钱志平 马瑞

摘要：针对传统冲模课程设计教学存在的问题，提出在前期相关课程支撑下，将有限元模拟技术和计算机三维实体造型技术应用在课程设计中，实现了冲压工艺方案的优化和冲模结构的可视化，提高了课程设计教学质量，培养了学生综合应用知识解决工程问题的能力。

关键词：课程设计；仿真技术；教学改革

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）41-0208-02

随着中国经济发展和“一带一路”倡议的实施，中国制造业已国际化，工程教育面临着制造业全球化和工程教育国际化的双重挑战。工程教育质量的提高对本科毕业生就业竞争力起着重要的作用[1]。板材冲压企业同样面临日益激烈的市场竞争，要求从业者具有良好的综合素质如利用现代工具、快速分析解决问题的能力。

冲模课程设计是材料成型及控制工程专业课程体系中，培养学生综合应用工程知识、解决复杂工程问题能力的重要实践环节[2]，工程教育的毕业生应具有使用现代工具的能力[3-4]，时代要求将计算机仿真技术引入专业课程设计教学中，以提高学生工程素养和创新能力，为学生今后从事冲压行业的生产和管理工作奠定良好的基础。

一、传统课程设计教学缺乏仿真技术使用

传统冲模课程设计教学，要求每个学生完成一套单工序模或复合工序模图纸设计，绘出1.5张A1模具装配图和典型零件图、并撰写设计计算说明书。在课程设计结束时，指导教师根据学生模具装配图、零件图纸完成的质量和撰写的设计计算说明书以及答辩回答问题情况，进行成绩评定。这种教学方法存在以下问题：

1.CAD技术使用不足。在课程设计过程中，学生以手工绘图为主，计算机辅助设计不足，模具装配图和零件图均为平面二维图纸，直观性差。而目前企业在装配图中广泛采用三维实体轴测图和显示装配关系的爆炸图。

2.设计方案优化不够细致。学生在设计过程中对设计方案的比较，只能通过手工进行简单的工艺计算，方案优化不够细致，不能充分考虑到材料、摩擦、边界条件等因素的影响，合理性分析不足。计算机辅助优化分析CAE技术没有被使用，而该技术在汽车、航空航天及机械结构等领域现已成为工程和产品分析必不可少的数值计算工具。

3.设计的完整性欠缺。因传统冲模课程设计教学为两周，学生选定设计方案后，参考相关模具设计图册，只能完成装配图和凸凹模等几个典型零件图，其余零件的具体形状及相互间的装配关系不甚清楚。

4.学生学习主动性不够。因课程设计过程比较枯燥，学生各自完成设计任务，缺乏趣味性，同学间没有相互协作、共同学习、交流探讨问题的过程，多数学生学习态度一般，不能主动学习，个别甚至出现抄袭现象。

为适应日新月异的技术进步，提高学生现代技术的应用和解决工程实际问题的能力，必须改革本课程的教学模式。

二、仿真技术在课程设计教学应用的条件

计算机仿真技术具有经济、安全、可重复和不受气候、场地、时间限制的优势，广泛应用在机械制造、航空航天、交通运输、经济管理、军事模拟等领域。

工科学生应该掌握计算机仿真技术的基本原理和方法，为此专业的课程体系确定在冲模课程设计前，开设弹性力学基础及有限元法和计算机辅助设计两门课程。在两门课程的教学过程中，围绕课程设计进行了必要的能力训练。

弹性力学基础及有限元法课程讲授有限元方法的基本原理，培养学生掌握常用软件实体建模、网格划分以及边界条件施加的方法，要求学生初步具备工程问题有限元模拟和对模拟结果分析解释的能力。

计算机辅助设计课程培养学生掌握零件三维实体造型、零件装配及其约束施加的方法，使学生初步具备工程三维零件装配、模型的运动仿真和动画视频制作技术，掌握模型爆炸图的生成方法。

通过上述课程的能力培养和课内实践应用，学生具备了课程设计中使用计算机仿真技术的能力。

三、仿真技术在课程设计教学的实践

为提高学生综合运用知识解决复杂工程问题的能力，在课程设计内容上加入冲压件成形工艺模拟、模具三维实体造型、模具运动仿真等内容，要求学生将计算机仿真技术具体应用在这些环节。同时冲模课程设计学时增加到四周，学生每四人组成项目组，围绕不同的题目，如典型拉深模、弯曲模、复合冲裁模和冲孔翻边模设计等，合作完成项目，培养学生团队合作和沟通能力。

1.工艺方案更符合实际。学生通过有限元软件模拟动画演示，可直观看到冲压成形变形过程及变形区的应力、应变变化，修改有限元模型，如改变成形工艺、摩擦条件、压边力大小等因素，可方便地重新进行模拟仿真，通过比较得出优化的设计方案。

2.模具设计更全面。学生对模具的各个零件三维实体造型并装配，利用软件的运动仿真模块可对装配好的实体模具实现三维动画模拟仿真演示，在此过程中判断是否出现干涉现象以及其他设计方面的问题，如成型的零件或废料是否可以顺利取出或顶出等。据此学生可清楚理解模具的各组成部分及功能，通过发现的问题修改完善模具，提高了设计质量和完整性。

3.学习的积极性提高。将仿真技术引进冲模课程设计后，学生通过工艺模拟和运动仿真能直观可视地理解冲压生产，增加了学习的趣味性，同学间主动交流探讨问题，学习热情高涨，同时模具三维设计和仿真的完成也提高了学生的自信心和成就感。

四、結语

从行业对人才的能力需求出发，按照以学生为主体，教师为主导，主动学习和实践为核心的“做中学”教学理念，将仿真技术引进冲模课程设计。经过3年的实践，提高了学生的综合素质，达到了较好的预期效果，实现了理论和实践的有机融合。

参考文献：

[1]王孙禺，赵自强，雷环.国家创新之路与高等工程教育改革新进程[J].高等工程教育研究，2013，（1）：14-22.

[2]钱志平，马瑞，金淼，等.基于OBE理念的材料成型及控制工程专业毕业要求及课程体系构建[J].教学研究，2017，40（6）：83-85.

[3]李志义.解析工程教育专业认证的成果导向理念[J].中国高等教育，2014，（17）：7-10.

[4]瞿振元.推动高等工程教育向更高水平迈进[J].高等工程教育研究，2017，（1）：12-16.