模具技術實訓室功能設計及設備配置研究

洪建明，馮小軍

（深圳職業技術學院 機電工程學院，廣東 深圳 518055）

工程實踐教學是高職院校工科學生培養實踐能力和創新精神的主要途徑，也是人才培養體系的重點［1］。實訓室作為實踐教學的校內基地，承擔了大量的實踐教學任務。實際上，由于不同高職院校對模具設計與制造專業（模具專業）的建設理解不同、課程設置不同，實訓室的建設和使用情況也不同，實踐教學設備配置差異較大，教學效果也不同。如果實踐教學效果不好，學生畢業后就不能很快適應模具的生產開發工作，企業需要花費一定時間對他們進行再培訓。我校自承擔國家示范性院校建設以來，十分重視培養學生的工程實踐能力，通過對模具專業的整體設計和對模具技術實訓室功能定位的研究與分析，對實訓室設備進行了合理配置和改造，推動模具專業教學的整體發展。

1 模具行業特點和專業教學分析

模具是工業生產中極其重要又不可或缺的特殊基礎工藝裝備，主要用于高效、大批量生產工業產品中的零部件，被稱為“工業之母”。據稱，有75%的粗加工工業產品零件和50%的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型。模具涉及機械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個行業，應用范圍十分廣泛。模具設計生產過程集精密制造、計算機技術、智能控制和綠色制造為一體，是高新技術產業化的重要領域［2］。近年來，我國模具產業發展迅速，模具制造已改變過去依賴國外的情況，形成了獨立的新型產業，世界模具生產中心也正在向中國轉移。中國已成為模具生產和消費的大國。

模具設計與制造專業是一個跨學科交叉的專業，涉及機械、材料、流體等學科，優秀的模具專業人才需要掌握多方面的技能和知識，熟悉多種加工機械和加工工藝，例如加工中心、數控銑床、電切削、注塑，以及車、銑、磨、鉗加工等。

高職院校模具設計與制造專業的人才培養目標是造就能系統掌握塑料模具、沖壓模具等不同類型模具的理論知識和先進的模具制造技術，具有熟練的模具CAD／CAM技術應用能力，有良好的職業素質和文化修養，能夠承擔模具設計與制造工作的高技能應用型專業人才。體現在專業人才能力的培養方面，應包括模具制圖、模具加工、零件加工工藝編制、模具設計、模具裝配和調試的基礎能力、綜合能力和拓展能力。這就要求學生至少能熟練使用一種3D設計軟件，能夠讀懂并繪制較復雜的模具圖，熟悉模具的結構、制造材料和加工工藝，熟悉成型材料的性能，會調整注塑機工藝參數，能夠對模具的試模進行正確的調試，并根據產品缺陷提出改進方法［3］。

2 模具技術實訓室現狀

模具技術實訓室是模具專業教學的校內實訓基地，是進行實踐教學、提高學生模具設計制造技能的重要場所。實訓室的定位和設備配置應該體現專業的發展目標。在以就業為導向的模具專業人才培養過程中，高職院校應該充分考慮學生畢業后的主要就業區域，根據就業區域的產業狀況開設不同的課程模塊［4］。例如：珠三角區域電子、家電產業發達，對注塑模具的設計及加工有很大需求；而長三角區域的汽車制造產業發達，對沖壓模具或壓鑄模具的需求較大。這是高職院校建設模具實訓室的重要依據。但實際上，國內高職院校目前的模具技術實訓室建設普遍存在功能分區、設備配置不合理的問題。

模具技術實訓室一般配備加工中心、電火花機床、線切割機床、注塑機、三坐標測量機等機械和檢測設備，并批量配備計算機，設備種類和數量較多，實訓室面積通常有500～2 000m2，有的學校高達4 000m2。如果對實訓室沒有很好的規劃設計，沒有合理設置各個功能區域，將會造成實訓室的使用效率低、使用很不方便等問題。

國內許多高職院校模具專業是在原有的數控加工或機械工程專業基礎上設立或轉型而來，缺少模具技術實訓室的建設經驗，在配置設備時，沒有充分考慮有效利用有限的經費和實驗室空間來保證實踐教學，保證每個學生有足夠動手機會的問題。

例如有些設備配置過多（如普通銑床和車床等），浪費了設備資源；有些設備配備不夠（如電加工設備）或沒有配置，使實訓教學受到影響；也有些設備和軟件配置不合理，如數控銑床系統與企業實際應用的系統相差太大。當實驗設備配置過多時，學生能夠獲得更多動手鍛煉的機會，但存在占用經費多、占用實驗室面積多、設備利用率低等問題；當實驗設備配置不足時，雖然經費投入和場地投入少、實驗設備利用率高，但是學生的鍛煉機會相對減少，實訓效果不理想［5-6］。

3 模具技術實訓室功能設計

近年來，我校組織模具專業教師學習借鑒新加坡、我國臺灣的幾所理工學院相似專業的經驗，與兄弟院校模具專業交流、探討，承擔國家示范性專業建設和國家模具資源庫建設。我校模具專業建設立足珠三角地區的產業發展，定位專業教學以塑料模具為主、其他類型模具為輔，調整實踐教學資源，將設計、制造、拆裝調試三大功能作為主線貫穿模具專業的教學，整體設計、調整和改造模具技術實訓室，實現設備生產化、人員職業化、管理企業化的學生真實生產性實訓［7-9］。

整個模具技術實訓室的設計劃分為數字化軟件實訓區、模具拆裝調試實訓區、銑削加工實訓區、特種加工實訓區、精密檢測實訓區、快速制造實訓區等6個功能模塊實訓區域，各個區域既能夠進行獨立的子模塊訓練，又能相互配合共同完成模具的整體技能訓練［10-11］。實訓室整體結構框架如圖1所示。

圖1 模具技術實訓室結構框架圖

各個功能實訓區域具有不同的功能。

（1）數字化軟件實訓區。該區域主要用于進行模具及產品的設計、編程與模擬分析。利用多種三維造型軟件對產品進行造型與設計，對模具零件或產品進行編程與加工模擬、運用二維軟件進行計算機輔助繪圖。如果條件允許，可以進行塑料成型的計算機模擬分析、沖壓成型的計算機模擬分析、產品逆向造型的三維模型建模等更加深入的實訓，讓學生盡早接觸先進的模具設計分析軟件和設計思想。

（2）模具拆裝調試實訓區。該區域主要用于模具的拆裝和模具的調試實訓。利用塑料材料、模具標準件、產品制件、整體模具等對模具的各個零部件進行全面的分拆和展示，有利于增加對模具零件結構的感性認識；配備塑料模具、沖壓模具等多種類型的模具及教具，引導學生進行拆裝，加強學生的動手能力和模具設計能力。此外，在注塑機上進行注塑工藝的調整和模具的試模，讓學生對模具試模全過程有深入的理解。

（3）銑削加工實訓區。該區域主要用于數控銑床或加工中心的操作實訓，以及設備維修等相關實訓。利用數控銑床或加工中心進行典型零件的裝夾、定位、編程、加工，鍛煉學生的編程能力和零件加工的能力，了解和掌握零件的數控加工工藝。

（4）特種加工實訓區。該區域主要用于電火花加工設備和線切割設備的操作、維修等實訓。利用電火花及線切割設備對典型零件進行裝夾、定位、編程、加工，鍛煉學生的電加工操作能力，使學生整體了解和掌握模具的電加工工藝。

（5）精密檢測實訓區。該區域主要用于進行產品和模具零件的精密測量實訓。利用現代先進測量儀器設備（如三坐標測量儀、二維影像儀、粗糙度儀等）對精密零件進行幾何量的測量，讓學生了解生產制造過程的先進測量手段和技術。

（6）快速制造實訓區。該區域主要實現產品的快速制造。利用光學掃描儀、三坐標測量儀等儀器設備對產品進行快速測量并逆向建模，或者直接通過正向建模的手段創建產品的三維模型，然后通過快速成型方法對產品進行快速制造。在此過程中，學生應掌握3D打印技術，能夠進行快速成型設備的操作。

4 模具技術實訓室設備配置

實訓室設備按照1個標準行政班級40名學生配置，大型、主要設備的人機比為6～8人／臺，小型設備的人機比為1人／臺，展示型設備配置1臺。選購實訓設備以經濟、實用為原則，合理分配購置經費。我校模具技術實訓室設計的實訓項目和設備配置方案見表1，實訓室實際選用的主要設備和軟件見表2。

表1 實訓項目和設備配置方案表

表1 （續）

表2 典型設備和軟件的技術參數推薦表

表2 （續）

通過對實訓室的全面設計，我校模具技術實訓室做到定位明確、設備選用和布局合理、設備管理方便。

當然，由于地區不同，產業結構不同，學校開設模具專業的應用方向也不同。除了注塑模具以外，有些高職院校模具專業的教學方向偏向沖壓模具，有些高職院校模具專業的教學方向偏向壓鑄模具，這就需要對實訓室的設備配置進行適當的調整。偏向沖壓模具的教學單位，實訓室可考慮增配1臺數控沖床及沖壓模擬分析軟件，增加對沖壓設備和沖壓工藝的實訓；偏向壓鑄模具的教學單位，實訓室可考慮增配1臺壓鑄機，增加對壓鑄設備和壓鑄工藝的實訓。

5 結束語

隨著模具行業的發展，模具制造設備越來越先進。為了能夠和企業實際生產情況對接，高職院校應該密切關注模具生產技術和設備的發展，及時配備先進設備，例如配備光學掃描儀及相應的軟件，培訓學生對產品進行快速測量及逆向建模；為進行復雜型面加工、高速加工、高精度加工，配備五軸加工設備及精密電火花線切割加工設備，讓學生掌握先進的加工設備；為使學生學習模具制造自動化技術，配備一些夾具、托盤和機械手，讓學生了解快速、高效、準確的定位和自動化生產；配備模具CAE軟件，讓學生學習模具CAE來指導模具設計。高職院校在進行模具專業建設時應該以社會需求為導向，結合地區經濟發展需求，設定合理的專業人才培養目標，規劃好實訓室功能，配備合理的實訓設備，培養高素質的模具專業高技能人才。

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