级进模 课程设计

级进模课程设计一、教学目标

本节课以“级进模”为主题，旨在帮助学生掌握模具设计与制造的基础知识，培养其工程实践能力和创新意识。具体目标如下：

**知识目标**：

1.理解级进模的基本结构、工作原理及其在制造业中的应用；

2.掌握级进模的组成部分（如导料板、定位装置、冲裁凹凸模等）的功能与设计要点；

3.了解级进模排样设计的原则，包括材料利用率、冲压顺序和工艺可行性。

**技能目标**：

1.能绘制简单的级进模排样，标注关键尺寸及工艺参数；

2.能运用CAD软件完成级进模的二维或三维建模，并进行初步的装配模拟；

3.能分析典型零件的级进模设计方案，提出改进建议。

**情感态度价值观目标**：

1.培养学生严谨细致的工程思维，增强对模具制造行业的兴趣；

2.通过小组合作完成设计任务，提升团队协作和问题解决能力；

3.树立绿色制造理念，关注材料节约和环保工艺的应用。

课程性质上，本节课属于机械制造技术模块的核心内容，结合了理论讲解与实操训练，强调知识的系统性与实践性。学生处于高中或职业教育阶段，具备一定的机械制和金工基础，但对复杂模具设计缺乏经验。教学要求注重理论联系实际，通过案例分析和动手操作，引导学生将抽象概念转化为具体设计。目标分解为：先掌握级进模的基本概念，再学习排样设计方法，最后通过小组任务完成简易模具设计，确保学生逐步达成学习成果。

二、教学内容

为达成上述教学目标，本节课围绕级进模的核心知识与实践技能，设计以下教学内容，确保体系完整且符合学生认知规律。教学安排以2课时（90分钟）为例，结合教材章节进行。

**（一）教学内容选择与**

1.**级进模概述**

-基本概念：定义、分类（单工序模、复合模、级进模）及典型应用场景（如汽车覆盖件、电子零件）。

-工作原理：通过动画或实物演示送料、定位、冲裁、卸料等动作，强调连续冲压特点。

-教材关联：参考《模具设计与制造基础》第3章“冲压工艺与模具概述”第一节。

2.**级进模结构设计**

-核心部件解析：导料板、定位装置（侧刃、导正销）、冲裁模（凸凹模）、卸料板等的功能与设计要点。

-材料选择：分析各部件的常用材料（如Cr12MoV、S136）及热处理要求。

-教材关联：参考第4章“冲裁模设计”中“级进模结构”部分。

3.**排样设计原则与方法**

-排样方式：单排、双排、对排及混合排样的优缺点对比。

-材料利用率计算：通过实例讲解步距、搭边值的确定方法，结合公式计算η=（零件面积×冲次）/板料面积。

-冲压顺序安排：避免干涉、保证质量的工艺路线规划。

-教材关联：参考第5章“排样设计”全部内容，重点为“排样形式与材料利用率”。

4.**CAD建模与仿真**

-二维排样绘制：使用AutoCAD完成零件排样，标注冲孔、切断位置及公差。

-三维装配：利用SolidWorks创建级进模三维模型，模拟送料与冲压过程。

-教材关联：参考《模具CAD/CAM》第2章“二维工程”与第3章“三维建模基础”。

**（二）教学大纲安排**

|**时间分配**|**教学内容**|**教学活动**|**教材章节**|

|-------------------|-------------------------------------|--------------------------|-------------------|

|30分钟|级进模概述与工作原理|案例展示+动画演示|第3章第一节|

|25分钟|结构设计：部件解析与材料选择|实物拆解+分组讨论|第4章第一节|

|25分钟|排样设计：原则与计算|公式推导+例题分析|第5章全部|

|10分钟|CAD建模与仿真初步|软件操作演示+任务布置|第2、3章|

**教学重点**：排样设计原则与材料利用率计算；**难点**：冲压顺序的优化与三维仿真操作。通过实物与软件结合，确保理论教学与实践操作的时间比例约为6:4，符合高职或中职学生的技能培养需求。

三、教学方法

为有效达成教学目标，本节课采用多元化的教学方法组合，以适应不同学习风格的学生，并激发其探索兴趣。具体方法如下：

**1.讲授法**

针对级进模的基本概念、工作原理及标准结构，采用系统讲授法。结合PPT演示教材第3章“冲压工艺与模具概述”中的理论框架，辅以工业级进模实物照片或三维模型动画，确保学生建立清晰的知识体系。讲授时长控制在30分钟内，重点突出关键术语（如“步距”“搭边”“导正销”）及核心公式（材料利用率计算）。

**2.案例分析法**

选取教材第5章中典型零件（如手机壳接插件）的级进模设计案例，引导学生分析其排样方式、冲压顺序及结构特点。通过对比单排与双排设计的材料利用率差异，或讨论某工序因干涉导致的缺陷，培养学生解决实际问题的能力。案例选择需贴近教材例题，但增加开放性问题，如“若材料成本上升10%，如何优化排样？”以提升深度。

**3.讨论法**

在排样设计原则部分（第5章），6-8人小组讨论“如何平衡生产效率与模具成本”。每组分配不同参数（如搭边值范围、冲裁力限制）的虚拟任务，要求绘制排样草并说明理由。讨论结果通过白板展示，教师点评时关联教材“排样设计优化”的章节内容，强化理论联系实际。

**4.实验法（软件模拟）**

利用SolidWorks软件，演示级进模三维装配与仿真过程。学生分组完成教材配套习题（如排样绘制）的后半部分，即通过CAD生成送料动画，观察定位装置是否可靠。实验环节需提前布置预习任务（参考《模具CAD/CAM》第3章基础操作），确保90分钟内完成建模与初步调试。

**5.任务驱动法**

课终阶段布置“简易级进模设计任务书”，要求学生基于当堂所学，在下次课提交包含二维排样、三维模型及3条工艺改进建议的文档。任务书模板参考教材课后习题格式，强调“材料节约”“废料回收”等价值观目标。

**方法整合**：通过“讲授→案例启发→小组讨论→软件验证→任务延伸”的循环，逐步强化知识记忆与技能应用。各环节占比为讲授25%、案例30%、讨论20%、实验15%、任务10%，确保高互动性与实践性。

四、教学资源

为支撑级进模课程的教学内容与多样化方法，需整合以下资源，确保教学效果与学生学习体验。所有资源均与指定教材章节及教学目标紧密关联，符合制造业教学实际需求。

**1.教材与参考书**

-**核心教材**：《模具设计与制造基础》（第X版），作为理论讲解与案例分析的基准，重点使用第3-5章关于级进模概述、结构设计及排样原则的内容。

-**配套参考书**：提供《精密冲压技术》《级进模设计手册》电子版片段（通过校园网访问），供学生在讨论法环节查阅特定材料强度数据或排样优化案例，补充教材中例题较少的特定工艺（如高频淬火模具）信息。

**2.多媒体资料**

-**动画与视频**：下载或制作级进模工作过程动画（时长3分钟），涵盖送料、冲裁、卸料全流程，标注关键部件运动轨迹，对应教材第3章原理讲解。

-**三维模型库**：收集SolidWorks格式的基础级进模组件（导料板、定位钉等）共20个，存入教学服务器，供实验法中快速建模使用。

-**工业案例PPT**：整理3个典型级进模应用案例（如汽车门板、家电结构件），包含实物、排样及模具失效分析，关联教材第5章排样设计优化部分。

**3.实验设备与软件**

-**软件平台**：安装SolidWorks教育版（2023版）50套，预装教材配套的排样设计练习文件，用于实验法中的三维建模与仿真任务。教师机需配置更高配置以同步演示复杂装配操作。

-**硬件辅助**：准备5套级进模拆解实物（包含导柱导套、冲头等），供讨论法环节分组观察部件功能；另备游标卡尺、硬度计各1台，用于测量实物关键尺寸与热处理硬度，验证教材第4章材料选择部分。

**4.互动资源**

-**在线测试系统**：利用学习通平台发布10道选择题（覆盖教材第3章概念）和2道计算题（材料利用率），作为课前预习与课后巩固工具。

-**任务书模板**：设计标准化任务书模板（含评分标准），包含简易级进模设计要求（参考教材习题6-3），用于任务驱动法延伸作业。

**资源管理**：所有数字资源上传至学校教学资源库，标注适用章节与教学环节；实物设备由实训室专人管理，课前完成维护与消毒。资源更新周期为每学年核查一次，补充近三年行业新规范（如绿色制造标准）。

五、教学评估

为全面、客观地评价学生对级进模知识的掌握程度及技能应用能力，设计以下多维度评估方式，确保评估结果与教学目标、内容和方法一致。所有评估指标均与指定教材章节和课时任务相对应。

**1.平时表现（30%）**

-**课堂参与（10%）**：评估学生在讨论法环节的贡献度，如提出建设性意见、准确解释教材第4章模具结构问题等，通过教师观察记录评分。

-**实验操作（20%）**：在软件实验环节，依据《模具CAD/CAM》第3章操作规范，考核学生SolidWorks建模的准确性（如特征创建错误率）和仿真结果分析的合理性（定位是否可靠、干涉是否排除），占总平时成绩20%。

**2.作业评估（30%）**

-**排样设计计算作业（15%）**：布置1份作业，要求学生完成教材第5章例题的排样绘制、材料利用率计算（需列出公式与步骤）及冲压顺序优化方案，重点考察计算准确性及对排样原则的理解。

-**案例分析短文（15%）**：要求学生基于工业案例PPT（教材配套案例），撰写300字短文，分析排样设计中的至少2处改进空间（如减少回弹、提高材料利用率），关联教材第5章优化内容。

**3.期末考核（40%）**

-**理论考试（25%）**：闭卷考试，包含单选（10题，覆盖教材第3章概念）、判断（5题，涉及第4章材料热处理）、简答（3题，如级进模组成部分功能，对应第4章内容）。题型与教材课后习题难度相当。

-**实践考核（15%）**：上机操作，要求学生在60分钟内完成简易级进模（含2处定位）的三维建模与二维工程输出（基于教材习题格式），提交SolidWorks文件及装配动画截。考核标准参考教材配套答案的完整性。

**评估标准**：所有评分均依据百分制，按权重汇总。平时表现侧重过程评价，作业侧重知识应用，期末考核兼顾理论与技能。评估结果用于调整后续教学重点，如发现教材第5章排样计算错误率过高，则增加相关习题讲解。所有考核材料存档于教学管理系统，作为教学改进依据。

六、教学安排

本节课计划在90分钟内完成，针对高职或中职二年级学生（已具备机械制与基础金工知识）的接受能力，采用“理论→实践→巩固”的时间分配策略，具体安排如下：

**1.时间分配与教学环节**

-**阶段一：导入与理论讲解（30分钟，08:00-08:30）**

-08:00-08:10（10分钟）：课堂导入。展示汽车保险杠级进模实物照片，提问“如何实现连续冲压？”，引入教材第3章级进模概念，明确本节课目标。

-08:10-08:30（20分钟）：级进模概述与结构。讲授工作原理（结合动画）、核心部件（导料板、定位装置等，关联教材第4章），强调与单工序模的区别。

-**阶段二：案例分析与讨论（30分钟，08:30-09:00）**

-08:30-08:50（20分钟）：案例讨论。分发教材第5章某零件排样案例，分组讨论“如何提高材料利用率”（限定搭边值范围），教师引导关联教材“排样形式”内容。

-08:50-09:00（10分钟）：方案展示。每组用白板呈现讨论结果，教师点评并指出与教材原则的符合度。

-**阶段三：软件实践与任务布置（30分钟，09:00-09:30）**

-09:00-09:20（20分钟）：CAD建模演示。教师演示SolidWorks中二维排样绘制（标注教材第5章要求的关键尺寸）和三维装配基础操作，屏幕共享展示软件界面与教材配套练习文件路径。

-09:20-09:30（10分钟）：任务布置。发布简易级进模设计任务书（含参数要求，参考教材习题格式），要求下次课提交模型及3条工艺改进建议，强调教材第4章材料选择与绿色制造理念。

**2.教学地点与资源准备**

-**地点**：多媒体教室（配备投影仪、实物展示台）+计算机实训室（每2人1台计算机，安装SolidWorks教育版）。提前在实训室张贴级进模实物照片及案例排样。

-**资源**：确保教师机安装更高配置用于同步演示；检查SolidWorks软件版本与任务文件完整性；准备5套拆解模具用于讨论环节。

**3.学生准备与课后衔接**

-**课前**：要求学生预习教材第3、4章，完成教材“思考与练习”中基础概念题（如级进模优缺点）。

-**课后**：提交任务书电子版至学习平台，教师批阅后反馈至各组，为下次课的技能深化（如仿真分析）奠定基础。时间安排紧凑，通过案例与软件交替避免长时间理论讲解导致的注意力分散，符合学生认知规律。

七、差异化教学

鉴于学生可能在机械基础、空间想象能力、软件操作速度等方面存在差异，本节课设计差异化教学策略，通过分层任务、弹性资源和个性化反馈，确保各层次学生均能达成学习目标。所有策略均围绕教材核心内容展开。

**1.分层任务设计**

-**基础层（B级）**：要求掌握教材第3章级进模基本概念，能在教师指导下完成简单排样的绘制（如教材例题的修改），并在讨论中复述教材第4章部件功能。任务书提供标准化模板，计算题部分降低难度（给定数据直接计算）。

-**提高层（A级）**：要求独立完成教材第5章中等复杂度零件的排样设计（含材料利用率计算与冲压顺序论证），能在案例讨论中提出至少1处优于教材方案的改进建议。任务书要求自主选择参数范围，需结合教材“排样优化”内容进行分析。

-**拓展层（S级）**：要求设计包含复杂弯折与回弹控制措施的级进模排样（如家电外壳零件，超教材难度），需查阅《精密冲压技术》补充材料，提交三维模型及仿真分析报告（需说明教材未提及的工艺难点）。

**2.弹性资源支持**

-**软件辅助**：为软件操作较慢的学生提供“SolidWorks基础操作微课”（10分钟视频，覆盖特征创建、草绘制等，关联教材配套软件章节）。

-**实物补充**：额外提供简易冲压模具（无导料板），供空间想象能力较弱的学生直观理解教材第4章冲裁动作。

-**参考书推荐**：对A/B级学生推荐《级进模设计手册》电子版特定章节（如排样例），对S级学生推荐《模具工程手册》工艺篇。

**3.个性化评估调整**

-**作业评分**：基础层侧重排样规范性（参考教材答案），提高层侧重计算与论证逻辑，拓展层侧重创新性（如绿色工艺应用）。

-**实验反馈**：对操作失误较多（如特征关联错误）的学生，在实验后布置针对性练习题（来自教材习题库）。

-**考试权重**：基础层学生平时表现权重提升至40%（强化过程参与），提高层与拓展层保持30%，以激励其投入讨论与任务。差异化策略通过“任务分层+资源弹性+评估适配”形成闭环，使各层次学生均能在完成基本目标的前提下获得能力提升，同时保持对级进模设计课程的学习兴趣。

八、教学反思和调整

为持续优化级进模课程的教学效果，需在实施过程中实施动态反思与调整机制，确保教学活动与学生学习需求高度匹配。所有反思均基于教材内容、教学目标及学生实际表现进行。

**1.课前预设反思**

-**内容关联性检查**：每次课前，教师需对照教学大纲，确认案例选择（如教材第5章某汽车零件案例）是否仍符合当前行业应用趋势，或需补充最新技术（如激光辅助排样）。

-**难度梯度预设**：回顾上次课学生作业，若发现教材第4章材料选择部分错误率偏高，则调整本次课理论讲解时间，增加实物硬度检测演示（备有Cr12MoV样品），并预设讨论环节提问方向（“若改为不锈钢，热处理工艺如何变化？”）。

**2.课中动态监控**

-**学生状态观察**：在软件实验环节（对应教材配套练习），通过巡视监测学生操作进度。若发现超过40%学生卡在“凸凹模间隙调整”步骤（关联教材第4章内容），则暂停演示，采用分步教学法（结合教材示讲解配合间隙表）。

-**讨论效果评估**：在案例讨论中，若学生仅停留在教材表面信息（如“导正销精度高”），教师需追问深层问题（“教材未提，为何高精度零件需用导正销而非侧刃？”），引导其关联教材“冲压顺序与稳定性”章节。

**3.课后效果分析**

-**作业错误分析**：统计作业中教材第5章排样计算错误类型（如公式遗漏、单位换算错误），若某类错误集中出现，则在下次课增加针对性例题讲解，并布置同类型练习题。

-**学生反馈收集**：通过匿名问卷收集学生对案例难度（如教材案例是否具代表性）、软件资源（SolidWorks版本是否满足需求）的反馈，若多数学生反映排样优化案例过于复杂，则替换为教材中更基础的结构件案例。

**4.调整措施实施**

-**内容调整**：基于课后分析，若发现学生对教材“排样设计原则”理解不足，则补充1个课外微课（10分钟），讲解典型零件（如手机按键）的排样演变过程，强化与教材理论的联系。

-**方法调整**：若实验法中部分学生因基础薄弱无法完成三维建模，则增加“二维草绘制专项辅导”（15分钟），聚焦教材“CAD基础”章节内容，确保后续建模任务可行性。

通过课前预设、课中监控、课后分析的闭环反思，结合教材内容与教学目标，灵活调整教学内容深度（如增加绿色制造章节关联）、方法节奏（如调整软件演示时长）与资源支持（如补充特定案例视频），最终提升级进模课程的教学实效性与学生满意度。

九、教学创新

在传统教学基础上，引入现代科技手段与方法，提升级进模课程的吸引力和互动性，激发学生创新思维。所有创新均服务于教材核心内容与教学目标。

**1.虚拟现实（VR）沉浸式体验**

-开发或引入VR教学模块，模拟级进模实际生产环境。学生可通过VR头显“进入”冲压车间，观察送料机构、冲裁动作、废料排出等动态过程，直观感受教材第3章描述的工作原理，增强空间感知能力。

-关联教材第4章部件功能，设置交互式VR环节：学生可虚拟拆解模具，点击导料板、定位销等部件，弹出教材配套的3D模型及功能说明（如“导料板材质Cr12MoV如何影响送料稳定性”）。

**2.增强现实（AR）辅助设计**

-制作AR教学应用，扫描教材排样或学生绘制的草，通过手机或平板显示叠加的虚拟3D模型。例如，扫描教材第5章某零件排样，AR应用可高亮显示搭边值区域，并模拟不同搭边下的材料利用率变化，验证教材排样原则。

-关联教材CAD章节，AR应用可实时标注学生二维草中的设计缺陷（如轮廓线未闭合），并提供修正建议，辅助学生完成排样绘制。

**3.课堂互动平台应用**

-使用“雨课堂”等工具，课前发布投票题（“级进模最适合大批量生产吗？”），统计结果并关联教材第3章应用场景分析；课中发起“匿名提问”功能，实时收集学生对教材热处理工艺（第4章）的疑惑，教师精准解答；课后发布“设计挑战”任务，要求学生用3D打印模型表现教材排样方案的改进点。

通过VR/AR技术将抽象概念具象化，利用AR工具降低软件学习门槛，借助互动平台强化师生、生生协作，使学生在动态、趣味化的环境中深化对教材级进模知识的理解与应用，提升学习热情。需确保VR/AR资源与教材章节匹配，如VR模块需包含教材第4章模具维护内容，AR应用需覆盖教材排样计算公式。

十、跨学科整合

级进模设计涉及机械、材料、自动化等多领域知识，本节课通过跨学科整合，促进知识交叉应用，培养学生的综合学科素养。所有整合均与教材章节内容相关联。

**1.机械设计与材料科学的融合**

-在讲解教材第4章模具结构时，结合《材料科学基础》课程知识，分析不同冲压材料（如铝合金、不锈钢）对模具寿命的影响。例如，讨论Cr12MoV热处理工艺（教材第4章）时，引入材料硬度、韧性等概念，解释为何需根据材料强度选择不同热处理参数（如淬火温度对模具耐磨性的作用）。

-关联教材排样设计（第5章），引入《工程材料与工艺》课程中的“回弹控制”知识，讨论排样时如何通过改变拉深筋结构（机械设计）或选择弹性模量更高的材料（材料科学）来减少零件变形。

**2.自动化与控制技术的渗透**

-在介绍教材第3章级进模工作原理时，结合《电气控制技术》课程，讲解送料步进电机的工作原理及PLC编程如何控制冲压顺序（如教材中“冲压顺序安排”需考虑自动化逻辑）。

-预习任务中要求学生查阅资料，分析教材案例中（如汽车保险杠）是否应用了传感器技术（如料位传感器、压力传感器）进行过程监控，关联《传感器与检测技术》课程知识。

**3.计算机辅助设计与工程软件的交叉**

-在软件实验环节（关联教材CAD章节），要求学生使用SolidWorks进行三维建模的同时，打开Excel（《工程数学》课程应用），计算排样效率、材料利用率等数据，并将结果可视化（柱状），强化数理知识与工程实践的结合。

-鼓励学生使用Python脚本（《程序设计基础》课程）自动生成教材第5章排样的尺寸标注数据表，提升跨学科问题解决能力。

通过设置跨学科项目（如“设计含智能监测功能的级进模简易方案”），要求学生整合机械制、材料选择、电气控制、数据处理等多学科知识，撰写包含计算、纸、代码的综合报告。这种整合不仅深化了对教材级进模知识的理解，还培养了学生解决复杂工程问题的系统思维能力和跨领域协作素养，使其适应制造业对复合型技术人才的需求。

十一、社会实践和应用

为强化理论教学与工程实践的连接，培养学生的创新能力和实践能力，设计以下与社会实践和应用紧密相关的教学活动，确保活动内容与教材级进模知识体系相关联。

**1.企业真实案例拆解与分析**

-联系本地模具企业，收集1-2个真实级进模设计或制造项目中遇到的技术难题（如教材第5章排样设计中的废料难以分离、教材第4章热处理后的变形控制等）。

-学生以小组形式进行案例拆解，要求结合教材知识（结构设计、材料选择、工艺流程），提出解决方案，并撰写分析报告。教师邀请企业工程师进行指导，对比学生方案与企业实际做法的差异。

**2.模具设计工作坊**

-与校办工厂或合作企业共建实践基地，学生参与简易级进模的设计与小型制造流程。任务书要求基于教材第5章排样原则和第4章结构设计，设计一个零件（如手机电池壳扣具）的级进模，完成CAD建模（SolidWorks）、二维出，并制作简易物理模型（3D打印或手工）。

-在工作坊中，学生需经历设计讨论、模型制作、问题调试（如导料不畅、冲孔变形），模拟企业实际工作场景，将教材知识应用于完整实践过程。教师侧重指导工艺选择（如教材中冲裁间隙的确定）和装配调试。

**3.创新设计竞赛**

-设立校级“绿色级进模设计大赛”，要求学生针对教材第5章排样优化，提出节材、降耗或环保（如废料回收利用）的创新方案，提交包含设计纸、仿真分析（SolidWorksSimulation）、成本核算（参考教材材料价格）和工艺说明的参赛作品。

-邀请行业专家和校内专业教师组成评审团，从方案创新性（关联教材排样设计改进点）、技术可行性（结合教材结构工艺）、经济环保性（体