《飞机钣金工艺学》教学改革研究

        一、引言 

       目前我国航空制造业发展迅速，飞机年产量较 大。飞机零件数量根据飞机结构尺寸、类型的不同一 般从几万件、几十万件到几百万件不等，其中钣金零 件占有较大的比例，飞机钣金成形知识在钣金零件制 造过程中具有重要的应用。 《飞机钣金工艺学》是飞行 器制造工程专业的一门专业主干课程，其教学任务是 讲授多种飞机钣金成形的知识，并要求学生掌握飞机 钣金零件的基本成形理论、成形方法、工艺装备的结 构、工作原理等。本课程在飞行器制造工程专业的应 用型人才培养中起到了较重要的作用。

       二、课程教学现状

      目前学生通过本课程的学习能够基本理解不同 类型钣金零件的成形方法、成形过程并了解对应的工 艺装备，但受到场地和其他因素的限制， 《飞机钣金工 艺学》的授课方式一直是以教师讲授为主并辅助多媒 体进行零件外形、工艺装备结构的图片表达。飞机钣 金零件一般形状不规则，而且工艺装备结构也较为复 杂，仅通过图片展示其外形不能够完整地表达全部几 何信息。另外，学生对板料成形结果有一定的认识， 但 对于板料成形过程、工艺装备结构和原理的理解与掌 握需要进一步提高。该课程原有的教学大纲、教学模 式和教学方法已经不能完全适应当前航空制造业对 应用型人才的培养要求，有必要对《飞机钣金工艺学》 课程进行教学改革研究。为解决以上问题，本文提出 了教学改革措施来改善教学质量和教学效率，提升学 生的理论知识水平和实践能力。 

        三、教学改革措施 

      （一）数字化技术展示工艺装备，有限元仿真模拟 材料变形过程

        1.借助三维数字模型，深化学生对工艺装备的理 解。工艺装备的具体结构可以通过三维数字模型来表 达[1]，也可以通过运动仿真软件来模拟工艺装备的工 作过程，比如成形模具的运行过程、板料的变形情况、 废料的产生过程和成形零件的最终状态等。通过三维 数字模型的使用，学生能够更加直观地了解并掌握成 形工艺装备的工作原理和工作过程。 

        2.结合有限元仿真， 模拟材料变形过程。如在拉深 成形的讲授中，通过有限元软件对板料进行仿真，模 拟材料在模具作用下的变形过程，展示材料不同区域 的应力、应变情况，将教材中枯燥的数据和图表通过 灵活的方式呈现出来。学生通过有限元仿真软件辅助 教学，可以更加透彻、直观地掌握材料的变形机理和 变形过程，同时也使教学内容更加生动、 形象。

         三维数字模型和有限元仿真技术在教学中的有 机结合，将钣金零件成形过程和工艺装备工作原理更 全面、有效地展示给学生，使教学内容从单调变得生 动，化抽象为形象，有利于学生对板料成形过程的理 解和掌握。 

       （二）有效利用教学反馈，及时掌握学生学习现状 通过有效的教学反馈，教师能够及时掌握学生的 学习现状。教学过程中要以学生为中心[2]， 可以设置问 答环节来有效开展教学反馈。围绕学生来设置问答环 节的教学方式，教师不但能够了解学生对知识的掌握 情况，也可以深化学生对知识的理解，夯实所学知识。 设置的不同问题之间要相互联系，问题深度逐渐递 增。以学生为中心，针对零件成形过程设置的问答过 程实例如下：（1）请学生回答板料的具体形状，如圆形 板料；（2）叙述所用到的成型设备，如拉深模具；（3）阐 述具体的过程，如针对拉深成形，压边圈在压力机外滑块的作用下，下行并压紧板料，凸模则在内滑块的 作用下向下移动一定距离后使材料发生变形[3]。整个 问答环节均以学生为中心，教师作为问题的发起者要 不断地引导、 启发学生。学生回答上述一系列问题后， 在脑海里回顾并形成了材料的全部成形过程，对该知 识模块有了进一步的认识。利用问答环节来开展教学 反馈，教师可以及时掌握学生的学习状况，学生则能 够自行思考、自主分析， 达到了较好的教学效果[4]。 

       （三）增加课内实践环节， 注重应用型人才的培养

        1.增加实践教学内容，深化板料成形过程。在现有 教学大纲的基础上增加拉深实验、杯突试验等项目。 拉深实验前，学生使用量具测量毛坯的直径（针对圆 筒形拉深件）。在拉深过程中， 仔细观察板料变形的过 程。在拉深结束后， 继续测量成形件杯口的直径，通过 变形后和变形前的直径来计算拉深比，并对比观察成 形前后材料在不同方向的变形情况。在特殊的情况 下，通过拉深实验还可以发现板料变形过程中的问 题，如观察拉深件的起皱现象和拉裂现象。在杯突试 验中，主要通过成形模具在计算机的辅助控制下测试 板料的性能。材料变形结束后，学生使用量具来测量 零件成形后的尺寸，并计算板料的IE值。在实践环节 中，从板料的放置、对变形过程的观察到最后测量成 形件的尺寸及后续的计算，每一个步骤都由学生来完 成（指导教师则负责模具等设备的操控）。学生通过课 内实践环节，能够将理论知识与零件的成形过程紧密 地联系起来，进一步深化对该知识结构的理解。

        2.结合行业前沿技术， 确保实践内容与时俱进。现 代飞机的制造趋势逐渐向快速制造、精密制造以及柔 性制造等方向发展。一些较为先进的方法如喷丸成 形、整体壁板成形等在飞机制造中应用广泛，这些方 法对于现代飞机的制造尤为关键，因而在教学中也要 对应展示和讲授喷丸成形、整体壁板成形等过程及工 艺流程。但这类高精密的成形设备体积较大、价格昂 贵而且操作复杂，教学中一般较少进行此类实验的演 示，因而可以使用计算机模拟仿真的方法来替代实物 运行。如喷丸成形，学生可以通过计算机模拟成形来 了解喷丸成形机理、成形过程和成形结果。后续还要 安排学生到相关企业参观实习，现场了解喷丸成形实 际的工作原理和过程。 在这一过程中，学生可以有效地 接触航空制造的前沿知识。 实践内容与时俱进，学生在 工作后能较好地与企业对接，与航空制造业接轨[5]。

        学生在理论知识的指导下完成实践内容，通过对 实践过程的分析，对实践结果的观察，能够对板料的成形过程有更加深入的认识和理解，同时提高了自身 的实践能力。 

      （四）结合多种零件实物，提高教学的直观性 

       1.课前参观飞机结构，提高学生的学习兴趣。依托 实验室采购的小型通航飞机，在课前将飞机结构对学 生进行展示，能够引起学生的学习兴趣和积极性。通 过拆除飞机外部蒙皮的方式来展示飞机骨架等内部 结构，并现场描述零件的一些典型成形方法。经过前 期对飞机结构的观察了解，学生在后续的课堂学习中 会自然地联想起所参观的飞机零部件和对应的成形 方法，从而较好地对接理论知识，同时也使教学内容 具有较强的针对性，提升教学效率。 

       2.随堂携带飞机零件，提高教学的直观性。结合专 业实验室现有设备条件，教师可以随堂携带小型飞机 钣金零件实物进行辅助教学，如小型铝合金机身隔 框、机翼部分肋板及机身局部蒙皮等，这些零件均具 有一定的典型性，对应体现出弯曲成形、橡皮囊成形 以及拉形成形等较为典型的成形特征。零件实物具有 一定的教学直观性和形象性，学生通过对零件实物的 观察和研究能够更深刻地理解零件的成形过程和成 形结果[6]。 

      充分发挥专业实验室的资源优势，利用零件实物 直观性和有效性的特点进行课堂辅助教学，调动了学 生的学习积极性，对学生理解成形方法有较大的帮 助。 

      四、结语 

      本次教学改革研究从当前航空制造业对飞行器 制造工程专业人才的实际需求出发，注重提高学生对 成形过程的理解和对知识的实际应用能力，对《飞机 钣金工艺学》从理论教学和实践教学两个方面提出了 教学改革方案，为今后专业人才的培养提供了一条新 的途径。