸造企业实践，提高教师的铸造工程意识和实践能力；在课程设计中引入铸造过程模拟，提高了学生的学习兴趣和积极性，增强了学生的分析问题和解决问题能力；学生铸造工艺设计能力明显提高，就业竞争力显著增强。

关键词：液态成形与模具方向；课程设计；教学改革

中图分类号：G423.07 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）03-0045-02

专业课程设计是本科教学体系中重要的实践性环节，起着促进学生将理论知识转化为实践应用能力的重要作用。专业课程设计是学生综合运用本专业前修课程的基础理论进行的工程设计的尝试，是培养学生综合应用能力和创新意识的重要手段，它是对前期理论教学效果检验和评价的一种十分有效的形式[1]。南昌航空大学材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）课程设计是《液态金属成形工艺》、《金属液态成型模具设计》和《液态金属精密成形技术》等课程教学过程的一个不可缺少的组成部分，也是液态成形与模具工程技术人员进行工程设计的基本能力训练的重要方式，其目的在于使学生巩固和扩充所学的铸造工艺知识，提高计算、识图、绘图、铸造设计手册运用和理论联系实际的能力。近年来，随着本专业学生规模不断扩大，我们及时分析铸造方向课程设计教学中出现的新问题，以提高学生铸造工艺与模具设计能力提高学生分析和解决铸造工程实际问题的能力为出发点，对铸造方向课程设计教学进行改革，取得了较好的效果。

一、铸造课程设计存在的问题

我校每届学生安排在在第7学期后4周进行课程设计。学生须在规定的时间内独立完成给定零件的铸造工艺和相应模具设计任务。学生根据铸造工艺设计手册，结合零件的材质、结构特点、技术要求和批量等对零件进行铸造工艺性分析，选择合理的铸造工艺方法，制定铸造工艺方案，确定铸造工艺参数，设计浇铸系统和冒口的形状和尺寸，设计与铸造工艺相适应的工装。铸造课程设计的主要特点是结合所学铸造专业知识解决实际生产问题，是学生首次对专业知识的综合运用[2]。因此，课程设计题目既要结合所学课堂重点内容又要符合企业生产实际。同时，为了达到培养学生独立从事工程设计能力的目的，课程设计的题目数量要足够多，应满足1人1题。随着学生规模的增大，我校铸造方向每届有3个班，约120人。课程设计教学效果未能完全达到教学大纲的要求，主要存在以下问题：（1）课程设计题目过于陈旧，与企业实际生产脱节，达不到培养学生工程实践能力的目的，与企业对学生的能力要求有一定距离；而且我校由于历史原因，题目覆盖面较窄，主要为航空用铝合金、镁合金零件为主，其他民用材料如球铁、铸钢较少，使学生再就业面上处于劣势。（2）课程设计题库零件图数量少，难以满足1人1题的要求，存在多人一题现象，起不到培养学生独立从事工程设计的能力的作用。（3）由于科研需求，引进一些非铸造专业的青年教师，这些教师本身铸造知识薄弱，缺乏铸造工程实践经验。（4）通常，学生完成课程设计的铸件不进行实际浇注实验验证，学生不清楚自己设计的铸造工艺是否合理，也就不可能提出更合理的设计方案，不利于培养学生分析问题和解决问题的能力。（5）大型现代化铸造企业已将计算机模拟技术用于优化铸造工艺设计[2、3]，如果铸造专业学生在校期间不掌握铸造过程计算机模拟技术，无疑将不能适应铸造企业的要求。

二、铸造课程设计改革与实践

1.“真刀真枪”做课程设计。我校曾隶属于航空工业总公司，主要为航空企事业培养学生，课程设计主要以航空用铝合金、镁合金零件为主。1999年，南昌航空大学实行江西省人民政府与国防科工局共建后，坚持“立足江西、面向全国，服务地方、服务国防”的服务方向。大部分学生毕业后在地方企业就业，因此，我校铸造方向建立了洪都航空工业集团公司、中国南方航空工业集团有限公司、江铃汽车股份有限公司、江西宏伟汽车零部件制造有限公司、浙江阀门超达铸造有限公司等涵盖航空、地方企业的校外实践实习基地。通过协商，这些企业提供大量实际生产零件建设课程设计题库，戴斌煜等老师完成省教改课题：“液态成形与模具专业方向课程设计数据包开发（编号：JXJG-07-7-22）”。以解决企业实际生产问题为题目，使学生“真刀真枪”做课程设计。题目涵盖铝合金、镁合金、铸钢、球墨铸铁和灰铸铁等多种材质，数量满足1人1题的要求，可以满足学生根据毕业去向和兴趣选题。同时，为了确实提高学生解决工程实践能力，聘请企业铸造技术人员做兼职指导教师，和校内教师一起指导学生课程设计，强化学生液态成形工艺设计能力。

2.提高青年教师铸造工程实践能力。近五年，针对学科建设和科研需求，引进了多名非铸造专业博士、硕士青年教师充实教师队伍。但这些教师在铸造相关课程方面，尤其课程设计教学能力偏弱。为了尽快帮助青年教师提高教学能力，尤其指导课程设计实践教学能力，组织青年教师到铸造企事业单位交流学习，选派5名青年教师到校外实践实习基地进行为期半年的挂职锻炼，深入铸造生产一线，了解铸造新工艺、新设备和新材料，丰富铸造工程实践经验，提高分析和解决实际铸造工程问题的能力，达到快速提高青年教师指导学生铸造课程设计能力的目的。

3.铸造过程模拟优化铸造工艺设计。近年来，国外已经使用计算机模拟技术优化铸造工艺设计[2，3]，根据铸件铸造过程模拟结果，判断铸造过程中是否会产生冷隔、浇不足、缩孔、缩松、变形和裂纹等铸造缺陷。为适应现代铸造生产的要求，在铸造课程设计中增加了铸造过程模拟的内容，用于优化铸造工艺设计。我校在第7学期铸造课程设计前开设了32学时的《铸造过程数值模拟》课程，其中16学时为上机操作，向学生讲授铸件充型过程流场模拟、凝固过程温度场模拟方面知识和技能，为课程设计打好基础。教学实践表明，课程设计引入铸造过程模拟技术，使设计结果可视化，学生可以对所设计的铸造工艺进行验证，预测出现铸造缺陷，判断铸造工艺方案的合理性，进一步优化工艺方案，提高设计质量。这些过程充分调动了学生的学习积极性和主动性，有助于培养学生创新能力、综合分析能力和解决实际问题的能力。

4.参加中国大学生铸造工艺设计大赛，提高学生铸造工艺设计能力。中国大学生铸造工艺设计大赛由国家教育部高等学校机械学科教学指导委员会、中国机械工程学会及其铸造分会、铸造行业生产力促进中心和中国机械工业教育协会等单位联合主办。举办中国大学生铸造工艺设计大赛的目的在于鼓励在校学生学习铸造专业知识，提高学生的实际操作技能，为学生提供社会实践活动的平台，为大学生就业创造有利条件和机会，为铸造企业培养优秀人才，促进我国铸造行业的发展[4]。大赛命题均来自企业实际生产零件，评审专家也以企业技术人员为主。我校铸造方向学生已连续参加三届中国大学生铸造工艺大赛，获大赛二等奖4项，三等奖5项，在中国机械工程学会铸造分会网站、大江网、中国校庆网均有宣传报道。这不仅彰显了我校人才培养的质量，也提高了我校材料成型及控制工程专业的知名度。参赛学生受益匪浅，铸造工艺设计能力和解决铸造工程实际问题能力明显提高，就业竞争力显著提高。

本课程设计教学成果已在南昌航空大学材料成型及控制工程专业液态成形与模具方向（铸造方向）07、08、09级学生中应用，并取得实质性的教学效果。（1）学生铸造工艺设计能力明显增强。近三年，指导学生获中国大学生铸造工艺设计大赛二等奖4项，三等奖5项。（2）专业建设特色凸现，人才质量明显提高。2010年，南昌航空大学材料成型及控制工程专业获批为国家特色专业建设点。（3）教师教学能力明显提高。2012年，液态成形与模具方向教学团队获南昌航空大学优秀教学团队。（4）课程设计引入铸造过程模拟技术，学生对所设计的工艺进行验证和优化，提高了设计质量。

参考文献：

[1]冒国兵，张光胜，张海涛，等.材料成型及控制工程专业课程设计改革与实践[J].安徽工业大学学报，2009，26（11）：121-122.

[2]张彦敏，沈丽，郭俊卿，等.材料成型与控制专业课程设计题库建设[J].中国现代教育装备，2010，（15）：68-71.

[3]李晨希，曲迎东，李润霞，等.铸造专业课程设计改革[J].中国冶金教育，2011（3）：35-38.

[4]曹阳，苏仕方.浅谈参加中国大学生铸造工艺设计大赛应注意的问题[J].铸造，2011，60（3）：313-314.

基金项目：江西省教改课题（JXJG-09-7-22）资助

作者简介：卢百平（1971-），男，陕西三原人，博士，副教授，铸造工程系主任，研究方向：液态金属精密成形技术。