文：奥托立夫（上海）汽车安全系统研发有限公司 李艳华、王岐燕、刘强
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。
关键字：高压压铸; FLOW-3D; 短射实验; 方向盘骨架
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。
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。
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。
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）
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
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，在不同的应用领域需要进行调整，以适应水利、铸造、不同的物理过程。本文修改设置的目的就是为了让模型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
