产学教融合下创新实践训练对大学生专业认知的提升与能力的培养

摘  要：粉末冶金是一门是实践性很强的工科专业，高等院校的专业教学应该与工程实践紧密关联，同时教育信息化背景下对教学模式提出新的要求。“冶粉成金”大学生创新实践团队深入合肥波林新材料股份有限公司，以一种典型零件——粉末冶金含油轴套为研究对象，探究现代粉末冶金生产制造全工艺流程以及蕴含在其中的关键技术，设计并制作信息化视频作品。基于产学教融合的实践创新训练促进了大学生对专业领域工程实践层面的认知，并为粉末冶金专业教学贡献自主设计的优质教学资源。

关键词：粉末冶金;轴套;产学教;教学资源;教育信息化

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）27-0066-04

Abstract： Powder metallurgy is a highly practical engineering major. The professional teaching in colleges and universities should be closely related to engineering practice. And in the context of educational informatization， new requirements have been put forward for teaching models. The innovative practice team of undergraduates which named "turning powders into metal part" has gone to Hefei Bolin Advanced Materials Co.， Ltd， taking a typical component - powder metallurgy oil-bearing shaft sleeve as the research object， the whole manufacturing process of modern powder metallurgy and the key technologies contained in it have been explored， and the information technology video has been designed and been produced. The practical innovation contributed to the education of powder metallurgy major.

Keywords： Powder metallurgy; shaft sleeve; industry-learning-education; education resources; educational informatization

现代粉末冶金机械零件制品在向高密度、高强度以及高精度和复杂零件产品方向发展的同时，更加注重产品的功能性开发，同时配套的制造设备的自动化、数控化水平也得到了极大地提升。随着制造产业增速发展，高综合性能粉末冶金制品市场需求不断扩大，对优秀的粉末冶金专业技术人才提出了旺盛的需求[1-3]。

材料专业的学生是现代粉末冶金专业技术人才的主要来源，专业人才的培养包括学科理论知识与专业实践能力两个方面[4]。但是相对滞后的实验教学条件和信息化教育资源的缺乏，使得专业教学与工程实践关联度相对较低，走马观花式的专业实习环节不利于学生将专业理论知识形成工程实践层面的认知，甚至影响了学生对粉末冶金专业技术的认同。

为培养适应创新型国家建设需要的高水平创新人才，教育部决定在“十二五”期间实施国家级大学生创新创业训练计划，各高等院校又自主设立了省级、校级大学生创新创业训练计划项目（以下简称“大创”项目），鼓励大学生开展创新实践活动。基于此，合肥工业大学材料学院几位大学生组成了“冶粉成金”团队，申报大创课题，走进现代粉末冶金企业、探究现代粉末冶金技术，开展产学融合的创新实践。

一  思路框架

“大创”项目的总体思路是从专业的视角，以一种典型零件为研究对象，深入现代企业生产现场探究其制造过程，自主设计制作一套适合粉末冶金专业实践教学的信息化资源。

团队成员刚刚开始接触专业理论课程和实验课程，但具备一定的视频制作技能，在老师的指导下，团队成员以项目为牵引，明确目标，制定了思路框架图，如图1所示。

二  项目开展

（一）  加强专业课程学习和技能提升

在项目的牵引下，团队成员有目标地学习专业理论课程，包括粉末冶金原理及工艺、粉体工程、粉末冶金材料学及其相关实验课程，查阅相关文献资料，扩充专业知识储备。在学校的专业教学实验室参加粉末流动性、松装密度、堆垛特性和粒度等粉末特性检测实验操作，学习粉末混合、压制、烧结过程、实验设备的操作规范以及安全注意事项等等，并走进科研实验室，跟随研究生进一步学习。

项目的开展除了要具备扎实的专业知识，还需要发挥兴趣特长，为此指导教师通过发送材料、机械制造等相关公众号推文、视频号资料等引导学生如何用工科专业视角制作专业视频，同时团队成员主动加强摄像、灯光、剪辑、配音等技能和实操锻炼，并制作科普视频参加比赛。

（二）  走进企业产学对照

工科专业大学生走进生产现场学习能够更直接地促进对专业理论的理解和深入。合肥波林新材料股份有限公司（以下简称“波林公司”）是一家具有二十多年粉末冶金专业制造历史的现代企业，也是合肥工业大学大学生的产学研基地。团队成员走进粉末事业部，在工程师指导下最终选定一种典型代表性零件——粉末冶金轴套作为研究对象，如图2所示，深入到研发、生产、检测现场，开展一系列沉浸式的学习、观察、讨论和交流。对照所学、所看、所思，总结实验室样品制备与工业生产制备之间的异同，收获颇丰。

1）工序流程：通过研读技术文件和跟踪生产全过程，了解到粉末冶金轴套生产流程主要有八个步骤：混料—压制—烧结—热处理—浸油—机加工—检测—包装出库，对照在校理论和实验室学习，加深对每一步工序的理解，构建了粉末冶金制品完整的工艺流程认知。

2）工艺细节：产品的品质是企业的核心竞争力，为提高和保证产品的品质，生产过程中隐藏着许多看似简单的细节。例如混料后粉末要通过振动筛再收集，进一步控制粉末的粒度和均匀性;压制后每一个压坯都经过自动称重检测，同时操作工人还要随机抽检，监测自动称重系统的可靠性;压坯烧结入炉前先用高压气枪吹去表面附着的粉末及灰尘，在烧结过程中黏结在产品表面，确保烧结后坯体的外观质量，等等。这些在生产现场观察到的细节，课本上是没有的，但对保证产品的质量起着不可或缺的作用，是生产和技术人员在长期的实践中积累的宝贵经验。

3）生产设备：粉末冶金生产中所用的设备均实现了自动或半自动操控，如大型双锥型混料机由程序控制筛分、收集过程;全自动压机完成自动喂料、压制、脱模和传输;压坯在网带烧结炉中完成低温脱脂、中温升温、高温烧成和降温出炉连续化过程;数控精加工生产线机械手精准地抓取零件等等。目前学校实验室的手动混料、压制、管式炉静止烧结可以帮助学生了解原理，而工程应用中必须采用现代智能化控制手段实现装备、设备调控的精准化、过程数字化及运行可靠化才能提升粉末冶金技术整体水平。

4）专业精神：在企业现场，大学生们近距离接触到了研发工程师、车间工艺工程师、操作工人，还有管理人员，深切地感受到了为保证产品的高品质产出、生产安全和企业发展，每一位员工都表现出对工作全心投入的理念和精益求精的态度。这一点对于在校的大学生有很大的触动，无论是平时实验的操作还是分析检测，唯有执着于过程，才能把控结果，生产如此、工作如此、学习亦如此。

（三）  粉末冶金轴套的创新设计

摩擦副零件的磨损是机械设备失效的主要原因之一。高性能粉末冶金摩擦副材料的研发受到了国内外的广泛关注[5-6]。轴套是工程、建筑、农业机械和重工业设备（如挖掘机、起重机）的重要零部件，轴套必须具有高承载力、高耐磨性、良好的抗咬合性能，所以轴套类产品是由特殊材料和工艺制成的。

1  高铜成分设计

轴套的主要原料是铁粉、铜粉、石墨和少量的添加剂，采用高铜配方，热处理后铁基基体形成回火马氏体，材料的硬度和强度得到提高;Cu一部分固溶强化基体，另一部分以单质的形式存在，降低材料的脆性同时增加材料的韧性;轴套的压馈强度（大于等于500 MPa）远高于国家标准的380 MPa，产品在关键摩擦副零部件细分领域实现了国际领先[7]。

2  时效混粉工艺

粉料混合是粉末冶金制备产品的第一步，由于金属粉末和石墨粉末的密度差异较大，采用的是一种创新混粉工艺——时效混粉，先让黏结剂充分浸润铁粉，进行时效处理，有效降低石墨的偏析程度。

3  真空浸油工艺

粉末冶金轴套为含油材料，是波林公司轴套的关键、特色工序，采用的单体真空浸油设备拥有授权发明专利[8]。在负压的条件下，润滑油浸透轴套中所有的连通孔隙，材料内部均匀分散着以石墨为主的固体润滑剂并经浸油处理后赋予轴套优异的耐磨减摩性能，完全替代了内壁设置润滑油槽的轴套制品。

由此，学生们充分地认识到专业基础理论和技术创新才是企业和和行业发展的源动力，粉末冶金技术的优势不仅体现为成形层面，其在特殊结构材料制备和功能性制品开发方面已经成为现代粉末冶金的发展方向。

（四）  信息化资源设计与制作

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2021—2020年）》中明确提出“充分发挥现代信息化技术作用，促进优质教学资源共享”，其中知识类课件和素材类图片与视频是实验室数字化学习的主要资源[9]，大创团队试图用专业的视角，设计制作一套粉末冶金典型零件生产全工艺流程信息化资源。

1  编写脚本

脚本是视频的拍摄大纲，围绕着“冶粉成金”的过程，通过镜头记录、展现粉末冶金轴套的生产制造过程。整个脚本分为片头、混粉、成形、烧结、热处理、真空浸油、精加工、检测、包装和片尾共十个主要场景。从原料库房到成品包装，从粉末到压坯脱模，从入炉烧结到出炉，从烧结坯进入热处理炉保温淬火、清洗、回火再到精加工、检测、激光打标，每一道工序都具体细化到每一个分镜头。编写脚本的过程是梳理工艺要点、知识点的过程，团队成员在这个过程中充分调动理论知识和实践所得，研讨完善，充分体现着团队合作和探究精神。

2  与企业对接并采集素材

去企业生产现场跟踪零件拍摄素材，涉及到零件是否在产，机位、角度的寻找，现场采光、生产安全、操作工人配合等诸多问题，在指导老师和企业的密切联系和沟通后都获得了有效的解决方案。作为一家现代粉末冶金专业企业，对于大学生的实践学习的支持、理解和帮助也让大学生们感受到了企业的社会担当。

素材的采集全部实景拍摄，为了不影响生产并保证安全，在一名技术工程师的指导协调下，团队成员辗转于各个工序，尽可能地采集更多的场景和镜头。团队成员各司其职，摄像、拍照、记录，团队合作精神得到了进一步激发。对于生产过程采用动静结合的拍摄手法，既拍摄动态的生产过程，又拍摄静态的生产设备以及产品，包括特写镜头。动静结合的手法既能诠释车间的空间位次关系，又能流畅地展现生产线流程。

3  视频设计制作

确定文案是视频的首要工作，文案就是作品要重点表达和传达的内容，文案要力求专业、简洁、科学。接着视频剪辑，包括字幕添加、音频匹配校对及降噪、剪辑衔接等，用到的软件主要有Adobe After Effects 2022、Adobe Premiere Pro 2022、剪映等，为了提升美学和艺术效果，采用蒙太奇手法，例如声音导前转场法，即后一镜头出现的声音先于画面，造成一种“先声夺人”的心理效果，又如升格处理设备运动较快、肉眼难以观察的镜头，使其以舒缓的节奏展现在眼前;使用专业视频处理软件制作文字转场视觉特效，并由专业人员配音解说，专业设备提取纯净人声，再配制字幕，如图3、图4所示。团队成员同心戮力，不放过任何一个细节，反复调整完善，力求完美。