（1）中国企业的崛起逼迫日本模具企业寻找附加值 日本的模具产业因国内产业空洞化、中国模具产业的崛起以及雷曼事件导致的经济低迷的影响陷入了困境。在这一背景下，日本的模具厂商数量从2000年的8000多家减少到了2008年的5000多家，模具产量也下降一半，从2002年的约100万套减少到了2009年的50万多套。 在这种环境下，努力摆脱困境，为客户创造新魅力的日本模具厂商及机床厂商也令人瞩目。这种魅力在于：①超精密；②长寿命；③高速度三个方面。本文将通过在INTERMOLD 2010会场上的所见所闻介绍日本模具的魅力。 关键词是超精密、长寿命、高速度 “包括运费在内，价格只有日本的60%～70％。”在模具加工技术展会INTERMOLD 2010上，大连市的部件加工及模具厂商大连鸿升机械公司（Dalian Hongsheng Machine）展出了模具部件，并在旁边放置了介绍展品的名称及简单性能指标的卡片，上面极为醒目地标出了价格。受比日本模具低3、4成的低价格吸引，“目前已有10多家日本企业与我们有了交易。近几年客户一直在不断增加”（该公司总经理森田惠一）。 不仅仅是价格便宜，而且中国的模具技术水平也的确在迅速提高。制造超硬合金棒材并用其加工模具的湖南博云东方粉末冶金公司（Hunan Boyun Dongfang Powder Metallurgy）的员工说：“中国模具的精度与日本模具已相当接近。甚至还有厂商制造出了面粗糙度为零点几微米的模具。” 博云东方使用粒径微细至0.2～0.3μm的原料，开发出了硬度高、抗折力（弯曲强度）出色的超硬合金制棒材。可用于制造对难加工材料工件进行切削的钻头及立铣刀。而且还可用作模具部件的材料。在性能指标上，洛氏硬度（HRA）为92.0，抗折力为4GPa，丝毫不亚于日本超硬合金厂商的产品。 另外，博云东方还从事马达转子的成型模具业务，向日本精密设备企业供货。为了抑制产生铁损的涡电流，马达转子一般通过层叠厚度仅为零点几毫米的硅钢板来制造。而用冲压工艺对即薄又脆的硅钢板进行冲孔时，技术上难度很大。因此，该公司凭借该模具在日本取得了出色业绩。价格同样“比日本厂商低6～7成”。 通过彻底管理来弥补实力差距 但中国模具厂商的实力“参差不齐”。熟知中国模具厂商情况的某日本模具厂商的社长警告说：“有不少中国厂商虽然拿出的样品具有良好的精度，但量产模具却完全谈不上精度。更严重的是，有的中国厂商尽管拥有最先进的机床，放言‘能够以超过日本厂商的精度制造’，但实际上这只是宣传上的幌子，在收到定金后就会以‘做不到’为由来搪塞。” 大连鸿升机械公司的森田总经理在表示中国的模具技术实力不比日本逊色时附加了一个条件，这就是，需要有经验丰富的日本员工进行技术指导和管理。因为他认为“完全交给中国员工负责的话，存在无法保持质量的风险”。所以，该公司通过使用日本管理人员进行彻底的管理，确保了模具的精度和质量。 找到在技术及资金上均可靠的中国模具厂商，充分利用其低价格的优势来降低自己的成本。这种做法今后将会在日本企业中扩展开来。 如果能够以低价格从中国厂商采购到高水平模具的话，日本客户当然就会要求日本国内采购的模具提供中国模具所无法提供的附加值。 日本的模具产业在国内产业空洞化、中国模具产业崛起及雷曼事件导致的经济低迷的影响下陷入了困境。其结果，日本的模具厂商数量从2000年的8000多家减少到了2008年的5000多家，模具产量也下降一半，从2002年的约100万套减少到了2009年的50万多套。 在这种环境下，努力摆脱困境，为客户创造新魅力的日本模具厂商及机床厂商就非常抢眼。这种魅力存在于：①超精密；②长寿命；③高速度三个方面。 （2）以“超精密”进行反击 日本模具企业的第一项魅力即超精密。这是指制造超过中国模具的高精度模具，日本企业能够高品质地制造高难度形状的工件。 比如，Canon Mold（总部：茨城县笠间市）制造出了能够采用树脂材料形成单反数码相机自动对焦（AF）部使用的二次成像透镜（称为“眼镜透镜”）的模具部件。该透镜可使经由反光镜从摄影镜头进入AF光学系统的反射光光束在AF传感器（AF用摄像元件）上再成像。由于其精度会对焦点偏移量（焦距量）产生影响，因此是决定单反数码相机性能的重要部件之一。 二次成像透镜采用在长方形小树脂板上排列多个半径1.5mm、宽1.3mm的球面的构造。通过在中央部分排列4个球面，并在其左右各局部重叠两个球面来构成透镜。为了能够以射出成型工艺来制造该透镜，该公司将其模具精度提高到了形状精度为0.6μm、位置精度为0.2μm的超高水平。 这是在Canon Mold拥有的模具加工技术的基础上，结合使用该公司内部制造的机床和测量装置实现的。“不使用内部制造的装置的话，就达不到如此高的精度”。采用的树脂是日本瑞翁（Zeon）的热可塑性高功能树脂聚环烯烃聚合物（COP）“ZEONEX”。 0.1mm见方×4800个贯通孔 日本Sansyu Finetool（总部：爱知县高浜市）开发出了通过精密加工技术自主制造的模具制造的手机挂件样品。球体上带金属板，球体部分为开有大量小孔的网眼状。而且金属板上还以树脂显色法标有文字。 球体采用的树脂为聚缩醛（POM）。球面上合计开有4800个0.1mm见方的小贯通孔。其中内置有蓄光球，短暂受光后拿到暗处的话，便可透过小贯通孔看到光。要逐一均匀地形成这些贯通孔，就需要使用以公差±3μm的精度对模具进行加工的技术。Sansyu Finetool董事长神谷昭司表示：“还没有中国厂商能够制造出可使如此多的孔全部精确成型的模具。” Sansyu Finetool在这一精密加工中组合使用了装饰技术。在金属板上使用了通过照射激光来显色的弹性材料。照射光斑直径为50μ～100μm的钒酸钇（YVO4）激光，就会显示出粉色、淡蓝色及黄色中的任意一种颜色。虽然仅限3种颜色，但与印刷不同，不使用油墨，因此循环再利用性出色。另外，由于无需制版，可省去干燥工序，所以“成本有望比印刷更低”。 组装采用自动化方式，组装设备及装置为该公司内部制造。具体组装时先对球体上下半球分别进行成型，在下侧球中内置蓄光球，并从上面盖上上半球。然后再利用超声波对两半球的圆周状边界部分进行焊接，制成球体。最后在盖在上面的上半球的顶点处开孔，并从此处插入金属板。 本田工程开发高速高精度机床，力争实现±0.01mm以下加工精度 本田工程（Honda Engineering，总部：?木县芳贺町）正在开发面向车体模具加工用途的高速高精度机床。在日本金属冲压工业协会主办的演讲会上，本田工程的摩托车、汽车及通用车体塑型部门执行董事田冈秀树公布了这一消息。虽然以前该公司通过导入数字技术提高了速度和精度，但要想进一步缩短模具加工时间，“现有的机床已经达到了极限”（田冈）。因此，该公司开始开发可满足更高速度及精度需求的新型机床。 本田工程的目标是开发出加工精度在±0.01mm以下、平均切削进给速度在10m/min以上的机床。力争由此实现包括精加工在内的模具加工的自动化，即省去手工精加工工序。 利用现有机床时，缩短加工时间的话表面粗糙度就会增大，在刀具磨损及加工时温度变化的影响下容易产生加工落差，而且切削条件不合适时还有可能发生微小缺损，因此需要通过手工来进行精加工作业。 本田工程的调查结果显示，即使是目前为世界最高水平的机床，其加工精度不过只有±0.03mm，且平均切削进给速度也仅为6.8m/min。如果再提高速度的话，就会出现横轨（指安装在构成机床机身的框架上、具有可上下调节的导轨面的梁）移动量增大、刀具前端晃动以及滚珠丝杠产生挠曲的问题。虽然降低切削速度的话便可实现省去手工精加工工序的高精度切削，但这样便无法缩短加工时间，因此本田工程放弃了这一方法。 本田工程将力争实现高刚性定位及驱动重量最小化，并开发出高性能立铣刀及高速NC（数控）技术，通过逐一解决这些课题来开发新型机床，通过开发新机床来提高模具加工速度。 （3）模具长寿命 第二项魅力即长寿命是指增加使用模具成型工件的次数（可冲压次数），增加模具的使用寿命。如果能够使模具经得住更长时间的使用，便可减少修补及更换费用等运行成本。这样就能够降低加工所耗费的总成本（以下简称加工成本），向日本客户提供不亚于中国厂商的成本竞争力。 为了体现这一魅力，日本NAGASE INTEGREX公司（总部：岐阜县关市）提出了制造高精度模具用于量产的方案。身为机床厂商的该公司开发了高精度研磨模具的平面研磨机等。使用这些机床，可对经过淬火处理后的机械构造用碳钢S45C工件进行表面粗糙度（Ra）控制在平均为11nm、最大高度（Rz）为103nm水平的高精度镜面加工。顺便提一句，虽然用普通的模具钢也可获得同等的精度，但该公司更为关注将S45C作为可用于模具的低价材料。 NAGASE INTEGREX的提案是：通过使用可进行高精度加工的研磨机等机床，制造平行度、平面度及直角度等更高的模具。比如，能够制造无缝密合的模具，以及无塌边、毛边及卷边等的、棱角分明的冲头及冲模。 使用这样形成的高精度模具来加工工件便可准确成型，不仅可制造出无毛边等缺陷的部件，而且模具也不易受到多余的负荷，从而使寿命得以延长。就冲压加工模具而言，“冲压次数有的增加到了原来的7倍”。 比如，在对含有硅的橡胶进行成型的模具中，就有通过将间隙控制在5μm以下消除了毛边现象的例子。橡胶的成型加工作业中经常会形成毛边，从模具取出后会出现“成型品掩盖在毛边中的状态”。不过，通过使用尽量减少间隙的模具，便可实现毛边极少的成型。 要想获得高精度成品，就需要使用新型机床，因此模具的价格势必会升高，从而使加工成本中的最初成本增加。不过，在模具寿命延长使修补及更换费用降低，剔除毛边等后工序的成本得以削减，以及成品率提高使材料费得以削减的情况下，便可降低总体的运行成本。 而且还有即使机床费用较高也有望实现更大成本削减的情况。因为在加工成本中，“大量生产产品的话运行成本所占比例高达8～9成，而初期成本即模具费所占比例意外得小”。然而，日本的模具厂商和成型及加工厂商大多是分开的，因此以前很少从加工所消耗的总成本入手进行成本分析，很难有人提出“通过延长模具寿命来减少运行成本”的意见。 能够获得成本削减效果的是“数百万个/月以上的大量生产产品”。其中也存在即使产量为数十万个/月也可削减成本的情况。上述提案已被那些可从运行成本的削减中直接受益的部件厂商所接受，“丰田集团中就有企业采纳了该提案”。 开发硬而不脆的原料 为了延长寿命，富士模具（FUJI DIE，总部：东京）开发出了耐久性出色的超硬合金制模具部件――微细至直径20μm的冲头。其中对作为原料的碳化钨（WC）进行了微细化，在保持硬度与原来相当的情况下，将抗折力提高到了近3倍。可长时间保持高精度加工。 原料采用在WC中掺入作为粘合剂的钴（Co）而形成的粉末。原来采用的是WC的粒径为0.5μm（500nm）左右的“超超微粒”（“超微粒”的粒径为0.8μm～1μm。），而此次将其微细到了比0.5μm更小的“纳米微粒”。通过用冷冲压工艺将“纳米微粒”粉末制成压粉体来加工成所需要的形状。再对成型体进行真空烧结后，在高温高?下进行去除空隙（间隙、空孔）的HIP（热等静压）处理，由此制造出模具部件的材料。之后在该材料上进行研磨等机械加工，即可制成冲头。HRA为95.0，保持了与原来的95.1为同等的水平，抗折力从原来的约1.5GPa提高了近3倍，达到了4.2GPa。耐磨损性也得到提高，可将磨损量控制在原来的一半以下。 使用这一新型冲头，在半冲且冲入量为30μm的条件下，对使用不锈钢SUS430制成的厚75μm的工件进行加工时，可冲压次数增加到了90万次以上。而原来仅为70万次左右。 （4）由放电加工向直接切削转变 日本模具企业的第三项魅力即速度。这是指以超过以往的速度完成模具，缩短向客户供货前的前导时间。这样，日本企业便可比中国企业更快地向市场投放产品，从而不失去销售产品的机会。 为了缩短模具完成前所耗费的加工时间，松野模具制造所（总部：大阪府东大阪市）使用了5轴同步控制加工中心（MC）。该公司利用仅为原来一半的时间，制造出了成型树脂制汽车音响面板的模具。 与3轴控制的通用MC相比，5轴同步控制MC的模具切割（倾斜）自由度增加，可更灵活地设定球头立铣刀等刀具对模具的姿态。这样一来，刀具便可到达通用MC无法切削的、对空穴进行加工的较深形状的部分，因此能够通过直接切削来成型。而使用原来的放电加工的话，则无法成型。 松野模具利用5轴同步控制MC来加工模具的原因是希望减少比切削更耗时间的放电加工。以往在制造对汽车音响面板进行成型的模具时，通常是在使用一台通用MC对放电加工所需要的石墨制及铜制电极进行切削的同时，使用另一台通用MC对模具进行粗加工。然后再使用经切削制成的电极，对粗加工后的模具进行放电加工。这种方式不仅电极切削时间远远长于模具的粗加工，而且放电加工也需要很长时间。此外，放电加工还会在模具的表面形成硬化层，需要通过后工序进行打磨。 为了缩短加工时间，松野模具使用5轴同步控制MC尽量通过切削来处理模具。凭借这一手段，简化了电极的形状，并减小了放电加工的比例。结果，从新型的汽车音响用模具的加工时间来看，连同制作CAM数据和加工准备的时间在内，合计只需约150小时。而原来则需要300小时左右。而且，加工时间的缩短还可使模具的加工成本下降，“一件模具有望降低3成左右”。 松野模具今后的目标是“无放电加工”。如果能够彻底去掉放电加工的话，至少可以省去电极。由于能够用一台5轴同步控制MC来取代三台机床（两台通用MC和一台放电加工机），因此还可减少机床的费用。而且还可省去客户所要求的电极检验工作。此外，由于在机床上固定工件的次数（加工准备的次数）只需一次即可，因此还可高精度地完成模具。 但同时也存在问题。使用5轴控制MC时要准备复杂的CAM数据，汽车音响用模具“需要一名操作人员用80小时来完成”。而且刀具的种类也会增加。但尽管如此，这种方式对提高供货前的速度仍是有效的。 精加工时间减少4成 大隈开发出了以缩短供货期为目的的门式MC“MCR-H（Hyper）”，并试制出了汽车外围侧板的模具。通过高速且高精度地切削模具，减轻了人工打磨作业的负担。结果将模具的精加工时间缩短到了原来的6成。 大隈从日本汽车厂商得到2L排量级车型的实车数据后，根据这些数据制造了模具。虽然汽车厂商不会在量产时使用该模具，但大隈仍试制了实物模具。 切削使用的MC在X轴和Y轴上采用线性马达，将最大切削进给速度提高到了30m/min。此外还配备了在极力减少发热的同时通过预测余热的影响来进行修正的“Thermo-Friendly Concept”功能。这样一来，尽管是以高速对模具进行切削，但模具表面仍实现了出色的加工精度。 模具的材质为灰口铸铁FC250，尺寸为3345mm×805mm×1290mm。使用直径为30mm的球头立铣刀，在转速为3万rpm、切削进给速度为21m/min、切入量为0.35mm、周期进给量（Pick Feed，相邻刀具中心的轨迹距离）为0.35mm的切削条件下，对模具表面进行了加工。之后进行了轻度的人工打磨。 凭借上述措施，大隈将包括MC切削和人工打磨在内的加工时间缩短到了28小时52分。而以使用滚珠丝杠的MC进行切削之后再以人工仔细打磨的现行加工方式则需要约45个小时。这样，模具的总加工时间便缩短到了128小时零5分钟。