2018/12/25

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FLOW-3D 软件在奥托立夫中国区方向盘产品开发中的应用研究
发布日期:2018-12-10  来源:FLOW-3D  浏览次数:195
核心提示: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
 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。
QQ截图20181210110429
图1 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。
微信图片_20181210110546

图2 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。
微信图片_20181210110710
图3 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)
微信图片_20181210110846
图4 固化模型
QQ截图20181210110938
图5     410mm和440mm 短射实验结果
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图6    410mm和440mm 短射仿真与实验结果对比

微信图片_20181210111059
图7    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

QQ截图20181210111349
图8     400mm和420mm 短射实验结果
QQ截图20181210111430
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。

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