■誠模精密科技 / 李海 模流分析高級工程師
摘要
近年來，在中國智造2025 計劃大背景下，製造行業迎來春天；很多模具製造公司對行業轉型升級進行不斷思考和嘗試；其中，“T 零”量產是被提及最多的新要求。在此要求下，做為模具行業第一站的模流仿真分析，被認為不可缺少的重要環節，如何提升模流仿真分析準確性，是達到“T 零”量產要求的主力軍。
在模流分析整個環節中，塑膠材料數據因素尤為重要，如果仿真分析中材料數據不準確，直接導致分析結果的不確定性，對判讀結果造成誤判；更有甚者，對擬定的解決方案起負作用，從而導致模具成本增加，模具開發周期也可能因此造成延誤，其利害可見一斑。
前言
本案以真實案例為範本，著重從材料方面，闡述模流分析結果對於模具設計初期的方向起到決定作用；材料數據是模流分析的基礎，唯有從材料實驗室測量得到精準的數據，擬合提供給模流分析軟體，才有可能得到準確的結果，為模具設計指明方向，從側面反映出對“T 零”量產的助力。
案例簡介
本文案例為廚衛燈後殼（如圖1），其產品信息、模具信息，以及成型信息分別介紹如下。
• 產品信息：產品的長度與寬度皆為295.00 mm，高度為36.60 mm，體積195.36 cc，重量246.15 g。
• 模具信息：其模具尺寸為600*950*600 mm，模穴數為1*2 CAV，模具類型為兩板模，其進膠方式是採一點針閥熱流道。
• 成型信息： 成型機臺為HAITIAN 的HTF 450W1/J5-A，其噸位為450T，塑膠材料為PP 36380MAKingFa。
圖1：本文案例─廚衛燈後殼，作為產品的次外觀件
圖2：材料黏度和PVT 曲線對比
模流分析過程
模流分析開始確定塑膠材料後，首先會在軟體材料庫中收索，如果材料庫中沒有，需要根據材料物性表找替代料，這是目前行業中最常規的做法；但是替代料對於分析結果，只具有間接參考意義，不能作為修改和設計的依據。本案例我們可以對比一下，替代料與實際材料之間的差异。
材料選擇
塑膠材料物性中，對模流分析結果產生影響的物性主要由黏度曲線和PVT 曲線（如圖2），以及機械性能。選擇替代分析材料主要是通過比對MFR 熔融指數、加工溫度等物性，找到數值比較接近的材料，但替代料畢竟不是實際材料，接近程度高也只能作為參考。
模擬翹曲變形
• 替代材料模擬分析：在圖3 a. 的替代材料模擬分析中，可以看到產品的X 方向朝外凸出0.32mm，而Y 方向亦朝外凸出0.15mm。
• 實際材料模擬：在圖3 b. 的實際材料模擬中，則可以發現產品的X 方向朝外凸出0.25mm，Y 方向則向內凹0.03mm。
• 客戶要求：產品需裝配PP 材料擴散面板，無螺絲固定，四邊卡扣卡緊，為防止脫落，客戶要求4 邊內凹，最大內凹量不超過1mm。
• 方案確定：通過多種進膠方式的模流對比，產品都無法達到客戶的要求，主要原因在於產品本身結構（外觀支撑肋條），故準備採用開模前的反變形補償來解決。反變形補償的依據來源為模流分析變形結果，所以對結果的準確度要求較高；通過替代分析的塑膠材料模擬結果來看，其參考的意義不大，所以必須使用實際材料以及實驗室測量的準確數據，完成模擬變形，通過反變形設計，成型後得到滿足客戶需求的產品。最終設計方案（如圖4 所示），根據圖3 b. 的實際材料模擬結果，在X 方向向外凸0.25m 的兩邊，產品上做向內凹0.85mm 的預變形設計；在Y 方向向內0.03mm 的兩邊，產品上做向內0.60mm 的預變形設計，這個是在模具設計的初期就做在3D 上，避免後期修模更換模仁，最大程度節省成本。
實際“T 零”試模結果
• 充填流動短射對比：“T 零”試模短射與模流充填結果對比，如圖5 所示。
• 最終變形對比：依照模具反變形設計，試模後產品四邊都內凹0.55mm 左右，達到客戶要求；與模流分析結果一致。
• “T 零”結果：“T 零”試模後，客戶組裝適配，一次OK。
模流分析準確性高的必要條件
實現“T 零”量產的目標，模具開發整個過程每個環節都很重要，任何環節出現問題都無法實現；模流分析作為整個環節第一站，作用更加明顯，如何保證模流分析的準確性，做到以下三點則是基本要求。
材料測量
模流分析中使用的塑膠材料數據，是保證分析結果準確度的最重要基礎，所有的模擬結果都是依照此基礎開展，如果這個基本項都沒有保證，後續所有結果都存在不確定性，即使某一項或幾項結果能吻合，也只能說明巧合；無法做到嚴謹科學依據。
材料量測實驗室，是模流分析材料庫真實數據來源，包含黏度曲線、PVT 曲線、比熱和熱傳導，以及機械性能的所有數據，都可以通過測量獲得，然後擬合成為模流分析軟體可讀取的材料檔案（如圖8），是進行準確模擬分析的真實基礎。
機臺鑒定
模流分析的成型參數如何與現場射出機臺保持一致，也是一個不可忽視的環節。無論是模擬的成型參數拿到現場去實現，還是現場的實際參數返回到模流分析軟體中複盤，其根本點就是軟體中的機臺一定要與現場機臺性能一致；具體表現在速度和壓力的響應，通過機臺鑒定，可以真實提取現場機臺的響應時間曲線（如圖9），將其擬合至軟體中，就能做到輸入或輸出的對應。
圖3：模擬翹曲變形，a. 為替代材料模擬分析；b. 為實際材料模擬
模具加工精度
模具的真實數據，必須要與模擬分析的模型保持一致，這個也是一項基本要求；如果模擬的模型與模具尺寸相差較大，同樣會使模擬結果存在較大差异，擁有先進的加工設備和優質的加工程式是必不可少的；模具加工精準度也是評價一家合格模具公司的重要指標之一。
結論
“T 零”量產是一個系統的工程，需要整個模具開發團隊協同努力，每個環節都是重點，缺一不可。只有重視每個環節，才有實現這個目標的可能。模流分析的準確性需要關注每一個細節，任重而道遠。■
圖4：客戶產品尺寸要求與模具預變形設計
圖5：“T 零”試模短射對比
圖6：“T 零”試模變形結果，四邊內凹0.55mm
圖7：模具開發的完整流程
圖8：模流材料物性
圖9：機臺鑒定速度壓力響應
