虚拟研发之塑料工程
1》传统塑料零件的设计生产过程：2》塑料产品常见的问题：3》模流仿真的兴起5》仿真在塑料产品设计阶段需要关注的问题6》仿真在塑料产品生产阶段需要关注的问题7》模流仿真的现状及展望传统塑料零件的设计生产过程：
塑料是重要的有机合成高分子材料，由于其轻便坚固，可塑性强，加工容易便于大量生产，耐腐蚀性及良好的绝缘性，同时其物理性能及化学性能也在不断的发展，在某种情况下已经能替代钢材的使用，其优良特性使其广泛应用于现代生活的各个领域，如家电，仪器仪表，建材，通信电子，汽车，航天航空等等。
传统的塑料产品从设计到生产是一个比较复杂的过程，它包括塑料件的产品设计，塑料模具的设计，模具的加工制造，和注塑生产这几个主要方面。它需要产品设计工程师，模具设计工程师，模具制造工程师及注塑工艺工程师来协同完成。
它是一个设计，修改，再设计的反复迭代，不断优化的过程。
塑料产品常见的问题：
对于产品研发人员来说，使用塑料一般会关注塑料的力学性能，如强度，刚度，弹性，弯曲属性及冲击性能等。其次会考虑塑料本身的物理性能，如绝缘性，光学特性，及外形美观等要求。化学性能，如耐腐蚀，气味，可否喷涂等等。
同时，可靠的加工性如流动性，尺寸精度也是选择材料的重要因素之一。
但是实际产品在制造过程中会有各类缺陷会影响上述的各种性能要求。
如熔接痕部位的力学性能可能只有正常部位的50%。烧焦，气泡和缩痕不仅影响表面外观也会有效降低产品的力学属性。飞边和翘曲变形有效影响零件的装配性能。其他的如注不满，空隙，放射纹等等都会有效的降低产品的物理力学属性。
这也是传统的制造方法需要不断的设计，修改，再设计的反复迭代不断优化的主要原因。
各种缺陷出现的原因有很多，涉及到了不良的结构设计，模具设计考虑不周，
模具加工错误，错误的注塑机参数设定等等，这导致塑料产品的整个生产周期比较长，成本比较高。
模流仿真的兴起：
由于塑料设计加工制造缺陷的复杂性，传统靠打样实验验证的长周期和高成本已经越来越难以满足企业市场激烈竞争的需要。计算机技术的发展，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。当前在塑料行业已经在使用的主流模流仿真软件有3种。
Mold flow 是最早的模流分析软件之一，它在国内的应用大概有10年以上的历史。它的最大优点在于材料库材料种类繁多，一旦材料选择正确，工艺参数设置合理，仿真结果与实际产品匹配度很高。
台湾也有一款模流分析软件叫MOLDEX3D,它与mold flow相比在于其 3D网格是六面体，可以分析流道反转，这项技术可以实现冷热料流的随意分配，达到注塑平衡的目的。缺点在于材料种类比较少。
HSCAE 是国内开发的的模流分析软件，与mold flow相比操作不够人性化，但价格便宜，在国产材料库方面会比其他软件强。
仿真在塑料产品设计阶段需要关注的问题:
常规的塑料件设计往往会关注到拔模问题，设计CAD软件一般会提供拔模分析来确保模具制造的可行性。
但是其他的一些缺陷如打不满造成的产品问题，翘曲和变形问题引起的装配问题，熔接痕导致的力学缺陷等往往要到产品试制完成后才被发现，与之而来的更改就会造成制造成本的增加和制造周期的延长。
产品特征设计的过薄或者过深都会影响熔融塑料在模具内的流动，在不影响功能的情况下，策略性的增加特征的厚度可有效增加熔融塑料的流动性。
塑料件的特征壁厚变化大引起的收缩不均造成的翘曲和变形，设计需要确保变形大小应落在尺寸的公差范围内。
对于有力学性能要求的功能件来说，应确保熔接痕不落在零件使用过程中的应力集中处，熔接痕处的力学性能往往只有正常性能的50%。
以上的这些问题在某种程度上可以依靠后期的模具工艺调整和注塑工艺调整来解决，但是需要反复试错，这也是需要把它放在产品设计过程中考虑的主要原因。
仿真在塑料产品生产阶段需要关注的问题：
模具的浇注系统不合理会造成填充不足，凹陷与缩痕，应力集中及熔接痕等质量缺陷。针对这些缺陷可以通过调整流道及浇口的形状，位置及数量来优化模具设计方案，提高塑料制品的表面质量及力学性能。
有效的冷却系统可以降低因热传导不均产生的残余应力，从而有效控制产品翘曲，保证成品尺寸的精确度与稳定度。同时由于模具的冷却时间占整个生产周期的三分之二以上，那么有效的冷却回路设计将减少单件生产时间，提高生产率。
注塑机的工艺参数如注塑压力，注塑时间，注塑温度，保压背压都会对产品的尺寸精度，力学性能和外观属性产生各种影响。
模流仿真的现状及展望
模流分析目前已广泛应用于模具行业和注塑行业，通过模流分析可以提前预判模具的浇注系统及冷却系统，减少模具的修改。
同时可以在仿真软件上提前预设注塑的工艺参数用以减少试模的次数及提高试模的效率。
当前的模流仿真不止要求软件操作，正确的模流仿真还要求工程师具备塑胶材料知识，产品设计经验，模具设计制造知识及了解注塑工艺。完全理解不同参数背后的工程要求。只有这样才可以提高仿真的正确率。
目前模流分析在产品开发过程中应用的还很少，很多公司不能正确理解模流分析的应用，总是认为这应该是供应商的职责。实际上，由于供应商只负责单件
生产，就无法准确关注到装配过程中的变形问题，同时力学性能的问题总是在产品最后的实验过程才能发现，这导致了产品周期延长及成本上升。
最好的方法总是预防问题而非解决问题，如果我们能把整个模流分析的动作提前，在产品设计初期就对所有的可缺陷予以关注，不仅可以有效提高产品质量，同时还可以缩短模具制造及注塑加工的周期和成本。
这也是企业数字化的必经之路。
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