(57)【要約】【課題】鋳造品の割れ発生を適切に予測することができる鋳造品の割れ予測方法を提供する。【解決手段】割れの原因である凝固時間のアンバランスを把握するべく、鋳造品１の第１、第２未凝固部位２ａ，２ｂ間の途切れ部位４を含む長手状領域６に設定された第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１における凝固時間を求め（ステップＳ４）、第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１の測定部位凝固時間の差の最大値Δｔがクライテリア（４ｓ）未満であるか否かにより鋳造品１の割れの発生の危険性を判定する（ステップＳ５）。割れの原因である凝固時間のアンバランスを、複数の測定部位凝固時間の差から把握し、これにより、鋳造品の割れの発生を適切に予測できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造品製造に係る凝固シミュレーションを行うことによって前記鋳造品の割れを予測する鋳造品の割れ予測方法であって、
前記鋳造品における隣接する２つの未凝固部位間に途切れ部位を検出する途切れ部位検出ステップと、
前記途切れ部位を含んで前記２つの未凝固部位を結ぶように得られる長手状領域でこの長手方向に沿って定められる複数の測定部位における凝固時間に相当する測定部位凝固時間を計測する測定部位凝固時間計測ステップと、
複数の測定部位凝固時間の差を予め定めた判定基準と比較し、この比較結果に基づいて前記鋳造品の割れの発生を予測する割れ発生予測ステップと、を備えたことを特徴とする鋳造品の割れ予測方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋳造品の割れ予測方法において、前記判定基準は、実機を対象にして予め得られる前記複数の測定部位における凝固時間に相当する判定基準算出用測定部位凝固時間の差の最大値又は最大値に近い値を用いることを特徴とする鋳造品の割れ予測方法。
【請求項３】
請求項２に記載の鋳造品の割れ予測方法において、前記最大値に近い値は、前記最大値から、予め定められる余裕分を引いて得られた値であることを特徴とする鋳造品の割れ予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造品の割れ発生を予測する方法に係り、より詳しくは鋳造品を対象にした凝固シミュレーションを用いた鋳造品の割れ予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋳造により製造した製品（鋳造品）に、溶湯の凝固に伴って生じる引け巣（凝固欠陥）を、電子計算機を用いて凝固シミュレーションを行って検出する鋳造品の凝固解析方法が、特許文献１に示されている。
特許文献１に示される鋳造品の凝固解析方法では、引け巣の検出に加えて、鋳造品に対応して定められる解析モデルにおける未凝固領域の分裂により形成される各未凝固領域が備える物理量（凝固収縮量）から引け巣体積も得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１４１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、鋳造品においては、肉厚が不均一の部位や応力が集中しやすい部位で欠陥が生じやすく（冷間割れ、鋳造応力割れ）、前記欠陥の発生を予測することが重要な課題となっている。
しかしながら、上記従来技術では、引け巣及びその体積を検出するものの、前記課題に対して適切な解決手段になりえず、前記課題に対する適切な解決手段が求められているというのが実情であった。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋳造品の割れ発生を適切に予測することができる鋳造品の割れ予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の発明は、鋳造品製造に係る凝固シミュレーションを行うことによって前記鋳造品の割れを予測する鋳造品の割れ予測方法であって、前記鋳造品における隣接する２つの未凝固部位間に途切れ部位を検出する途切れ部位検出ステップと、前記途切れ部位を含んで前記２つの未凝固部位を結ぶように得られる長手状領域でこの長手方向に沿って定められる複数の測定部位における凝固時間に相当する測定部位凝固時間を計測する測定部位凝固時間計測ステップと、複数の測定部位凝固時間の差を予め定めた判定基準と比較し、この比較結果に基づいて前記鋳造品の割れの発生を予測する割れ発生予測ステップと、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願の鋳造品の割れ予測方法に係る発明によれば、割れの原因である凝固時間のアンバランスを、複数の測定部位凝固時間の差から把握し、これにより、鋳造品の割れの発生を適切に予測できる。
【０００８】
（発明の形態）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。
【０００９】
本発明は、次の（１）〜（３）項の態様で構成される。（１）〜（３）項の態様が夫々請求項１〜３に相当している。
（１）  鋳造品製造に係る凝固シミュレーションを行うことによって前記鋳造品の割れを予測する鋳造品の割れ予測方法であって、前記鋳造品における隣接する２つの未凝固部位間に途切れ部位を検出する途切れ部位検出ステップと、前記途切れ部位を含んで前記２つの未凝固部位を結ぶように得られる長手状領域でこの長手方向に沿って定められる複数の測定部位における凝固時間に相当する測定部位凝固時間を計測する測定部位凝固時間計測ステップと、複数の測定部位凝固時間の差を予め定めた判定基準と比較し、この比較結果に基づいて前記鋳造品の割れの発生を予測する割れ発生予測ステップと、を備えたことを特徴とする鋳造品の割れ予測方法。
（２）  （１）項に記載の鋳造品の割れ予測方法において、前記判定基準は、実機を対象にして予め得られる前記複数の測定部位における凝固時間に相当する判定基準算出用測定部位凝固時間の差の最大値又は最大値に近い値を用いることを特徴とする鋳造品の割れ予測方法。
（３）  （２）項に記載の鋳造品の割れ予測方法において、前記最大値に近い値は、前記最大値から、予め定められる余裕分を引いて得られた値であることを特徴とする鋳造品の割れ予測方法。
【００１０】
（１）〜（３）項に記載の鋳造品の割れ予測方法によれば、割れの原因である凝固時間のアンバランスを、複数の測定部位凝固時間の差から把握するので、鋳造品の割れの発生を適切に予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋳造品の割れ予測方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の一実施形態で対象とするテストピース（鋳造品）の未凝固領域、途切れ部位及び測定部位を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の測定部位を模式的に示す図である。
【図４】図１のステップＳ６の対策前及び対策後の鋳造品（テストピース）を対象にした特性値の変化を示す図である。
【図５】図１のステップＳ６の対策前及び対策後の鋳造品（テストピース）を対象にした測定部位毎の凝固時間を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る鋳造品の割れ予測方法を図面に基づいて説明する。
本実施形態では、コンピュータにより構成されるCAE（Computer Aided Engineering）システムを用い、図２に一例が示される、シリコンを含むアルミニウム合金製のテストピース（以下、適宜、鋳造品１ともいう。）に対応して定められる解析モデルを用いて凝固シミュレーションを行うことによって鋳造品１の割れを予測する。
【００１３】
本実施形態による鋳造品１の割れの予測は、図１に示される手順で行われる。
すなわち、図１において、まず、前記鋳造品１の製造条件（肉厚、金型冷却制御等）等を含む前記凝固シミュレーションを設定し（ステップＳ１）、ステップＳ１で設定された凝固シミュレーションを実施する（ステップＳ２）。
ステップＳ２では、凝固シミュレーションのうち後述するステップＳ３〜Ｓ６を除くシミュレーションを実施すると共に、この処理と並行するように、ステップＳ２で実施される凝固シミュレーションに対応した、前記鋳造品１の製造条件に沿って、鋳造品１を製造し、シリコン組織の長さの計測ひいては各部位の凝固時間の把握（後述する）のために供し得るようにしている。
【００１４】
続いて、図２、図３に示すように、前記凝固シミュレーションに対応した、前記鋳造品１の製造条件に沿って製造された鋳造品１における隣接する２つの未凝固部位２間に形成される途切れ部位４を検出する（ステップＳ３）。本実施形態では、ステップＳ３が途切れ部位検出ステップに相当する。
未凝固部位２については、溶湯が凝固する過程で、凝固部分に囲まれて残されていると見做すことができることから、以下、適宜、未凝固領域又は閉ループともいう。また、２つの未凝固部位２を、以下、便宜上、第１、第２未凝固部位２ａ，２ｂともいう。
本実施形態では、途切れ部位４の中央部分は薄肉（本実施形態では肉厚Ｔが４ｍｍとされている。）で、当該部分から離れるのに伴い（第１、第２未凝固部位２ａ，２ｂに近づくにつれて）厚肉になっている。
【００１５】
次に、図２、図３、及び図５に示すように、途切れ部位４を含んで第１、第２未凝固部位２ａ，２ｂを結ぶように得られる長手状領域６でこの長手状領域６の長手方向に沿って定められる複数（本実施形態では、複数として１１を用いている。）の測定部位（以下、便宜上、第１〜第１１測定部位という。）ｋ１〜ｋ１１における凝固時間に相当する測定部位凝固時間を計測する（ステップＳ４）。本実施形態では、ステップＳ４が割れ発生予測ステップを構成している。
【００１６】
ステップＳ４に続いて、ステップＳ４で得られた第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１の測定部位凝固時間の差の最大値Δｔを予め定めた判定基準（適宜、クライテリアともいう。）と比較し〔Δｔ＜クライテリア？〕、この比較結果に基づいて鋳造品１の割れ（図２に一例として符号８で示す。）の発生の危険性を判定する（ステップＳ５）。前記クライテリアとしては、本実施形態では４ｓ（秒）を用いている。本実施形態では、ステップＳ５が測定部位凝固時間計測ステップを構成している。
【００１７】
本実施形態では、凝固時間の計測は、顕微鏡写真技術を用いて鋳造品１を対象にして得られるシリコンのサイズ（シリコン組織の長さ）を計測することにより行っている。すなわち、鋳造品１に含まれるシリコンのサイズと凝固時間とは、比例する相関〔シリコン組織が長い程、凝固時間が長くなる（ゆっくり凝固する）特性〕があることを利用し、割れの原因である凝固時間のアンバランスを、凝固時間差に対応するシリコンサイズ差（シリコン成長サイズ差ともいう。）から推定している。
【００１８】
本実施形態では、一つの鋳造品１（途切れ部位４の中央部分の肉厚Ｔが4ｍｍとされた鋳造品１）を対象にして各部位（第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１）のシリコンサイズひいてはシリコンサイズ差（最大値）を求めたところ、図４の左側部分（実機シリコンサイズ差）の棒グラフで示すように、10.6μｍが得られた。このシリコンサイズ差（最大値）の数値10.6μｍは、ＣＡＥシステムで用いる凝固時間差としては、5.3ｓ〔図４の右側部分（ＣＡＥシステムで用いる凝固時間差）及び図５参照〕に対応する。本実施形態では、上述したように、シリコンサイズ差（最大値）及び凝固時間差に上述し対応関係（10.6μｍ  ⇔  5.3ｓ）があることから、前記クライテリアとしての4ｓは、逆算すると、図４に示すように、シリコンサイズ差（最大値）〔実測クライテリア〕としては、8μｍに相当することになる。
【００１９】
なお、凝固時間の判定は、デンドライトの間隙長を用いて行うのが一般的であるが、デンドライトの間隙長を用いた判定方法では、凝固時間が短くなる部位では判定が極めて難しいので、本実施形態では、前記シリコンサイズ（長さ）を用いた方法を採用している。そして、前記シリコンサイズ（長さ）を用いた方法を採用することにより、凝固時間が短い部位でも凝固時間を精度高く判定できるようにしている。
【００２０】
ここで、前記クライテリアの設定方法について、図５に基づいて説明する。本実施形態では、図５に示すように、対策前の鋳造品１（途切れ部位４の中央部分の肉厚Ｔが４ｍｍとされている鋳造品１）を対象にして第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１における凝固時間（図５の縦軸。以下、便宜上、適宜、判定基準算出用測定部位凝固時間という。）を求め、前記各部位における判定基準算出用測定部位凝固時間を用いて、前記クライテリアを定めている。すなわち、前記各部位における判定基準算出用測定部位凝固時間の差の最大値（図５に示す例では5.3ｓ）から予め定められる余裕分（1.3ｓ）を引いて得られた値〔最大値に近い値〕である前記４ｓ（＝5.3ｓ−1.3ｓ）を前記クライテリアとして定めている。
前記判定基準算出用測定部位凝固時間の差の最大値としての5.3ｓは、第９測定部位ｋ９の凝固時間（7.0ｓ）から第６測定部位ｋ６の凝固時間（1.7ｓ）を引いて得られる（5.3ｓ＝7.0ｓ−1.7ｓ）。
【００２１】
ここで、図１に戻って、鋳造品１の割れ予測の手順の説明を進める。
前記ステップＳ５で鋳造品１に割れの発生の危険性がある（Δｔ≧４ｓ）と判定されると、ＮＧとされ、肉厚アップ、金型冷却制御などの対策が必要とされて、鋳造品１の製造条件等を修正する内容の対策指示が生成され（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻り、前記対策指示に沿うように鋳造品１の製造条件及び凝固シミュレーションが調整され、その後、ステップＳ２に進んで、調整された凝固シミュレーションが実施される。
本実施形態では、ステップＳ６の対策指示は、肉厚Ｔが４ｍｍである途切れ部位４の中央部分を6ｍｍの肉厚Ｔとするように肉厚アップを行なう内容となっており、この対策指示に沿って修正された鋳造品１の製造条件で鋳造が行われることにより、途切れ部位４の中央部分の肉厚Ｔが6ｍｍとされた鋳造品１が製造されることになる。
ステップＳ５で鋳造品１には割れの発生の危険性がない（Δｔ＜４ｓ）と判定されると、当該凝固シミュレーションひいては鋳造品１の製造条件はＯＫであるとされ、図１の制御フローの実行が終了される。
【００２２】
本実施形態では、ステップＳ５の判定でＮＧとされると、上述したように、ステップＳ６の対策指示に沿って肉厚アップされた（途切れ部位４の中央部分の肉厚Ｔが6ｍｍとされた）鋳造品１が製造されるように製造条件が修正され、この製造条件に基づく鋳造が行われることになる。
本願発明者は、本実施形態の効果を確認するべく、上述したように肉厚アップされた（途切れ部位４の中央部分の肉厚Ｔが6ｍｍとされた）鋳造品１及び肉厚アップされていない（途切れ部位４の中央部分の肉厚Ｔが4ｍｍとされた）鋳造品１を夫々同等数（約100個）、製造し、製造した全ての鋳造品１について割れ（図２参照）の発生の有無を調べた。
上記調査により、肉厚アップされていない鋳造品１では、数個に割れが検出されたのに対し、肉厚アップされた鋳造品１では、割れ品が無いという結果が得られ、第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１の測定部位凝固時間の差の最大値Δｔがクライテリア（4ｓ）未満であるか否かの判定（Δｔ＜4ｓ？）及び肉厚アップの対策が適切であることを検証することができた。
【００２３】
また、上記肉厚アップされた鋳造品１に対して第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１におけるシリコン長さを計測し、各部位における凝固時間を求め、図５で○を含む線分（対策後として示す。）で示す結果が得られた。図５に対策後として示す線分から明らかなように、各部位（第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１）における凝固時間は略同等であり、バランスが取れたものになっている。
このように、対策後の鋳造品１は、凝固時間がバランスの取れたものになっていることは、前記調査による「肉厚アップされた鋳造品１では、割れ品が無いという結果」を裏付けるものになっている。
【００２４】
上記実施形態では、判定基準（クライテリア）としては、第１〜第１１測定部位ｋ１〜ｋ１１における凝固時間（判定基準算出用測定部位凝固時間）の差の最大値（5.3ｓ）から予め定められる余裕分（1.3ｓ）を引いて得られた値（４ｓ）を用いているが、これに代えて判定基準算出用測定部位凝固時間の差の最大値を用いるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１…鋳造品、２…未凝固部位、４…途切れ部位、６…長手状領域、ｋ１〜ｋ１１…第１〜第１１測定部位。
【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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