关于奥托立夫

奥托立夫公司(AUTOLIV)是在瑞典设立的一家国际跨国公司，成立于1956年， 公司主要产品为汽车电子安全系统，座椅安全带系统以及电子控制单元，汽车方向盘系统等。目前，奥托立夫是全世界最大的“汽车乘员保护系统”生产商，在世界上28个国家有80多家生产性工厂，同时有20个被当地政府所认可的碰撞试验中心，及13个全球研发中心。目前有员工4万多人，年销售额为62亿美元。其股票同时在美国和瑞典上市，为美国财富五百强之一。

摘要：

高压压铸模型的合理性是压铸缺陷预测的关键，而热传导和固化行为是压铸过程中影响流动的重要因素。然而通过多组项目的实际对比分析研究，原始仿真模型中，均一的热传导系数和缺省的固化阻力使得仿真结果与试验结果不符。

本文拟通过FLOW-3D仿真和试验的短射形状进行核对，通过多次调整热传导系数和缺省的固化阻力，获得AM50A材料的热传导与固化阻力的优化值。然后，将此优化值应用于另一个项目的零件上，验证了优化值的合理性。此外，采用优化后的模型预测孔洞的分布，与X-RAY 射线检测的分布非常一致。本文优化的高压压铸模型，可为高压压铸模型的合理性检测提供借鉴。

Investigation on Application of FLOW-3D in the armature development of Autoliv China

Autoliv China Technical Center
Yanhua Li，Qiyan Wang，Qiang Liu
ABSTRACT：
Modelling reasonability of HPDC is the key in prediction of defect. Heat transfer coefficient and solidification are two important factors which affect fluid flow pattern. However, during our simulation works of many comparison results, the previous model define a constant HTC and default solidification parameter and make little correlation between test and CAE results.

In this paper, we use short shot test and simulation of one project to correlate die casting model by tuning HTC and solidification parameter. Then, these optimized parameters are used in another project armature to validate the accuracy of these parameters. In addition, we compared hole distribution between CAE and X-Ray tests, they have very similar results. This investigation can be used for model improvement and validation of high pressure die casting simulation.
Keywords：High pressure die casting; FLOW-3D; Short shot test; Steer wheel armature

1. 研究背景

高压压力铸造(High Pressure Die Casting）的实质是在高压作用下，使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型（压铸模具）型腔，并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法，如图1所示。与其它铸造方法相比，压铸有以下三方面优点：产品质量好、生产效率高、经济效果优良。

高压铸造仿真

方向盘骨架一般由铝镁合金铸造而成，如图2所示，材料为AM50A或者是AM60B，这种材料制成的骨架具有轻量化、高强度和高韧性的性能。但高压铸造的过程中，铝镁合金容易产生氧化物和卷气，导致骨架强度的性能下降。因此，降低氧化物和卷气缺陷是目前高压压铸生产过程中的迫切要求。

流体仿真可以在计算机上模拟高压压铸的全部过程，能够提前预测金属在模具型腔中的流动行为、温度分布、氧化物分布浓度、卷气等等，在模具修改之前就能找出优化的方案，降低试模成本和开发周期。

某方向盘骨架

FLOW-3D 是由美国国家实验室于1980年所开发,至今发展超过30年,一直专注于自由液面流体模拟,广泛运用于 铸造,水利环工,海洋离岸工程,海洋排放,核电,涂层,渗透,电焊,焊锡,舱体摇晃,喷墨,微流体,多相流,非线性波浪,流固耦合等等真实三维仿真模拟。

在方向盘高压压铸的模拟中，高压压铸模型的合理性是压铸缺陷预测的关键，而热传导和固化行为是压铸过程中影响流动的重要因素，这里我们采用短射方案进行核对。短射仿真与实验对比如图3所示，短射实验中流体前沿会停止在某个位置，而仿真结果却是流体到处流动，与实验事实相悖。通过多组项目的实际对比分析研究，原始仿真模型中，均一的热传导系数和缺省的固化阻力使得仿真结果与试验结果不符。

某方向盘短射仿真结果与实验的对比

为了提高高压压铸模拟的精确度，改善产品缺陷预测水平，本文拟通过FLOW-3D仿真和试验的短射形状进行核对，通过多次调整热传导系数和缺省的固化阻力，获得AM50A材料的热传导与固化阻力的优化值。然后，将此优化值应用于另一个项目的零件上，验证了优化值的合理性。此外，采用优化后的模型预测孔洞的分布，与X-RAY 射线检测的分布非常一致。

2. 方向盘骨架项目A的仿真参数对标
材料：AM50A
熔料温度：680 摄氏度
满射行程：543 mm
短射行程：410mm、440mm
固化模型调整：TSDRG （图4）

固化模型

410mm和440mm 短射实验结果

410mm和440mm 短射仿真与实验结果对比

410mm和440mm 短射孔洞仿真与X-RAY实验的结果对比

通过优化调整模型的固化参数和热传导设置，我们得到了短射形状一致的结果(410mm和440mm),如图5与6所示。此外，还通过X-RAY射线实验验证了孔洞分布预测的准确性，说明此模型的合理性。下面我们将用另外一个项目来进一步佐证模型。

3.项目A仿真优化参数在项目B上的验证
材料：AM50A
熔料温度：680 摄氏度
满射行程：543 mm
短射行程：400mm、420mm

(a) 400 mm

(b) 420mm

400mm和420mm 短射实验结果

400mm和420mm 短射仿真与实验结果对比

4. 结论
本文调整了压铸模型中的固化和热传导设置，通过FLOW-3D仿真和试验的短射形状进行核对来获得优化的压铸模型，并用另外一个项目来进一步佐证此模型。FLOW-3D软件是一种通用流体仿真软件，FLOW-3D CAST则是特为铸造行业而开发的铸造仿真软件。适用于铸造压铸的模型则更加地接近压铸生产，更为准确度为我们提供良好的缺陷预测。

第一作者简介：
李艳华 博士 男  高级工程师

学历 / 经历：
    同济大学 机械工程博士
    奥托立夫（中国）仿真，高级工程师
            技术 / 专长：
    塑料高分子注塑工艺仿真及缺陷解决        Moldex3D
    铝镁合金高压铸造仿真及缺陷解决                Flow3D
    考虑制造过程的联合强度仿真  DIGIMAT-RP   DYNA
    冲压成形仿真及缺陷解决                DYNA/Autoform