(57)【要約】【課題】実際の重力鋳造方法に応じた解析を行うことができ、精度の高い解析をすることが可能となる重力鋳造の解析方法を提供する。【解決手段】本発明に係る重力鋳造の解析方法は、キャビティ１１の第一解析用メッシュ２１を生成し、記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成工程と、キャビティ１１の第二解析用メッシュ２２を生成し、記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成工程と、前記第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュを用いて、溶湯の湯流れ解析及びの凝固解析を行う第一解析工程と、前記第一解析工程で得られた第一鋳造データを、前記第二解析用メッシュ２２において対応するメッシュにおける第二鋳造データとして変換する鋳造データ変換工程と前記第二解析用メッシュにおける個々のメッシュと、前記第二鋳造データとを用いて、凝固解析を行う第二解析工程と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成形型のキャビティ内に充填される溶湯に加わる重力方向を考慮して、前記溶湯の前記キャビティ内における湯流れ解析、及び、凝固解析を行う、重力鋳造の解析方法であって、
前記成形型を所定の方向に向けて配置した場合における前記キャビティの第一解析用メッシュと、該第一解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成工程と、
前記成形型を前記の配置状態から水平方向に配置した回転軸を中心に回転させた場合における前記キャビティの第二解析用メッシュと、該第二解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成工程と、
前記第一解析用メッシュにおける個々のメッシュを用いて、前記キャビティ内への溶湯の湯流れ解析、及び、前記キャビティ内での溶湯の凝固解析を行う、第一解析工程と、
前記第一解析工程で得られた個々のメッシュにおける第一鋳造データを、前記第二解析用メッシュにおける、前記第一解析用メッシュの位置情報に対応する位置情報を有するメッシュの第二鋳造データとして変換する、鋳造データ変換工程と、
前記第二解析用メッシュにおける個々のメッシュと、前記第二鋳造データと、を用いて、凝固解析を行う、第二解析工程と、を備える、
ことを特徴とする、重力鋳造の解析方法。
【請求項２】
前記第一解析用メッシュは、溶湯充填時のキャビティについて生成され、
前記第二解析用メッシュは、前記成形型を１８０度回転させた重力鋳造時のキャビティについて生成される、
ことを特徴とする、請求項１に記載の重力鋳造の解析方法。
【請求項３】
成形型のキャビティ内に充填される溶湯に加わる重力方向を考慮して、前記溶湯の前記キャビティ内における湯流れ解析、及び、凝固解析を行う、重力鋳造の解析システムであって、
前記成形型を所定の方向に向けて配置した場合における前記キャビティの第一解析用メッシュと、該第一解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成手段と、
前記成形型を前記の配置状態から水平方向に配置した回転軸を中心に回転させた場合における前記キャビティの第二解析用メッシュと、該第二解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成手段と、
前記第一解析用メッシュにおける個々のメッシュを用いて、前記キャビティ内への溶湯の湯流れ解析、及び、前記キャビティ内での溶湯の凝固解析を行う、第一解析手段と、
前記第一解析工程で得られた個々のメッシュにおける第一鋳造データを、前記第二解析用メッシュにおける、前記第一解析用メッシュの位置情報に対応する位置情報を有するメッシュの第二鋳造データとして変換する、鋳造データ変換手段と、
前記第二解析用メッシュにおける個々のメッシュと、前記第二鋳造データと、を用いて、凝固解析を行う、第二解析手段と、を備える、
ことを特徴とする、重力鋳造の解析システム。
【請求項４】
前記第一解析用メッシュは、溶湯充填時のキャビティについて生成され、
前記第二解析用メッシュは、前記成形型を１８０度回転させた重力鋳造時のキャビティについて生成される、
ことを特徴とする、請求項３に記載の重力鋳造の解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重力鋳造の解析方法、及び、重力鋳造の解析システムに関し、より詳しくは、重力鋳造における解析精度を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、押湯の重さを利用して、材質を密にするとともに凝固時の収縮分を補うために、製品部の上方部分に押湯を設けて行う重力鋳造が実用されている。この重力鋳造においては、注湯時に湯口から溶湯を入れて製品部の下から上へ溶湯を充填していき、充填終了後に成形型を反転させて、押湯を効かせて凝固させる手法が用いられる。そして、このような重力鋳造において湯流れ解析、及び、凝固解析を行う際に、重力方向を考慮した解析方法が開示されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−３３４６５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記重力鋳造方法においては、前記の如く注湯完了時と反転完了時とで、重力方向が逆転することになる。しかし前記従来技術に係る解析方法では、解析中にモデルを反転する、即ち重力方向を反転させることができなかった。また、擬似的に反転したモデルに注湯して解析を行っても、湯流れや、充填完了時の溶湯温度分布が変化してしまうため、精度の高い解析をすることが困難であった。即ち、実際の鋳造方法に応じた解析方法を用いることができなかったのである。
【０００４】
そこで本発明は上記の課題に鑑み、解析中に重力方向を反転させることにより、実際の重力鋳造方法に応じた解析を行うことができ、精度の高い解析をすることが可能となる重力鋳造の解析方法、及び、重力鋳造の解析システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００６】
即ち、請求項１においては、成形型のキャビティ内に充填される溶湯に加わる重力方向を考慮して、前記溶湯の前記キャビティ内における湯流れ解析、及び、凝固解析を行う、重力鋳造の解析方法であって、前記成形型を所定の方向に向けて配置した場合における前記キャビティの第一解析用メッシュと、該第一解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成工程と、前記成形型を前記の配置状態から水平方向に配置した回転軸を中心に回転させた場合における前記キャビティの第二解析用メッシュと、該第二解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成工程と、前記第一解析用メッシュにおける個々のメッシュを用いて、前記キャビティ内への溶湯の湯流れ解析、及び、前記キャビティ内での溶湯の凝固解析を行う、第一解析工程と、前記第一解析工程で得られた個々のメッシュにおける第一鋳造データを、前記第二解析用メッシュにおける、前記第一解析用メッシュの位置情報に対応する位置情報を有するメッシュの第二鋳造データとして変換する、鋳造データ変換工程と、前記第二解析用メッシュにおける個々のメッシュと、前記第二鋳造データと、を用いて、凝固解析を行う、第二解析工程と、を備えるものである。
【０００７】
請求項２においては、前記第一解析用メッシュは、溶湯充填時のキャビティについて生成され、前記第二解析用メッシュは、前記成形型を１８０度回転させた重力鋳造時のキャビティについて生成されるものである。
【０００８】
請求項３においては、成形型のキャビティ内に充填される溶湯に加わる重力方向を考慮して、前記溶湯の前記キャビティ内における湯流れ解析、及び、凝固解析を行う、重力鋳造の解析システムであって、前記成形型を所定の方向に向けて配置した場合における前記キャビティの第一解析用メッシュと、該第一解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成手段と、前記成形型を前記の配置状態から水平方向に配置した回転軸を中心に回転させた場合における前記キャビティの第二解析用メッシュと、該第二解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成手段と、前記第一解析用メッシュにおける個々のメッシュを用いて、前記キャビティ内への溶湯の湯流れ解析、及び、前記キャビティ内での溶湯の凝固解析を行う、第一解析手段と、前記第一解析工程で得られた個々のメッシュにおける第一鋳造データを、前記第二解析用メッシュにおける、前記第一解析用メッシュの位置情報に対応する位置情報を有するメッシュの第二鋳造データとして変換する、鋳造データ変換手段と、前記第二解析用メッシュにおける個々のメッシュと、前記第二鋳造データと、を用いて、凝固解析を行う、第二解析手段と、を備えるものである。
【０００９】
請求項４においては、前記第一解析用メッシュは、溶湯充填時のキャビティについて生成され、前記第二解析用メッシュは、前記成形型を１８０度回転させた重力鋳造時のキャビティについて生成されるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
本発明により、解析中に重力方向を反転させることにより、実際の重力鋳造方法に応じた解析を行うことができ、精度の高い解析をすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は重力鋳造における注湯時の状態を示す模式図、（ｂ）は同じく反転完了時の状態を示す模式図である。
図２は本発明に係る重力鋳造の解析方法のフローチャートを示した図である。
図３（ａ）は第一解析用メッシュ、及び、該第一解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報を生成している状態を示す模式図、（ｂ）は同じく第二解析用メッシュ、及び、該第二解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報を生成している状態を示す模式図である。
図４（ａ）は第一解析用メッシュにおける第一解析工程を示す模式図、（ｂ）は同じく第二解析用メッシュにおける第二解析工程を示す模式図である。
【００１３】
［重力鋳造の方法］
まず始めに、本発明が適用される重力鋳造の方法について、図１を用いて説明する。
重力鋳造が行われる重力鋳造装置は、図１（ａ）に示す如く、製品部分となるキャビティ１１、アルミ等の溶湯Ｍが注湯される湯口１２、溶湯Ｍが通る湯道１３、及び溶湯Ｍが押湯として注湯される部分である押湯１４・１４・・・、が内部に形成された成形型である型１０を主に備える。なお、本明細書における型１０は、例えば金型でも、又は砂型でもよく、その素材は限定されるものではない。
そして、溶湯Ｍが湯口１２より注湯され、湯道１３及び押湯１４・１４・・・を経由して図１（ａ）中の矢印の方向へと流れていき、キャビティ１１内へと流れ込むのである。この際、キャビティ１１内へは下方より溶湯Ｍが押し上げられて流れ込む構成となっているため、溶湯Ｍの流れを大きく乱すことなく注湯することができるのである。
【００１４】
前記のように溶湯Ｍの注湯が終わり、キャビティ１１内への溶湯Ｍの充填が完了すると、回転軸を水平方向に向けて（水平方向に配置した回転軸を中心に）、型１０を１８０度回転させる。即ち、図１（ｂ）に示す如く、キャビティ１１の上方に押湯１４・１４・・・が位置するのである。このように構成することにより、キャビティ１１内に成形する製品部を冷却する際に、押湯１４・１４・・・の重さを利用して材質を密にするとともに、押湯１４・１４・・・部分に高温度の溶湯Ｍを注湯することによって凝固時の収縮分を補う方法が用いられるのである。
【００１５】
［重力鋳造の解析方法］
次に、本発明に係る重力鋳造の解析方法について、図２から図４を用いて説明する。
本発明に係る重力鋳造の解析方法は、前記の如く重力方向への溶湯Ｍの重さを考慮した重力鋳造において、溶湯Ｍの流れ方を解析する湯流れ解析、及び、溶湯Ｍの固まり方を解析する凝固解析を行うものであり、以下の工程を備える。
【００１６】
即ち、溶湯充填時の型１０におけるキャビティ１１についての第一解析用メッシュ２１と、該第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・の位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成工程（ステップＳ１）と、１８０度回転させた重力鋳造時の型１０におけるキャビティ１１の第二解析用メッシュ２２と、該第二解析用メッシュ２２における個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・の位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成工程（ステップＳ２）と、前記第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・を用いて、前記キャビティ１１内への溶湯の湯流れ解析、及び、前記キャビティ１１内での溶湯の凝固解析を行い、第一鋳造データｄ１・ｄ２・・・を得る、第一解析工程（ステップＳ３）と、前記第一解析工程で得られた個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・における第一鋳造データｄ１・ｄ２・・・を、前記第二解析用メッシュ２２において対応するメッシュｍ´１・ｍ´２・・・における第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・として変換する、つまり、個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・における第一鋳造データｄ１・ｄ２・・・を、第二解析用メッシュ２２における、第一解析用メッシュ２１の個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・の位置情報に対応する位置情報を有する個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・の第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・として変換する、鋳造データ変換工程（ステップＳ４）と、前記第二解析用メッシュ２２における個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・と、前記第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・と、を用いて、凝固解析を行う、第二解析工程（ステップＳ５）と、である。
【００１７】
具体的には、ステップＳ１の第一解析用メッシュ生成工程においては、図１（ａ）に示す如く、溶湯Ｍの充填時における型１０の方向にキャビティ１１が配置されたとして、図３（ａ）に示す第一解析用メッシュ２１が生成されるのである。なお、本明細書内では説明の便宜上、二次元平面的に各メッシュが形成されるものとして記載しているが、実際にはキャビティ１１内を三次元空間的に分割して各メッシュが形成されるものである。
そして、同じく図３（ａ）に示す如く、前記第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・の位置情報が順に生成され、第一解析用メッシュ２１と共に記憶手段に記憶されるのである。
【００１８】
次に、ステップＳ２の第二解析用メッシュ生成工程においては、図１（ｂ）に示す如く、１８０度回転させた重力鋳造時の型１０の方向にキャビティ１１が配置されたとして、図３（ｂ）に示す第二解析用メッシュ２２が生成されるのである。なお、本実施形態においては、第二解析用メッシュ２２は型１０を１８０度回転させた状態について作成されるものとするが、回転する角度は１８０度に限定されるものではなく、本発明は例えば１２０度や２１０度回転する形態の重力鋳造方法に適用させることも可能である。
そして、同じく図３（ｂ）に示す如く、前記第二解析用メッシュ２２における個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・の位置情報が、前記第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・の位置情報に対応して順に生成され、第二解析用メッシュ２２と共に記憶手段に記憶されるのである。
【００１９】
次に、ステップＳ３の第一解析工程においては、図４（ａ）に示す如く、前記第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・において、重力方向への溶湯Ｍの重さを考慮して、前記キャビティ１１内への溶湯Ｍの流れ方を解析する湯流れ解析、及び、溶湯Ｍの固まり方を解析する凝固解析が行われ、第一鋳造データｄ１・ｄ２・・・が得られるのである。具体的には、例えば第一解析用メッシュ２１のメッシュｍ１・ｍ２・・・における温度データｔ１・ｔ２・・・、及び、凝固収縮（体積）データｖ１・ｖ２・・・等が得られるのである。
【００２０】
次に、ステップＳ４の鋳造データ変換工程においては、前記ステップＳ３の第一解析工程で得られた個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・における第一鋳造データｄ１・ｄ２・・・が、前記第二解析用メッシュ２２において対応するメッシュｍ´１・ｍ´２・・・における第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・として変換される。具体的には、例えば第一解析用メッシュ２１におけるメッシュｍ１・ｍ２・・・で得られた温度データｔ１・ｔ２・・・、及び、凝固収縮データｖ１・ｖ２・・・等が、対応する第二解析用メッシュ２２におけるメッシュｍ´１・ｍ´２・・・での温度データｔ´１・ｔ´２・・・、及び、凝固収縮データｖ´１・ｖ´２・・・として添付されるのである。
【００２１】
次に、ステップＳ５の第二解析工程においては、図４（ｂ）に示す如く、前記第二解析用メッシュ２２における個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・における第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・を用いて、重力方向への溶湯Ｍの重さを考慮して、前記キャビティ１１内での溶湯Ｍの固まり方を解析する凝固解析が行われるのである。
【００２２】
［重力鋳造の解析システム］
即ち、本発明に係る重力鋳造の解析システムは、型１０のキャビティ１１内に充填される溶湯Ｍに加わる重力方向を考慮して、前記溶湯Ｍの前記キャビティ１１内における湯流れ解析、及び、凝固解析を行うものであって、溶湯Ｍの充填時における型１０の方向にキャビティ１１が配置されたとして、前記キャビティ１１の第一解析用メッシュ２１と、該第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・の位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第一解析用メッシュ生成手段と、前記型１０を前記の配置状態から水平方向に配置した回転軸を中心に１８０度回転させた重力鋳造時の型１０の方向にキャビティ１１が配置されたとして、前記キャビティ１１の第二解析用メッシュ２２と、該第二解析用メッシュ２２における個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・の位置情報と、を生成し、それぞれを記憶手段に記憶させる、第二解析用メッシュ生成手段と、前記第一解析用メッシュ２１における個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・を用いて、前記キャビティ１１内への溶湯Ｍの湯流れ解析、及び、前記キャビティ１１内での溶湯Ｍの凝固解析を行う、第一解析手段と、前記第一解析工程で得られた個々のメッシュｍ１・ｍ２・・・における第一鋳造データｄ１・ｄ２・・・を、前記第二解析用メッシュ２２における、前記第一解析用メッシュ２１の位置情報に対応する位置情報を有するメッシュｍ´１・ｍ´２・・・の第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・として変換する、鋳造データ変換手段と、前記第二解析用メッシュ２２における個々のメッシュｍ´１・ｍ´２・・・と、前記第二鋳造データｄ´１・ｄ´２・・・と、を用いて、凝固解析を行う、第二解析手段と、を備えるのである。
【００２３】
上記のように構成することにより、注湯完了時と反転完了時とで重力方向が逆転することになる実際の重力鋳造方法に対応して、解析中に型１０及びキャビティ１１のモデルである第一解析用メッシュ２１を反転し、第二解析用メッシュ２２として解析を継続することができるのである。即ち、キャビティ１１のモデルに加わる重力方向を反転させて、重力鋳造の解析を行うことができるのである。これにより、湯流れや、充填完了時の溶湯温度分布が変化することなく、実際の重力鋳造方法に応じた精度の高い解析をすることが可能となるである。さらに、図４（ａ）、（ｂ）に示すような解析結果を順に並べることで、実際の重力鋳造方法に即した解析結果を連続的に見ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（ａ）は重力鋳造における注湯時の状態を示す模式図、（ｂ）は同じく反転完了時の状態を示す模式図。
【図２】本発明に係る重力鋳造の解析方法のフローチャートを示した図。
【図３】（ａ）は第一解析用メッシュ、及び、該第一解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報を生成している状態を示す模式図、（ｂ）は同じく第二解析用メッシュ、及び、該第二解析用メッシュにおける個々のメッシュの位置情報を生成している状態を示す模式図。
【図４】（ａ）は第一解析用メッシュにおける第一解析工程を示す模式図、（ｂ）は同じく第二解析用メッシュにおける第二解析工程を示す模式図。
【符号の説明】
【００２５】
１０    型
１１    キャビティ
２１    第一解析用メッシュ
２２    第二解析用メッシュ
Ｍ    溶湯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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