(57)【要約】【課題】解析結果と実際の鋳造結果との整合性を向上させることができる鋳造品の欠陥位置予測方法、欠陥位置予測装置、欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体を提供する。【解決手段】鋳造品の欠陥位置予測方法は、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する方法であって、鋳型モデル作成工程と、複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、湯流れ解析の結果と、鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、複数の要素におけるガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、湯流れ解析において算出されたガス圧と、流速と、ガス圧の閾値とに基づいて、溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備えている。【選択図】図４Ａ
2020019032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する方法であって、
上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、
上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、
上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、
上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、
上記欠陥位置予測工程は、
任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、
上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、
上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、
上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、
上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程と
を備え、
上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測方法。
【請求項２】
請求項１において、
上記移動計算工程は、
上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、
上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、
上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、１要素分の移動距離を算出する１要素分移動距離算出工程と、
上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記１要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程と
を備えた
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、
上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測方法。
【請求項４】
溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する装置であって、
上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成手段と、
上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析手段と、
上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出手段と、
上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測手段とを備え、
上記欠陥位置予測手段は、
任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定し、
上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定し、
上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定し、
上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定し、
上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体の発生判定、上記溶湯の流入判定、上記移動計算、及び上記欠陥前駆体の位置設定を繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定するものであり、
上記ガス圧閾値算出手段は、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測装置。
【請求項５】
請求項４において、
上記欠陥位置予測手段は、上記移動計算として、
上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出し、
上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定し、
上記各要素のサイズと、上記移動方向とに基づき、１要素分の移動距離を算出し、
上記欠陥前駆体の移動距離が、上記１要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測装置。
【請求項６】
請求項４又は請求項５において、
上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、
上記欠陥位置予測手段は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測装置。
【請求項７】
溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測するためのプログラムであって、
上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、
上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、
上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、
上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、
上記欠陥位置予測工程は、
任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、
上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、
上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、
上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、
上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程と
を備え、
上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測プログラム。
【請求項８】
請求項７において、
上記移動計算工程は、
上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、
上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、
上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、１要素分の移動距離を算出する１要素分移動距離算出工程と、
上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記１要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程と
を備えた
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測プログラム。
【請求項９】
請求項７又は請求項８において、
上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、
上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測プログラム。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれか一に記載された鋳造品の欠陥位置予測プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、鋳造品の欠陥位置予測方法、欠陥位置予測装置、欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋳造品の欠陥等を低減させるために、鋳造シミュレーションにより鋳造品の欠陥を判定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、溶湯の充填解析を行い、その結果得られたガスの情報も考慮して凝固解析に利用することで、溶湯充填中のガス巻き込みを考慮した実際の鋳造過程に近い鋳巣解析を行い得る金属鋳物の鋳巣解析方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１３１６０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の鋳造シミュレーション解析結果と、実際の鋳造品とでは、欠陥の発生位置にずれがあり、解析結果と実際の鋳造結果との間の整合性が低いという問題があった。
【０００６】
そこで本開示では、解析結果と実際の鋳造結果との整合性を向上させることができる鋳造品の欠陥位置予測方法、欠陥位置予測装置、欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、ここに開示する第１の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測方法は、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する方法であって、上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、上記欠陥位置予測工程は、任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程とを備え、上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出することを特徴とする。
【０００８】
本技術では、ガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定し、湯流れ解析情報を用いて欠陥前駆体の移動位置を算出し、最終的な欠陥位置を評価する。本構成によれば、ガス圧の閾値を、実際の圧力鋳造時に発生するガス情報を考慮して設定することにより、より正確な欠陥位置の予測が可能となる。
【０００９】
第２の技術は、第１の技術において、上記移動計算工程は、上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、１要素分の移動距離を算出する１要素分移動距離算出工程と、上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記１要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
本技術によれば、湯流れ解析情報のうち、欠陥前駆体が発生した要素及び当該要素の周辺の要素における溶湯の流速情報から欠陥前駆体の移動位置を算出し、最終的な欠陥位置を評価する。本構成によれば、より正確な欠陥位置の予測が可能となる。
【００１１】
第３の技術は、第１又は第２の技術において、上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測することを特徴とする。
【００１２】
本技術によれば、より正確な欠陥位置及び欠陥サイズの予測が可能となる。
【００１３】
ここに開示する第４の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測装置は、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する装置であって、上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成手段と、上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析手段と、上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出手段と、上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測手段とを備え、上記欠陥位置予測手段は、任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定し、上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定し、上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定し、上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定し、上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体の発生判定、上記溶湯の流入判定、上記移動計算、及び上記欠陥前駆体の位置設定を繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定するものであり、上記ガス圧閾値算出手段は、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出することを特徴とする。
【００１４】
第５の技術は、第４の技術において、上記欠陥位置予測手段は、上記移動計算として、上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出し、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定し、上記各要素のサイズと、上記移動方向とに基づき、１要素分の移動距離を算出し、上記欠陥前駆体の移動距離が、上記１要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定することを特徴とする。
【００１５】
第６の技術は、第４又は第５の技術において、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、上記欠陥位置予測手段は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測することを特徴とする。
【００１６】
ここに開示する第７の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測プログラムは、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測するためのプログラムであって、上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、上記欠陥位置予測工程は、任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程とを備え、上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出することを特徴とする。
【００１７】
第８の技術は、第７の技術において、上記移動計算工程は、上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、上記要素及び／又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、１要素分の移動距離を算出する１要素分移動距離算出工程と、上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記１要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
第９の技術は、第７又は第８の技術において、上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測することを特徴とする。
【００１９】
ここに開示する第１０の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測プログラムを記録した記録媒体は、第７乃至第９の技術に記載された鋳造品の欠陥位置予測プログラムを記録したものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上述べたように、本開示によると、ガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定し、湯流れ解析情報を用いて欠陥前駆体の移動位置を算出し、最終的な欠陥位置を評価する。本構成によれば、ガス圧の閾値を、実際の圧力鋳造時に発生するガス情報を考慮して設定することにより、より正確な欠陥位置の判定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本開示の実施形態に係るダイカストマシンの概略を示す断面図。
【図２】同ダイカストマシンで得られるエンジンのシリンダブロックの斜視図。
【図３】本開示の実施形態に係る欠陥位置予測装置を示すブロック図である。
【図４Ａ】同実施形態に係る欠陥位置予測方法のフローチャートである。
【図４Ｂ】図４Ａの欠陥位置予測方法の欠陥位置予測工程を示すフローチャートである。
【図５】任意のタイムステップにおける湯流れ解析において得られたガス圧の値の一例を示す図である。
【図６】欠陥前駆体発生判定工程を説明するための図である。
【図７】溶湯流入判定工程、移動距離算出工程及び移動方向決定工程を説明するための図である。
【図８】移動方向決定工程を説明するための図である。
【図９】移動方向決定工程を説明するための図である。
【図１０】移動方向決定工程を説明するための図である。
【図１１】移動方向決定工程を説明するための図である。
【図１２】移動計算繰り返し工程を説明するための図である。
【図１３】欠陥位置決定工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００２３】
（実施形態１）
≪鋳型の一例≫
図１に示すように、本実施形態に係る鋳型はハイプレッシャーダイカスト（溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造）に使用される金型１であり、キャビティを減圧した状態でダイカストが行われる真空ダイカスト用金型である。なお、図１はダイカストマシンを概略的に描いたものである。金型１（鋳型）は、中子２を備え、例えば図２に示すエンジンのシリンダブロック３（鋳造品）を鋳造するためのキャビティ４を有する。固定盤５には、ランナ６、ゲート７及びベントランナー８が形成されている。固定盤５には、ランナ６を介して溶湯Ｍをキャビティ４に射出するためのスリーブ１０とプランジャチップ９とを有する射出シリンダ１１が配設されている。また、固定盤５には、真空引き通路であるベントランナー８を介してキャビティ４を減圧するための真空ポンプ（図示省略）が取付けられている。
【００２４】
図２のシリンダブロック３は、４つのシリンダボア１２を備えた直列４気筒エンジンのシリンダブロックであり、アルミニウム合金製である。なお、第１気筒〜第４気筒を＃１〜＃４の符号で示している。また、図２において、矢印で示す方向を左右方向とする。そして、本実施形態に係る欠陥位置予測方法は、エンジンのシリンダブロックに限らず、種々の鋳造品に適用することができる。
【００２５】
≪欠陥位置予測装置≫
本開示の実施形態に係る欠陥位置予測方法には、例えば図３に示す欠陥位置予測装置２１を利用することができる。
【００２６】
欠陥位置予測装置２１は、鋳造用ＣＡＥ(Computer Aided Engineering)システムであり、制御装置２２、入力装置２３、出力装置２４、記憶装置２５及び演算装置２６を備えている。入力装置２３、出力装置２４、記憶装置２５及び演算装置２６は制御装置２２に接続されている。入力装置２３は、コンピュータに接続されるキーボードやマウスによって構成される。出力装置２４は、コンピュータに接続されるディスプレイ等によって構成される。記憶装置２５としては、コンピュータにおけるＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部が用いられ、演算装置２６としては、コンピュータのＣＰＵからなる演算処理部等が用いられる。
【００２７】
記憶装置２５には、金型１に関する情報、溶湯射出条件に関する情報、演算装置２６における演算に関する情報、並びに演算処理を実行するプログラム等が記憶されている。特に、記憶装置２５には、後述するように、シリンダブロック３の鋳型モデルにおける湯流れ解析の結果としての複数の要素の状態量、ガス圧閾値、欠陥前駆体位置、及び欠陥位置等が記憶されている。
【００２８】
演算装置２６は、後述する鋳型モデル作成手段、射出条件設定手段、湯流れ解析手段、ガス圧閾値算出手段、及び欠陥位置予測手段を構成する。
【００２９】
≪欠陥位置予測方法≫
本開示の実施形態に係る欠陥位置予測方法を図４Ａ，図４Ｂに示すフローチャート、及び図５〜図１３を参照して説明する。
【００３０】
本開示の実施形態に係る欠陥位置予測方法は、図４Ａに示すように、鋳型モデル作成工程Ｓ１と、湯流れ解析工程Ｓ２と、ガス圧閾値算出工程Ｓ３と、欠陥位置予測工程ＳＩとを備える。
【００３１】
＜鋳型モデル作成工程＞
鋳型モデル作成工程Ｓ１において、上記シリンダブロック３を鋳造する鋳型である金型１のキャビティ４を複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する。
【００３２】
この鋳型モデル作成工程Ｓ１は演算装置２６の鋳型モデル作成手段において行う。鋳型モデルの作成には、製品ＣＡＤモデルに基づいて金型の設計段階で作成される鋳造方案ＣＡＤモデルを用いる。モデル作成手段は、鋳造方案ＣＡＤモデルをメッシュ分割することにより、キャビティ４が複数の要素に分割されてなる鋳型モデル（有限要素モデル）を作成する。なお、要素のサイズや形状は任意であるが、例えば、１つの要素を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下角の立方体とすることができる。また、例えば、鋳造品の鋳型モデルを１０万個以上１０億個以下の要素に分割することができる。また、本明細書において、複数の要素を「メッシュ」と称することがある。
【００３３】
＜湯流れ解析工程＞
湯流れ解析工程Ｓ２において、上記鋳型モデルを用いてＣＡＥによる湯流れ解析を行う。この工程は演算装置２６の湯流れ解析手段において行う。具体的には、図２の鋳造品の圧力鋳造のときと同じ溶湯射出条件で湯流れ解析を行う。溶湯射出条件の設定は、演算装置２６の射出条件設定手段において行う。溶湯射出条件として、溶湯温度、射出速度、ゲートの形状及び位置等を設定する。これら射出条件は、記憶装置２５に格納されている射出条件に基づいて、射出条件設定手段が自動的に選択して設定する。なお、作業者が射出条件を入力装置２３により入力するようにしてもよい。
【００３４】
湯流れ解析手段には、例えば、MAGMA GmbHの「MAGMASOFT」、クオリカ社の「JSCAST」等の汎用の鋳造解析ソフトウェアを用いることができる。そして、任意に設定されたタイムステップ毎に計算を、溶湯の充填開始（充填率０％）から充填終了（充填率１００％）まで繰り返し行い、各タイムステップにおける各要素の種々の状態量を算出することができる。各タイムステップ間の時間間隔は、特に限定されるものではないが、例えば０．１秒以上２秒以下に設定することができる。
【００３５】
この湯流れ解析により、上記キャビティの各要素における状態量として、各要素におけるガス圧、各要素に到達した溶湯の流速を算出する。なお、各要素に到達した溶湯の流速は、ベクトル情報で得られる。
【００３６】
また、本明細書において、「ガス圧」とは、各要素のうち溶湯が充填されていない要素の圧力情報をいう。例えば、図５に示すように、１６個の要素からなるメッシュＭ１を考える。メッシュＭ１において、０と表示されている要素は、溶湯が１００％充填しており、ガスが存在しておらず、そのガス圧が０であることを示している。また、例えば、１００と表示された要素は、溶湯の充填率が１００％ではなく、ガスが存在しており、そのガス圧が１００ｍｂａｒであることを示している。
【００３７】
図５には、タイムステップＴＳ１〜ＴＳ３における湯流れ計算で得られたメッシュＭ１の各要素のガス圧の値を示している。
【００３８】
タイムステップＴＳ１では、９個の要素においてガス圧値が１００ｍｂａｒとなっており、当該９個の要素からなる領域にガスが存在していたと考えられる。そして、タイムステップＴＳ２では、当該９個の要素のうち、中心部の３個の要素において、ガス圧が３００ｍｂａｒに上昇していることが判る。さらにタイムステップＴＳ３では、上記３個の要素のうちの１つにおいてガス圧が９００ｍｂａｒに上昇していることが判る。
【００３９】
これらのガス圧の表示から、タイムステップＴＳ１以前に上記９個の要素からなる領域においてガス領域が生じ、タイムステップ毎に上記ガス領域の周辺から当該ガス領域の要素に溶湯が流入して上記ガス領域の体積が縮小するとともに、当該ガス領域を構成する要素におけるガス圧が上昇したものと考えられる。
【００４０】
このように、上述の汎用ソフトウェアでは、各要素におけるガス圧の最大値の履歴が各タイムステップにおける湯流れ計算の結果として表示される。そして、後述するように、当該ガス圧が所定の閾値を超えた場合に、当該要素において、いずれ鋳造品内の欠陥となる気泡、すなわち「欠陥前駆体」が発生したと判定することができる（後述するガス圧閾値算出工程Ｓ３、欠陥位置予測工程ＳＩの記載参照）。なお、上述の汎用ソフトウェアでは、ガス圧値が高い要素にいずれかのタイムステップで欠陥前駆体が発生したとしてもその移動を正確に表示することはできない。また、汎用ソフトウェアでは、ガス圧は、残留空気のガス圧だけを計算することができ、その他のガス成分に由来するガス圧は計算結果には反映されていない。
【００４１】
＜ガス圧閾値算出工程＞
ガス圧閾値算出工程Ｓ３において、湯流れ解析工程Ｓ２で得られた湯流れ解析の結果と、鋳造品であるシリンダブロック３において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、鋳型モデルに含まれる各要素におけるガス圧の閾値を算出する。「ガス圧の閾値」とは、上述の欠陥前駆体が発生すると判定できるガス圧の下限値のことをいう。当該算出は、ガス圧閾値算出手段としての演算装置２６により実行される。そして、算出されたガス圧の閾値は記憶装置２５に格納される。
【００４２】
−ガス圧閾値算出方法−
ガス圧の閾値は、例えば、ボイル・シャルルの法則を適用し、下記式（１）を用いて、以下のようにして算出される。
【００４３】
Ｐ１・Ｖ０／Ｔ１≧Ｐ２・Ｖ２／Ｔ２  ・・・（１）
但し、式（１）中、Ｐ２、Ｖ２、Ｔ２は、鋳造品において発生を予測したい欠陥発生条件に関する値であり、それぞれ、予測鋳造圧、予測欠陥体積、予測溶湯温度である。なお、予測鋳造圧Ｐ２は、実際に鋳造を行うときに想定される鋳造圧、予測欠陥体積Ｖ２は、実際の鋳造品において欠陥と判定され得る空隙の体積、予測溶湯温度Ｔ２は、実際に鋳造を行うときに想定される溶湯温度を採用することができる。
【００４４】
また、Ｐ１、Ｔ１は、湯流れ解析工程Ｓ２の湯流れ解析値であり、それぞれ、任意のガス領域のガス圧、当該ガス領域の温度である。なお、当該ガス領域は、１又は２以上の要素からなる。そして、Ｖ０は、湯流れ解析工程Ｓ２の湯流れ解析結果から得られる上記ガス領域の体積の値Ｖ１を、後述するように、実際に欠陥を生じ得るガス成分量を考慮して補正した値である。
【００４５】
まず、Ｔ１＝Ｔ２と仮定する。なお、本実施形態ではＴ１＝Ｔ２と仮定する例について説明するが、Ｔ１及びＴ２の関係については、この限りではない。すなわち、溶湯の凝固時には、一般的に溶湯温度は低下するため、計算条件としてＴ１及びＴ２を異なる値と仮定することもできる。
【００４６】
次に、鋳造品であるシリンダブロック３において発生を予測したい欠陥の最小直径Ｒ（欠陥サイズの情報）を決定する。そして、上述の最小直径Ｒから、欠陥を真球とみなして、欠陥の体積Ｖ２を下記式（２）のように仮定する。
【００４７】
Ｖ２＝４π（Ｒ／２）３／３＝πＲ３／６  ・・・（２）
次に、湯流れ解析工程Ｓ２の湯流れ解析の結果得られた上記領域の体積Ｖ１を、実体補正してＶ０の値を得る。具体的に、補正は以下の通り行う。
【００４８】
すなわち、汎用ソフトウェアによる湯流れ解析では、残留空気の体積のみしか計算することができない。従って、湯流れ解析の結果得られた上記領域の体積Ｖ１は、残留空気の体積を示している。
【００４９】
しかしながら、キャビティ４内には、真空引き条件下においても、残留空気に加え、プランジャチップ９の摺動潤滑用の潤滑剤の揮発ガス、キャビティ面に塗布される離型剤の揮発ガス、水素ガス等が存在している。
【００５０】
なお、これらの成分からなる残留ガスの発生量及び成分量は、後述するように、通常、公知のガス分析により分析することができる。そして、本願発明者らは、ガス分析の結果と、実際の鋳造品の分析結果から、残留ガス内に含まれるガス成分のうち、欠陥発生原因となり得る成分は残留空気を含む特定の成分であることを見出した。
【００５１】
そうすると、ステップ２の湯流れ解析の結果得られた領域の体積Ｖ１は、残留空気の体積であるから、上記残留ガスのうち、残留空気に加えて、その他の欠陥発生原因となり得る成分の体積を考慮して、体積Ｖ１を欠陥発生原因となり得る特定成分の体積Ｖ０に換算することが適切である。従って、欠陥発生原因となり得る特定成分の体積を１、特定成分中の空気の体積の割合をｔとすると、欠陥発生原因となり得る特定成分の体積Ｖ０は、下記式（３）により得ることができる。
【００５２】
Ｖ０＝Ｖ１×１／ｔ＝Ｖ１／ｔ  ・・・（３）
上記式（２），（３）を上記式（１）に代入して整理すると、下記式（４）を得る。
【００５３】
Ｐ１≧（πＲ３・ｔ／６Ｖ１）×Ｐ２  ・・・（４）
式（４）より、ガス圧Ｐ１の閾値は、（πＲ３・ｔ／６Ｖ１）×Ｐ２であることが判る。
【００５４】
−ガス圧閾値算出の一例−
例えば、予測鋳造圧Ｐ２＝６０ＭＰａ（＝６０×１０４ｍｂａｒ）、ガス中に含まれる欠陥発生原因となり得る特定成分中における空気の体積の割合ｔ＝０．１５８（後述するガス分析の実験例１６のライトボスの窒素割合から空気割合を算出）、発生を予測したい欠陥の最小直径Ｒ＝０．５ｍｍ、Ｖ１＝６．６ｍｍ３とすると、式（４）から、Ｐ２≧９３４ｍｂａｒとなり、ガス圧Ｐ１の閾値は９３４ｍｂａｒと算出することができる。
【００５５】
−実際の鋳造品におけるガス分析−
シリンダブロック３の鋳造時に、鋳型の各部で生成される鋳造サンプルについて、公知のガスクロマトグラフィー分析及び鋳造サンプルの目視による組織観察結果により、ガス量とガス成分（種類：Ｈ２，Ｏ２，ＣＨ４，ＣＯ，ＣＯ２，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６）並びに欠陥量及び欠陥位置との関係を分析した。鋳造サンプルの構成を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2020019032.tif 000003
【００５７】
表１中、実験例１の保持炉内溶湯は、固定盤５内に配設された溶湯の保持炉内で形成されたロッド状の粗鋳造品である。実験例２のナマコ又は実験例３の押出ナマコは、スリーブ１０の予熱のための手動捨て打ち（実験例２）又は自動捨て打ち（実験例３）の結果得られた粗鋳造品であり、スリーブ１０内で円柱状に凝固した溶湯である。実験例４〜１４は、シリンダブロック３の各部であり、第１気筒ボア排気側、第１気筒ボア吸気側、第２気筒ボア排気側、第２気筒ボア吸気側、第３気筒ボア排気側、第３気筒ボア吸気側、第４気筒ボア排気側、第４気筒ボア吸気側、バックメタル及びライトボスは、図２中それぞれ符号１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、３１及び３２で示される部位である。なお、実験例１３のレフトボスは、図２中には図示していないが、シリンダブロック３の左側の側面に、実験例１６のライトボスと同様に、補機等の組み付け用に配設された管状又は円柱状の突起部位である。実験例１５は、図１中符号８で示すベントランナーにおいて凝固した粗鋳造品である。
【００５８】
鋳造条件は、以下の通りである。すなわち、２２５０トンのハイプレッシャーダイカストマシン（ＵＢＥ社製）を用いた。鋳造圧は６０ＭＰａ、溶湯はアルミニウム合金、溶湯温度は約６５０℃、溶湯射出速度は６．０ｍ／ｓ、金型温度は約１８０℃であった。また、プランジャチップ９の摺動潤滑用の潤滑剤は、精製鉱植物油黒鉛分散体（日本黒鉛工業株式会社製、プランジャーハイトF-1G）、成形面塗布用の離型剤は、変性有機官能性ポリシロキサン（日本アチソン株式会社製、Deltacast liquid powder 1）を用いた。なお、潤滑剤及び離型剤の塗布は、ハイプレッシャーダイカスト装置に付設された噴霧装置により行った。潤滑剤及び離型剤から発生し得る主なガス成分は、Ｈ２，Ｏ２，ＣＨ４，ＣＯ，ＣＯ２，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６と考えられる。潤滑剤及び離型剤の塗布の有無は、表１中、○（塗布あり）及び×（塗布なし）で示している。なお、実験例２〜１５の潤滑剤の塗布量は、８．０ｍＬであった。また実験例４〜１５の離型剤の塗布量は、７．０ｍＬであった。
【００５９】
また、鋳造サンプルの目視による組織観察は、観察者１名が鋳造サンプルの組織を観察し、約０．５ｍｍ以上の径の空隙を欠陥として、下記の４段階で評価することにより行った。
【００６０】
×  欠陥なし又はほとんどなし
△  欠陥少しあり
○  欠陥あり
◎  欠陥かなり多い
表１，２に、実験例１〜１５の鋳造サンプルについて、残留ガス量（総量及び鋳造サンプル１００ｇ当たり）と、残留ガスの成分割合の分析結果、及び鋳造サンプルの目視による観察結果を示す。
【００６１】
【表２】
2020019032.tif 000004
【００６２】
実験例１の保持炉内溶湯や実施例２のナマコの鋳造サンプルでは、目視による組織観察の結果から、欠陥量が少なく、残留ガス中に含まれる水素ガスは、欠陥を生じにくい成分であることが判る。もっとも、これらの鋳造サンプルにおいても、残留空気（後述するように、表２のガス成分の窒素割合から算出）による欠陥は発生していると考えられる。
【００６３】
実験例３の押出ナマコの鋳造サンプルでは、少し欠陥が観察された。また、ガス成分では、水素Ｈ２の割合が減少し、二酸化炭素ＣＯ２の割合が増加し、メタンＣＨ４、一酸化炭素ＣＯもトレース量検出されている。これは、プランジャチップ９に塗布された潤滑剤の影響によるものと考えられる。なお、潤滑剤は、溶湯内に取り込まれる前に揮発してガス状態で溶湯内に取り込まれるか、又は液体状態で溶湯内に取り込まれて、鋳造時に揮発し、欠陥を生じると考えられる。
【００６４】
実験例４〜１１のボアでは、実験例１〜３のものに比べて、残留ガス量が増加し、水素Ｈ２、窒素Ｎ２、メタンＣＨ４、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ２が１０〜３０％程度検出されている。また、実験例４〜１１では、実験例１〜３のものに比べて、欠陥量が増加した。これは、特に成形面に塗布された離型剤の影響によるものと考えられる。離型剤についても、潤滑剤と同様に、溶湯内に取り込まれる前に揮発してガス状態で溶湯内に取り込まれるか、又は液体状態で溶湯内に取り込まれて、鋳造時に揮発し、欠陥を生じると考えられる。
【００６５】
実験例１２のバックメタルでは、実験例４〜１１のボアに比べ、二酸化炭素ＣＯ２量がトレース量となり、一酸化炭素ＣＯ量が特に増加しているものの、欠陥量はバックメタルとボアとではほとんど変化が見られない。
【００６６】
実験例１３，１４のボスでは、実験例４〜１１のボアと比較して、ガス成分の種類はほぼ同一であるものの、残留ガス量が増加し、欠陥量も増加している。ボスは、シリンダブロック３の側面に突起状に設けられているため、ボアに比べ溶湯の充填が困難であり、残留ガスによる欠陥が発生しやすいことが原因と考えられる。
【００６７】
実験例１５のベントランナーでは、残留ガス量及び欠陥量が大幅に増加した。ベントランナーは真空引き通路であるため、鋳型内の残留ガスが集中しやすく欠陥が生じやすいと考えられる。
【００６８】
−欠陥を生じ得るガス成分−
上記ガス分析結果から、キャビティ内に存在するガスの成分のうち、欠陥発生原因となり得る成分は、残留空気、離型剤揮発ガス及び潤滑剤揮発ガスであることが判る。また、ガス中に含まれる成分のうち、水素は、鋳造圧により鋳造中にほとんど抜けてしまうため、欠陥の原因とはなりにくい。
【００６９】
従って、ガス圧Ｐ１の閾値を求める際に、鋳造品の欠陥発生条件の１つとして、圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して補正後の体積Ｖ０を設定することができる。具体的には、上記式（４）において、残留ガス中に含まれるガス成分のうち、欠陥発生原因となり得る特定成分、すなわち残留空気、離型剤揮発ガス、及び潤滑剤揮発ガス（具体的には、メタンＣＨ４、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ２、エチレンＣ２Ｈ４、エタンＣ２Ｈ６等であり、離型剤及び潤滑剤の種類等によって、ガス成分は変化し得る）の体積の割合を１、当該特定成分中の残留空気の割合をｔとして、補正後の体積Ｖ０を算出することができる。なお、残留ガス中に含まれる残留空気の割合は、例えば、空気の成分割合を窒素Ｎ２：酸素Ｏ２：残部＝７８：２１：１として、表２のガス成分の窒素割合から算出することができる。
【００７０】
−鋳造品の各部の欠陥発生状況−
上記ガス分析結果に示すように、シリンダブロック３製造用鋳型の各部で生成される鋳造サンプルについて、実際に発生した欠陥位置、欠陥のサイズ、ガス成分の割合を検討すると、各部毎に欠陥の発生しやすさが異なることが判る。
【００７１】
従って、ガス圧Ｐ１の閾値は、ダイカストで得た鋳造品の各部の性状に基づいて、該鋳造品に係る鋳型の対応する当該各部毎に異なる値を設定してもよい。具体的には例えば、シリンダブロック３の鋳型モデルのうち、ボアとボスとでは、上述のごとく、残留ガス量及び欠陥発生率について差異があった。従って、ボアとボスとでは、欠陥発生原因となり得る特定成分中における残留空気の体積の割合ｔについてそれぞれ表２の結果を反映させることで、ガス圧Ｐ１の閾値として異なる値を設定するようにしてもよい。
【００７２】
＜欠陥位置予測工程＞
図４Ａ，図４Ｂに示す欠陥位置予測工程ＳＩは、任意のタイムステップにおける湯流れ解析結果を取得し、当該湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する工程である。当該欠陥位置予測工程ＳＩは、欠陥位置予測手段としての演算装置２６により実行される。また、欠陥位置予測工程ＳＩにおいて算出された結果は、記憶装置２５に格納される。
【００７３】
欠陥位置予測工程ＳＩは、図４Ｂに示すように、欠陥前駆体発生判定工程Ｓ４と、溶湯流入判定工程Ｓ５と、移動計算工程ＳＩＩと、欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１と、繰り返し計算工程Ｓ１２と、欠陥位置決定工程Ｓ１３とを備える。
【００７４】
−欠陥前駆体発生判定工程−
欠陥前駆体発生判定工程Ｓ４において、任意のタイムステップにおける鋳型モデルのメッシュのうちガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定する。
【００７５】
具体的には、上記ガス圧閾値算出の一例の項目の値を例にとると、ある要素におけるガス圧が閾値として設定した９３０ｍｂａｒを超えたときに、その要素において、最小直径Ｒを有する真球の体積と同一の体積を有する欠陥前駆体が発生したと判定する。なお、連続する複数の要素においてガス圧が閾値を超えたときは、最小直径Ｒを有する真球の体積に要素数をかけて得られた体積の欠陥前駆体が発生したと判定される。当該欠陥前駆体の体積は、溶湯の充填終了時において最終的に得られる欠陥の体積に等しい。このように、欠陥前駆体の体積は、最小直径Ｒの大きさ及び要素数により決定され、最小直径Ｒの設定と要素数により、最終的に得られる欠陥のサイズを予測することができる。
【００７６】
図６は、鋳型モデルの一部の解析画像の一例であり、左上の図はガス圧表示、右上の図は流速表示（矢印の方向はベクトルの方向を示している）、右下の図は欠陥評価表示である。なお、図６では、理解のため各要素の表示を省略している。また、図６は、２次元表示であるが、解析は３次元の鋳型モデルについて行うことができる。
【００７７】
図６の左上の図に示すように、例えば、符号Ａ１で示す範囲に含まれる１つの要素ａ１において、ガス圧が９３０ｍｂａｒを超えたとする。そうすると、右下の図に示すように、当該要素ａ１において、最小直径Ｒを有する真球の体積と同一の体積の欠陥前駆体Ｂが発生したと判定される。
【００７８】
なお、ガス圧が９３０ｍｂａｒを超えていない要素では、欠陥前駆体Ｂの発生は判定されないから、図４Ｂに示すフローにおいて、後述する欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１に進み、欠陥位置の設定は行われないまま、次のタイムステップの欠陥位置予測工程ＳＩの処理に進む。
【００７９】
−欠陥前駆体が発生したと判定された要素への溶湯流入判定工程−
溶湯流入判定工程Ｓ５において、欠陥前駆体Ｂが発生したと判定された要素ａ１に溶湯が流入したか否かを判定する。
【００８０】
具体的には、例えば図７に示すように、要素ａ１における溶湯の流速の大きさが０を超えると、当該要素ａ１に溶湯が流入したと判定される。溶湯の流入により、要素ａ１において発生した欠陥前駆体Ｂの移動が開始される。
【００８１】
なお、要素ａ１に溶湯が流入していないと判定された場合は、欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１に進み、次のタイムスステップの欠陥位置予測工程ＳＩの処理に進む。このとき、次のタイムステップにおいて、欠陥前駆体Ｂの位置は、当該要素ａ１の位置に設定される。
【００８２】
−移動計算工程−
移動計算工程は、先の溶湯流入判定工程Ｓ５において要素ａ１に溶湯が流入したと判定されたときに、要素ａ１に流入した溶湯の流速から、欠陥前駆体Ｂの移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する工程である。
【００８３】
移動計算工程ＳＩＩは、図４Ｂに示すように、移動距離算出工程Ｓ６と、移動方向決定工程Ｓ７と、１要素分移動距離算出工程Ｓ８と、移動距離判定工程Ｓ９と、繰り返し移動計算工程Ｓ１０とを備える。
【００８４】
〜移動距離算出工程〜
まず、移動距離算出工程Ｓ６において、要素ａ１に流入した溶湯の流速から、欠陥前駆体Ｂの移動距離を算出する。
【００８５】
具体的には例えば、図７に示すタイムステップｉにおいて、湯流れ解析の結果から、要素ａ１に流入した溶湯は、ある流速ｖｉ（ベクトル量）（矢印で示す方向に速さ｜ｖｉ｜）を有するという情報が得られる。その流速情報から、計算を行っている現在のタイムステップｉにおける欠陥前駆体Ｂの移動距離Ｒｉを下記式（６）に基づいて算出する。
【００８６】
Ｒｉ＝｜ｖｉ｜×（ｔｉ＋１−ｔｉ）＋△Ｒｉ−１  ・・・（６）
但し、ｔｉ＋１−ｔｉは、次のタイムステップｉ＋１と現在のタイムステップｉとの間の時間、△Ｒｉ−１は前回タイムステップｉ−１における残移動量である。ｔｉ＋１−ｔｉは、限定する意図ではないが、例えば０．０１ｍｍ秒〜１０秒とすることができる。なお、前回タイムステップｉ−１における残移動量△Ｒｉ−１については、後述する。
【００８７】
〜欠陥前駆体の移動方向決定工程〜
移動方向決定工程Ｓ７において、例えば図７に示すように、要素ａ１に流入した溶湯の流速ｖｉの方向から、欠陥前駆体Ｂの移動方向を例えば下記の方法を用いて決定する。
【００８８】
具体的には例えば、要素ａ１は立方体であるとし、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の各軸が、要素ａ１の中心及び要素ａ１の側面を形成する正方形の１つの中心を通る直交座標系を考える。そして、図８，図９に示すように、要素ａ１の例えばｘｙ平面における断面、すなわちｘｙ断面を考える。要素ａ１の周りには符号Ｄ１〜Ｄ８で示す８つの要素が存在している。要素ａ１に流入した溶湯の流速ｖｉのｘｙ断面における成分、すなわち流速ｖｉのｘｙ成分ｖｘｙは、図１０の矢印で表されている。なお、流速ｖｉのｙｚ断面、ｘｚ断面における各成分は、それぞれｖｙｚ、ｖｘｚで表される。
【００８９】
流速ｖｉのｘｙ成分ｖｘｙと、ｘ軸の正方向とのなす角度をθとすると、角度θの大きさに応じて、図９中矢印で示す欠陥前駆体Ｂの移動方向は異なってくる。要素ａ１の流速ｖｉから、欠陥前駆体Ｂの移動方向の象限を各断面（ｘｙ断面、ｘｚ断面、ｙｚ断面）において算出する。なお、角度θは、ｘｙ断面ではｘ軸の正方向とｖｘｙとのなす角、ｙｚ断面ではｙ軸の正方向とｖｙｚとのなす角、ｘｚ断面ではｚ軸の正方向とｖｘｚとのなす角とする。θに伴う移動量の設定と移動方向の要素の判定基準を表３に示す。
【００９０】
【表３】
2020019032.tif 000005
【００９１】
そして、表３に従い算出した各断面における欠陥前駆体Ｂの移動方向の象限の結果について、各断面における結果を統合して、欠陥前駆体Ｂの移動方向の要素を決定する。なお、表４に示すように、各断面の結果について、各軸方向の結果が同一であれば、各軸方向の移動量は当該断面の結果を当該軸方向の移動量とする。具体的には例えば、表４のｘ軸の結果であれば、ｘｙ断面、ｘｚ断面の結果はいずれも１で同一であるから、ｘ軸方向の欠陥前駆体Ｂの移動量は１となる。
【００９２】
【表４】
2020019032.tif 000006
【００９３】
また、表５に示すように、各断面の結果について、各軸方向の結果が異なる場合は、各軸方向の移動量のうち大きい方の移動量を当該軸方向の移動量とする。具体的には例えば、表５のｘ軸の結果であれば、ｘｙ断面、ｘｚ断面の結果はそれぞれ１と０で異なる。この場合、移動量の大きい方を採用して欠陥前駆体Ｂのｘ軸方向の移動量は１となる。
【００９４】
【表５】
2020019032.tif 000007
【００９５】
なお、移動方向決定工程Ｓ７において、欠陥前駆体Ｂが存在する要素ａ１の周辺要素の材質が鋳造品であるか否かを判定する工程をさらに設けてもよい。
【００９６】
要素ａ１の全周辺要素の材質が鋳造品、すなわち溶湯又はキャビティ空間である場合には、例えば上述の方法に従って、欠陥前駆体Ｂの移動方向が決定される。
【００９７】
一方、要素ａ１の周辺要素の少なくとも１つの要素の材質が鋳造品以外の材質、具体的には例えば金型の成形面など溶湯が流入不可能な材質である場合には、鋳造品以外の材質である要素には欠陥前駆体Ｂは移動できない。従って、要素ａ１の周辺要素のうち少なくとも１つの要素の材質が鋳造品ではないと判定された場合には、要素ａ１に流入した溶湯の流速ｖｉの方向に加え、要素Ｄ１〜Ｄ８の材質及び流速情報を考慮して、例えば以下の通り、欠陥前駆体Ｂの移動方向を定める。
【００９８】
例えば、図１０に示すように、ｘｙ断面において、要素ａ１の周辺要素のうち、要素Ｄ３が鋳造品以外の材質であるとする。そして、要素ａ１の流速ｖのｘｙ成分ｖｘｙを、要素ａ１の中心と要素Ｄ３の中心とを通る直線Ｌ１と平行な方向であり且つ要素ａ１から要素Ｄ３へ向かう方向を正とする方向の成分ｖｘｙ１（図１０ではｙ軸方向の成分）とその直交成分ｖｘｙ２（図１０ではｘ軸方向の成分）との２成分に分解するとする。
【００９９】
また、図１１の例えば要素Ｄ７に示すように、要素Ｄｋ（図１１ではｋ＝７）の溶湯の流速ｖＤｋのｘｙ断面成分ｖｘｙＤｋを、要素Ｄｋの中心と要素ａ１の中心とを通る直線Ｌ２に平行な方向であり且つ要素Ｄｋから要素ａ１へ向かう方向を正とする方向（図１１ではｙ軸方向）の成分ｖｘｙＤｋ１と、その直交方向（図１１ではｘ軸方向）の成分ｖｘｙＤｋ２との２成分に分解したときに、ｖｘｙＤｋ１＞０である場合を、「要素Ｄｋの流速ｖのｖｘｙの方向が要素ａ１に向かう方向である」といい、ｖｘｙＤｋ１≦０である場合を、「要素Ｄｋの流速ｖのｖｘｙの方向が要素ａ１から離れる方向である」というものとする。
【０１００】
（１）まず、要素ａ１の周辺要素Ｄｋのうち、溶湯の流速成分ｖｘｙＤｋ１＞０である周辺要素Ｄｋを移動先候補から除外する。例えば図１１であれば、周辺要素Ｄ５，Ｄ７は、ｖｘｙＤ５１＞０，ｖｘｙＤ７１＞０となるから、移動先候補から除外される。
【０１０１】
（２）次に、要素ａ１の流速について、ｖｘｙ１＞０，ｖｘｙ２≠０である場合は、直交成分ｖｘｙ２の方向の要素を移動方向の要素の候補として選択する。従って、図１０の例は、当該ｖｘｙ１＞０，ｖｘｙ２≠０である場合に該当するから、ｖｘｙ２の方向の要素Ｄ１が移動方向の要素の候補として選択される。
【０１０２】
（３）そして、要素ａ１の流速について、ｖｘｙ１＞０，ｖｘｙ２＝０である場合（図１１参照）は、周辺の要素Ｄ１，Ｄ２，Ｄ４，Ｄ６，Ｄ８のうち、材質が鋳造品であり、且つ流速ｖｉのｖｘｙの方向が要素ａ１から離れる方向である要素を移動方向の要素の候補として選択する。また、移動方向の要素が２以上存在する場合は、要素ＤｋのｖｘｙＤｋと、要素ａ１のｖｘｙとのなす角が大きい方の要素を移動方向の要素の候補として選択する。
【０１０３】
（４）ｖｘｙ１≦０である場合は、上述の表３〜表５に定める方法で移動方向の要素の候補を選択する。
【０１０４】
（１）〜（４）の処理をｘｙ断面、ｘｚ断面、ｙｚ断面の全てにおいて行い、最終的な移動方向の要素を選択する。移動先の要素の候補が２以上存在するときは、ｖｘｙとｖｘｙＤｋとのなす角、ｖｘｚとｖｘｚＤｋとのなす角、ｖｙｚとｖｙｚＤｋとのなす角のうち最も角度が大きい流速成分を有する要素を移動方向の要素とする。
【０１０５】
なお、鋳型モデル作成工程Ｓ１において、１つの要素を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下角の立方体とし、鋳造品の鋳型モデルを１０万個以上１０億個以下の要素に分割した場合には、要素ａ１の周辺要素Ｄ１〜Ｄ８のうち１つの要素だけが鋳造品以外の材質であることは考えにくく、連続する３つ以上の要素において鋳造品以外の材質であると考えることができる。具体的には例えば、図１１において、要素Ｄ３が鋳造品以外の材質である場合、要素Ｄ３と隣り合う要素Ｄ２，Ｄ４も鋳造品以外の材質である場合が多い。
【０１０６】
〜１要素分の移動距離算出工程〜
先の移動方向決定工程Ｓ７において移動方向の要素が決定された場合、１要素分移動距離算出工程Ｓ８において、要素サイズと、当該移動方向とに基づき、１要素分の移動距離Ｑｉを下記式（７）により算出する。なお、「１要素分の移動距離Ｑｉ」とは、欠陥前駆体Ｂが、現在の存在位置である要素ａ１から、上記移動方向に存在する当該要素ａ１に最も近い周辺要素に移動するために必要な最小移動距離のことをいう。
【０１０７】
Ｑｉ＝ｘ軸方向の移動量×メッシュ幅△ｘ＋ｙ軸方向の移動量×メッシュ幅△ｙ＋ｚ軸方向の移動量×メッシュ幅△ｚ  ・・・（７）
但し、式（７）において、ｘ軸方向の移動量、ｙ軸方向の移動量、ｚ軸方向の移動量は、例えば表４，表５に示すように、上記移動方向決定工程Ｓ７で算出された値である。メッシュ幅△ｘ，△ｙ，△ｚは、それぞれ要素のｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向のサイズであり、最小要素サイズ、要素の形状等により適宜変更され得る。例えば、要素が立方体であり、最小要素サイズがｄである場合は、△ｘ＝△ｙ＝△ｚ＝ｄである。
【０１０８】
〜移動距離判定工程〜
移動距離判定工程Ｓ９において、先の移動距離算出工程Ｓ６で算出した移動距離Ｒｉが、先の１要素分移動距離算出工程Ｓ８で算出した１要素分の移動距離Ｑｉを超えているか否か判定する。そして、移動距離Ｒｉが１要素分の移動距離Ｑｉを超えている（Ｒｉ＞Ｑｉ）と判定されたときに、先の移動方向決定工程Ｓ７の結果に基づいて、欠陥前駆体Ｂの移動先の要素を決定する。
【０１０９】
また、移動距離Ｒｉが１要素分の移動距離Ｑｉを超えていない（Ｒｉ≦Ｑｉ）と判定されたときは、欠陥前駆体Ｂは要素ａ１に留まるから、欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１に進み、欠陥前駆体Ｂの位置は要素ａ１に設定されて、次のタイムステップの欠陥位置予測工程ＳＩの処理に進む。
【０１１０】
〜移動計算繰り返し工程〜
先の移動距離判定工程Ｓ９において、移動距離Ｒｉ＞１要素分の移動距離Ｑｉと判定された場合は、欠陥前駆体Ｂを移動先の要素と決定された要素へ移動させ、その移動距離が移動距離Ｒｉにほぼ達するまで移動距離算出工程Ｓ６〜移動距離判定工程Ｓ９までの工程を繰り返す。
【０１１１】
具体的には例えば、図１２に示すように、欠陥前駆体Ｂは、１回の移動で範囲Ａ１の要素ａ１から範囲Ａ２の要素ａ２に移動するとする。そして、２回目の移動で範囲Ａ３の要素ａ３に移動するとする。このように、欠陥前駆体Ｂの最終的な移動距離が移動距離Ｒｉにほぼ到達するまで、上記工程を繰り返す。
【０１１２】
なお、移動距離Ｒｉ＞１要素分の移動距離Ｑｉの場合に、欠陥前駆体Ｂの移動を繰り返すと、移動距離Ｒｉ≦１要素分の移動距離Ｑｉとなる場合に到達する。この場合、下記式（８）で表される残移動量△Ｒｉを保持したまま、欠陥前駆体Ｂは、最後の移動先の要素に保持された状態で、欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１に進み、次のタイムスステップの欠陥位置予測工程ＳＩの処理に進む。
【０１１３】
△Ｒｉ＝移動距離Ｒｉ−Σ１要素分の移動距離Ｑｉ  ・・・（８）
但し、式（８）中、Σ１要素分の移動距離Ｑｉは、移動距離Ｒｉ≦１要素分の移動距離Ｑｉとなる直前までの１要素分の移動距離Ｑｉの合計である。
【０１１４】
一方、１要素分の移動距離Ｑｉ＞移動距離Ｒｉの場合は、移動距離Ｒｉを残移動量△Ｒｉとして保持したまま、欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１に進み、欠陥前駆体Ｂの位置は要素ａ１に設定されて、次のタイムスステップの欠陥位置予測工程ＳＩの処理に進む。
【０１１５】
−次タイムステップにおける欠陥前駆体位置設定工程−
欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１において、移動計算工程ＳＩＩにより得られた欠陥前駆体Ｂの移動先の要素を、次のタイムステップにおける欠陥前駆体位置として設定する。
【０１１６】
なお、次タイムステップにおける欠陥前駆体位置が設定された段階で、当該欠陥前駆体位置情報を計算結果として出力してもよい。そして、当該計算結果を例えば上述のMAGMA GmbHの「MAGMASOFT」、クオリカ社の「JSCAST」等の汎用の鋳造解析ソフトウェアに再度入力することにより、例えば図６，図７，図１２，図１３に例示するように、タイムステップ毎の欠陥前駆体位置情報を湯流れ解析において可視化することができる。
【０１１７】
−繰り返し計算工程−
繰り返し計算工程Ｓ１２において、鋳型モデルに溶湯が充填終了（１００％充填）するまで、欠陥前駆体発生判定工程Ｓ４〜欠陥前駆体位置設定工程Ｓ１１の繰り返し計算を行う。
【０１１８】
−欠陥位置決定工程−
そして、欠陥位置決定工程Ｓ１３において、最終的に得られた欠陥前駆体位置を、溶湯の充填終了時における欠陥位置として決定する。
【０１１９】
例えば、模式的な一例として図１３に示すように、欠陥前駆体Ｂは、欠陥前駆体発生判定工程Ｓ４において発生が判定された後、上記計算によって、範囲Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ａ５の順に移動し、最終的に範囲Ａ５の要素ａ５の位置まで到達したとする。そうして、要素ａ５が、溶湯の充填終了時における最終的な欠陥位置として決定される。
【０１２０】
＜作用効果＞
以上述べたように、本実施形態に係る欠陥位置予測方法によれば、湯流れ解析情報のうち、ガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定するとともに、欠陥前駆体が発生した要素及び当該要素の周辺の要素における溶湯の流速情報から欠陥前駆体の移動位置を算出し、繰り返し計算を行うことにより、最終的な欠陥位置を評価する。そうして、より正確な欠陥位置及び欠陥サイズの予測が可能となり、鋳造解析シミュレーションの解析結果と鋳造品との欠陥位置の整合性が向上する。
【０１２１】
実際に、実施例として、上述のシリンダブロック３について、湯流れ解析手段として、鋳造解析ソフトウェアMAGMASOFT（MAGMA GmbH社製）を用い、上記ガス圧閾値算出工程Ｓ３のガス圧閾値算出の一例の項目で述べた条件で、欠陥位置の予測を行った。また、比較例として、MAGMASOFTによる湯流れ解析を１００％充填まで行い、最終的に得られたガス圧の値が９３０ｍｂａｒを超えた要素を欠陥位置と判定した。そうすると、比較例の場合に比べて、実施例の場合では、解析結果と実際の鋳造品における欠陥位置の整合性は、５６％から８３％へと向上した。
【０１２２】
このようにして、本実施形態に係る欠陥位置予測方法を用い、鋳造条件を調整して解析を行うことにより、欠陥が低減された鋳造品の鋳造条件を予め算出することができる。そうして、低コスト且つ短時間で、実際の鋳造品の歩留まりの向上に資することができる。
【０１２３】
≪欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体≫
以上の欠陥位置予測方法は全て、欠陥位置予測プログラムとしてプログラム化されておいる。この欠陥位置予測プログラムは、記憶装置２５に格納された状態で、制御装置２２により実行され得る。また、当該欠陥位置予測プログラムは、記憶装置２５に格納された状態に限らず、例えば光ディスク媒体や磁気テープ媒体など、コンピュータ読み取り可能な種々の周知の記録媒体に記録させておくことができ、かかる記録媒体を制御装置２２の読み出し装置に装着してプログラムを読み出すことにより実行可能である。
【０１２４】
（その他の実施形態）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１２５】
湯流れ解析工程Ｓ２において、上記複数の要素の状態量として、溶湯の温度、鋳型の温度、溶湯年齢（溶湯が射出開始から当該要素に到達するまでの経過時間）、ゲートから当該要素に到達するまでの溶湯流動距離、並びに当該要素に到達した溶湯の空気との接触時間等を算出してもよい。そして、ガス圧閾値算出工程Ｓ３において、ガス圧の閾値を算出する際に、これらの情報を考慮するようにしてもよい。
【０１２６】
移動方向決定工程Ｓ７において、直交座標系を基準としたが、これに限られるものではなく、斜交座標系や極座標系等その他の座標系を基準としてもよい。
【０１２７】
鋳造品は、シリンダブロック３に限らず、ミッションケース、クラッチハウジング、ロアブロック、サスハウジング、ロアアーム等の高圧鋳造部品や、シリンダヘッド、リアハブサポート等の低圧鋳造部品等の車両部品、その他の各種鋳造品であってもよい。
【０１２８】
また、圧力鋳造は、ハイプレッシャーダイカスト、すなわち高圧鋳造に限らず、低圧鋳造、マグネシウム鋳造や半凝固鋳造等、溶湯成分や鋳造形態が異なるダイカストプロセス、鋳鉄や樹脂を原料とする圧力鋳造等であってもよい。
【符号の説明】
【０１２９】
１  金型（鋳型）
３  シリンダブロック（鋳造品）
４  キャビティ
２１  欠陥位置予測装置
２２  制御装置
２３  入力装置
２４  出力装置
２５  記憶装置
２６  演算装置（鋳型モデル作成手段、射出条件設定手段、湯流れ解析手段、ガス圧閾値算出手段、欠陥位置予測手段）
Ｓ１  鋳型モデル作成工程
Ｓ２  湯流れ解析工程
Ｓ３  ガス圧閾値算出工程
Ｓ４  欠陥前駆体発生判定工程
Ｓ５  溶湯流入判定工程
Ｓ６  移動距離算出工程
Ｓ７  移動方向決定工程
Ｓ８  １要素分移動距離算出工程
Ｓ９  移動距離判定工程
Ｓ１０  繰り返し移動計算工程
Ｓ１１  欠陥前駆体位置設定工程
Ｓ１２  繰り返し計算工程
Ｓ１３  欠陥位置決定工程
ＳＩ  欠陥位置予測工程
ＳＩＩ  移動計算工程
Ｒｉ  移動距離
Ｑｉ  １要素分の移動距離
Ｂ  欠陥前駆体
【図１】
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【図２】
2020019032.tif 000009
【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
2020019032.tif 000014
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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