(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯が注入される金型の寿命を判定する金型寿命判定方法において、
前記金型の金型形状を複数のノードで表す有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、
鋳造成形品の離型時に前記金型と鋳造成形品との間に、前記溶湯材料成分中の金属元素が金型の金属組織に拡散反応した部分に作用する荷重と、拡散反応しない部分に作用する荷重とに基づき金型表面の引張応力を演算する引張応力演算工程と、
前記金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき前記金型材料の引張強度に対する前記Ｓ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１評価指標として演算し、横軸又は縦軸を繰返し数、縦軸又は横軸を前記第１評価指標とする第１相関線図を作成する第１相関線図作成工程と、
前記金型材料の引張強度に対する前記金型表面の引張応力の割合を第２評価指標として演算し、横軸を注湯回数、縦軸を前記第２評価指標とする第２相関線図を作成する第２相関線図作成工程と、
前記第１相関線図の第１評価指標と注湯回数の積により前記金型材料固有の寿命面積を演算する寿命面積演算工程と、
前記第２相関線図と金型材料の前記寿命面積に基づき前記金型の寿命を判定する寿命判定工程と、
を備えたことを特徴とする金型寿命判定方法。  
【請求項２】
前記引張応力演算工程の前に、金型へ注入された溶湯が金型に溶着するか否かを判定するための溶着判定基準温度を予め設定する溶着判定基準温度設定工程と、
金型の１または複数部位に対応した溶湯の溶湯注入開始後の複数の経過時間における複数の溶湯温度を算出する溶湯温度算出工程と、
前記溶湯温度を溶着判定基準温度設定工程で設定された溶湯判定基準温度と照合して、溶着を判定する溶着判定工程と、
前記溶湯温度が前記溶着判定基準温度以上になる超過温度と経過時間とを時間積分して累積値を算出する累積値算出工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の金型寿命判定方法。
【請求項３】
前記累積値に基づいて判定された金型の溶着可能性のある領域をその他の領域と識別可能な色によって表示する表示工程を備えたことを特徴とする請求項２に記載の金型寿命判定方法。
【請求項４】
溶湯が注入される金型の寿命を判定する金型寿命判定装置において、
前記金型の金型形状を複数のノードで表す有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、
鋳造成形品の離型時に前記金型と鋳造成形品との間に、前記溶湯材料成分中の金属元素が金型の金属組織に拡散反応した部分に作用する荷重と、拡散反応しない部分に作用する荷重とに基づき金型表面の引張応力を演算する引張応力演算手段と、
前記金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき前記金型材料の引張強度に対する前記Ｓ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１評価指標として演算し、横軸又は縦軸を繰返し数、縦軸又は横軸を前記第１評価指標とする第１相関線図を作成する第１相関線図作成手段と、
前記金型材料の引張強度に対する前記金型表面の引張応力の割合を第２評価指標として演算し、横軸又は縦軸を注湯回数、縦軸又は横軸を前記第２評価指標とする第２相関線図を作成する第２相関線図作成手段と、
前記第１相関線図の第１評価指標と注湯回数の積により前記金型材料固有の寿命面積を演算する寿命面積演算手段と、
前記第２相関線図と金型材料の前記寿命面積に基づき前記金型の寿命を判定する寿命判定手段と、
を備えたことを特徴とする金型寿命判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の鋳造や射出成形等に用いられる金型の寿命を判定する金型寿命判定方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンのシリンダブロックやシリンダヘッド等のアルミ合金製の鋳造成形品を金型鋳造により成形するとき、図１８に示すように、固定金型Ｄ１と、この固定金型Ｄ１に対向して接近・離隔方向へ移動可能な可動金型Ｄ２と、この固定金型Ｄ１と可動金型Ｄ２の間に形成されるキャビティＣの周囲の側面を囲む複数のスライドキャビティ型Ｄ３によってキャビティＣを形成し、このキャビティＣに対して注湯筒Ｄ４からアルミ合金の溶湯を加圧状態で注湯することが行われている。
【０００３】
金型鋳造では、溶湯が凝固して鋳造成形品を金型Ｄから離型する際、鋳造成形品と金型Ｄとが焼付き（溶着）を生じ、不良品の発生や金型Ｄの疲労破損を招くことがある。
鋳造プロセス中に発生する溶着は、固体金属（金型）と溶融金属（溶湯）が接触した結果生じる、金属元素間における化合を伴う拡散反応と推定され、金型と溶湯の溶着は、金型と溶湯との境界部分に両者の化合物層が生成される現象である。図１９（ａ）に示すように、注湯後、暫くの間は溶湯と金型Ｄの間の拡散反応は生じない。そして、所定温度以上の溶湯が金型Ｄに所定時間接触を継続したとき、図１９（ｂ）に示すように、溶湯の金属元素Ａ１が金型Ｄの界面を通過して金型内部に浸透し、その結果、図１９（ｃ）に示すように、溶湯の金属元素Ａ１が金型の金属元素と拡散反応して化合物層Ａ２を生成して溶着を形成する。
【０００４】
新規に設計される金型では、このような溶着が発生する部位を予測し予め対策を施すため、有限要素解析法を用いて金型表面の温度分布や応力分布を演算し、これらの値を低サイクル疲労寿命や磨耗量を予測する方程式に代入して金型寿命を予測することが行われている。
【０００５】
特許文献１に記載された鍛造金型の金型寿命予測方法では、低サイクル疲労曲線から低サイクル損傷値と寿命サイクルが含まれた回帰式を算出し、降伏応力、軟化率及びVon Mises相当応力を用いて金型の破壊までの注湯回数や金型の形状及び使用条件等を演算している。特許文献１の金型寿命予測方法は、金型に加わる応力の方向を考慮して累積歪を予測し、低サイクル疲労寿命を予測することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３２６６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の金型寿命予測方法では、鋳造の繰返し数（注湯回数）が十分に大きな時の引張応力により寿命予測を行うため、その応力値が算出されるまでの金型に作用する応力の増加傾向が反映されず金型寿命を精度よく予測することが困難である。特に、溶着が発生する金型では、溶着の進行に応じて引張応力が変化するため、溶着進行の過程が溶着に起因した疲労損傷に大きな影響を与える。
【０００８】
つまり、図２０のＳ−Ｎ線図に示すように、金型に装着された形状等が異なる鋳抜きピンＰ１〜Ｐ３の場合、十分に大きな注湯回数において鋳抜きピンＰ１〜Ｐ３に作用する応力が同じ応力値であっても、その注湯回数に至るまでの溶着進行の過程が鋳抜きピンＰ１〜Ｐ３毎に異なるため、溶着に起因する引張応力の増加傾向が鋳抜きピンＰ１〜Ｐ３毎に異なっている。それ故、溶着発生タイミングの早い鋳抜きピンＰ１は、注湯回数が早い段階で大きな引張応力が作用し、溶着発生タイミングの遅い鋳抜きピンＰ２，Ｐ３に比べて早い注湯回数で疲労破損する虞がある。
【０００９】
本発明の目的は、溶着に起因する引張応力の増加傾向を金型の寿命判定に反映でき、金型の熱容量に拘わらず溶湯の金型への溶着を精度良く判定可能な金型寿命判定方法及びその装置等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の金型寿命判定方法は、溶湯が注入される金型の寿命を判定する金型寿命判定方法において、前記金型の金型形状を複数のノードで表す有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成工程と、鋳造成形品の離型時に前記金型と鋳造成形品との間に、前記溶湯材料成分中の金属元素が金型の金属組織に拡散反応した部分に作用する荷重と、拡散反応しない部分に作用する荷重とに基づき金型表面の引張応力を演算する引張応力演算工程と、前記金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき前記金型材料の引張強度に対する前記Ｓ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１評価指標として演算し、横軸又は縦軸を繰返し数、縦軸又は横軸を前記第１評価指標とする第１相関線図を作成する第１相関線図作成工程と、前記金型材料の引張強度に対する前記金型表面の引張応力の割合を第２評価指標として演算し、横軸又は縦軸を注湯回数、縦軸又は横軸を前記第２評価指標とする第２相関線図を作成する第２相関線図作成工程と、前記第１相関線図の第１評価指標と注湯回数の積により前記金型材料固有の寿命面積を演算する寿命面積演算工程と、前記第２相関線図と金型材料の前記寿命面積に基づき前記金型の寿命を判定する寿命判定工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１１】
この金型寿命判定方法においては、複数温度におけるＳ−Ｎ線図の縦軸又は横軸を引張強度に対する前記Ｓ−Ｎ線図の引張応力の割合（第１評価指標）に変換することにより、温度毎に分かれていたＳ−Ｎ線図を単一の相関線図に変換できることに着目し、この相関線図上において、第１評価指標と繰返し数との乗算値（以下、寿命面積と表す）が材料固有の一定値であることを知見した。この知見に基づき、金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき第１評価指標を演算し、横軸又は縦軸を繰返し数、縦軸又は横軸を前記第１評価指標とする第１相関線図を作成したため、金型材料固有の寿命面積を算出することができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記引張応力演算工程の前に、金型へ注入された溶湯が金型に溶着するか否かを判定するための溶着判定基準温度を予め設定する溶着判定基準温度設定工程と、金型の１または複数部位に対応した溶湯の溶湯注入開始後の複数の経過時間における複数の溶湯温度を算出する溶湯温度算出工程と、前記溶湯温度を溶着判定基準温度設定工程で設定された溶湯判定基準温度と照合して、溶着を判定する溶着判定工程と、前記溶湯温度が前記溶着判定基準温度以上になる超過温度と経過時間とを時間積分して累積値を算出する累積値算出工程と、を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記累積値に基づいて判定された金型の溶着可能性のある領域をその他の領域と識別可能な色によって表示する表示工程を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４の発明は、溶湯が注入される金型の寿命を判定する金型寿命判定装置において、前記金型の金型形状を複数のノードで表す有限要素モデルを作成する有限要素モデル作成手段と、鋳造成形品の離型時に前記金型と鋳造成形品との間に、前記溶湯材料成分中の金属元素が金型の金属組織に拡散反応した部分に作用する荷重と、拡散反応しない部分に作用する荷重とに基づき金型表面の引張応力を演算する引張応力演算手段と、前記金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき前記金型材料の引張強度に対する前記Ｓ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１評価指標として演算し、横軸又は縦軸を繰返し数、縦軸又は横軸を前記第１評価指標とする第１相関線図を作成する第１相関線図作成手段と、前記金型材料の引張強度に対する前記金型表面の引張応力の割合を第２評価指標として演算し、横軸又は縦軸を注湯回数、縦軸又は横軸を前記第２評価指標とする第２相関線図を作成する第２相関線図作成手段と、前記第１相関線図の第１評価指標と注湯回数の積により前記金型材料固有の寿命面積を演算する寿命面積演算手段と、前記第２相関線図と金型材料の前記寿命面積に基づき前記金型の寿命を判定する寿命判定手段と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、金型材料固有の寿命面積を示す第１相関線図と解析対象となる金型の溶着に起因する引張応力の増加傾向を示す第２相関線図を作成し、第１相関線図から演算された寿命面積に基づき金型寿命（繰返し数）を判定しているため、金型の寿命判定に溶着に起因する引張応力の増加傾向を反映でき、金型形状等に拘わらず精度の良い寿命予測を行うことができる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、溶湯温度を用いて溶湯と金型との境界部分における化合物層を生成する拡散反応を予測できるため、溶湯と金型との溶着進行の過程を金型の部位毎に予測でき、溶湯の金型への溶着可能性を精度良く判定できる。しかも、溶湯温度を用いるため、成形品形状や冷却水通路等に伴う金型の熱容量に影響を受けることなく、形状の異なる部材の成形であっても、共通の溶着判定基準温度によって溶湯と金型との溶着の進行を予測することができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、溶着可能性のある領域をその他の領域と識別可能な色によって表示するため、作業者が画面によって溶着判定結果を容易に視認することができる。
請求項４の発明によれば、基本的に請求項１と同様の作用、効果を奏する金型寿命判定装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例１に係る金型の寿命判定装置のブロック図である。
【図２】金型の寿命判定処理のフローチャートである。
【図３】シリンダブロックの図である。
【図４】鋳造時の溶湯温度曲線を示すグラフである。
【図５】溶着判定基準温度作成の説明図である。
【図６】金型への有効注湯回数と積算温度との関係を示す評価基準のグラフである。
【図７】シリンダブロックの有限要素モデルである。
【図８】金型の有限要素モデルである。
【図９】積算温度に基づく溶着判定の説明図である。
【図１０】溶着判定処理におけるノード毎の負荷条件演算のフローチャートである。
【図１１】鋳抜きピンの有限要素モデルである。
【図１２】応力解析処理のフローチャートである。
【図１３】金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図である。
【図１４】金型材料の第１ＨＳ−Ｎ線図である。
【図１５】金型材料の第２ＨＳ−Ｎ線図である。
【図１６】金型の第２ＨＳ−Ｎ線図である。
【図１７】種類が異なる鋳抜きピンの第２ＨＳ−Ｎ線図である。
【図１８】金型鋳造の説明図である。
【図１９】拡散反応の説明図である。
【図２０】溶着進行の過程が異なる鋳抜きピンのＳ−Ｎ線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明の実施例について図１〜図１７に基づいて説明する。
本実施例では、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系Ａｌ合金としてのＡＤＣ１０（ＪＩＳ規格）の溶湯を、キャビティを備えた金型へ加圧状態で注湯し、鋳造成形品、例えば、シリンダブロックＢ（図３参照）を形成する金型鋳造の例について説明する。
【００２１】
溶湯の化学成分は、Ｃｕ：２．０〜４．０ｗｔ％，Ｓｉ：７．５〜９．５ｗｔ％，Ｍｇ：０．３ｗｔ％以下，Ｚｎ：１．０ｗｔ％以下，Ｆｅ：１．３ｗｔ％以下，Ｍｎ：０．５ｗｔ％以下，Ｎｉ：０．５ｗｔ％以下，Ｓｎ：０．２ｗｔ％以下，残部：Ａｌとされている。尚、溶湯はＡＤＣ１０に限られるものではなく、金型鋳造に適用可能な金属であれば何れであっても良く、例えばＭｇ系Ａｌ合金であっても良い。
【００２２】
金型は、ＳＫＤ６１（ＪＩＳ規格）の熱間金型用合金工具鋼によって形成されている。
金型の化学成分は、Ｃ：０．３２〜０．４２ｗｔ％，Ｓｉ：０．８０〜１．２０ｗｔ％，Ｍｎ：０．５０ｗｔ％以下，Ｐ：０．０３０ｗｔ％以下，Ｓ：０．０３０ｗｔ％以下，Ｃｒ：４．５０〜５．５０ｗｔ％以下，Ｍｏ：１．００〜１．５０ｗｔ％以下，Ｖ：０．８０〜１．２０ｗｔ％以下，残部：Ｆｅとされている。更に、この金型には、例えば、８２０〜８７０℃の焼きなまし、或いは１０００〜１０５０℃の焼入れに続けて、５５０〜６５０℃の焼戻し等の熱処理が施されている。
【００２３】
次に、金型寿命判定装置１について説明する。尚、以下の説明は、金型寿命判定方法の説明を含むものである。
図１に示すように、金型寿命判定装置１は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）装置２と、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）装置３と、データベースとしての記憶装置４と、入力装置５と、各種処理工程を実行可能な処理装置６と、表示装置７等を備えている。ＣＡＤ装置２とＣＡＥ装置３と記憶装置４と処理装置６は、通信回線を介して相互に各種情報の伝達が可能に構成されている。尚、前記各装置は、その他の通信手段を介して情報の送受信が相互に可能であり、また、各種情報を記録媒体に記憶させて他の装置に情報を伝達するように構成することも可能である。
【００２４】
ＣＡＤ装置２（有限要素モデル作成手段）は、金型の形状データに基づき金型のモデル情報を作成するよう構成されている。ＣＡＤ装置２には、金型形状に基づきソリッドモデルやシェルモデル等の金型モデルを作成する機能と、この金型モデルに基づいて金型形状の有限要素モデル８（図８参照）を作成する機能と、有限要素モデル８を部位毎に色別して表示する機能等を備えている。
【００２５】
ＣＡＥ装置３は、鋳造成形品（シリンダブロックＢ）の有限要素モデル情報に基づいて、金型へ注入される溶湯温度をシミュレーション可能に構成されている。ＣＡＥ装置３は、金型の１または複数部位に対応した溶湯注入開始後の複数の経過時間における複数の溶湯温度を演算している。
【００２６】
ＣＡＥ装置３には、鋳造成形品の有限要素モデル９（図７参照）に基づいて複数のノード（交点）を備えたシリンダブロックＢ形状のメッシュ情報を作成する機能と、メッシュ情報のうち各ノードにおいて溶湯の温度変化を演算する機能等を備えている。ここで、シミュレーションを行う対象は、溶湯と金型との境界部分の近傍部における溶湯温度と定義している。それ故、ＣＡＥ装置３は、境界部分の近傍部の温度を温度解析プログラムによって演算するように構成されている。尚、溶湯温度以外のメッシュ情報は別途準備することも可能であり、各ノードの溶湯温度を演算する機能のみを備えたＣＡＥ装置を適用することも可能である。
【００２７】
記憶装置４は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ等のディスクドライブ等を備えている。記憶装置４には、鋳造成形品用ＣＡＥ温度解析プログラムと、溶着判定プログラムと、メンテナンス時期設定プログラムと、金型寿命判定プログラムと、溶湯が金型に溶着するか否かを判定するための溶着判定基準温度と、溶着なしに金型へ注湯可能な注湯回数を示す評価基準と、金型の付帯条件と、成形条件と、性能条件と、各種定数等が格納されている。更に、記憶装置４は、ＣＡＤ装置２とＣＡＥ装置３の演算結果やシリンダブロックＢの素材情報等が記憶可能に形成されている。
【００２８】
入力装置５は、マウスやキーボード等を備え、溶湯の温度解析に必要な情報、加圧圧力等の鋳造初期条件等を入力するための装置である。処理装置６は、ＣＰＵ等から構成され、記憶装置４に記憶された溶着判定プログラムと金型寿命判定プログラムとメンテナンス時期設定プログラム等の各種プログラムを実行する。表示装置７は、ＣＲＴやＬＣＤ等を備え、入力情報や計算結果を金型の有限要素モデル８上に色別表示可能に構成されている。
【００２９】
次に、図２，図１０，図１２のフローチャートに基づいて、金型の寿命判定処理について説明する。尚、左列はＣＡＥ処理、中列はＣＡＤ処理、右列は基準作成処理を夫々示している。また、Ｓｉ（ｉ＝１，２…）は、各処理のためのステップを示す。
【００３０】
前処理として、右列の基準作成処理について説明する。
図２に示すように、Ｓ１では、金型への溶湯注入後において、溶湯が金型に溶着するか否かを判定するための溶着判定基準温度Ｔを設定する。溶着判定基準温度Ｔは、図３に示すように、シリンダブロックＢの表面に対して複数の溶湯温度測定箇所、例えば測定ポイントａ〜ｅを予め設定し、実際の鋳造工程において、シリンダブロックＢの測定ポイントａ〜ｅの溶湯温度を注湯からの経過時間毎に計測し、図４に示す各測定ポイントａ〜ｅの溶湯温度の経過時間に対する推移傾向である溶湯温度曲線Ｔａ〜Ｔｅを作成する。ここで、作成された溶湯温度曲線Ｔａ〜Ｔｅは、各測定ポイントａ〜ｅ部分の溶湯と金型との境界部分の近傍部における溶湯温度である。尚、本例では説明のためａ〜ｅの５箇所の測定ポイントを取り上げるが、解析精度を高めるには、測定ポイント数をより多く設定する、加えて、測定ポイントの配置を、凹、凸、平面など、金型内のあらゆる形状を網羅することが必要である。
【００３１】
次に、各測定ポイントａ〜ｅにおいて、溶着（焼付き）が発生した最低温度と経過時間を検出する。図５に示すように、溶着が発生した各溶湯温度曲線Ｔａ〜Ｔｅの最低温度、所謂溶着有り領域と溶着無し領域との溶湯温度曲線Ｔａ〜Ｔｅの境界温度を結ぶことにより溶着判定基準温度Ｔを設定することができる。溶着判定基準温度Ｔは、注湯後、早い段階では経過時間に対して冷却（温度低下）傾向が大きく、その後、経過時間が進む程、冷却傾向が小さくなる特性を備えている。更に時間が経過した場合、再度、冷却傾向が大きくなる特性を備えている。
【００３２】
以上により、溶着判定基準温度Ｔは、実際に注入された溶湯の温度変化から設定されるため、シリンダブロックＢの形状や冷却水通路等の配置に起因する金型の熱容量等の金型側要因に影響を受けることなく、また、シリンダブロックＢの部位に拘わらず、溶着の発生有無を判定可能な判定基準として用いることができる。即ち、溶着判定基準温度Ｔよりも溶湯温度の高い領域では、溶湯の金属元素が金型の金属元素と拡散可能なエネルギーを保有しているため、溶着の発生可能性が存在していると判断することができる。しかも、この溶着判定基準温度Ｔは、ＳＫＤ６１製の金型とＡＤＣ１０の溶湯を用いた金型鋳造に対して、鋳造成形品形状に拘わらず共通して使用可能な判定基準であるため、一度設定することで形状が異なる鋳造成形品に適用することができる。
【００３３】
また、溶着判定基準温度Ｔは、鋳造条件（鋳込み開始時の溶湯温度、充填時間、製品取り出しまでの保持時間など）に拘わらず、共通の基準として使用することができる。その理由は、溶着判定に溶湯温度を用いることで、鋳造条件の変更に対して、シミュレーションの中で凝固中の溶湯温度が追随する特性を利用しているためである。これにより、溶着判定基準温度Ｔは、鋳造条件の制約を受けることなく、一度設定することであらゆる鋳造条件に適用することができる。
【００３４】
Ｓ２にて、溶湯の金型への溶着を発生させる積算温度Ｅ（累積値）と溶着の発生なしに金型へ注湯可能な有効注湯回数との関係を示す評価基準Ｓを設定する。積算温度Ｅは、各溶湯温度曲線Ｔａ〜Ｔｅが溶着判定基準温度Ｔ以上になる超過温度を時間積分、所謂超過温度と経過時間とを乗算することによって求めることができる。それ故、積算温度Ｅは、超過温度時間積分値として表すことができる。
【００３５】
図６に示すように、積算温度Ｅと前記有効注湯回数とは、積算温度Ｅが大きくなる程有効注湯回数が減少するような自然対数の関係を有している。この評価基準Ｓの関係式は、実際の鋳造時において溶着が発生するまでの有効注湯回数と、そのときの積算温度を検出することによって求めている。尚、評価基準Ｓについても、溶着判定基準温度Ｔと同様に、一度設定することにより、特定の鋳造成型品形状や、鋳造条件の制約を受けることなく、あらゆる形状の鋳造成形品や鋳造条件に使用可能な判定基準として適用することができる。
【００３６】
次に、左列のＣＡＥ処理について説明する。
ＣＡＥ装置３は、ＣＡＥ温度解析プログラムに基づいて溶湯の溶湯注入開始後における複数の経過時間における凝固解析を行う（Ｓ１１）。図７に示すように、解析対象物としてのシリンダブロックＢを三角形形状の面を備えた四面体要素等によって三次元的に要素分割し、複数のノードを備えたメッシュ状の有限要素モデル９を作成している。四面体要素によるシリンダブロックＢの表面の要素分割は、任意に設定可能である。尚、凝固解析にあたり、有限要素モデル９をＣＡＤ装置２からの金型モデル情報に基づき作成することも可能である。また、本凝固解析工程では、有限要素モデル９全てのノードについて、溶着判定を行うものであるが、説明の便宜上、５つのノードｆ〜ｊを例として説明する。
【００３７】
ＣＡＥ装置３は、記憶装置４から成形条件を取得する。その成形条件は、注入初期の溶湯温度、充填時間、最大加圧力、保圧値、保圧時間、注入開始からの経過時間等である。また、溶湯の物性値（属性）として、ＡＤＣ１０の熱伝導率、比熱、密度、粘度、温度シフトファクタ等が取得される。ＣＡＥ装置３は、有限要素モデル９と成形条件と溶湯の物性値によって、各ノードｆ〜ｊにおけるメッシュ情報である温度変化を演算している。
【００３８】
Ｓ１２にて、溶湯注入開始から１秒経過毎の各ノードｆ〜ｊの溶湯温度を所定期間演算処理し、夫々の時間（秒）における溶湯温度情報を作成する。次に、各秒毎の溶湯温度情報に基づいて、各ノードｆ〜ｊの溶湯温度曲線Ｔｆ〜Ｔｊを作成するための溶湯温度曲線情報を処理装置６等に出力している（Ｓ１３）。Ｓ１２において演算処理期間は、対象部材の材質、大きさ、形状等によって適宜設定される。
【００３９】
ここで、処理装置６は、Ｓ１で設定された溶着判定基準温度Ｔと各ノードｆ〜ｊの溶湯温度曲線Ｔｆ〜Ｔｊに基づいて、各溶湯温度曲線Ｔｆ〜Ｔｊが溶着判定基準温度Ｔ以上になる超過温度が存在する部位について、金型への溶湯の溶着可能性があると判定する（Ｓ２３）。尚、溶着判定基準温度Ｔ以上になる超過温度が存在しないノードは、金型への溶湯の溶着可能性がないと判定される。
【００４０】
溶着判定結果は、ＣＡＥ装置３へフィードバックされ、各ノードと溶着可能性が溶着マッピング情報としてシリンダブロックＢの有限要素モデル９のノード情報として記録される（Ｓ１４）。有限要素モデル９に記録された溶着マッピング情報は、実際の生産時の製品検査工程に反映される（Ｓ１５）。溶着可能性の存在するノードに対応した製品部位は、素材外観不良、加工リーク検査対象箇所として品質検査が行われる。
【００４１】
処理装置６では、溶湯判定基準温度Ｔ以上になる超過温度を時間積分した積算温度Ｅを溶着判定箇所（ノード）に対応した温度曲線毎に演算し（Ｓ２４）、評価基準Ｓに基づいて溶着発生までに鋳造できる有効注湯回数を算出し（Ｓ２５）、応力解析における境界条件（負荷条件）を設定している（Ｓ２６）。以下、有限要素モデル９の３つのノードｆ，ｇ，ｈの溶湯温度曲線Ｔｆ，Ｔｇ，Ｔｈの例について説明する。
【００４２】
ノードｆの位置は、溶湯の注湯口の近傍部であり、鋳造品の肉厚が厚い部位に相当している。それ故、図９に示すように、溶湯温度曲線Ｔｆは、早期に高温になり易く、その後、緩やかな冷却傾向を備えている。溶湯温度曲線Ｔｆは、溶着判定基準温度Ｔを超過した超過温度領域を有し、積算温度Ｅｆが大きいため、溶着発生時期は早いと判定される。尚、高温になり易く、緩やかな冷却傾向を備えた他のノードも、同様の溶湯温度曲線と見做すことができる。
【００４３】
ノードｇの位置は、鋳抜きピンの近傍部であり、成形品の肉厚が薄い部位に相当している。それ故、溶湯温度曲線Ｔｇは、高温になり易く、急激な冷却傾向を備えている。溶湯温度曲線Ｔｇは、溶着判定基準温度Ｔを超過した超過温度領域を有しているが、積算温度Ｅｇが比較的小さいため、ノードｆに比べて溶着発生時期が遅いと判定される。尚、高温になり易く、急激な冷却傾向を備えた他のノードも、同様の溶湯温度曲線と見做すことができる。
【００４４】
ノードｈの位置は、溶湯の注湯口から遠く、冷却水通路が近接した部位に相当している。それ故、溶湯温度曲線Ｔｈは、高温になり難く、急激な冷却傾向を備えている。溶湯温度曲線Ｔｈは、溶着判定基準温度Ｔを超えることがなく、積算温度Ｅｈが零であるため、溶着可能性が殆ど存在しないことが判定される。尚、高温になり難く、急激な冷却傾向を備えた他のノードも、同様の溶湯温度曲線と見做すことができる。
【００４５】
次に、中列のＣＡＤ処理について説明する。
ＣＡＤ装置２によって、金型の形状データに基づき金型モデルを作成し（Ｓ２１）、図８に示すように、この金型モデルに基づいて金型形状の複数のノードＤｆ，Ｄｇ，Ｄｈを備えた金型メッシュモデルとしての有限要素モデル８を作成している（Ｓ２２）。金型の有限要素モデル８は、三角形形状の面を備えた要素等で二次元的に要素分割し、複数のノードを備えたシェルメッシュ状で作成している。ここで使用する有限要素モデルについては、構造解析に主に用いる三次元ソリッドメッシュでも本技術が適用可能である。しかし、溶着という金型表面に発生する現象を捉える目的に対し、三次元ソリッドメッシュでは金型内部にまでメッシュを配置し、余剰な解析負荷が発生する虞があるため、溶着判定を精度よく実施する場合には、二次元シェルメッシュの活用が最適であると考えられる。また、有限要素モデルの定義は、ノード番号情報、座標情報が備わっていれば、分割形式や分割要素数について、任意に設定可能である。有限要素モデル８は、ノードｆ，ｇ，ｈの配置位置に対応したノードＤｆ，Ｄｇ，Ｄｈを備えている。Ｓ２２が、本発明の有限要素モデル作成工程に相当している。
【００４６】
Ｓ２３において、積算温度Ｅｆ，Ｅｇ，Ｅｈ（但し、Ｅｈは零であるため、図示略）による溶着判定結果を、金型の有限要素モデル８のノードＤｆ，Ｄｇ，Ｄｈに色別表示する。具体的には、溶着発生時期が早いノードＤｆは赤、溶着発生時期が遅いノードＤｇは黄、溶着可能性が殆ど存在しないノードＤｈは青等のように色別表示される。尚、その他のノードについても、同様に、溶着判定結果を色別表示している。また、溶着可能性の存在するノードＤｆ，Ｄｇの表示に当たって、各ノードＤｆ，Ｄｇを囲むように表示することも可能である。
【００４７】
Ｓ２４にて、ノード毎に超過温度時間積分値である積算温度Ｅを演算し、積算温度Ｅと評価基準Ｓに基づいて溶着発生までに鋳造できる有効注湯回数を算出する（Ｓ２５）。本実施例では、例えば、Ｅｈ＜Ｅｇ＜Ｅｆであるため、最も有効注湯回数が小さくなるノードＤｆの部位における有効注湯回数によって金型のメンテナンス時期が決定される（Ｓ１８）。メンテナンス時期には、ノードＤｆの部位の補修等が行われる。
【００４８】
処理装置６では、応力解析（Ｓ１６）における境界条件（負荷条件）を設定している（Ｓ２６）。以下、図１０のフローチャートに基づき、溶着判定処理におけるノード毎の負荷条件演算処理について説明する。説明の便宜上、図１１に示す鋳抜きピンの有限要素モデル８ａを例として説明を行う。Ｓ２６が、本発明の引張応力演算工程に相当している。
【００４９】
Ｓ３１では、Ｓ２４で演算した積算温度ＥとＳ２で作成した評価基準Ｓにより、所定の注湯回数、例えば１００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のあるノードと溶着が発生する可能性のないノードを判定している。
Ｓ３１の判定の結果、溶着が発生する可能性のあるノードと判定された場合、そのノードに識別情報Ｘを付与する（Ｓ３２）。
【００５０】
Ｓ３３では、図１１に示すように識別情報Ｘが付与されたノードで構成された領域ＡＸを色別（例えば赤色）表示し、領域ＡＸの表面積を計算している（Ｓ３４）。
Ｓ３５では、領域ＡＸの表面積と固体状態の鋳造素材ＡＤＣ１０の剪断力を乗算して、鋳造成形品を金型から離型する際の領域ＡＸに掛る剪断荷重を計算している。前記剪断力は、所定部位（例えば、鋳抜きピン）の溶着によって鋳抜きピンに発生する合力成分の引抜き方向の分力として算出することができる。
Ｓ３６では、Ｓ３５で求めた領域ＡＸの剪断荷重を、領域ＡＸを構成するノード総数で除算し、溶着が発生する可能性のある個々のノードに掛る平均の引張応力を算出している（Ｓ３７）。
【００５１】
Ｓ３１の判定の結果、１００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のないノードと判定された場合、そのノードに識別情報Ｙを付与する（Ｓ３８）。
Ｓ３９では、識別情報Ｙが付与されたノードで構成された領域ＡＹを領域ＡＸと識別可能な色により色別（例えば青や緑色）表示している。図１１に示すように、本実施例では、領域ＡＹを、４００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のあるノードで構成される領域ＡＹ１と、８００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のあるノードで構成される領域ＡＹ２と、１５００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のあるノードで構成される領域ＡＹ３と、３０００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のあるノードで構成される領域ＡＹ４と、６０００回未満の注湯回数で溶着が発生する可能性のあるノードで構成される領域ＡＹ５の５つの領域に区分して色別表示しており、これらの領域は、注湯回数に応じて識別情報Ｙから、識別情報Ｘへ変更される。
【００５２】
Ｓ４０では、溶湯と接触するが、溶着が発生しない部位の総表面積を計算し、総表面積から領域ＡＸの表面積を減算して領域ＡＹの表面積を計算している。
Ｓ４１では、領域ＡＹの表面積と固体状態の鋳造素材の摩擦力を乗算して、鋳造成形品を金型から離型する際の領域ＡＹに掛る摩擦荷重を計算している。前記摩擦力は、所定部位（例えば、鋳抜きピン）の離型時、金型と固体状態の鋳造素材との摩擦によって鋳抜きピンに発生する合力成分の引抜き方向の分力として算出することができる。尚、剪断力と摩擦力は、金型からの抜き勾配が規定により決定される定数項であるため、予め両者の相関を求めておき、一方の値から他方の値を算出することも可能である。
【００５３】
Ｓ４２では、Ｓ４１で求めた領域ＡＹの摩擦荷重を、領域ＡＹを構成するノード総数で除算し、溶着が発生する可能性のない個々のノードに掛る平均の離型抵抗力を算出している（Ｓ４３）。以上により、溶着が発生する可能性のある領域と溶着が発生する可能性のない領域を識別可能に表示でき、溶着が発生する可能性のある領域と溶着が発生する可能性のない領域を区分して金型に掛る初期負荷条件を設定することができる。
【００５４】
Ｓ２７ではＳ２２において、有限要素モデルを二次元シェルメッシュモデルで作成した場合の処理をする。Ｓ２２で二次元シェルメッシュを活用した場合、Ｓ２６までで金型表面へ構造解析で使用する境界条件まで作成している。Ｓ１６で構造解析を実施するためには、Ｓ２７で２次元シェルメッシュモデルであった有限要素モデルを、表面ノードの情報を維持したままで、三次元ソリッドメッシュモデルに拡張する必要がある。
Ｓ２２において既に三次元ソリッドメッシュモデルを活用している場合は、Ｓ２７の処理を必要としない。
【００５５】
図２のフローチャートに示すように、金型に掛る初期負荷条件を設定した後、金型の有限要素モデル８とシリンダブロックＢの有限要素モデル９とＳ２５で演算した各ノードＤｆ，Ｄｇ，Ｄｈの部位における有効注湯回数とＳ２６で演算した各ノードの負荷条件に基づき、鋳造成形品の離型時に金型の溶着部分が引き剥がされることにより各金型部位に発生する引張応力や離型抵抗力等をシミュレーションしている（Ｓ１６）。
【００５６】
図１２のフローチャートに基づき、Ｓ１６の応力解析処理について説明する。
Ｓ５１の第１相関線図作成工程では、金型材料ＳＫＤ６１の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき金型材料の引張強度に対するＳ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１高温強度Ｆ（第１評価指標）として演算し、横軸を繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第１高温強度Ｆとする第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１（第１相関線図）を作成している。
【００５７】
図１３に示すように、金型材料を設定した場合、繰返し数と引張応力において温度毎に所定のＳ−Ｎ線図が設定される。即ち、金型材料が所定温度、例えば４００℃の場合、Ｓ−Ｎ線図ｐが設定され、金型材料が別の所定温度、例えば５００℃の場合、Ｓ−Ｎ線図ｑが設定される。また、金属材料は、温度毎に破断前に生じる最大引張荷重、所謂引張強度Ｐ，Ｑを有している。
【００５８】
ここで、金型材料が４００℃且つ繰返し数Ｎ０の場合、第１高温強度Ｆ１は次式（１）で表すことができる。
Ｆ１＝ｐ１／Ｐ                                            …（１）
尚、ｐ１は金型材料が４００℃のときの引張応力である。
【００５９】
また、金型材料が５００℃且つ繰返し数Ｎ０の場合、第１高温強度Ｆ２は次式（２）で表すことができる。
Ｆ２＝ｑ１／Ｑ                                            …（２）
尚、ｑ１は金型材料が５００℃のときの引張応力である。
【００６０】
以上のように、繰返し数Ｎ０において、複数温度の第１高温強度Ｆを算出した結果、次式（３）に示すように繰返し数Ｎ０における第１高温強度Ｆは温度に拘わらず一定であることが判明した。
Ｆ＝Ｆ１＝Ｆ２＝…                                          …（３）
同様に、前記繰返し数Ｎ０と異なる複数の繰返し数Ｎについて、金型材料の引張応力と引張強度に基づき第１高温強度Ｆを算出し、図１４に示す横軸を繰返し数Ｎ、縦軸を第１高温強度Ｆとした金型材料の第１ＨＳ−Ｎ線図Ｌ０を作成する。これにより、温度毎に分かれていた金型材料のＳ−Ｎ線図を単一の相関線図に変換することができる。
【００６１】
図１５に示すように、第１ＨＳ−Ｎ線図Ｌ０の横軸の繰返し数Ｎを対数変換し、横軸を繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第１高温強度Ｆとした金型材料の第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１を作成する。第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１は、次式（４）に示すように、繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）と繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）に対応する第１高温強度Ｆとの積算値Ｍ１，Ｍ２（寿命面積）が常に金型材料固有の一定値Ｍになっている。尚、この規則性は、本願発明者の知見に基づくものである。
Ｍ１＝ｎ１×ｆ１
Ｍ２＝ｎ２×ｆ２
Ｍ１＝Ｍ２＝Ｍ                                                …（４）
【００６２】
Ｓ５２の第２相関線図作成工程では、解析対象としての金型材料の引張強度に対する金型表面の引張応力の割合を第２高温強度Ｇ（第２評価指標）として演算し、横軸を注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第２高温強度Ｇとする第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２（第２相関線図）を作成している。所定部位、例えば鋳抜きピン表面の引張応力は、Ｓ２６にて演算された金型に掛る初期負荷条件に基づき演算されている。この演算された引張応力と金型材料の引張強度により、Ｓ５１と同様に、縦軸を第２高温強度Ｇ、横軸を注湯回数Ｎの相関線図を作成し、この相関線図の横軸である注湯回数Ｎを対数変換し、金型材料の第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２を作成している。第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２は、横軸を注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第２高温強度Ｇとされ、本実施例では、図１６に示すように、注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）が大きい程第２高温強度Ｇの増加率が小さくなる関係になっている。
【００６３】
Ｓ５３の寿命面積演算工程では、Ｓ５１で作成した第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１の第１高温強度Ｆと繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）の積により金型材料固有の寿命面積Ｍ（Ｍ１，Ｍ２）を演算している。以上により、応力解析処理（Ｓ１６）を終了してＳ１７に移行する。
尚、金型材料の第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１は材料固有の相関線図であるため、所定の金型材料について一度作成すれば、以後作成する必要が無く、Ｓ５１の第１相関線図作成工程を省略することができる。
【００６４】
Ｓ１７の金型寿命判定工程では、Ｓ１６の応力解析処理で作成された第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２と金型材料固有の寿命面積Ｍに基づき金型の寿命を判定している。
図１６に示すように、縦軸を第２高温強度Ｇ、横軸を注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）とした第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２において、寿命面積Ｍとなる注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）を演算する。このとき算出された繰返し数ｎ３が、解析対象である金型が疲労破損する注湯の繰返し数であり、換言すると、金型寿命としての注湯回数である。
【００６５】
図１７に示すように、同じ金型材料でも形状の異なる解析対象部位、例えば３種類の形状の異なる鋳抜きピンでは、３種類の第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５が作成される。寿命判定は、夫々の第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５に基づき寿命面積Ｍとなる注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）を算出する。つまり、第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ３に対応する鋳抜きピンの寿命は、寿命面積Ｍとなる注湯回数ｎ４、第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ４に対応する鋳抜きピンの寿命は、寿命面積Ｍとなる注湯回数ｎ５、第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ５に対応する鋳抜きピンの寿命は、寿命面積Ｍとなる注湯回数ｎ６である。
このことは、金型材質と形状が同じであるが、金型上の配置が異なる解析対象部位ついても同様に言える場合がある。その理由は、解析対象部位同士の溶着の発生形態や進度が異なる場合、双方の第２高温強度Ｇの形態が異なることで、繰返し数ｎ３が同一にならないためである。
【００６６】
以上により、シリンダブロックＢの有限要素モデル９と金型の有限要素モデル８とにより溶湯の金型への溶着現象を正確に判定することができ、金型のメンテナンス時期を予め設定することができる。しかも、判定等に用いる溶着判定基準温度Ｔと評価基準Ｓは、金型の材質と溶湯の材質から設定される基準値であり、一度設定することで、鋳造成形品形状や鋳造条件が変更されても共通に使用することができる。また、寿命面積Ｍと第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２とにより金型の疲労破損時期（注湯回数）を正確に判定することができ、金型寿命を予め予測することができる。しかも、判定に用いる寿命面積Ｍは、金型材料固有の値であり、一度算出することで、金型形状や鋳造条件が変更されても共通に使用することができる。
【００６７】
次に、金型寿命判定装置１の作用、効果について説明する。
この金型寿命判定装置１は、金型の金型形状を複数のノードで表す有限要素モデル８を作成するＣＡＤ装置２と、各種演算工程を実行可能な処理装置６を備え、この処理装置６は、鋳造成形品の離型時に前記金型と鋳造成形品との間に、前記溶湯材料成分中の金属元素が金型の金属組織に拡散反応した部分に作用する荷重と、拡散反応しない部分に作用する荷重とに基づき、金型表面の引張応力を演算する引張応力演算工程（Ｓ２６）と、金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき金型材料の引張強度に対するＳ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１高温強度Ｆとして演算し、横軸を繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第１高温強度Ｆとする第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１を作成する第１相関線図作成工程（Ｓ５１）と、金型材料の引張強度に対する金型表面の引張応力の割合を第２高温強度Ｇとして演算し、横軸を注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第２高温強度Ｇとする第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２を作成する第２相関線図作成工程（Ｓ５２）と、第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１の第１高温強度Ｆと繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）の積により金型材料固有の寿命面積Ｍを演算する寿命面積演算工程（Ｓ５３）と、第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２と金型材料の寿命面積Ｍに基づき金型の寿命を判定する寿命判定工程（Ｓ１７）を処理するよう構成されている。
【００６８】
この金型寿命判定装置１によれば、鋳造成形品の離型時に前記金型と鋳造成形品との間に、前記溶湯材料成分中の金属元素が金型の金属組織に拡散反応した部分に作用する荷重と、拡散反応しない部分に作用する荷重とに基づき金型表面の引張応力を演算するため、溶着進行の過程を考慮した負荷条件を解析対象部位毎に算出することができる。
【００６９】
処理装置６が、金型材料の複数温度におけるＳ−Ｎ線図に基づき金型材料の引張強度に対するＳ−Ｎ線図の引張応力の割合を第１高温強度Ｆとして演算し、横軸を繰返し数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第１高温強度Ｆとする第２ＨＳ−Ｎ線図Ｌ１を作成するため、温度毎に分かれていた金型材料のＳ−Ｎ線図を単一の相関線図に変換することができ、金型材料固有の寿命面積Ｍを算出することができる。更に、金型材料の引張強度に対する金型表面の引張応力の割合を第２高温強度Ｇとして演算し、横軸を注湯回数ｌｏｇ（Ｎ）、縦軸を第２高温強度Ｇとする第３ＨＳ−Ｎ線図Ｌ２を作成するため、寿命面積Ｍに基づき金型寿命（注湯回数Ｎ）を判定でき、溶着に起因する引張応力の増加傾向を寿命判定に反映して金型形状等に拘わらず精度の良い寿命予測を行うことができる。
【００７０】
処理装置６が、金型への溶湯注入後において溶湯が金型に溶着するか否かを判定するための溶着判定基準温度Ｔを設定するため、金型の材質と溶湯の材質が同じ組み合わせの場合、製品形状や鋳造条件が変更されても溶着判定基準温度Ｔを共通に使用することができる。
金型の複数部位に対応した溶湯の溶湯注入開始後の複数の経過時間における複数の溶湯温度Ｔｆ〜Ｔｊを算出するため、演算により、溶湯と金型との境界部分の近傍部における溶湯温度を正確に算出することができる。
【００７１】
処理装置６が、溶湯から金型への拡散反応のメカニズムに基づき、溶湯温度曲線を用いて金型への溶湯の溶着を判定するため、溶着判定基準温度Ｔと溶湯温度との照合によって溶着の発生有無を算出することができ、精度の良い溶着判定を行うことができる。
溶湯温度が溶着判定基準温度Ｔ以上になる超過温度と経過時間とを時間積分して積算温度Ｅを算出するため、溶着発生の主要因である溶湯の温度に基づき、正確な積算温度Ｅを算出することができる。
【００７２】
処理装置６が、積算温度Ｅと、溶着の発生なしに金型へ注湯可能な注湯回数との関係を示す評価基準Ｓを設定し、評価基準Ｓに基づいて金型のメンテナンス時期を決定するため、金型に対する適切なメンテナンス時期を判定することができる。しかも、金型の部位に相当するノード毎に溶着判定しているため、最も早く溶着が発生し易い部位のメンテナンス時期を決定することができ、部分的な金型補修によって金型の寿命を長くすることができる。
【００７３】
積算温度Ｅに基づいて判定された金型の溶着可能性のある領域をその他の領域と識別可能な色によって表示する表示装置７を備えているため、作業者が溶着判定結果を目視によって認識することができる。
積算温度Ｅに基づいて判定された金型の領域を、金型の溶着可能性のある領域を示す識別情報Ｘと金型の溶着可能性のない領域を示す識別情報Ｙに基づき識別可能に表示する表示装置７を備えているため、視認しながら、溶着が発生可能性のある領域と溶着が発生する可能性のない領域を区分して金型に掛る初期負荷条件を注湯回数毎に設定することができ、精度の高い応力解析ができる。
【００７４】
次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、ＳＫＤ６１の金型とＡＤＣ１０の溶湯を採用した例を説明したが、少なくとも、溶着が発生する組み合わせであれば本発明を適用することができ、ＳＫＤ１１やＳＫＤ６１等の金型とＡＤＣ１やＡＤＣ８等の溶湯を用いることも可能である。
【００７５】
２〕前記実施例においては、溶湯を金型へ加圧状態で注湯する金型鋳造の例を説明したが、溶湯を金型へ加圧状態で射出する射出成形に適用することも可能である。
【００７６】
３〕前記実施例においては、横軸を対数変換した繰返し数、縦軸を高温強度とした第２ＨＳ−Ｎ線図及び第３ＨＳ−Ｎ線図の例を説明したが、少なくとも寿命面積を算出することができればよく、横軸を高温強度、縦軸を対数変換した繰返し数とする第２ＨＳ−Ｎ線図及び第３ＨＳ−Ｎ線図を作成して金型寿命を判定することも可能である。また、第１相関線図と第２相関線図の相関を予め求めておき、対数変換を省略して繰返し数と高温強度とによるＨＳ−Ｎ線図を用いて金型寿命を判定することも可能である。
【００７７】
４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、溶融金属の鋳造や射出成形等に用いられる金型寿命判定において、金型材料固有の寿命面積を演算し、この寿命面積に基づき金型寿命を判定することにより、溶着に起因する引張応力の増加傾向を金型の寿命判定に反映でき、金型の熱容量に拘わらず溶湯の金型への溶着を精度良く判定することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１          金型寿命判定装置
２          ＣＡＤ装置
３          ＣＡＥ装置
４          記憶装置
６          処理装置
７          表示装置
８          （金型）有限要素モデル
８ａ        （鋳抜きピン）有限要素モデル
９          （シリンダブロック）有限要素モデル
Ｔ          溶着判定基準温度
Ｓ          評価基準
Ｔｆ〜Ｔｊ  溶湯温度
Ｅｆ〜Ｅｈ  積算温度
Ｆ          第１高温強度
Ｇ          第２高温強度
Ｌ１        第２ＨＳ−Ｎ線図
Ｌ２        第３ＨＳ−Ｎ線図
Ｍ          寿命面積
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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