《粉末注射成型》课程教学改革探索.pdf

第4 2 卷第4 期2023年8 月文章编号：2 0 9 5-7 3 8 6（2 0 2 3)0 4-0 115-0 4DOI:10.3969/j.issn.2095-7386.2023.04.016武汉轻工大学学报Journal ofWuhanPolytechnicUniversityVol.42 No.4Aug.2023粉末注射成型课程教学改革探索肖金坤,陈娟”,李大玉,陈荣发,张超1（1.扬州大学机械工程学院，江苏扬州2 2 512 7；2.扬州大学测试中心，江苏扬州2 2 512 7）摘要：粉末注射成型适用于小尺寸复杂精密金属和陶瓷零部件的制造，广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗以及日用品等领域，是一项极具发展潜力的材料成型新技术。根据粉末注射成型课程的特点和创新型人才的培养要求，从教学内容、教学手段和教学考核评价三个方面探索教学改革的方法和途径。通过课程的教学改革，调动学生学习过程中的自主性和积极性，并且全面考察学生对课程的掌握情况，以期实现学生深入理解并掌握粉末注射成型的原理、工艺及实例的目标，为其将来的就业创业夯实基础。关键词：粉末注射成型；教学改革；教学方法中图分类号：G642Exploring the teaching reform of powder injection molding courseXIAOJinkun,CHEN Juan,LI Dayu,CHEN Rongfa,ZHANGChaol(1.College of Mechanical Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China;2.Testing Center,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China)Abstract:Powder injection molding is applicable to the manufacture of small-sized complex metal and ce-ramic parts,which is widely used in the fields of aerospace,automotive,electronics,medical and daily ne-cessities,etc.It is a new material forming technology with great potential for development.According tothe characteristics of Powder Injection Molding course and the requirements of training innovative talents,we explore the methods and approaches of teaching reform in three aspects:teaching content,teachingmethods and teaching assessment and evaluation.Through the teaching reform of the course,we will mo-bilize students autonomy and enthusiasm in the learning process and examine their mastery of the coursecomprehensively,so as to achieve the goal of students in-depth understanding and mastery of the princi-ples,processes and examples of powder injection molding,and lay a solid foundation for their future em-ployment and entrepreneurship.Key words:powder injection molding;teaching reforms;teaching methods文献标识码：B收稿日期：2 0 2 3-0 8-0 1.作者简介：肖金坤（19 8 6 一），男，副教授，博士，E-mail:.基金项目：扬州大学教学改革研究课题（编号：YZUJX2022-D10).1161引言粉末注射成型（Powder Injection Molding，PIM)技术1是将塑料注射成型技术2.3 和粉末冶金技术结合起来，形成的新的零部件加工技术。它包括陶瓷粉末注射成型（Ceramics Injection Molding，CIM)技术4,5 和金属粉末注射成型(Metal InjectionMolding，MIM)技术6.7。使用传统的加工技术制造复杂零件时，首先需要生产单个零件，然后对零件进行组装，因此生产工序较为复杂，并且在制造微型零件时，还会出现装配质量较难保证等问题。PIM技术很好的解决了这一问题，它能将复杂零件整合为单一零件，生产出大批量小型精密且形状复杂的陶瓷和金属零部件，简化了生产工序，提高了生产效率8,9 粉末注射成型课程是为扬州大学材料加工及控制工程专业开设的一门本科生专业基础课。通过学习该课程，使学生了解粉末注射成型技术的特点、发展历程和发展方向，掌握喂料的制备技术和流变学行为、注射成型过程及成型参数对注射坏性能的影响、脱脂机理和工艺、烧结原理和工艺，了解注射成型产品的设计和应用等，为学生今后从事材料加工相关工作奠定基础。然而以纯理论知识教授为主的传统教学模式培养的学生在今后的工作中较难调动学过的理论知识指导实践，不利于培养新型应用型人才。这就需要对粉末注射成型课程现有的教学模式进行改革，探索更合理的教学模式。2优化课程教学内容粉末注射成型课程现有的教学内容过于理论化，没有结合生产实际。这就要求从学生的创业就业需求出发，优化课程的教学内容。首先需要重点讲解注射成型工艺中的各种技术,如PIM工艺（如图1)中喂料的选择和密炼、注射成型的过程及温度、压力等参数选择、脱脂过程及工艺参数的选取、烧结过程及烧结参数的设定等。其次介绍运用这些技术进行生产的注射成型机，如利用扬州大学机械工程学院新购置的型号为CIM-80的注射成型机（如图2)讲解注射成型机的组成部分，即包括料斗、螺杆、料筒、锁模系统、模温控制系统和成型模具等，并介绍每个组成部分的作用。最后利用实例将材武汉轻工大学学报料、注射成型工艺、模具设计和注射机有机结合起来，让学生对注射成型有系统的认识,对将注射成型的理论知识应用到实践有一定的了解，以满足其创业就业的需要。金属或陶瓷粉末密炼黏结剂制成品图11PIM技术的主要工艺流程Fig.1Main process of PIM technologyCIN-80图2 CIM-80注射成型机Fig.2CIM-80 injection molding machine下面以金属注射成型扬州大学校徽(图3)为例讲解如何利用实例丰富教学内容。先介绍注射成型的材料：扬州大学校徽使用的材料为3 0 4 不锈钢，选用球形3 0 4 不锈钢粉作为原料，为了便于后续的成型和烧结，选用比表面积大、尺寸为0.52 0 微米的金属粉末作为原料；再讲解注射成型工艺：将金属粉末与一定比例的有机黏结剂在适宜的温度下（选取175)均匀混合，混合过程在密炼机中进行。混合后的喂料有良好流动性能，能顺利完成注射和充模过程。喂料在适宜的注射压力下注人到模具中，得到具有高的密度均匀性和一致性的注射成型坏，这为后期的烧结工序中成型坏均匀收缩做准备。注射前模具的设计和选用根据成品的需求来定，需要设计型芯和型腔两个部分。随后注射成型坏需要进行脱脂以去除混料过程中加入的有机黏结剂。成型坏先在溶剂CH:CI中脱脂,再通过加热脱脂。脱脂后经过一系列的热处理工艺烧结坏件，最后得到具有理想的微观组织结构和力学性能的零件。烧结后的校徽件具有以奥氏体为基体的金相组织结构，其显微硬度为17 8 18 0 HV。最终得到合格的扬州大学校徽样品。2023年注射成型脱脂质量检测再加工（部分）烧结4期图3 MIM技术制作的扬州大学校徽Fig.3The emblem of YangzhouUniversity produced by MIM technology3改进课程教学手段粉末注射成型课程传统的教学形式为讲述文字为主的PPT课件，这种教学形式虽然能够保证教学进度，但是较难达到较好的学习效果。这就要求加人辅助教学手段以丰富教学形式，提升学生的学习主动性。辅助教学手段可以包括图文结合视频动画的教学形式、虚拟仿真模拟教学、合理利用网络教学平台教学以及构建理论实践一体化的教学课程等。根据耶克斯一多德森定律 1 0 ，学习任务难度越低，学习动机水平越高。使用图片、动画和视频等形式辅助教学，能更加具体、形象、生动的阐明粉末注射成型的原理、展示注射机的运行和生产过程，让学生更易于理解教学内容，从而有高的学习动机水平。虚拟仿真模拟是近年来高速发展的结合现实技术和仿真技术的更高级的仿真技术 1-1 3 。使用虚拟仿真技术模拟粉末注射成型过程，可以让学生身临其境的操作完成注射成型全过程，包括混料、喂料、注射成型、脱脂、烧结以及后处理全过程。这一教学过程能够让学生对知识的印象更加深刻，在操作的过程中能主动思考，有较好的学习效果。此外，这种辅助教学手段可以让所有学生在同一时间完成教学任务，相比较传统的使用真实注射成型机开展逐一的实践操作，提高了教学效率,降低了对设备的依赖性。近几年我国的网络教学有了极大的发展，扬州大学也建立了稳定的网络教学平台。利用扬州大学线上教学平台发布充足的与教学内容相关的资源供学生自主选择学习；设置讨论区，提出问题，引导学生思考和讨论，激发学生自主学习的积极性；布置课程作业，督促学生巩固课堂上所学到的知识。构建理论实践一体化的教学课程，制定任务驱动下由项目引导的典型的案例教学方案。例如将笔者利用粉肖金坤，陈娟，李大玉，等：粉末注射成型课程教学改革探索州大自坚立苦S117末注射成型技术生产的氧化铝陶瓷托槽设计为一个理实一体化教学案例。首先根据氧化铝陶瓷托槽的造型设计其所需要的模具，并定制模具。然后根据最终托槽的外观和耐蚀要求来设计原料粉末以及配方。确定好氧化铝作为原料后，经过反复多次试验，选取合适的黏结剂体系，以得到流动性良好的喂料。设计合理的注射压力和注射速度以得到密度均匀性高并且一致性高的注射成型坏。得到成型坏后选取脱脂工艺，如先在设计的合适溶剂中进行溶剂脱脂，再加热脱脂，脱脂后的托槽如图4(a)所示。脱脂后对托槽进行烧结，高温烧结后的托槽呈半透明状，如图4(b)所示。最后对烧结坏件进行性能检测。这一案例涉及注射成型企业中的多个工作岗位，案例的执行和实施则给学生提供了一个实习机会，让理论知识得到实践，提升了学生的综合能力，有利于其在就业后很快适应并胜任工作，降低企业培养新人的时间和成本。此外，实践案例教学中，学生真正通过设计和工艺操作做出了产品，能让学生意识到所学的知识是有用的，这能激发和鼓舞学生的学习热情，真正从被动学习变为主动学习，提升教学效果。图4 脱脂后(a)和烧结后(b)的氧化铝陶瓷托槽Fig.4Alumina ceramic brackets afterdegreasing(a)and sintering(b)4实施全面教学考核评价对学生学习情况的考核往往是促进学生学习的有效手段。但是传统的教学考核仅仅重点关注期末考试成绩，这导致学生平常不认真学习课程知识，只是在期末考试前针对教师划出的重点临时突击学习，对于大部分的知识只是短暂地记住了，而不是掌握并内化成自身的知识。因此需要从以下三个方面着手实施全面的教学考核评价，即多元化考核方式、多元化考核主体以及多元化考核内容。多元化考核方式就是将过程性考核和结果性考核结合起来。将学生在每个阶段的学习过程中的自主学习情况和在课堂上的参与度评价作为过程性考核指标，强化学生的平时积累，提高教学效率。过程性考核包括课118前预习情况测试、课堂出勤率及课堂参与度和课后章节测试,并将过程性考核在最终考核中的占比设为5 0%，引导学生注重平时的学习。多元化考核主体就是不再仅以教师作为考核主体，而是将学生也加人考核主体中，不仅进行自评，也进行学生之间的互评。这一举措可以增加学生在学习过程中的自觉性和互动性，也让评价结果更加客观。多元化考核内容即考核内容不仅包括了结课考试，还包括课堂讨论中的论点，自主设计针对于某个知识点的幻灯片，作为主要完成人完成涉及课程技术的论文以及作为主要参与人完成涉及课程技术的项目等。激励学生在课堂讨论中提出自己的论点，能够调动学生的学习积极性和主动性；自主设计幻灯片则考察了学生检索文献、从文献中提出重点、组织并编排重点分明的幻灯片内容以及完整清晰的表达幻灯片内容的综合能力；部分学生在本科生阶段就进入课题组学习并实践，已经进行并完成了课程中所涉及技术的研究工作，需将部分的成果计人课程考核内容中。多元化考核内容将考核内容灵活化，考核学生灵活运用课程知识的综合能力，有利于学生将知识内化为能力,提升教学效果。5结语为促进我国的现代化建设得以高质量发展，我国的高水平科技能够自立自强，加快国家的创新发展，高校需要培养一批创新型人才。为实现这一目标，高校的课程教学需要进行改革。粉末注射成型课程从优化课程教学内容、改进课程教学手段和实施全面教学考核评价三个方面进行教学改革。从创业就业的需求出发，优化课程的教学内容。加入辅助教学手段，改进课程教学手段。考核方式、考核主体以及考核内容多元化，多维度实施全面的教学考核评价。通过三个方面的改革，激发学生学习的动力，强化其对知识的理解和掌握，提升其自我管理、知识构建以及拓展创新等符合应用型人才的潜力，培养国家需要的优秀应用型人才。参考文献：1王如波，王勇，顾涛粉末注射成型技术的研究和应用 J橡塑技术与装备（塑料），2 0 2 0，武汉轻工大学学报46,(2):22-27.2陈开源，王颖，欧积瑞，等基于项目化教学的塑料成型工艺与模具设计课程改革与实践J.模具工业,2 0 1 6,4 2,（1)：7 1-7 5.3刘敏.塑料注射成型项目课程探索与实践J天津职业大学学报，2 0 1 0，1 9，（4）：5 7-59,96.4高建成，王嵩，聂康明.粉末注射成型氧化锆喂料的制备及成型研究 J安徽大学学报（自然科学版）,2 0 1 5,3 9，（6）：8 0-8 9.5先朱宏，刘炯，戴亚春，等陶瓷结构件微注射成型研究进展 J.机床与液压，2 0 1 2，4 0，（1 4）：117-119,129.6 佳侯江涛，刘召锋，金晶，等。金属粉末注射成型技术在助插拔锁紧装置中的应用J电子机械工程,2 0 2 2,3 8,(2)：5 2-5 5.7Shu C,He H,Fan B W,et al.Biocompatibili-ty of vascular stents manufactured usingmetal injection molding in animal experi-mentsJ.Transactions of Nonferrous Met-als Society of China,2022,32,(2):569-580.8韩凤麟.金属注射成形精密零件生产与应用M.北京：化学工业出版社，2 0 1 6.9李益民，李云平。金属注射成形原理与应用M.湖南：中南大学出版社，2 0 0 4.10舒佩文基于耶克斯多德森定律的素描课堂教学设计一以胡宝星职业技术学校为例D天津：天津职业技术师范大学，2 0 2 0:8-11.11孙江宏，何宇凡，王佳林，等管道检测机器人虚拟仿真实验系统设计J实验技术与管理,2 0 2 1，3 8(9)：1 3 8-1 4 2.12曾嘉莹，金辉公共卫生与预防医学类虚拟仿真实验的评价体系研究与实证 J实验技术与管理,2 0 2 1，3 8(1 0)：1 4 6-1 5 1.13刘汉儒，王掩刚，尚珣，等基于模型和数据驱动的航空发动机跨音速压气机失速/喘振虚拟仿真实验设计J实验技术与管理，2021,38(11):212-217.2023年