推进特种加工教学改革,体现现代制造特色

工作液中工具和零件(正、负电极)之间脉冲性火花放电局部、瞬时产生的高温,使零件表面的金属熔化、气化、抛离零件表面的原理,来去除多余的金属,以达到零件尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。它的加工范围很广泛,可以加工任何难加工的金属材料和其他导电材料,可以加工形状复杂的表面,可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔等特殊要求的零件。

1.1.2 电火花线切割机床

线切割机床采用钼丝或硬性铜丝作为电极丝。被切割的工件为工件电极,电极丝为工具电极。通过电极丝和工件之间形成瞬间电火花放电来达到切割的目的。该机床在模具制造,新产品试制和异形零件加工中得到了广泛应用。

1.2 快速原型制造

快速原型制造技术又称为快速成形技术,快速成形(Rapid Prototyping,RP)作为一门新兴的制造技术,是计算机辅助设计(CAD),计算机辅助制造(CAM)、计算机数字控制(CNC)、激光、新材料、精密伺服等多项技术的发展和综合。可完成仼意复杂形状三维实体零件的技术总称,俗称三维打印机。RP技术,其基本原理可概括为:离散原型→分层制造→逐层叠加,离散堆积成形。目前广泛应用于航空航天、汽车、机械、电子、医学等领域。

1.3 激光加工

激光加工是将激光束照射到工件的表面,以激光的高能量来切除、熔化材料以及改变物体表面性能。激光加工可分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工工作原理就是利用聚焦的激光能量密度极高,被照射工件加工区域温度可达数千、甚至上万摄氏度,将材料瞬时的熔化、蒸发,并在热冲击波作用下,将熔融材料爆破式喷射去除,达到相应加工的目的。加工方式包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等。激光加工已广泛用于打孔、切割、焊接、电子器件微调、表面处理以及信息存储等许多领域。

1.3.1 激光切割,激光雕刻,激光打标

激光切割尺寸精度高,缝隙小,激光切割形状可随着图稿进行任意更改,增加了设计的实用性和创造性。激光雕刻是利用软件技术,按设计图稿输入数据进行自动雕刻。激光打标具有打标精度高、速度快、标记清晰等特点。激光打标兼容了激光切割、雕刻技术的各种优点,可以在各种材料上进行精密加工,还可以加工尺寸小且复杂的图案,激光标记具有永不磨损的防伪性能。

1.3.2 激光内雕

激光内雕是光化学反应的一种,它首先通过专用点云转换软件,将二维或三维图像/人像转换成点云图像,然后根据点的排列,通过激光控制软件控制水晶的位置和激光的输出,在水晶处于某一特定位置时,聚焦的激光将在水晶内部打出一个个的小爆破点,大量的小爆破点就形成了要内雕的图像/人像。

2 教学改革及教学模式

2.1 分块实习,独立操作

特种加工各课题之间分块实习。分线切割加工机床、激光加工雕刻机及内雕机、快速成型机。每个块都购置了电脑,组件了机房,每个机房都建立了局域网,基本做到每生一台计算机。快速成型机房每台计算机还配置了一台小型的快速成型机(单喷头系统)。运用教师授课软件,教师客户端控制多台电脑,教师用电脑主机当服务器使用,既可以授课,放电教片,学生也可以自行使用电脑设计,传输。这样就不需要投影机了,学生自行设计完作品直接传到教师主机,供老师检查。

2.2 师资培训,一人多岗

由于增加了课题,工培中心人员紧缺。我们中心明确提出指导教师要“一专多能,一人多岗”。首先鼓励大家学习数控及特种加工,以实现部分人员从指导传统工种到指导先进制造技术工种的转岗,通过对传统机加工人员及行政人员进行特种加工技术的自我培训,使每个指导教师都能独立指导两种或两种以上工种的实训指导,为中心的教学安排提供了便利。

2.3 教学方法及实习过程

2.3.1 线切割加工

第一步,首先由教师介绍线切割的机床构造,加工原理、特点用途等。第二步,由教师展示以前学生加工的优秀作品,激发学生的创作热情,让学生自己设计出有创意的图形。第三步,学生在电脑里进行计算机绘图,画图可以在AutoCAD等软件里进行。传给老师检查,传到机床控制电脑,用AutoCut软件加工。

2.3.2 激光加工

设计加工零件图形。采用AutoCAD,CorelDraw等软件,设计绘制图形,使用CorelDraw设计图形,输出时,文件以“*.plt”为后缀。使用AutoCAD设计并绘制出加工图形,另存为*.dxf。也可以用其他软件设计转换到CAD中,存*.dxf文件。启动与计算机并口连接的激光机床来加工。加工完成后再进行组装成各种成品。

2.3.3 快速成型

三维CAD模型设计。利用三维造型软件(Pro/E,Solidworks,UG,CAXA等)直接构建,保存为STL文件格式。复杂零件:利用三维扫描,反求工程。调入快速成型软件UP,进行逐层制造加工,加工完后进行处理,打磨、抛光、涂挂等。经历了三维模型设计→模型的近似处理→STL文件切片处理→逐层制造→后处理。

学生作品如图1~2。

3 结论

特种加工技术是现代制造技术的优秀代表,已对整个制造业的生产模式产生了深刻的影响,特种加工实训课也是一门很有发展潜力的课程。我们要努力加强课程建设,提升教学效果,充分体现先进制造技术的特色,让大学生在这里学有所得,为我国机械制造业的发展培养出合格的人才。

参考文献

[1]曹志凯,陈龙,等.特种加工训练教学研究与思考[C]//谢志余,刘培友.华东高校工程训练教学学会第九届学术年会论文集.北京:国防工业出版社,2011:155-156.

[2]洪超,主编.金工实习[M].3版.南京:南京大学出版社,2012:283-309.