从模具制造设备和技术、模具CAD/CAM技术的应用、模具的组装结构、注射成型技术的发展等方面介绍了日本模具工业的发展。受科技部委派，1998年9月至1999年2月在日本学习。学习的重点是学习日本先进的机械和模具制造技术。结合讲座，在2个研究所、4个培训中心实习，走访1所高校、28家企业。包括汽车、工具、量具、机床及热处理设备制造、模具设计及制造、有色金属管材生产、锻造及机械加工厂等。在此，我们重点介绍日本模具行业的生产技术和发展现状。走访的模具厂商有东芝机械、富士通大新、三井、名古屋大王、三桂大王株式会社，东芝的模具厂主要生产注塑模具，富士通大新主要生产汽车面板的冲压模具，三井主要生产小型精密注塑模具。名古屋金星和三桂金星是汽车前后尾灯和灯罩注塑模具的专业制造商。通过对上述企业的走访，有以下几点体会。1模具制造设备与技术的发展模具制造是典型的单件小批量生产，但上述模具厂几乎都使用数控机床、加工中心(MC)或数控电火花加工设备。据名古屋金模管理层介绍，由于采用了数控机床、加工中心等先进设备，模具的交货期大大缩短，生产成本降低。生产汽车前后尾灯和灯罩的注塑模具交货期为三个月，其中CAD约100小时，CAM约100小时，机加工约100小时，其余为抛光和装配。在这个主要生产汽车前后尾灯和灯罩注塑模具的小模具厂，20多台加工设备中，约1/3是电火花，2/3是数控铣床和加工中心，只有一台深孔枪钻是半自动的。主轴转速为20000转/分的高速加工中心有两个工作台，硬质合金球形端铣刀腔面的加工精度可以达到0.01mm，大大提高了生产效率和加工精度，减少了抛光工作量。虽然先进的设备是绝对的优势，但是抛光工艺还是靠人手工完成。灯罩注塑模具的抛光可分为粗抛光、精抛光和精抛光。抛光力度、纹路方向、清洁度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好的灯罩。日本模具厂很少用仿形铣床。原因一是仿形铣床加工精度低，增加了抛光工作量和时间。第二，复制增加了生产成本和时间。一些模具厂对电火花机床的使用也在减少。在东芝机械模具厂，几台仿形铣床用于普通铣削。管理层指出：“由于高速铣削技术的快速发展、加工精度和效率的不断提高以及生产周期的缩短，用电火花加工制造工具电极不仅需要时间，还会增加生产成本，因此很可能被取代”。综合其他模具厂的所见所闻，仿铣在日本模具制造业确实已经被取代，高速铣削是当今日本模具制造业和机床行业的热门话题。其关键技术一是需要高精度、高速度的机床主轴，二是需要高速、耐高温的铣刀。上面提到的名古屋金模使用的高速铣削中心的型号是MAKINOA77(三轴数控)，采用专用的高速气动轴承铣头，达到20000rpm。在主要生产锻件的环球工业公司，采用瑞士和日本联合生产的matsurafx-5高速数控铣床(铣刀最大铣削速度为30000rpm，铣削精度为0.01mm)加工锻模，铣床上还配有专用的CAM软件。大间金属切削机床公司
2 CAD/CAM技术在模具行业的应用基本上上述企业的模具都采用计算机辅助设计制造，每个公司根据产品特点使用不同的CAD/CAM软件。据富士通TACHNICA(日本第二大专业冲压模具制造商，80%的模具出口)经理介绍，用户设计的冲压零件图形从网上导出，先设计冲压结构元素，再设计三维模具。设计时，根据用户的设备条件和冲压工艺，通过协商讨论确定模具方案。CAD之后，使用名为OUTFORM(瑞士制造)的软件进行计算机模拟分析(CAE)。该软件可以用设计好的模具模拟冲压钢板的工作过程，并用不同的颜色在电脑显示器上显示冲压件各部分的变形和拉延情况，从而判断模具设计的合理性。如果某些零件变形过大或起皱，应修改设计的模具。CAE技术大大减少了制造过程中的模具修整和试冲压的工作量。日本汽车车身板件冲压一般不使用润滑油，目的是减少冲压后的清洗工序，这对冲压模具的设计和制造提出了更高的要求。设计的模具确定后，使用CAM软件为数控机床或加工中心编制数控程序。一般根据模具型腔的复杂程度，模具的主表面可以用1 ~ 2台加工中心加工。一些CAM软件具有模拟加工过程的功能。数控程序编制完成后，可以在计算机上进行加工过程的模拟，以检验数控程序的正确性。在确认数控程序没有问题的情况下，可以通过工厂内连接局域网的直接数控(DNC)计算机将数控程序传输到选定的数控机床或加工中心。毛坯准备和装卡完成后，即可进行加工。由于采用了CAD/CAM技术，富士通TACHNICA的汽车车身覆盖件冲压模具的交付周期从一年缩短到半年。数控机床和
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。 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。 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。3 模具的组装式结构 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。4 注塑技术和设备发展简况 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。 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。 5 在日本研修的体会 除了上述情况介绍之外，再谈一下在日本研修学习的体会。5.1 强有力的技术开发研究机构 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。5.2 重视企业员工培训，提高职工素质 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。5.3 重视不断提高产品质量 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。5.4 良好的团结协作精神 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。5.5 良好的销售服务系统 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