模具制造設(shè)備和工藝、模具CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用、模具的組裝式結(jié)構(gòu)和注塑技術(shù)的發(fā)展方面介紹了日本模具行業(yè)的發(fā)展情況。
    受國家科技部的委派于1998年9月至1999年2月在日本研修。研修重點(diǎn)是學(xué)習(xí)日本的先進(jìn)機(jī)械及模具制造技術(shù)，結(jié)合講座，在2個(gè)研究所和4所培訓(xùn)中心實(shí)習(xí)，參觀了1所大學(xué)和28家企業(yè)。企業(yè)包括汽車、工具、量具、機(jī)床及熱處理設(shè)備制造、模具設(shè)計(jì)和制造、有色金屬管材生產(chǎn)、鍛造和機(jī)械加工廠等。在這里著重談?wù)勅毡灸＞咝袠I(yè)目前的生產(chǎn)技術(shù)狀況和發(fā)展情況。
    研修參觀的模具生產(chǎn)企業(yè)有東芝機(jī)械、富士TACHNICA，三精密、名古屋金型和三貴金型株式會(huì)社等。東芝機(jī)械的模具廠主要生產(chǎn)注塑模具，富士TACHNICA主要生產(chǎn)汽車覆蓋件沖壓模具，三精密主要生產(chǎn)小型精密注塑模具，名古屋金型和三貴金型是汽車前后尾燈燈罩的注塑模具的專業(yè)化生產(chǎn)廠家。通過上述企業(yè)的參觀有以下幾點(diǎn)體會(huì)。
1　模具制造設(shè)備和工藝發(fā)展情況
    模具制造是典型的單件小批生產(chǎn)，但在上述模具廠幾乎都采用CNC機(jī)床、加工中心(MC)或者CNC電火花加工設(shè)備。經(jīng)名古屋金型管理人員介紹，由于采用了CNC機(jī)床和加工中心等先進(jìn)設(shè)備大大縮短了模具的交貨期限，降低了生產(chǎn)成本。生產(chǎn)的汽車前后尾燈燈罩注塑模具交貨期限為三個(gè)月，其中CAD約占100小時(shí)，CAM約100小時(shí)，機(jī)械加工100小時(shí)左右，其余時(shí)間是拋光和裝配。在這個(gè)以生產(chǎn)汽車前后尾燈燈罩注塑模具為主小型模具廠，20多臺(tái)機(jī)加工設(shè)備中電火花成形加工設(shè)備約占1/3，CNC銑床和加工中心約占2/3，只有1臺(tái)加工深孔的槍鉆是半自動(dòng)的設(shè)備。一臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)20 000rpm的高速加工中心有兩個(gè)工作臺(tái)，使用硬質(zhì)合金球面立銑刀模具型腔曲面加工精度可達(dá)0.01mm，大大提高了生產(chǎn)效率和加工精度，減少了拋光工作量。雖然先進(jìn)設(shè)備占*優(yōu)勢，但拋光工藝仍然是由人手工完成的。燈罩注塑模具的拋光分為粗拋、精拋和細(xì)拋等，拋光的用力、紋路方向、清潔程度等需要有經(jīng)驗(yàn)的工人和嚴(yán)格的規(guī)章制度，否則無法生產(chǎn)出透明度良好的車燈燈罩。
    在日本模具廠仿形銑床很少被用到，其原因一是由于仿形銑床加工精度較低，增加了拋光工作量和時(shí)間；二是制作仿形增加了生產(chǎn)費(fèi)用和時(shí)間。有些模具廠電火花成形加工機(jī)床使用量也在減少。在東芝機(jī)械模具廠，幾臺(tái)仿形銑床被用作普通的銑削加工。管理人員指出：“由于高速銑削技術(shù)發(fā)展很快，而且加工精度、效率不斷提高，生產(chǎn)周期縮短，電火花加工制作工具電極不僅需要時(shí)間，還增加了生產(chǎn)成本，很可能要被取代”。綜合其它模具廠參觀的所見所聞，仿形銑削在日本模具制造行業(yè)的確有被取代的趨勢�稻l鴰ǔ尚渭庸ひ燦屑跎俚那魘啤�{BR}　　關(guān)于高速銑削在今天日本模具制造行業(yè)和機(jī)床行業(yè)都是一個(gè)熱門話題。它的關(guān)鍵技術(shù)一是要求高精度高轉(zhuǎn)速的機(jī)床主軸，二是要求適應(yīng)高速耐高溫的銑刀。上述名古屋金型使用的高速銑削加工中心型號是MAKINO A77(三軸數(shù)控)，它是使用一個(gè)專用的高速氣壓軸承銑削頭使達(dá)到20 000rpm。在生產(chǎn)鍛件為主的*工業(yè)株式會(huì)社使用瑞士和日本合資生產(chǎn)的Matsuura FX-5高速CNC銑床(銑刀轉(zhuǎn)速*高可達(dá)30 000rpm，銑削精度0.01mm)加工鍛模，并且該銑床還配備了專用的CAM軟件。日本OKUMA金屬切削機(jī)床公司研制生產(chǎn)了五軸高速模具加工中心OKUMA MICR-BI-HP(n=30 000rpm，f=30m/min)，他們還為該機(jī)床及產(chǎn)品配備了CAD/CAM軟件。
2　模具行業(yè)CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用情況
    上述企業(yè)模具基本上全部采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造，各公司根據(jù)其產(chǎn)品特點(diǎn)使用不同的CAD/CAM軟件。經(jīng)富士TACHNICA(日本第二大專業(yè)沖壓模具制造廠家，80%模具為出口產(chǎn)品)管理人員介紹，用戶設(shè)計(jì)的沖壓零件圖形從互聯(lián)網(wǎng)輸出，先進(jìn)行沖壓結(jié)構(gòu)要素設(shè)計(jì)，再進(jìn)行三維模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)用戶的設(shè)備條件和沖壓工藝，協(xié)商討論確定模具方案。CAD結(jié)束之后使用名為OUTFORM(瑞士產(chǎn))的軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析(CAE)，該軟件可以模擬使用設(shè)計(jì)模具沖壓鋼板的工作過程，并在計(jì)算機(jī)顯示器上用不同的顏色顯示出沖壓件各部位的變形拉深情況，由此判斷模具設(shè)計(jì)的合理性，如果哪些部位變形量過大或者起皺，要對設(shè)計(jì)的模具進(jìn)行修改。由于采用CAE技術(shù)大大減少了制造過程中模具的修整和試沖壓工作量。在日本汽車車身覆蓋件沖壓時(shí)一般不使用潤滑油，其目的是為了減少?zèng)_壓后的清洗工序，這樣對沖壓模具的設(shè)計(jì)制造提出了更高的要求。設(shè)計(jì)的模具確定之后，使用CAM軟件為CNC機(jī)床或加工中心編制加工用的數(shù)控程序。一般模具根據(jù)其型腔的復(fù)雜程度，主要表面由1～2臺(tái)加工中心就可以全部加工出來。有些CAM軟件具有加工過程模擬功能。數(shù)控程序編制好后，可先在計(jì)算機(jī)上模擬加工過程，以檢驗(yàn)數(shù)控程序的正確性。在確認(rèn)數(shù)控程序沒有問題時(shí)，可通過與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接的直接數(shù)控(DNC)計(jì)算機(jī)將數(shù)控程序傳送至選定的CNC機(jī)床或加工中心，在毛坯準(zhǔn)備和裝卡完畢之后，便可以進(jìn)行加工。由于采用了CAD/CAM技術(shù)，富士TACHNICA的汽車車身覆蓋件沖壓模具交貨期限由原來的一年縮短為半年。
    CNC機(jī)床和加工中心的使用是計(jì)算機(jī)輔助制造的先決條件。名古屋金型的技術(shù)顧問介紹，為了便于進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助制造，一個(gè)工廠的CNC機(jī)床和MC*好采用同一種類型的數(shù)控系統(tǒng)，這樣不僅有利于CAM軟件的選擇(因?yàn)槟壳暗腃AM軟件對各種不同類型數(shù)控系統(tǒng)的兼容性還有一定的局限性)，而且便于DNC計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的管理、傳輸和CNC機(jī)床與MC的合理使用。
    此外，用戶從互聯(lián)網(wǎng)傳來的沖壓件設(shè)計(jì)文件可能是使用不同的CAD軟件設(shè)計(jì)的，因此模具制造廠應(yīng)該有能適應(yīng)不同設(shè)計(jì)文件的轉(zhuǎn)換軟件或者選擇的模具CAD軟件能辨認(rèn)各種不同的設(shè)計(jì)文件。
    在日本模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要使用表面模型［1］(CAD幾何造型技術(shù)的一種模式。這種模型構(gòu)形時(shí)可利用線框功能先構(gòu)造一線框圖，然后用掃描或者旋轉(zhuǎn)等手段變成帶網(wǎng)格的曲面，也可以用系統(tǒng)提供的曲面圖素來建立各種模型。其特點(diǎn)是比線框模型反映曲面的形狀真實(shí)，便于形成刀具加工軌跡；比實(shí)體模型數(shù)據(jù)量小，計(jì)算機(jī)處理速度快)CAD/CAM軟件，為了擴(kuò)大其的適用范圍，CAM部分應(yīng)盡可能兼容較多的數(shù)控系統(tǒng)。為此日立造船情報(bào)系統(tǒng)株式會(huì)社(HZS)研制了GRADE/CUBE軟件。該軟件是基于工作站的CAD/CAM軟件，特點(diǎn)是可以進(jìn)行復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)，編制的加工程序可適用于較多的數(shù)控系統(tǒng)，并且具有加工過程模擬功能。據(jù)介紹該軟件已銷售800多套，在日本模具行業(yè)擁有量居首位。
3　模具的組裝式結(jié)構(gòu)
    三精密是以生產(chǎn)小型精密注塑件為主的企業(yè)，生產(chǎn)的產(chǎn)品有汽車、打印機(jī)、照相機(jī)及辦公設(shè)備上的小型注塑件等。使用的3 500多套模具都是自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)的。由于注塑車間分散在不同的地方，為了便于搬運(yùn)，研制了組裝式注塑模具。在一個(gè)公司內(nèi)，尺寸差別不大的注塑件，模具外形、導(dǎo)向及安裝部分可設(shè)計(jì)成同樣的尺寸，動(dòng)定模型腔部分設(shè)計(jì)成可拆卸的組裝結(jié)構(gòu)，更換模具時(shí)只需要更換型腔部分組裝結(jié)構(gòu)即可，這樣不僅節(jié)省了材料，減少了模具更換和調(diào)整時(shí)間，也減少了模具制造運(yùn)輸成本。管理人員介紹：由于采用這種組裝式結(jié)構(gòu)，更換一套模具只需3分鐘左右。在以生產(chǎn)小型沖壓件為主的久野金屬工業(yè)株式會(huì)社，看到有些沖壓模具也采用這種組裝結(jié)構(gòu)。采用這種組裝結(jié)構(gòu)，企業(yè)可以根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)制定標(biāo)準(zhǔn)和系列要求，組裝方式可以采用鑲嵌式，用螺釘緊固，只要保證動(dòng)定模合模位置正確以及頂出機(jī)構(gòu)等動(dòng)作靈活即可。
4　注塑技術(shù)和設(shè)備發(fā)展簡況
    在日本模具廠參觀時(shí)，兩色、三色注塑模是一個(gè)熱門話題。三貴金型制造了汽車尾燈罩的兩色和三色注塑模，在以白色為基底的燈罩鑲注出紅、黃兩種色彩。這種注塑零件雖然模具和制造成本提高，但減少了裝配工作量，提高了產(chǎn)品的美觀性。其注塑工藝是模具在*工位注出*種顏色，在第二工注出第二種顏色，兩種顏色的材料鑲嵌在一起。兩色、三色注塑工藝對注塑機(jī)提出了更高的要求，一臺(tái)注塑機(jī)應(yīng)有兩個(gè)或三個(gè)加熱和加壓注塑系統(tǒng)，模具變換工位有平移式和回轉(zhuǎn)式。東芝機(jī)械注塑機(jī)廠目前已有四色注塑機(jī)產(chǎn)品出售。象生產(chǎn)汽車尾燈罩這樣較大的兩色和三色注塑件模具和注塑機(jī)就更加復(fù)雜。圖1是三貴金型生產(chǎn)的汽車尾燈罩兩色和三色注塑件。將不同的材料生產(chǎn)出兩色、三色注塑件，這又增加了注塑生產(chǎn)工藝的難度。三精密可將工程塑料ABS和合成膠兩種不同類型的材料注成兩色注塑件，生產(chǎn)的汽車空調(diào)器按鈕三色注塑件(主體黑色，如圖2所示)，透明色指示電源開或關(guān)，白色的字細(xì)如鋼筆字跡，可透過光來，司機(jī)在夜間或光線差的時(shí)候不開駕駛室燈的情況下很容易辨別出按鈕的作用，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量的競爭能力。
    此外，在三精密注塑車間參觀，看到所有的注塑機(jī)都是機(jī)器人下料，并分離澆道和注塑件，除添加塑料原料之外，全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。管理人員介紹，這些設(shè)備每天可工作16小時(shí)甚至24小時(shí)，一個(gè)有35臺(tái)注塑機(jī)的車間只有6個(gè)工人，而且每班只有3人。 
5　在日本研修的體會(huì)
　　除了上述情況介紹之外，再談一下在日本研修學(xué)習(xí)的體會(huì)。
5.1　強(qiáng)有力的技術(shù)開發(fā)研究機(jī)構(gòu)
　　在日本幾乎所有大公司都有自己的技術(shù)開發(fā)研究機(jī)構(gòu)。他們除了負(fù)責(zé)公司的設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)工作之外，主要精力是開發(fā)研究新產(chǎn)品、新技術(shù)和新工藝。結(jié)合本公司的實(shí)際生產(chǎn)情況，瞄準(zhǔn)國內(nèi)外市場，研究成果能夠很快應(yīng)用于生產(chǎn)中去�？梢哉f在日本的實(shí)用先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)大多是掌握在公司的技術(shù)開發(fā)研究機(jī)構(gòu)中，有些公司開發(fā)的技術(shù)獨(dú)樹一幟，在國內(nèi)外處于*水平。
5.2　重視企業(yè)員工培訓(xùn)，提高職工素質(zhì)
　　在日本幾乎所有的企業(yè)都有自己的職工培訓(xùn)計(jì)劃，培訓(xùn)內(nèi)容包括學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)、生產(chǎn)產(chǎn)品的用途及國內(nèi)外發(fā)展情況、工人技術(shù)等級達(dá)標(biāo)等。有些讓老職工傳幫帶，介紹經(jīng)驗(yàn)。都認(rèn)識到企業(yè)職工素質(zhì)的提高，對企業(yè)的發(fā)展起著決定性的作用。
5.3　重視不斷提高產(chǎn)品質(zhì)量
    可以說日本公司不惜一切代價(jià)提高產(chǎn)品質(zhì)量。都認(rèn)識到在激烈的競爭中產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命。提高產(chǎn)品質(zhì)量除了具有先進(jìn)技術(shù)之外，還需要有精益求精的精神，沒有這種精神即使產(chǎn)品質(zhì)量沒有問題，但缺乏特色或者吸引力，也沒有競爭能力，也很難占有大的市場份額。
5.4　良好的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神
　　模具已經(jīng)發(fā)展成為專業(yè)化的生產(chǎn)，團(tuán)結(jié)協(xié)作精神是十分重要的。協(xié)作生產(chǎn)廠家之間互相信任，風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、利益共享、各盡所能，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟(jì)效益、共同發(fā)展的關(guān)鍵所在。
5.5　良好的銷售服務(wù)系統(tǒng)
    日本大多產(chǎn)品公司都有一套全國銷售服務(wù)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)采用定點(diǎn)銷售、連鎖服務(wù)的模式，除了促進(jìn)銷售服務(wù)之外，對于及時(shí)反饋信息、了解市場動(dòng)向、推動(dòng)產(chǎn)品改進(jìn)也有重要作用。在日本我還注意到一點(diǎn)，很多生產(chǎn)設(shè)備銷售都有客戶培訓(xùn)服務(wù)，或者先培訓(xùn)后購買。培訓(xùn)的目的是使客戶很好的了解產(chǎn)品的性能，掌握正確操作方法，能夠處理一般故障和進(jìn)行日常維護(hù)。