(57)【要約】【課題】正確な流動解析が可能な流動解析方法を提供する。【解決手段】鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階（Ｓ１００、Ｓ２００）と、前記認識したライナーの初期温度分布に基づき熱伝導方程式にしたがって流動解析を行なう段階（Ｓ３００）と、を含むことを特徴とする。【選択図】図２
2010069506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、
前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階と、
前記認識したライナーの初期温度分布に基づき熱伝導方程式にしたがって流動解析を行なう段階と、
を含むことを特徴とする流動解析方法。
【請求項２】
前記ライナーの初期温度分布は、ライナーの高さ方法、幅方向、奥行き方向の少なくとも１つの方向の温度分布を少なくとも１つのライナーについて認識することを特徴とする請求項１に記載の流動解析方法。
【請求項３】
前記温度分布は、前記ライナーの任意の点を実測することによって三次元多項式によって表現されていることを特徴とする請求項２に記載の流動解析方法。
【請求項４】
鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、
前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階と、
前記溶融金属を充填する前に前記鋳型の表面の温度分布を認識する段階と、
認識された温度が一定値以下の領域を抽出する段階と、
抽出された領域の一部に揮発性物質を配置させる段階と、
前記鋳型の中に真空引きによって前記溶融金属の導入を開始させると共に前記鋳型の中に前記真空引きによって前記鋳型の型合わせ面から吸引される前記揮発性物質の導入を開始させる段階と、
前記鋳型の中に前記溶融金属と前記揮発性物質とが導入されていく間に前記鋳型の中で前記溶融金属と前記揮発性物質とが干渉した場合には干渉時における前記揮発性物質の体積を演算する段階と、
演算された体積分の前記揮発性物質を仮想粒子と置き換える段階と、
前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されるまで前記仮想粒子を前記溶融金属の移動と共に移動させる段階と、
前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されたら前記溶融金属の導入を終了する段階と、
を含むことを特徴とする流動解析方法。
【請求項５】
鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、
前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階と、
前記溶融金属を充填する前に前記鋳型の表面の温度分布を認識する段階と、
認識された温度が一定値以下の領域を抽出する段階と、
抽出された領域の一部に揮発性物質を配置させる段階と、
前記鋳型の中に真空引きによって前記溶融金属を導入させると共に前記鋳型の型合わせ面から吸引される前記揮発性物質を導入させる段階と、
前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されるまで前記揮発性物質を前記溶融金属の移動と共に移動させる段階と、
を含むことを特徴とする流動解析方法。
【請求項６】
前記仮想粒子を前記溶融金属の移動と共に移動させる段階の後に、さらに、前記仮想粒子が最終的に移動し終わった部分に欠陥が生じることを推定する段階と、
前記欠陥が生じる部分を表示させる段階と、
を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の流動解析方法。
【請求項７】
前記揮発性物質は水であることを特徴とする請求項４または５に記載の流動解析方法。
【請求項８】
前記流動解析はナヴィエストークスの式（ＮＳ)式を用いて行うことを特徴とする請求項４または５に記載の流動解析方法。
【請求項９】
鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析を行なう流動解析装置であって、
前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識するライナー温度分布認識手段と、
前記溶融金属充填前の前記鋳型の表面の温度分布を認識する温度分布認識手段と、
認識された温度が一定値以下の領域を抽出する領域抽出手段と、
抽出された領域の一部に揮発性物質を配置させ、前記鋳型の中に真空引きによって前記溶融金属の導入を開始させると共に前記鋳型の中に前記真空引きによって前記鋳型の型合わせ面から吸引される前記揮発性物質の導入を開始させ、前記鋳型の中に前記溶融金属と前記揮発性物質とが導入されていく間に前記鋳型の中で前記溶融金属と前記揮発性物質とが干渉した場合には干渉時における前記揮発性物質の体積を演算し、演算された体積分の前記揮発性物質を仮想粒子と置き換え、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されるまで前記仮想粒子を前記溶融金属の移動と共に移動させて、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されたら前記溶融金属の導入を終了させる演算手段と、
を有することを特徴とする流動解析装置。
【請求項１０】
前記ライナーの初期温度分布は、ライナーの高さ方法、幅方向、奥行き方向の少なくとも１つの方向の温度分布を少なくとも１つのライナーについて認識することを特徴とする請求項９に記載の流動解析装置。
【請求項１１】
前記温度分布は、前記ライナーの任意の点を実測することによって三次元多項式によって表現されていることを特徴とする請求項１０に記載の流動解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造プロセスの流動解析に係り、たとえば、ライナーの初期温度分布を認識しておくことによって、真空鋳造を行う際に型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質が欠陥の発生にどのように関与するのかを、極めて正確に知ることができる流動解析方法および流動解析装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋳造製品の鋳型を製作するにあたり、湯回り不良のない鋳型を製作するために、コンピュータを利用したシミュレーションが行われている。たとえば下記特許文献１では、溶湯の鋳型内への湯流れをシミュレーションして、その結果、溶湯が鋳型内にどのように充填されて行くかを目視により観察し、溶湯の先端湯面での波立現象などから、充填速度の解析や検討を行い、鋳型形状の最適化に役立てている。
【０００３】
また、下記特許文献２では、鋳型のキャビティーの閉領域に巻き込んだ空気を仮想粒子に置き換えることによって、溶湯がキャビティーに完全に行き渡るようにし、巻き込んだ空気をも考慮したシミュレーションによって、より理想的な鋳型の作成を可能としている。
【特許文献１】特開平８−１５５６２５号公報
【特許文献２】特開２００２−２８３００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記したような従来の技術では、ライナーを鋳込む場合のライナーの初期温度分布を認識するようなことは行なわれてなく、また、上記したような従来の技術では、空気の巻き込みを考慮したシミュレーションを行うことはできるが、たとえば真空鋳造を行うときのように、鋳型の型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質をも考慮したシミュレーションは行うことができない。
【０００５】
一般的に、ライナーを鋳込む鋳造を行う際には、溶湯を流し込む前に鋳型(上型および下型)の内面に離型剤を塗布し、両型を合わせてキャビティー内に溶湯を流し込み、溶湯が固形化した後に型を開き、製品を取り出して、水などの揮発性物質で鋳型の内面を洗浄する。このとき、揮発性物質は鋳型の内外に飛び散って、鋳型の窪み部分の温度の低い場所に溜まったままとなる。この揮発性物質は次の鋳造が行われるときに圧縮空気でパージされるが、完全には吹き飛ばされず残っている部分がある。残っている揮発性物質は真空鋳造が行われている最中に型合わせ面からキャビティー内に侵入し、キャビティー内に導入されつつある溶湯と干渉する。揮発性物質と干渉した溶湯はそのままキャビィティー内を移動して最終的には製品のある部分に位置することになる。
【０００６】
最近の研究によると、揮発性物質と干渉した溶湯の部分は、溶接に悪影響を与える水素ガス欠陥が生ることがわかっている。したがって、ライナーを鋳込む場合のライナーの初期温度分布を認識し、水素ガス欠陥が生じる位置や大きさを正確に把握することができれば、鋳造製品の品質向上やより理想的な鋳型の作成に役立つはずである。
【０００７】
本発明は、以上のような従来の技術の不具合を解消するためになされたものであり、ライナーを鋳込む場合のライナーの初期温度分布を認識し、型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質をも考慮してより正確な流動解析が可能な流動解析方法および流動解析装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る流動解析方法は、鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階と、前記認識したライナーの初期温度分布に基づき熱伝導方程式にしたがって流動解析を行なう段階と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明に係る流動解析方法は、鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階と、前記溶融金属を充填する前に前記鋳型の表面の温度分布を認識する段階と、認識された温度が一定値以下の領域を抽出する段階と、抽出された領域の一部に揮発性物質を配置させる段階と、前記鋳型の中に真空引きによって前記溶融金属の導入を開始させると共に前記鋳型の中に前記真空引きによって前記鋳型の型合わせ面から吸引される前記揮発性物質の導入を開始させる段階と、前記鋳型の中に前記溶融金属と前記揮発性物質とが導入されていく間に前記鋳型の中で前記溶融金属と前記揮発性物質とが干渉した場合には干渉時における前記揮発性物質の体積を演算する段階と、演算された体積分の前記揮発性物質を仮想粒子と置き換える段階と、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されるまで前記仮想粒子を前記溶融金属の移動と共に移動させる段階と、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されたら前記溶融金属の導入を終了する段階と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
さらに、上記目的を達成するための本発明に係る流動解析方法は、鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析方法であって、前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識する段階と、前記溶融金属を充填する前に前記鋳型の表面の温度分布を認識する段階と、認識された温度が一定値以下の領域を抽出する段階と、
抽出された領域の一部に揮発性物質を配置させる段階と、前記鋳型の中に真空引きによって前記溶融金属を導入させると共に前記鋳型の型合わせ面から吸引される前記揮発性物質を導入させる段階と、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されるまで前記揮発性物質を前記溶融金属の移動と共に移動させる段階と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
そして、上記目的を達成するための本発明に係る流動解析装置は、鋳型内に溶融金属を充填させて成形品を製造するプロセスの流動解析を行なう流動解析装置であって、前記鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識するライナー温度分布認識手段と、前記溶融金属充填前の前記鋳型の表面の温度分布を認識する温度分布認識手段と、認識された温度が一定値以下の領域を抽出する領域抽出手段と、抽出された領域の一部に揮発性物質を配置させ、前記鋳型の中に真空引きによって前記溶融金属の導入を開始させると共に前記鋳型の中に前記真空引きによって前記鋳型の型合わせ面から吸引される前記揮発性物質の導入を開始させ、前記鋳型の中に前記溶融金属と前記揮発性物質とが導入されていく間に前記鋳型の中で前記溶融金属と前記揮発性物質とが干渉した場合には干渉時における前記揮発性物質の体積を演算し、演算された体積分の前記揮発性物質を仮想粒子と置き換え、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されるまで前記仮想粒子を前記溶融金属の移動と共に移動させて、前記鋳型の中に前記溶融金属が充填されたら前記溶融金属の導入を終了させる演算手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように構成された本発明に係る流動解析方法および流動解析装置は、鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識し、型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質をも考慮しているので、より正確な流動解析が可能になり、鋳造製品の品質向上やより理想的な鋳型の作成に役立てることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本実施の形態を説明するが、本実施の形態では、流動解析の前提として、鋳型に挿入するライナー（具体的にはシリンダライナー）の温度分布を図１に示すように、ライナーの奥行き方向、幅方向、高さ方法の少なくとも１つの方向の温度分布を認識している。
【００１４】
例えば、図１（Ａ）では、鋳型に挿入されたライナーの奥行き方向（三次元直交座標系のＸ方向）について４つあるライナーの内の少なくとも１つのライナーについて複数の箇所のＸ方向に向けて温度計を当てて実測値を求めている。また、図１（Ｂ）では、鋳型に挿入されたライナーの幅方向（三次元直交座標系のＹ方向）について４つあるライナーについて複数の箇所のＹ方向に向けて温度計を当てて実測値を求めている。さらに、図１（Ｃ）では、鋳型に挿入されたライナーの高さ方向（三次元直交座標系のＺ方向）について４つあるライナーの内の少なくとも１つのライナーについて複数の箇所のＺ方向に向けて温度計を当てて実測値を求めている。
【００１５】
このように、ライナーの鋳込みを行なう前に、各ライナーのＸ、Ｙ、Ｚ方向の温度分布が正確に認識できるようにしておくと、当然ではあるが、最終的に得られる流動解析の結果の精度が向上する。本発明では、さらに向上した精度の流動解析が得られるようにするために、鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識し、型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質をも考慮している。
【００１６】
したがって、本実施の形態によれば、ライナーの初期温度分布を考慮した流動解析ができるため、より精度の高い流動解析を実施することができる。上記のように、ライナーのＸ、Ｙ、Ｚ方向の初期温度分布を認識することが最も好ましいが、生産性、設備コスト、それらに対する流動解析の精度を考慮して、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の内のいずれか１方向または２方向について初期温度分布を認識するようにしても良い。満足な精度の流動解析が可能なのであれば、初期温度分布の認識方向の数が少ない方がコスト的に有利となるからである。
【００１７】
本実施の形態では、上記のようにして得られた、ライナーの実測値による温度分布を、実験値や実験式として標準化しておき、この標準化した値や式を流動解析に用いている。なお、ライナーの温度は、温度計を直接当てることによって求めることを例示したが、これに限らず、サーモグラフィーのような温度計を用いてライナーの温度分布を実測するようにしても良い。
【００１８】
次に、本発明に係る流動解析方法の概略の動作について図２および図３のフローチャートにしたがって、簡単に説明しておく。
【００１９】
図２に示すフローチャートは、ライナーの初期温度を、実験を繰り返すことによる実測値から得ており、その実測値を用いて流動解析を行なうようにしたものである。
【００２０】
まず、ライナーが鋳型（型）にセットされた状態で鋳込み直前のライナーの温度分布を調べる。この温度分布は、上記のように実験を繰り返すことによる実測値から得ても良いし、ライナーの温度分布をリアルタイムに認識することができるセンサがあれば、そのセンサから得ても良い（Ｓ１００）。
【００２１】
認識されたライナーの温度分布から、従来公知の解析モデルを作成し、解析条件を設定する。この場合、ライナーの初期温度は、実測した値を入力する（Ｓ２００）。
【００２２】
次に、熱伝導方程式にしたがって温度場を実施する。この熱伝導方程式にしたがって温度場の実施については、図４以降の図面に基づいて詳細に説明する（Ｓ３００）。
【００２３】
次に、図３に示すフローチャートは、ライナーの初期温度を、任意の点の実測値から図１に示したような温度分布曲線で表される多項式から得ており、その多項式を使用して流動解析を行なうようにしたものである。
【００２４】
まず、ライナーが鋳型（型）にセットされた状態で鋳込み直前のライナーの温度分布を調べる。この温度分布は、上記のように実験を繰り返すことによる実測値から得ても良いし、ライナーの温度分布をリアルタイムに認識することができるセンサがあれば、そのセンサから得ても良い（Ｓ１００）。
【００２５】
次に、従来公知の解析モデルを作成し、解析条件を設定する。この場合、ライナーの初期温度は任意の点の実測値を元に、図１（Ａ）〜（Ｃ）に示す温度分布曲線で表される三次元多項式を使用して、ライナーの温度分布を与える（Ｓ２００´）。三次元多項式によってライナーの初期温度を表現するようにすれば、コンピュータを用いた解析装置で直接その三次元多項式を用いた流動解析を行なうことができるようになる。
【００２６】
次に、熱伝導方程式にしたがって温度場を実施する。この熱伝導方程式にしたがって温度場の実施については、図４以降の図面に基づいて詳細に説明する（Ｓ３００）。
【００２７】
以上のいずれかの手法に基づいて、ライナー初期温度分布を求めた後には、この初期温度を考慮して、以下の流動解析が行われる。なお、本実施の形態では、流動解析の一例として、型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質をも考慮した流動解析について説明するが、他の流動解析に対しても適用可能であることはもちろんである。
【００２８】
以下に、図面に基づいて、本発明に係る流動解析方法および流動解析装置を［第１実施形態］と［第２実施形態］とに分けて説明する。図４は、本発明（第１実施形態と第２実施形態に共通）に係る流動解析方法を適用したシミュレーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２９】
シミュレーション装置１は、解析部１１、データ記憶装置１２、入力装置１３、および表示装置１４とからなる。
【００３０】
解析部１１は、後述する手順により、前述のライナーの初期温度分布も加味して、溶湯と揮発性物質の流れをシミュレーションするとともに、仮想粒子の置き換えや鋳造欠陥の表示(水素ガス欠陥が生じる位置、大きさの表示)を行う。解析部１１は、温度分布認識手段、領域抽出手段および演算手段として機能し、シミュレーションに際して初期条件の設定や準備を行うプリプロセッサ３１と、実際にシミュレーションを実行するソルバー３２と、シミュレーションの結果を解析し、グラフィック表示するための処理などを行うポストプロセッサ３３とに分かれている。
【００３１】
データ記憶装置１２は、ライナーの初期温度分布および鋳型のＣＡＤデータ（設計データ）を記憶しており、解析部１１へデータを供給するとともに、シミュレーション結果の保存も行う。
【００３２】
入力装置１３は、具体的にはキーボードやマウス、鋳型の温度を検出するサーモトレーサーなどであり、揮発性物質の配置や解析ステップの時間間隔などのシミュレーション条件、および鋳型の表面の温度分布の入力を行う。
【００３３】
表示装置１４は、具体的にはＣＲＴや液晶ディスプレイなどであり、シミュレーションにおける溶湯の流れや解析結果などをグラフィック表示する。
【００３４】
以上のような構成を有するシミュレーション装置は、具体的にはワークステーションやパソコンなどのコンピュータが、後述する本発明の処理手順に従って作成された鋳造シミュレーションプログラムを実行することにより実現されるものである。なお、鋳造シミュレーションプログラムは、通常、コンピュータ読み取り可能な記録媒体によって提供されるが、実施形態としては、これに限らず、たとえばサーバコンピュータ内に鋳造シミュレーションプログラムを記憶して、そのプログラムを適宜端末として機能しているコンピュータなどに供給し、この端末のコンピュータによって鋳造シミュレーションプログラムを実行するなど様々な形態により可能である。
［第１実施形態］
図５は、図２または図３に示したＳ３００のフローチャートのサブルーチンフローチャートであり、第１実施形態に係る流動解析方法の処理手順を示すフローチャートである。なお、フローチャートにおいては、揮発性物質として水を例示して説明する。
【００３５】
解析部１１は、鋳型の温度を検出することができるサーモトレーサーからの信号を入力し、その信号に基づいて実物の鋳型の表面の型締め直前の温度分布を認識する（Ｓ１）。解析部１１は、認識した鋳型の温度分布に基づいて、型締め時の温度が１００℃以下の領域を抽出する。温度が１００℃以下の領域には揮発性物質が溜まる可能性があるからである(Ｓ２)。
【００３６】
解析者は、キーボードやマウスを用いて、図６に示すように、温度が１００℃以下の領域(揮発性物質が溜まり易いくぼみ部)に揮発性物質を配置する。前述のように、鋳造製品を鋳型から取り出す度に、鋳型の内面が揮発性物質で洗浄されるが、洗浄に使用した揮発性物質は温度が１００℃以下の領域で、しかもくぼみの部分に溜まり易い。解析者は、通常行われている鋳造作業で鋳型のどの部分に揮発性物質が溜まり易いのかを調査し、その調査結果に基づいて揮発性物質を配置する。揮発性物質の配置は、揮発性物質の重心座標とその重心座標からの半径(揮発性物質の大きさ)を定義し、その流動率をＦ＝２に設定することによって行われる。解析モデルに揮発性物質を配置する場合には、図７Ａに示すように簡易的に配置する。なお、本実施形態では、調査結果に基づいて解析者が揮発性物質を配置するようにしているが、その調査結果をデータ記憶装置１２に記憶させるようにしても良い（Ｓ３）。
【００３７】
解析者は、キーボードやマウスを用いて、解析に必要なデータ、たとえばメッシュ条件や解析ステップの時間間隔を入力する。ここで、メッシュ条件は、鋳型に対して、どのような解析密度でシミュレーションするかを決めるためのものであり、たとえば３次元直交座標系とした場合は、Ｘ、Ｙ、Ｚの軸ごとにそれぞれメッシュ間隔を決める。なお通常の場合、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸のメッシュ間隔は同じである（Ｓ４）。
解析部１１のプリプロセッサ３１は、データ記憶装置１２に記憶されている鋳型のＣＡＤデータを読み込んで解析モデルを作成し、シミュレーションに際して初期条件の設定や準備を行う。なお、解析モデルの作成は従来から一般的に用いられている方法で行われる（Ｓ５）。続いて、ソルバー３２による鋳造のシミュレーションが行われる。このシミュレーションは、基本的には流れ場の解析シミュレーションを利用したものであり、入力された設計データによる鋳型内に、メッシュ条件によって設定されたセルごとに溶湯が充填され、揮発性物質が移動して行く過程を、設定された時間ステップごとにシミュレートするものである。シミュレーションは下記に示すような自由表面の輸送方程式を用いて行われる。
【００３８】
【数１】
2010069506.tif 000003
【００３９】
この輸送方程式において、Ｆは流体率を表しており、溶湯が充満していないキャビティー領域のメッシュにはＦ＝０が、溶湯と気体が混在する界面のメッシュにはＦ＝０〜０．１が、溶湯が充満しているキャビティー領域のメッシュにはＦ＝１が、揮発性物質が存在している領域のメッシュにはＦ＝２が、それぞれ設定される（Ｓ６）。
【００４０】
溶湯と揮発性物質を自由表面上で時間ステップごとに移動させる。真空鋳造の場合、キャビティー内を真空にすることによって溶湯を導入させるので、図７Ｂに示すように、鋳型の外側に残留している揮発性物質が、鋳型と鋳型との型合わせ面から吸引される（Ｓ７）。シミュレーションを行っている最中に揮発性物質が溶湯と干渉したか否かが判断される。揮発性物質と溶湯の干渉は、図７Ｃに示すように、Ｆ＝１に設定されているメッシュとＦ＝２に設定されているメッシュとが隣り合ったか否かを判断することによって行われる(Ｓ８）。
【００４１】
揮発性物質と溶湯との干渉が検出されたら（Ｓ８：ＹＥＳ）、そのときの揮発性物質の体積が演算される。揮発性物質の体積はＦ＝２に設定されているメッシュの数を積算することによって容易に演算することができる。演算された体積はデータ記憶装置１２に一時的に保存させる（Ｓ９）。次に、揮発性物質の部分を図７Ｄに示すように仮想粒子に置き換える。仮想粒子に置き換える処理は、Ｆ＝２に設定されているメッシュをＦ＝１に変更し、変更された領域の重心位置を求め、その重心位置に点のような小さな仮想粒子を配置することで完了する（Ｓ１０）。次に、この仮想粒子を輸送方程式に基づいて移動させる(Ｓ１１)。
【００４２】
次に、仮想粒子の移動が終了した場合、または、Ｓ８のステップで揮発性物質が溶湯と干渉していないと判断された場合（Ｓ８：ＮＯ）に、解析終了条件を満たしたか否か（鋳型のキャビティーに導入された溶湯の充填率が９９％以上になったか否か）が判断される。この判断は、溶湯を示すメッシュの数(Ｆ＝１に設定されているメッシュの数）を、溶湯を示すメッシュの数(Ｆ＝１に設定されているメッシュの数）とキャビティーの空間を示すメッシュの数(Ｆ＝０に設定されているメッシュの数）の和で割り、その値が０．９９以上になっているか否かを演算することによって行われる（Ｓ１２)。解析終了条件を満たしていなければ(Ｓ１２：ＮＯ）、まだシミュレーションを続ける必要があるので、解析ステップ時間をインクリメントしてＳ６のステップに戻り、Ｓ６〜Ｓ１１のステップの処理を再度繰り返す。Ｓ６〜Ｓ１１のステップの処理を繰り返し行うことによって、溶湯と共に仮想粒子が移動することになる。
【００４３】
一方、解析終了条件を満たしていれば(Ｓ１２：ＹＥＳ）、ソルバー３２は流動解析のシミュレーションを終了する(Ｓ１３)。ポストプロセッサ３３は、上記のシミュレーションの結果、図７Ｅに示すように、仮想粒子が最終的にたどり着いた場所を表示装置１４に表示させると共に、その仮想粒子の周辺にデータ記憶装置１２に保存した揮発性物質の体積分の領域を表示装置１４に表示させる。このようにして解析結果が表示されると、シミュレーションの対象となった鋳型では、表示されている部分に水素ガス欠陥が生じることが目視できる(Ｓ１４)。
【００４４】
以上の実施形態によれば、鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識し、型合わせ面から侵入する水などの揮発性物質をも考慮しているので、より正確な流動解析が可能になり、鋳造製品の品質向上やより理想的な鋳型の作成に役立てることができる。
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る流動解析方法の処理手順を示すフローチャートである。本実施形態は、第１実施形態とは異なって、仮想粒子を用いずに流動解析を行っている。
【００４５】
解析部１１は、鋳型の温度を検出することができるサーモトレーサーからの信号を入力し、その信号に基づいて実物の鋳型の表面の型締め直前の温度分布を認識する（Ｓ２１）。解析部１１は、認識した鋳型の温度分布に基づいて、型締め時の温度が１００℃以下の領域を抽出する(Ｓ２２)。
【００４６】
解析者は、キーボードやマウスを用いて、図９に示すように、温度が１００℃以下の領域(揮発性物質が溜まり易いくぼみ部)に揮発性物質を配置する。解析者は、通常行われている鋳造作業で鋳型のどの部分に揮発性物質が溜まり易いのかを調査し、その調査結果に基づいて揮発性物質を配置する。揮発性物質の配置は、その流体率をＦ＝２に設定することによって行われる。解析モデルに揮発性物質を配置する場合には、図９Ａに示すように簡易的に配置する。なお、本実施形態では、調査結果に基づいて解析者が揮発性物質を配置するようにしているが、その調査結果をデータ記憶装置１２に記憶させるようにしても良い（Ｓ２３）。解析者は、キーボードやマウスを用いて、解析に必要なデータ、たとえばメッシュ条件や解析ステップの時間間隔を入力する（Ｓ２４）。
【００４７】
解析部１１のプリプロセッサ３１は、データ記憶装置１２に記憶されている鋳型のＣＡＤデータを読み込んで解析モデルを作成し、シミュレーションに際して初期条件の設定や準備を行う。なお、解析モデルの作成は従来から一般的に用いられている方法で行われる（Ｓ２５）。
【００４８】
続いて、ソルバー３２による鋳造のシミュレーションが行われる。このシミュレーションは、基本的には流れ場の解析シミュレーションを利用したものであり、入力された設計データによる鋳型内に、メッシュ条件によって設定されたセルごとに溶湯が充填され、揮発性物質が移動して行く過程を、設定された時間ステップごとにシミュレートするものである。シミュレーションは下記に示すような質量保存式、運動量保存式、エネルギー保存式を用い連立方程式を解くことによって行われる。
【００４９】
【数２】
2010069506.tif 000004
【００５０】
これらの保存式において行われるシミュレーションは従来から行われている一般的なものであり、溶湯と揮発性物質を混在させたまま(密度ρの値が溶湯と揮発性物質とで異なる)行われる（Ｓ２６）。
【００５１】
溶湯と揮発性物質を自由表面上で時間ステップごとに移動させる。真空鋳造の場合、キャビティー内を真空にすることによって溶湯を導入させるので、図９Ｂに示すように、鋳型の外側に残留している揮発性物質が、鋳型と鋳型との型合わせ面から吸引される（Ｓ２７）。
【００５２】
揮発性物質と溶湯とを混在させたままのシミュレーションを続け、鋳型のキャビティーに導入された溶湯の充填率が９９％以上になったか否か（解析終了条件を満たしたか否か）が判断される。この判断は、溶湯を示すメッシュの数を、溶湯を示すメッシュの数とキャビティーの空間を示すメッシュの数の和で割り、その値が０．９９以上になっているか否かを演算することによって行われる（Ｓ２８)。
【００５３】
充填率が９９％以上でなければ(Ｓ２８：ＮＯ）、まだシミュレーションを続ける必要があるので、解析ステップ時間をインクリメントしてＳ２６のステップに戻り、Ｓ２６、Ｓ２７のステップの処理を再度繰り返す。Ｓ２６、Ｓ２７のステップの処理を繰り返し行うことによって、溶湯と揮発性物質が共に移動することになる。
【００５４】
一方、充填率が９９％以上であれば(Ｓ２８：ＹＥＳ）、ソルバー３２は流動解析のシミュレーションを終了する(Ｓ２９)。ポストプロセッサ３３は、上記のシミュレーションの結果、図９Ｃに示すように、鋳型と鋳型との型合わせ面から吸引された揮発性物質が最終的にたどり着いた場所とその大きさを表示装置１４に表示させる。このようにして解析結果が表示されると、シミュレーションの対象となった鋳型では、表示されている部分に水素ガス欠陥が生じることが目視できる(Ｓ３０)。
【００５５】
以上のように、本発明では、鋳型内に設置したライナーの初期温度分布を認識し、型合わせ面から侵入する揮発性物質などの揮発性物質をも考慮しているので、より正確な流動解析が可能になり、鋳造製品の品質向上やより理想的な鋳型の作成に役立てることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、特に真空鋳造の流動解析の分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】ライナーの温度分布を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る流動解析方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る流動解析方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る流動解析方法を適用したシミュレーション装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態に係る流動解析方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】第１実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図７Ａ】第１実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図７Ｂ】第１実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図７Ｃ】第１実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図７Ｄ】第１実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図７Ｅ】第１実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図８】第２実施形態に係る流動解析方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図９Ａ】第２実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図９Ｂ】第２実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【図９Ｃ】第２実施形態に係る流動解析方法の説明に供する図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  シミュレーション装置、
１１  解析部、
１２  データ記憶装置、
１３  入力装置、
１４  表示装置、
３１  プリプロセッサ、
３２  ソルバー、
３３  ポストプロセッサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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