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模具是加工技術(shù)的核心。這些供應(yīng)商通過減少模具、縮小模具尺寸、甚至采用逐層成形，不再使用模具等方法，既降低了成本，又保證了品質(zhì)，非常值得我們借鑒。

Aqua成形法

從事除雪機(jī)開發(fā)和金屬加工等業(yè)務(wù)的Fujii Corporation公司（總部：日本燕市新潟縣），開發(fā)了減少模具費(fèi)用的“Aqua成形法”，可實(shí)現(xiàn)深沖部件成形。Fujii公司已經(jīng)將其應(yīng)用到了農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合收割機(jī)的部件加工中，生產(chǎn)脫谷作業(yè)中輸送稻殼的風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)罩。材料選擇的是厚2.3mm的深沖冷軋鋼板（SPCE）。

Aqua成形法其實(shí)是“對(duì)置液壓沖壓成形法”的應(yīng)用，采用了日本AMINO公司制造的對(duì)置液壓沖壓機(jī)。與通常的沖壓機(jī)不同，在對(duì)置液壓沖壓機(jī)的主機(jī)下方設(shè)置了水槽，其中的水（或?qū)χ靡海┚哂刑娲鷽_模承受沖壓的作用。

使用Aqua成形法加工出的樣品部件：首先，把鋼板上取下的坯料成形為深沖形狀。因?yàn)?次沖壓即可完成深沖，所以可以減少模具。然后利用激光將其切割，涂裝制作成樣品部件。

這種沖壓機(jī)首先需要使用二維激光加工機(jī)把鋼板切割成需要的形狀，然后將坯料設(shè)置在沖壓機(jī)上沖壓。此時(shí)，坯料上持續(xù)承受垂直方向均勻的水壓（對(duì)置液壓），可以加工出與凸模形狀完全一樣的部件。還能根據(jù)沖壓的進(jìn)給速度，對(duì)固定坯料邊緣的力（壓邊力）和對(duì)置液壓進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)比使用沖模的通常沖壓加工更深的沖程。沖壓工序只需1次。

對(duì)置液壓沖壓機(jī)的構(gòu)造：使用水（對(duì)置液）替代沖模。沖壓坯料（工件）時(shí)，坯料垂直方向?qū)⒊惺芫鶆虻乃畨海▽?duì)置液壓）。形成與凸模形狀一致的深沖形狀。

通過這一原理，F(xiàn)ujii Corporation公司只用1塊坯料制，就能做出旋轉(zhuǎn)罩。因?yàn)槭且惑w成形，所以只需使用對(duì)置液壓沖壓機(jī)進(jìn)行沖模。但在工件成形后，還要用三維激光加工機(jī)進(jìn)行沖孔和切邊。

過去，旋轉(zhuǎn)罩分別使用普通沖壓機(jī)制造兩個(gè)部件，通過點(diǎn)焊和弧焊將其焊接在一起。其中1個(gè)部件需要3道工序，另一個(gè)需要5道工序進(jìn)行沖壓加工，也就是共需8個(gè)模具。

通過Aqua成形法，F(xiàn)ujii公司大幅削減了模具費(fèi)，減少了部件成本。激光加工的成本則與過去焊接的成本相同。

深沖難切削材料

加藤制作所（總部：岐阜縣中津川市）也利用對(duì)置液壓沖壓成形法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)難以進(jìn)行機(jī)械加工的難切削材料的深沖。從而可以把不銹鋼、鈦合金、鎳（Ni）基耐熱合金“鉻鎳鐵合金”和同樣耐熱、耐腐蝕的合金“哈氏合金”等特殊金屬工件加工成具有深度的容器狀，適用于飛機(jī)和醫(yī)療器械部件等領(lǐng)域。

難切削材料的深沖工件：把普通沖壓機(jī)難以加工的不銹鋼、鈦合金、鉻鎳鐵合金、哈氏合金等難切削材料的工件加工成為了具有深度的容器狀。

例如，鈦合金的加工硬化和回彈強(qiáng)烈，容易發(fā)生斷裂。而且加工時(shí)，一旦表面的氧化覆膜剝落，鈦合金就會(huì)與模具燒結(jié)，會(huì)損傷表面。因此在通常的沖壓加工中，很難采用工件變形嚴(yán)重，加工硬化、回彈和模具燒結(jié)明顯的深沖加工。雖然這個(gè)問題可以通過增加工序，使用逐漸改變工件形狀的級(jí)進(jìn)模，或涂抹加工油等方式解決，但耗費(fèi)的成本太大。

而進(jìn)行對(duì)置液壓沖壓成形時(shí)，承受沖壓的是液體，與使用沖模相比，工件承受的摩擦小。這樣一來，即使變形大，工件的表面也不容易出現(xiàn)裂紋，氧化覆膜也不易剝落。最終能夠制造出沒有破損和模具（沖壓）燒結(jié)的高品質(zhì)深沖產(chǎn)品。

因?yàn)橹恍枰M(jìn)行沖壓，所以與使用復(fù)雜的級(jí)進(jìn)模的普通沖壓加工相比，也可以節(jié)省模具費(fèi)。

僅更換腔體就足夠

太陽(yáng)五金制品公司（總部：日本堺市）通過縮小模具成功削減了成本。該公司開發(fā)出的“環(huán)保鑄件”可以使用小于以往的模具，所以能夠令采用切削、失蠟、鑄造等方式加工而成的部件的成本減少60～70％。

使用小模具的“環(huán)保鑄件”加工出的部件：通過替換利用切削、失蠟、鑄造等方式加工的部件，成本可減少60～70％。

環(huán)保鑄件的特點(diǎn)是把模具分成了共同的底座以及與成形品形狀相同的腔體。在加工不同的部件時(shí)，底座作為標(biāo)準(zhǔn)品通用，只需更換腔體即可。而且，為了減少更換作業(yè)的麻煩，模具采用了卡帶方式。打開頂板，把腔體插入到底座中即可完成模具設(shè)置。

環(huán)保鑄件的模具：把模具分割成底座與腔體，加工時(shí)只需根據(jù)部件更換腔體即可。因?yàn)橹恍铚?zhǔn)備腔體的模具即可，因此模具費(fèi)可以減少到約1/2

也就是說，環(huán)保鑄件需要的模具只有腔體，材料只需傳統(tǒng)模具的1至3成，加工時(shí)間約可減少1/2，模具費(fèi)自然也可減少到1/2左右。而傳統(tǒng)模具的底座與腔體合二為一，每加工一種部件都需要新模具，因此模具費(fèi)偏高。

采用逐層成形，不再使用模具

無需模具即可加工復(fù)雜金屬部件的技術(shù)也已經(jīng)出現(xiàn)。那就是利用電子束的逐層成形（EBM）技術(shù)。其方式是向金屬粉末照射電子束使其熔化，通過冷卻凝固的方式加工復(fù)雜的金屬部件。

KOIWAI（總部：日本秦野市神奈川縣）引進(jìn)瑞典Arcam開發(fā)的EBM裝置，使用EBM技術(shù)加工了形狀復(fù)雜的換熱器。該部件與發(fā)電有關(guān)，網(wǎng)眼部分為散熱片。網(wǎng)眼不僅精細(xì)，其中還配置了油管。因?yàn)槭褂脺囟雀哌_(dá)數(shù)百℃，網(wǎng)眼部分與機(jī)殼的接合也無法使用焊接。

不使用模具制造的發(fā)電用換熱器：成形借助的是使用電子束的逐層成形（EBM）技術(shù)。使用電子束照射鋪設(shè)的金屬粉末使其熔化，然后冷卻凝固。通過多次重復(fù)這道工序，制成復(fù)雜的形狀。

EBM技術(shù)能夠根據(jù)三維CAD數(shù)據(jù)，直接對(duì)復(fù)雜的部件進(jìn)行成形。EBM裝置由電子束槍和反應(yīng)室（成形室）組成。使用的金屬粉末為含6％鋁（Al）合金（重量比）、4％釩（V）的鈦（Ti）合金Ti-6Al-4V，也就是“64鈦”。

成形原理如下：首先，在反應(yīng)室內(nèi)鋪設(shè)50μm厚的金屬粉末。接著對(duì)部件形狀需要的部分照射電子束。再在約1000℃的溫度下，金屬粉末熔化，照射電子束結(jié)束后，金屬粉末重新凝固。之后再次鋪設(shè)50μm厚的金屬粉末，通過照射電子束重復(fù)金屬粉末熔化和凝固的過程，逐漸制成了部件形狀。加工速度為1小時(shí)8mm。制成換熱器大約需要30個(gè)小時(shí)。

EBM技術(shù)的用途是加工研發(fā)使用的試制部件。有些構(gòu)成高效率發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器和燃料噴射裝置的部件試制項(xiàng)目，已經(jīng)與KOIWAI公司進(jìn)行了洽談。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)能加工出此前無法實(shí)現(xiàn)的形狀，所以“客戶基本不問試制費(fèi)要多少。雖然換熱器的費(fèi)用高達(dá)100萬日元，但客戶還是覺得‘便宜’。”（該公司稱）

使用EBM技術(shù)加工的部件：面向研發(fā)的高單價(jià)試制部件眾多。為了開發(fā)出高效率發(fā)動(dòng)機(jī)，試制傳統(tǒng)加工技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀精密部件，存在著巨大的潛在需求。

為模具追加組裝功能

橋本精密工業(yè)（總部：東京）在模具內(nèi)增加了組裝功能。這家公司以鈑金沖壓加工為基礎(chǔ)，開發(fā)出了在模具內(nèi)進(jìn)行成形以及組裝的“模內(nèi)一體組裝”技術(shù)，并且利用這項(xiàng)技術(shù)加工出了汽車的濾油器部件。這種部件具有彈性，目前已作為固定紙制濾油器的部件投入實(shí)用。

汽車濾油器的部件：由鈑金沖壓成形的部件4層重疊組成。在4個(gè)部件中，2個(gè)部件的成形以及4個(gè)部件的組裝是在模具（級(jí)進(jìn)模）內(nèi)處理。

濾油器部件由4個(gè)不同形狀的部件重疊而成。其中，2個(gè)部件的成形與4個(gè)部件的組裝采用同一個(gè)級(jí)進(jìn)模。

具體方式是：沿級(jí)進(jìn)模的縱向進(jìn)給1條環(huán)箍材料，制成外蓋。再沿垂直方向（橫向）進(jìn)給另一條環(huán)箍材料，制成內(nèi)蓋。然后再沿橫向進(jìn)給2條環(huán)箍材料。這2條材料已經(jīng)通過其他工序成形了板簧和閥，與環(huán)箍材料一同進(jìn)入級(jí)進(jìn)模。

向?yàn)V油器部件的級(jí)進(jìn)模進(jìn)給的環(huán)箍材料

沿縱向向級(jí)進(jìn)模進(jìn)給外蓋的環(huán)箍材料，沿橫向進(jìn)給內(nèi)蓋的環(huán)箍材料。這些材料經(jīng)過沖壓加工，制成外蓋與內(nèi)蓋。而且，通過其他工序事先沖壓形成了板簧與閥的2條環(huán)箍材料是沿橫向向級(jí)進(jìn)模進(jìn)給。這些板簧與閥夾在外蓋與內(nèi)蓋之間鉚接。這項(xiàng)組裝作業(yè)也是在級(jí)進(jìn)模內(nèi)自動(dòng)完成。

在級(jí)進(jìn)模內(nèi)，板簧與閥夾在外蓋與內(nèi)蓋之間，通過沖壓把4個(gè)部件鉚接在一起，制成濾油器部件。雖然還有其他可以在模具內(nèi)組裝部件的技術(shù)，但是要保證組裝4個(gè)部件位置的偏差在5μm以內(nèi)還是十分困難的。

以往，在完成沖壓加工后，4個(gè)部件需要手工組裝。現(xiàn)在在模具內(nèi)完成組裝作業(yè)，可以省去組裝工序，降低部件成本。

使樹脂與金屬牢固接合

嵌件成型是指在配置于模具內(nèi)的金屬部件的周圍注射樹脂。為了使嵌件成型時(shí)金屬與樹脂牢固接合，ECO-A公司（總部：日本大船渡市巖手縣）開發(fā)出了“通電加熱式嵌件成型裝置ELEBON PM-7”。在金屬部件暴露的部分設(shè)置了與電極接觸通電，在注射成形時(shí)進(jìn)行加熱的機(jī)構(gòu)。

ECO-A開發(fā)的通電加熱式接合裝置：電極夾在表面經(jīng)過了特殊處理的金屬部件上下，通過通電對(duì)其加熱。然后，通過擠壓樹脂部件使二者接合。通過為注射成形機(jī)配備該裝置，嵌件成型的金屬部件也能牢固接合。

金屬與樹脂接合的原理，即“化學(xué)偶聯(lián)與錨固效應(yīng)”。在金屬部件表面，需要事先進(jìn)行有機(jī)化合物三嗪硫醇表面處理。然后，在金屬部件加熱的狀態(tài)下，以一定的壓力把樹脂擠壓到部件表面，提高二者的接合強(qiáng)度。PM-7能夠通過在樹脂即將注射前進(jìn)行加熱縮短預(yù)熱時(shí)間，借助電極直接冷卻金屬部件。

能夠采用該技術(shù)接合的材料多種多樣。過去需要使用螺絲固定的樹脂部件與金屬部件，如果能夠在成形同時(shí)進(jìn)行接合，就可以減少組裝工時(shí)。設(shè)計(jì)方面，除了能夠簡(jiǎn)化形狀外，也有望實(shí)現(xiàn)低成本化，比如削減材料費(fèi)。

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