注塑模拟基准测试是将预测的工艺参数与实际的工艺参数和质量参数进行比较。最佳实践要求注塑模拟的输入和输出尽可能接近于真实的注塑设备的实际条件。注塑模拟的准确性受许多因素的影响，如:零件几何造型、浇道和喷嘴、模型网格类型和密度、数学有限元解、材料数据和工艺设置。注塑成型模拟的验证需要从一系列传感器测量不同位置的过程压力和温度，以及包括往复螺杆的运动来推断流量，精确、可重复的产品变形测量方法等方面进行高质量的过程测量。
本文的目的是使读者对重要问题点有一个认识，以保证注塑模拟输入与实际注塑机的实际情况相匹配。在此详细介绍了注塑模拟的输入，首先考虑了机器性能问题，其次考虑了模拟问题。这将为读者提供相关知识和理解，以改进基准测试程序。
介绍
基准测试是自计算机辅助工程(CAE)诞生之初，工程师们就开始使用的一种注塑模拟技术。最早记录在案的基准之一是Moldflow创始人科林奥斯汀(ColinAustin)在上世纪70年代末访问日本时提出的。科林在东京举办完研讨会后，在东芝公司的模具上设计了一个简单的流道平衡技术。第二天，当科林参观东芝工厂时，工程师们告诉他，他们在前一天晚上回到了工厂，组装了一个带有插入件的模具，制作了样品，他们的结果与模拟结果一致。他们印象颇深。在那个时候，有一个真正的问题是如何调节聚合物熔体在流道和型腔内的流动，在一个型腔内充填过多，而在另一个型腔内充填不足。CAE在注塑成型模拟中的应用已经从早期的流动前沿预测发展到包括注塑成型过程及其它相关工艺和相关过程的完整模拟。科林介绍了注塑分析软件验证的理论和实践。
基准测试的一个重要原因是，当用户首次运用注塑模拟应用程序时，要确认模拟结果。通常是对有代表性的模具、机器和材料组合进行广泛的研究，其中包括评估填充模式、注射压力和零件翘曲。一旦结果得到确认，实际考虑因素会记录在案，注塑模拟应用程序就可以大规模实现，这要求设计工程师与车间之间保持良好的沟通。
模具工业正在改变和改进设计和制造之间的联系，机器设置信息和过程响应的流程仍然是至关重要的。价值链的三个关键阶段:产品设计、模具设计和生产，实际上这三个方面在一个公司可能是由不同的组织管理的(见图1)，在今天也是如此。虽然这些组织可能是独立的，但重要的是CAE仿真所需的输入必须通过零件设计、模具设计、制造和生产来验证。
基准测试的目的是获得建模、材料和仿真能力方面的信心和经验，然后使用仿真结果为没有注塑数据的设计人员指导未来的设计决策。
下面的列表概述了设计和工艺工程师通常会比较的关键参数：
(i)填充
a.注射压力
b.填充模式，熔接线和滞留
c.型腔压力衰减
(ii)翘曲
a.变形，平面外
b.平面内收缩
通过信息交流，提高设计工程师、工艺工程师和调机人员之间的合作。作为产品生命周期管理系统的一部分，自动化工具可以在车间和设计工程师之间透明地传递信息，从而减少设计引起的限制。这样的系统将提供设计问题的证据，并减少轶事信息，最重要的方面是可以比较预测和实验数据。验证这类系统的关键是确保仿真结果与实际情况有良好的一致性。图2显示了基准测试过程的示意图。本文将重点讨论基准的编制，评价和理解输入信息的重要性。
注塑模拟的价值
注塑成型仿真的价值是明确的。注塑成型及其它相关工艺是最成功的模拟领域，因为：
(i)这个过程可以用一个相对简单的材料模型来表示，即广义牛顿流体，它允许流体的粘度作为变形速率的函数
(ii)控制方程可以简化为一种简单的形式，适合于在普通计算机上求解
(iii)注塑仿真具有较高的投资回报率。
注塑成型需要更多的产品和模具设计师，模具加工完成后的实验在时间和金钱上都是昂贵的。就项目成本而言，注射成型模拟相对便宜，并为那些在制造过程早期使用它的人们提供了巨大的好处。以上因素给注塑成型带来了一定程度的复杂性，这是其他塑料成型工艺所没有的。所有这些方面结合起来，使注塑成为模拟的一个理想聚焦点。与其它塑料成型工艺相比，注塑成型仿真具有更高的投资回报。
注塑模拟精度
注塑成型模拟的准确性受多种因素的影响。如果模拟的目的是预测填充模式和熔接痕或滞留点位置，那么几何形状的准确表示是最关键的因素。令人惊讶的是，模型的壁厚错误是很普遍的问题。这可能是由于在设计周期接近完成时所做的设计更改没有出现在作为仿真使用的CAD模型中，或者可能是由于模具零件与最终CAD设计没有完全匹配。
在这两种情况下，当把预测的模拟填充和短射样品进行评估对比时，重点是检查关键壁厚在模拟模型中和实际注塑产品上是否一致。另一类可能出现的几何误差是所选择的模型表示的内在简化。注射成型模拟传统上是基于零件几何形状的中性面(Midplane)壳体表示。最近，Moldflow的双层面技术(DualDomain)允许使用实体几何表示，但这两种建模方法都依赖于海莱-肖层流流动(Hele-ShawFlow)的假设，不太适合宽度/厚度比小于4的几何。对于这样的几何，由于海莱-肖近似的误差太大，需要对零件几何进行真实的实体建模表示。
如果模拟的目的是预测填充所需的压力，那么包括浇道、料把和浇口设计是必不可少的。此外，如果将模拟的注射压力与实测的注射压力进行比较，需要考虑喷嘴的压力降和喷嘴内的压缩。这可以通过将喷嘴结构和塑料压缩添加到仿真模型(通常分配一个类似于热流道的属性)或使用空射试验来实现。空射试验是指将注塑机的注射单元从模具中退回，以设定的注射速度进行注射，塑料从喷嘴头部自由射出，而不是流入模具浇口套内。空射试验中记录的喷嘴压力一般在10~40mpa之间，如果模拟模型从主料把顶部开始，则应将记录的喷嘴压力添加到预测的注射压力中。
在比较注射压力时，准确的材料数据也很重要。在这种情况下，需要比粘度数据，如果注射压力较高时(MPa)需要包括压力依赖性的相关数据，还需要一些模型来表示进浇点压力损失，拉伸粘度或接缝损失，这些损失将发生在任何强压缩条件下，例如进入狭窄的浇口。
如果仿真的目的是预测产品脱模时的最终翘曲形状，那么在仿真中准确反映出工艺设置是很重要的。特别是保压时间和保压压力(或压力分布)、冷却时间以及冷却液温度的任何相对差异对收缩量和翘曲量都有很大的影响。在现实成型中，可以将翘曲量减半，甚至可以通过改变这些工艺设置来改变某些零件的翘曲方向。注射速度对注射压力有很大影响，但对翘曲形状的影响不大。
材料数据的准确性也会影响翘曲预测的仿真精度。例如，需要使用材料的压力-体积-温度(PVT)、导热系数和比热数据来精确表征收缩和翘曲，以及固态聚合物的机械性能，如模量和热膨胀系数。通过测量一系列加工条件和几何形状的圆版样品的收缩，得出收缩修正系数，这样可用于提高收缩和翘曲预测的准确性。
几何形状的离散化(有限差分网格、有限元或有限体积单元)也将对仿真精度起关键作用。厚度变化的区域，比如浇口，应至少包含三排单元，以充分表达厚度变化。一些离散化方法允许改变几何表面以适应离散化尺寸，但在注塑成型中应避免这种情况，因为诸如浇口之类的小特征会对模拟产生关键影响。例如，由于离散化导致的浇口尺寸几何误差会导致浇口在保压过程中冻结时间的预测延迟，这将对零件的收缩和翘曲产生很大的影响。
还需要基于所使用的数值解的类型，考虑网格的尺寸。传统上，基于海莱-肖层流流动(Hele-ShawFlow)的模拟，混合采用有限元法和有限差分法，在厚度方向采用一维有限差分网格来捕捉温度、粘度和剪切速率的变化。类似地，在使用三维方法时，必须注意确保所有位置的厚度方向都存在足够的离散化，以提供足够的分辨率来表示相同的属性变化。低阶或常数性质的方案，例如有限体积法，需要比有限元法更精细的离散化程度，特别是在有限元公式中使用高阶插值的情况下。
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