關(guān)于奧托立夫

奧托立夫公司(AUTOLIV)是在瑞典設(shè)立的一家國際跨國公司，成立于1956年， 公司主要產(chǎn)品為汽車電子安全系統(tǒng)，座椅安全帶系統(tǒng)以及電子控制單元，汽車方向盤系統(tǒng)等。目前，奧托立夫是全世界最大的“汽車乘員保護(hù)系統(tǒng)”生產(chǎn)商，在世界上28個國家有80多家生產(chǎn)性工廠，同時有20個被當(dāng)?shù)卣J(rèn)可的碰撞試驗(yàn)中心，及13個全球研發(fā)中心。目前有員工4萬多人，年銷售額為62億美元。其股票同時在美國和瑞典上市，為美國財(cái)富五百強(qiáng)之一。

摘要：

高壓壓鑄模型的合理性是壓鑄缺陷預(yù)測的關(guān)鍵，而熱傳導(dǎo)和固化行為是壓鑄過程中影響流動的重要因素。然而通過多組項(xiàng)目的實(shí)際對比分析研究，原始仿真模型中，均一的熱傳導(dǎo)系數(shù)和缺省的固化阻力使得仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果不符。

本文擬通過FLOW-3D仿真和試驗(yàn)的短射形狀進(jìn)行核對，通過多次調(diào)整熱傳導(dǎo)系數(shù)和缺省的固化阻力，獲得AM50A材料的熱傳導(dǎo)與固化阻力的優(yōu)化值。然后，將此優(yōu)化值應(yīng)用于另一個項(xiàng)目的零件上，驗(yàn)證了優(yōu)化值的合理性。此外，采用優(yōu)化后的模型預(yù)測孔洞的分布，與X-RAY 射線檢測的分布非常一致。本文優(yōu)化的高壓壓鑄模型，可為高壓壓鑄模型的合理性檢測提供借鑒。

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

高壓壓力鑄造(High Pressure Die Casting）的實(shí)質(zhì)是在高壓作用下，使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度充填壓鑄型（壓鑄模具）型腔，并在壓力下成型和凝固而獲得鑄件的方法，如圖1所示。與其它鑄造方法相比，壓鑄有以下三方面優(yōu)點(diǎn)：產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)良。

高壓鑄造仿真

方向盤骨架一般由鋁鎂合金鑄造而成，如圖2所示，材料為AM50A或者是AM60B，這種材料制成的骨架具有輕量化、高強(qiáng)度和高韌性的性能。但高壓鑄造的過程中，鋁鎂合金容易產(chǎn)生氧化物和卷氣，導(dǎo)致骨架強(qiáng)度的性能下降。因此，降低氧化物和卷氣缺陷是目前高壓壓鑄生產(chǎn)過程中的迫切要求。

流體仿真可以在計(jì)算機(jī)上模擬高壓壓鑄的全部過程，能夠提前預(yù)測金屬在模具型腔中的流動行為、溫度分布、氧化物分布濃度、卷氣等等，在模具修改之前就能找出優(yōu)化的方案，降低試模成本和開發(fā)周期。

某方向盤骨架

FLOW-3D 是由美國國家實(shí)驗(yàn)室于1980年所開發(fā),至今發(fā)展超過30年,一直專注于自由液面流體模擬,廣泛運(yùn)用于 鑄造,水利環(huán)工,海洋離岸工程,海洋排放,核電,涂層,滲透,電焊,焊錫,艙體搖晃,噴墨,微流體,多相流,非線性波浪,流固耦合等等真實(shí)三維仿真模擬。

在方向盤高壓壓鑄的模擬中，高壓壓鑄模型的合理性是壓鑄缺陷預(yù)測的關(guān)鍵，而熱傳導(dǎo)和固化行為是壓鑄過程中影響流動的重要因素，這里我們采用短射方案進(jìn)行核對。短射仿真與實(shí)驗(yàn)對比如圖3所示，短射實(shí)驗(yàn)中流體前沿會停止在某個位置，而仿真結(jié)果卻是流體到處流動，與實(shí)驗(yàn)事實(shí)相悖。通過多組項(xiàng)目的實(shí)際對比分析研究，原始仿真模型中，均一的熱傳導(dǎo)系數(shù)和缺省的固化阻力使得仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果不符。

某方向盤短射仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的對比

為了提高高壓壓鑄模擬的精確度，改善產(chǎn)品缺陷預(yù)測水平，本文擬通過FLOW-3D仿真和試驗(yàn)的短射形狀進(jìn)行核對，通過多次調(diào)整熱傳導(dǎo)系數(shù)和缺省的固化阻力，獲得AM50A材料的熱傳導(dǎo)與固化阻力的優(yōu)化值。然后，將此優(yōu)化值應(yīng)用于另一個項(xiàng)目的零件上，驗(yàn)證了優(yōu)化值的合理性。此外，采用優(yōu)化后的模型預(yù)測孔洞的分布，與X-RAY 射線檢測的分布非常一致。

2. 方向盤骨架項(xiàng)目A的仿真參數(shù)對標(biāo)
材料：AM50A
熔料溫度：680 攝氏度
滿射行程：543 mm
短射行程：410mm、440mm
固化模型調(diào)整：TSDRG （圖4）

固化模型

410mm和440mm 短射實(shí)驗(yàn)結(jié)果

410mm和440mm 短射仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

410mm和440mm 短射孔洞仿真與X-RAY實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對比

通過優(yōu)化調(diào)整模型的固化參數(shù)和熱傳導(dǎo)設(shè)置，我們得到了短射形狀一致的結(jié)果(410mm和440mm),如圖5與6所示。此外，還通過X-RAY射線實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了孔洞分布預(yù)測的準(zhǔn)確性，說明此模型的合理性。下面我們將用另外一個項(xiàng)目來進(jìn)一步佐證模型。

3.項(xiàng)目A仿真優(yōu)化參數(shù)在項(xiàng)目B上的驗(yàn)證
材料：AM50A
熔料溫度：680 攝氏度
滿射行程：543 mm
短射行程：400mm、420mm

(a) 400 mm

(b) 420mm

400mm和420mm 短射實(shí)驗(yàn)結(jié)果

400mm和420mm 短射仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比

4. 結(jié)論
本文調(diào)整了壓鑄模型中的固化和熱傳導(dǎo)設(shè)置，通過FLOW-3D仿真和試驗(yàn)的短射形狀進(jìn)行核對來獲得優(yōu)化的壓鑄模型，并用另外一個項(xiàng)目來進(jìn)一步佐證此模型。FLOW-3D軟件是一種通用流體仿真軟件，F(xiàn)LOW-3D CAST則是特為鑄造行業(yè)而開發(fā)的鑄造仿真軟件。適用于鑄造壓鑄的模型則更加地接近壓鑄生產(chǎn)，更為準(zhǔn)確度為我們提供良好的缺陷預(yù)測。

第一作者簡介：
李艷華 博士 男  高級工程師

學(xué)歷 / 經(jīng)歷：
?    同濟(jì)大學(xué) 機(jī)械工程博士
?    奧托立夫（中國）仿真，高級工程師
            技術(shù) / 專長：
?    塑料高分子注塑工藝仿真及缺陷解決        Moldex3D
?    鋁鎂合金高壓鑄造仿真及缺陷解決                Flow3D
?    考慮制造過程的聯(lián)合強(qiáng)度仿真  DIGIMAT-RP   DYNA
?    沖壓成形仿真及缺陷解決                DYNA/Autoform