基于項(xiàng)目制的焊接實(shí)踐教學(xué)模式探究

高黨尋，姚啟明，高炬，彭世廣，王龍兵，徐江波，周冰科

摘要：闡述以渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室焊接制造為案例開展的工程實(shí)踐教學(xué)模式。在燃燒室設(shè)計(jì)、材料選擇、零件成形、焊接加工以及后處理的理論基礎(chǔ)上，通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐了解沖壓、焊接、切割、熱處理加工等基本的成形制造方法。實(shí)踐項(xiàng)目注重理論聯(lián)系實(shí)際，強(qiáng)調(diào)知識(shí)獲取過(guò)程、知識(shí)綜合運(yùn)用和創(chuàng)新能力，加深學(xué)生對(duì)一般焊接產(chǎn)品制造工藝過(guò)程的系統(tǒng)認(rèn)知。通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作式的勞動(dòng)實(shí)踐，培養(yǎng)工程素養(yǎng)（含勞動(dòng)素養(yǎng)）、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。同時(shí)，通過(guò)讓學(xué)生親自動(dòng)手制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生投身航空事業(yè)的熱情，進(jìn)而提升實(shí)踐教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：燃燒室;實(shí)踐教學(xué);焊接加工;工程能力

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-2003（2021）09-0104-03

DOI：10.7512/j.issn.1001-2303.2021.09.20

0? ? 前言

自金工實(shí)習(xí)過(guò)渡至工程訓(xùn)練后，其內(nèi)涵發(fā)生巨大變化。在教學(xué)理念上已經(jīng)將學(xué)習(xí)技術(shù)技能和轉(zhuǎn)變學(xué)生思想作風(fēng)為主體的訓(xùn)練模式轉(zhuǎn)變?yōu)槿趥魇谥R(shí)與文化、加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力和培養(yǎng)創(chuàng)新能力為一體的新模式。在實(shí)踐過(guò)程中要營(yíng)造突出綜合性、實(shí)踐性、設(shè)計(jì)性、研究性、創(chuàng)新性為特點(diǎn)的工程實(shí)踐[1]。

機(jī)械制造實(shí)習(xí)作為高等院校實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力、提高學(xué)生的工程素質(zhì)有著突出意義。近年來(lái)焊接實(shí)踐教學(xué)針對(duì)新的教學(xué)理念做了很多嘗試，尤其在突出創(chuàng)新性和實(shí)踐性方面開發(fā)了一系列的教學(xué)方案，并在本科生實(shí)踐教學(xué)中予以實(shí)施，成效顯著。為了更好地培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)（含勞動(dòng)素養(yǎng)）、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神，加強(qiáng)教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)性、研究性和創(chuàng)新性，清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心對(duì)焊接實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)一步開展改革嘗試。通過(guò)重新整合教學(xué)環(huán)節(jié)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，將焊接教學(xué)內(nèi)容和環(huán)節(jié)與實(shí)際工程技術(shù)和工業(yè)實(shí)驗(yàn)技術(shù)相結(jié)合，以微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室的制造為項(xiàng)目開展實(shí)踐教學(xué)。改革實(shí)踐教學(xué)模式，積極開展研究式、討論式教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，從而加強(qiáng)學(xué)生工程素養(yǎng)、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神[2]。

1 焊接項(xiàng)目制教學(xué)的內(nèi)容和實(shí)踐

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室（見(jiàn)圖1a）是燃料或推進(jìn)劑在其中燃燒生成高溫燃?xì)獾难b置，是一種用耐高溫合金材料制作的燃燒設(shè)備。渦噴燃燒室是渦噴所有部件里最為核心的零件，直接影響到渦噴的工作性能。燃燒室的零件主要由三個(gè)部分組成：第一部分是前機(jī)加安裝邊;第二部分是后激光加工安裝邊; 第三部分是鈑金筒體。上述三個(gè)部分焊接成為一個(gè)整體組成構(gòu)件，見(jiàn)圖 1b。

1.1 教學(xué)內(nèi)容

在實(shí)踐教學(xué)中，學(xué)生嘗試以燃燒室作為焊接實(shí)踐項(xiàng)目的教學(xué)過(guò)程，從搞清產(chǎn)品功能所需，到設(shè)計(jì)選材、備料、零部件成型，直至焊接方法選取、工藝制定、成品效驗(yàn)，能夠使學(xué)生了解到真實(shí)的焊接產(chǎn)品所需要的焊接工藝流程，同時(shí)也認(rèn)識(shí)到焊接領(lǐng)域的先進(jìn)制造方法。在此基礎(chǔ)上，還可嘗試采用電子束焊、微束等離子焊對(duì)基體材料進(jìn)行相關(guān)的焊接工藝研究，不斷探索燃燒室的多種焊接制造工藝。實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及流程設(shè)計(jì)如圖2所示。

根據(jù)焊接實(shí)習(xí)基地所具備的教學(xué)資源和燃燒室制造加工的特點(diǎn)，將其制造分成以下5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)：

（1）確定設(shè)計(jì)。以理論的方式，交流探討燃燒室零部件在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的作用，了解其功能、組成及制造工藝流程。要求學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的相關(guān)課程的理論和生產(chǎn)工藝知識(shí)，熟悉機(jī)械零部件的構(gòu)造、應(yīng)用以及在整機(jī)中起到的作用，通過(guò)一系列實(shí)際訓(xùn)練，能夠提出自己對(duì)零件進(jìn)行優(yōu)化以及進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)的獨(dú)特見(jiàn)解。最終確定燃燒室的原型設(shè)計(jì)。

（2）通過(guò)與指導(dǎo)老師在材料知識(shí)與具體工藝方面的知識(shí)交流，對(duì)燃燒室進(jìn)行開發(fā)實(shí)踐。確定其零件采用的材料、選用的成形工藝、如何測(cè)量等，以實(shí)現(xiàn)各零件的功能。

（3）制定制造工藝流程。在設(shè)計(jì)和開發(fā)的基礎(chǔ)上，學(xué)生制定零件加工、裝配、焊接、后處理的工藝流程，詳細(xì)梳理其制作工藝。前后壁、內(nèi)外筒體采用激光切割（展開）;內(nèi)置噴管采用線切割;內(nèi)外筒采用桌面及三輥滾圓機(jī)卷圓，卷圓成形后焊接的筒體須再用滾圓機(jī)矯正曲率;各部位接頭采用不同的焊接方法，以確保焊接變形最小及減少焊接缺陷出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，采用階梯式分階段課程的形式可將燃燒室的設(shè)計(jì)、制造、裝配等全過(guò)程納入到成形制造實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化平臺(tái)，如圖3所示，從而進(jìn)行全生命周期管理，整合并充分利用相關(guān)的軟硬件資源，形成燃燒室設(shè)計(jì)制造一體化的課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)性思維與全局觀。圍繞產(chǎn)品所涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)，為學(xué)生展示當(dāng)前先進(jìn)的產(chǎn)品研制模式和制造方法，使其能夠在未來(lái)科研過(guò)程或?qū)嶋H工作中，不局限于自身的研究方向或工作內(nèi)容，而是從產(chǎn)品價(jià)值鏈或企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)制造的角度，系統(tǒng)性地理解專業(yè)內(nèi)容。

（4）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工。以前期內(nèi)容制定為指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)人員為助手，完成指定路線的加工過(guò)程。

（5）安裝及質(zhì)量檢測(cè)。

1.2 實(shí)踐方案

渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室制作采用理論與實(shí)踐、研究與創(chuàng)新、學(xué)生團(tuán)隊(duì)與教師隊(duì)伍相結(jié)合。在實(shí)踐過(guò)程中，采用以學(xué)生為主體的主動(dòng)式實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生根據(jù)教學(xué)基本要求進(jìn)行實(shí)際操作，結(jié)合分組討論的形式，側(cè)重工藝研究和動(dòng)手實(shí)踐，讓學(xué)生在訓(xùn)練中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并找出解決問(wèn)題的方法，最大程度地發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。教師在整個(gè)過(guò)程中充當(dāng)助手角色。

例如，在焊接過(guò)程易出現(xiàn)兩方面問(wèn)題：一個(gè)是燃燒室結(jié)構(gòu)變形;另一個(gè)是焊縫出現(xiàn)燒穿缺陷。針對(duì)上述問(wèn)題分析原因，幫助學(xué)生歸納應(yīng)對(duì)解決方案如下：（1）合理設(shè)計(jì)接頭形式，為保障焊接質(zhì)量，各結(jié)構(gòu)基本采取對(duì)接接頭;（2）制定合理的焊裝順序，以降低產(chǎn)品的焊接變形，見(jiàn)圖4b;（3）采用適當(dāng)?shù)难b夾工具，部分區(qū)域采用自制夾具，通過(guò)剛性固定，降低變形;（4）特定焊接接頭采用適當(dāng)?shù)暮附臃椒ā?/p>

通過(guò)上述分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，基本能夠解決加工中的實(shí)際問(wèn)題，從而在教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題進(jìn)而解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也調(diào)動(dòng)了學(xué)生的實(shí)踐積極性和創(chuàng)造性。

2 結(jié)論

項(xiàng)目制的焊接實(shí)踐教學(xué)模式探究旨在通過(guò)各環(huán)節(jié)設(shè)置，從激發(fā)學(xué)生實(shí)踐志趣、燃燒室設(shè)計(jì)開發(fā)，到制造加工，再到發(fā)動(dòng)機(jī)裝配及測(cè)試，利用閉環(huán)式教學(xué)讓學(xué)生產(chǎn)生系統(tǒng)的制造意識(shí)。學(xué)生在課程中可以親自動(dòng)手制造噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，激勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生投身航空事業(yè)的熱情，為我國(guó)航空事業(yè)輸送高水平人才。課程中做到工程與工藝相結(jié)合，實(shí)踐與理論相結(jié)合，有利于培養(yǎng)懂工藝、知前沿、有抱負(fù)的工程師乃至科學(xué)家。通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作式的勞動(dòng)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)（含勞動(dòng)素養(yǎng)）、工程實(shí)踐能力及創(chuàng)新精神。

以微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室零部件制造為例開展焊接項(xiàng)目制教學(xué)，其內(nèi)容和模式仍有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)，教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變是推進(jìn)教學(xué)開發(fā)和改革的有力抓手。我們相信，只要堅(jiān)持轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，并腳踏實(shí)地的去實(shí)踐，新的實(shí)踐教學(xué)模式將展現(xiàn)出更好的前景。

參考文獻(xiàn)：

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