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摘 要：从模具制造设备和工艺、模具CAD/CAM技术应用、模具的组装式结构和注塑技术的发展方面介绍了日本模具行业的发展情况。
+ M4 g$ W7 R: q: B, y. M关键词：模具；模具工业；日本
$ z6 A8 i. s( D分类号：TG76 文献标识码：C
8 U/ k* r9 O3 `0 u' I. c文章编号：1001-4934(2000)02-0084-05
- d* ~4 ~0 A% r) U- tAbstract：This paper introduced the development of Japanese die industry such as die manufacturing technology and equipment, application of die CAD/CAM technology, die assembling configuration and development of plastic injection technology etc.% n7 I, }1 N% {& [2 F+ i1 v
Key words：die; die industry; Japan▲
" f3 Z/ v- P% B8 @0 E3 Q& J 受国家科技部的委派于1998年9月至1999年2月在日本研修。研修重点是学习日本的先进机械及模具制造技术，结合讲座，在2个研究所和4所培训中心实习，参观了1所大学和28家企业。企业包括汽车、工具、量具、机床及热处理设备制造、模具设计和制造、有色金属管材生产、锻造和机械加工厂等。在这里着重谈谈日本模具行业目前的生产技术状况和发展情况。
. i1 B6 f0 ?- Z8 Y' {& U; f7 k 研修参观的模具生产企业有东芝机械、富士TACHNICA，三精密、名古屋金型和三贵金型株式会社等。东芝机械的模具厂主要生产注塑模具，富士TACHNICA主要生产汽车覆盖件冲压模具，三精密主要生产小型精密注塑模具，名古屋金型和三贵金型是汽车前后尾灯灯罩的注塑模具的专业化生产厂家。通过上述企业的参观有以下几点体会。
7 a% ?- F1 ]. |# x9 v! y) Y1 模具制造设备和工艺发展情况
$ z. D7 [. G/ q 模具制造是典型的单件小批生产，但在上述模具厂几乎都采用CNC机床、加工中心(MC)或者CNC电火花加工设备。经名古屋金型管理人员介绍，由于采用了CNC机床和加工中心等先进设备大大缩短了模具的交货期限，降低了生产成本。生产的汽车前后尾灯灯罩注塑模具交货期限为三个月，其中CAD约占100小时，CAM约100小时，机械加工100小时左右，其余时间是抛光和装配。在这个以生产汽车前后尾灯灯罩注塑模具为主小型模具厂，20多台机加工设备中电火花成形加工设备约占1/3，CNC铣床和加工中心约占2/3，只有1台加工深孔的枪钻是半自动的设备。一台主轴转速可达20 000rpm的高速加工中心有两个工作台，使用硬质合金球面立铣刀模具型腔曲面加工精度可达0.01mm，大大提高了生产效率和加工精度，减少了抛光工作量。虽然先进设备占绝对优势，但抛光工艺仍然是由人手工完成的。灯罩注塑模具的抛光分为粗抛、精抛和细抛等，抛光的用力、纹路方向、清洁程度等需要有经验的工人和严格的规章制度，否则无法生产出透明度良好的车灯灯罩。
( }# R0 K( ?* O$ ?5 l 在日本模具厂仿形铣床很少被用到，其原因一是由于仿形铣床加工精度较低，增加了抛光工作量和时间；二是制作仿形增加了生产费用和时间。有些模具厂电火花成形加工机床使用量也在减少。在东芝机械模具厂，几台仿形铣床被用作普通的铣削加工。管理人员指出：“由于高速铣削技术发展很快，而且加工精度、效率不断提高，生产周期缩短，电火花加工制作工具电极不仅需要时间，还增加了生产成本，很可能要被取代”。综合其它模具厂参观的所见所闻，仿形铣削在日本模具制造行业的确有被取代的趋势缁鸹ǔ尚渭庸ひ灿屑跎俚那魇啤BR} 关于高速铣削在今天日本模具制造行业和机床行业都是一个热门话题。它的关键技术一是要求高精度高转速的机床主轴，二是要求适应高速耐高温的铣刀。上述名古屋金型使用的高速铣削加工中心型号是MAKINO A77(三轴数控)，它是使用一个专用的高速气压轴承铣削头使达到20 000rpm。在生产锻件为主的万能工业株式会社使用瑞士和日本合资生产的Matsuura FX-5高速CNC铣床(铣刀转速最高可达30 000rpm，铣削精度0.01mm)加工锻模，并且该铣床还配备了专用的CAM软件。日本OKUMA金属切削机床公司研制生产了五轴高速模具加工中心OKUMA MICR-BI-HP(n=30 000rpm，f=30m/min)，他们还为该机床及产品配备了CAD/CAM软件。
+ e) `/ \6 X% z7 [2 模具行业CAD/CAM技术应用情况) v7 T$ o) [2 `1 _6 J f) I5 O
上述企业模具基本上全部采用计算机辅助设计和制造，各公司根据其产品特点使用不同的CAD/CAM软件。经富士TACHNICA(日本第二大专业冲压模具制造厂家，80%模具为出口产品)管理人员介绍，用户设计的冲压零件图形从互联网输出，先进行冲压结构要素设计，再进行三维模具设计。设计时根据用户的设备条件和冲压工艺，协商讨论确定模具方案。CAD结束之后使用名为OUTFORM(瑞士产)的软件进行计算机模拟分析(CAE)，该软件可以模拟使用设计模具冲压钢板的工作过程，并在计算机显示器上用不同的颜色显示出冲压件各部位的变形拉深情况，由此判断模具设计的合理性，如果哪些部位变形量过大或者起皱，要对设计的模具进行修改。由于采用CAE技术大大减少了制造过程中模具的修整和试冲压工作量。在日本汽车车身覆盖件冲压时一般不使用润滑油，其目的是为了减少冲压后的清洗工序，这样对冲压模具的设计制造提出了更高的要求。设计的模具确定之后，使用CAM软件为CNC机床或加工中心编制加工用的数控程序。一般模具根据其型腔的复杂程度，主要表面由1～2台加工中心就可以全部加工出来。有些CAM软件具有加工过程模拟功能。数控程序编制好后，可先在计算机上模拟加工过程，以检验数控程序的正确性。在确认数控程序没有问题时，可通过与厂内局域网连接的直接数控(DNC)计算机将数控程序传送至选定的CNC机床或加工中心，在毛坯准备和装卡完毕之后，便可以进行加工。由于采用了CAD/CAM技术，富士TACHNICA的汽车车身覆盖件冲压模具交货期限由原来的一年缩短为半年。1 J' n: \8 D9 Y9 L. T% p) ~1 V
CNC机床和加工中心的使用是计算机辅助制造的先决条件。名古屋金型的技术顾问介绍，为了便于进行计算机辅助制造，一个工厂的CNC机床和MC最好采用同一种类型的数控系统，这样不仅有利于CAM软件的选择(因为目前的CAM软件对各种不同类型数控系统的兼容性还有一定的局限性)，而且便于DNC计算机数据的管理、传输和CNC机床与MC的合理使用。
8 |9 X% m* r1 @' q% U 此外，用户从互联网传来的冲压件设计文件可能是使用不同的CAD软件设计的，因此模具制造厂应该有能适应不同设计文件的转换软件或者选择的模具CAD软件能辨认各种不同的设计文件。7 T" Q9 g- ^' A; s# i8 k1 [0 {
在日本模具的计算机辅助设计主要使用表面模型［1］(CAD几何造型技术的一种模式。这种模型构形时可利用线框功能先构造一线框图，然后用扫描或者旋转等手段变成带网格的曲面，也可以用系统提供的曲面图素来建立各种模型。其特点是比线框模型反映曲面的形状真实，便于形成刀具加工轨迹；比实体模型数据量小，计算机处理速度快)CAD/CAM软件，为了扩大其的适用范围，CAM部分应尽可能兼容较多的数控系统。为此日立造船情报系统株式会社(HZS)研制了GRADE/CUBE软件。该软件是基于工作站的CAD/CAM软件，特点是可以进行复杂曲面设计，编制的加工程序可适用于较多的数控系统，并且具有加工过程模拟功能。据介绍该软件已销售800多套，在日本模具行业拥有量居首位。
8 M ?, v4 j c: m8 u3 模具的组装式结构7 A, v$ w" t7 B2 \3 I/ R* L3 i
三精密是以生产小型精密注塑件为主的企业，生产的产品有汽车、打印机、照相机及办公设备上的小型注塑件等。使用的3 500多套模具都是自己设计生产的。由于注塑车间分散在不同的地方，为了便于搬运，研制了组装式注塑模具。在一个公司内，尺寸差别不大的注塑件，模具外形、导向及安装部分可设计成同样的尺寸，动定模型腔部分设计成可拆卸的组装结构，更换模具时只需要更换型腔部分组装结构即可，这样不仅节省了材料，减少了模具更换和调整时间，也减少了模具制造运输成本。管理人员介绍：由于采用这种组装式结构，更换一套模具只需3分钟左右。在以生产小型冲压件为主的久野金属工业株式会社，看到有些冲压模具也采用这种组装结构。采用这种组装结构，企业可以根据自己的产品特点制定标准和系列要求，组装方式可以采用镶嵌式，用螺钉紧固，只要保证动定模合模位置正确以及顶出机构等动作灵活即可。
6 d! Y3 \6 n) b+ U8 P. [, i$ f4 注塑技术和设备发展简况4 `6 h$ m+ I+ r, P
在日本模具厂参观时，两色、三色注塑模是一个热门话题。三贵金型制造了汽车尾灯罩的两色和三色注塑模，在以白色为基底的灯罩镶注出红、黄两种色彩。这种注塑零件虽然模具和制造成本提高，但减少了装配工作量，提高了产品的美观性。其注塑工艺是模具在第一工位注出第一种颜色，在第二工注出第二种颜色，两种颜色的材料镶嵌在一起。两色、三色注塑工艺对注塑机提出了更高的要求，一台注塑机应有两个或三个加热和加压注塑系统，模具变换工位有平移式和回转式。东芝机械注塑机厂目前已有四色注塑机产品出售。象生产汽车尾灯罩这样较大的两色和三色注塑件模具和注塑机就更加复杂。图1是三贵金型生产的汽车尾灯罩两色和三色注塑件。将不同的材料生产出两色、三色注塑件，这又增加了注塑生产工艺的难度。三精密可将工程塑料ABS和合成胶两种不同类型的材料注成两色注塑件，生产的汽车空调器按钮三色注塑件(主体黑色，如图2所示)，透明色指示电源开或关，白色的字细如钢笔字迹，可透过光来，司机在夜间或光线差的时候不开驾驶室灯的情况下很容易辨别出按钮的作用，大大提高了产品质量的竞争能力。5 O, ?7 ]9 N. e
此外，在三精密注塑车间参观，看到所有的注塑机都是机器人下料，并分离浇道和注塑件，除添加塑料原料之外，全部实现了自动化生产。管理人员介绍，这些设备每天可工作16小时甚至24小时，一个有35台注塑机的车间只有6个工人，而且每班只有3人。 ! {# F8 K* \- Q- \
5 在日本研修的体会
* J6 Q3 o: B- g0 P/ x* s5 i' Q0 B 除了上述情况介绍之外，再谈一下在日本研修学习的体会。6 M4 r: B4 d; H9 g+ W2 A
5.1 强有力的技术开发研究机构4 U$ _& q. e) _, R( L
在日本几乎所有大公司都有自己的技术开发研究机构。他们除了负责公司的设计生产技术工作之外，主要精力是开发研究新产品、新技术和新工艺。结合本公司的实际生产情况，瞄准国内外市场，研究成果能够很快应用于生产中去。可以说在日本的实用先进生产技术大多是掌握在公司的技术开发研究机构中，有些公司开发的技术独树一帜，在国内外处于领先水平。3 L; c' `$ q0 u# q
5.2 重视企业员工培训，提高职工素质
2 H3 ~! W$ V' }" f3 R' h5 x3 Q 在日本几乎所有的企业都有自己的职工培训计划，培训内容包括学习先进的技术和管理经验、生产产品的用途及国内外发展情况、工人技术等级达标等。有些让老职工传帮带，介绍经验。都认识到企业职工素质的提高，对企业的发展起着决定性的作用。) G0 i i+ V4 i. e1 Z" x& i! ~0 l
5.3 重视不断提高产品质量
% h/ [: O' Z9 g2 S 可以说日本公司不惜一切代价提高产品质量。都认识到在激烈的竞争中产品质量是企业的生命。提高产品质量除了具有先进技术之外，还需要有精益求精的精神，没有这种精神即使产品质量没有问题，但缺乏特色或者吸引力，也没有竞争能力，也很难占有大的市场份额。
0 @# ]! J7 p" x% _/ U5.4 良好的团结协作精神
! }3 n z' `6 O1 A9 P 模具已经发展成为专业化的生产，团结协作精神是十分重要的。协作生产厂家之间互相信任，风险共担、利益共享、各尽所能，是保证产品质量、提高经济效益、共同发展的关键所在。$ m1 }' Q" c: ?( R6 d; D
5.5 良好的销售服务系统+ u% ?' \( |' ~; S" ]' t
日本大多产品公司都有一套全国销售服务系统。这种系统采用定点销售、连锁服务的模式，除了促进销售服务之外，对于及时反馈信息、了解市场动向、推动产品改进也有重要作用。在日本我还注意到一点，很多生产设备销售都有客户培训服务，或者先培训后购买。培训的目的是使客户很好的了解产品的性能，掌握正确操作方法，能够处理一般故障和进行日常维护 |
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发表于 2006-12-14 19:09:30
发表于 2006-12-18 20:51:21