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。研修重點是學(xué)習(xí)日本的先進機械及模具制造技術(shù)，結(jié)合講座，在2個研究所和4所培訓(xùn)中心實習(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、機床及熱處理設(shè)備制造、模具設(shè)計和制造、有色金屬管材生產(chǎn)、鍛造和機械加工廠等。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)有東芝機械、富士TACHNICA，三精密、名古屋金型和三貴金型株式會社等。東芝機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)的參觀有以下幾點體會。
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機床和加工中心等先進設(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月，其中CAD約占100小時，CAM約100小時，機械加工100小時左右，其余時間是拋光和裝配。在這個以生產(chǎn)汽車前后尾燈燈罩注塑模具為主小型模具廠，20多臺機加工設(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臺加工深孔的槍鉆是半自動的設(shè)備。一臺主軸轉(zhuǎn)速可達20 000rpm的高速加工中心有兩個工作臺，使用硬質(zhì)合金球面立銑刀模具型腔曲面加工精度可達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、精拋和細拋等，拋光的用力、紋路方向、清潔程度等需要有經(jīng)驗的工人和嚴格的規(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間；二是制作仿形增加了生產(chǎn)費用和時間。有些模具廠電火花成形加工機床使用量也在減少。在東芝機械模具廠，幾臺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)和機床行業(yè)都是一個熱門話題。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)，它是使用一個專用的高速氣壓軸承銑削頭使達到20 000rpm。在生產(chǎn)鍛件為主的*工業(yè)株式會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算機輔助設(shè)計和制造，各公司根據(jù)其產(chǎn)品特點使用不同的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)計的沖壓零件圖形從互聯(lián)網(wǎng)輸出，先進行沖壓結(jié)構(gòu)要素設(shè)計，再進行三維模具設(shè)計。設(shè)計時根據(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))的軟件進行計算機模擬分析(CAE)，該軟件可以模擬使用設(shè)計模具沖壓鋼板的工作過程，并在計算機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)計的合理性，如果哪些部位變形量過大或者起皺，要對設(shè)計的模具進行修改。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一般不使用潤滑油，其目的是為了減少沖壓后的清洗工序，這樣對沖壓模具的設(shè)計制造提出了更高的要求。設(shè)計的模具確定之后，使用CAM軟件為CNC機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，可先在計算機上模擬加工過程，以檢驗數(shù)控程序的正確性。在確認數(shù)控程序沒有問題時，可通過與廠內(nèi)局域網(wǎng)連接的直接數(shù)控(DNC)計算機將數(shù)控程序傳送至選定的CNC機床或加工中心，在毛坯準備和裝卡完畢之后，便可以進行加工。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機床和加工中心的使用是計算機輔助制造的先決條件。名古屋金型的技術(shù)顧問介紹，為了便于進行計算機輔助制造，一個工廠的CNC機床和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(因為目前的CAM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計算機數(shù)據(jù)的管理、傳輸和CNC機床與MC的合理使用。
    此外，用戶從互聯(lián)網(wǎng)傳來的沖壓件設(shè)計文件可能是使用不同的CAD軟件設(shè)計的，因此模具制造廠應(yīng)該有能適應(yīng)不同設(shè)計文件的轉(zhuǎn)換軟件或者選擇的模具CAD軟件能辨認各種不同的設(shè)計文件。
    在日本模具的計算機輔助設(shè)計主要使用表面模型［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。其特點是比線框模型反映曲面的形狀真實，便于形成刀具加工軌跡；比實體模型數(shù)據(jù)量小，計算機處理速度快)CAD/CAM軟件，為了擴大其的適用范圍，CAM部分應(yīng)盡可能兼容較多的數(shù)控系統(tǒng)。為此日立造船情報系統(tǒng)株式會社(HZS)研制了GRADE/CUBE軟件。該軟件是基于工作站的CAD/CAM軟件，特點是可以進行復(fù)雜曲面設(shè)計，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、照相機及辦公設(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)計生產(chǎn)的。由于注塑車間分散在不同的地方，為了便于搬運，研制了組裝式注塑模具。在一個公司內(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)計成同樣的尺寸，動定模型腔部分設(shè)計成可拆卸的組裝結(jié)構(gòu)，更換模具時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)整時間，也減少了模具制造運輸成本。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)品特點制定標(biāo)準和系列要求，組裝方式可以采用鑲嵌式，用螺釘緊固，只要保證動定模合模位置正確以及頂出機構(gòu)等動作靈活即可。
4　注塑技術(shù)和設(shè)備發(fā)展簡況
    在日本模具廠參觀時，兩色、三色注塑模是一個熱門話題。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提出了更高的要求，一臺注塑機應(yīng)有兩個或三個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。東芝機械注塑機廠目前已有四色注塑機產(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)，白色的字細如鋼筆字跡，可透過光來，司機在夜間或光線差的時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，看到所有的注塑機都是機器人下料，并分離澆道和注塑件，除添加塑料原料之外，全部實現(xiàn)了自動化生產(chǎn)。管理人員介紹，這些設(shè)備每天可工作16小時甚至24小時，一個有35臺注塑機的車間只有6個工人，而且每班只有3人。 
5　在日本研修的體會
　　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。
5.1　強有力的技術(shù)開發(fā)研究機構(gòu)
　　在日本幾乎所有大公司都有自己的技術(shù)開發(fā)研究機構(gòu)。他們除了負責(zé)公司的設(shè)計生產(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)合本公司的實際生產(chǎn)情況，瞄準國內(nèi)外市場，研究成果能夠很快應(yīng)用于生產(chǎn)中去�？梢哉f在日本的實用先進生產(chǎn)技術(shù)大多是掌握在公司的技術(shù)開發(fā)研究機構(gòu)中，有些公司開發(fā)的技術(shù)獨樹一幟，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)計劃，培訓(xùn)內(nèi)容包括學(xué)習(xí)先進的技術(shù)和管理經(jīng)驗、生產(chǎn)產(chǎn)品的用途及國內(nèi)外發(fā)展情況、工人技術(shù)等級達標(biāo)等。有些讓老職工傳幫帶，介紹經(jīng)驗。都認識到企業(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提高產(chǎn)品質(zhì)量。都認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)采用定點銷售、連鎖服務(wù)的模式，除了促進銷售服務(wù)之外，對于及時反饋信息、了解市場動向、推動產(chǎn)品改進也有重要作用。在日本我還注意到一點，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行日常維護。