(57)【要約】【課題】粗材の割れを予想すること。【解決手段】鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、前記鋳型モデル作成工程で作成された鋳型モデルの形状に基づいて、前記鋳型モデルにより作成される粗材の強度を算出する粗材強度算出工程と、湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件を設定し、前記射出条件から算出される溶湯の流速エネルギーの積分値に基づいて、離型時に前記鋳型モデルと前記粗材の間に発生する摩擦力を算出する摩擦力算出工程と、算出された粗材強度と、算出された摩擦力と、に基づいて、粗材の割れの発生の有無を判定する判定工程と、を備える鋳造シミュレート方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、
前記鋳型モデル作成工程で作成された鋳型モデルの形状に基づいて、前記鋳型モデルにより作成される粗材の強度を算出する粗材強度算出工程と、
湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件を設定し、前記射出条件から算出される溶湯の流速エネルギーの積分値に基づいて、離型時に前記鋳型モデルと前記粗材の間に発生する摩擦力を算出する摩擦力算出工程と、
前記算出された粗材強度と、前記算出された摩擦力と、に基づいて、前記粗材の割れの発生の有無を判定する判定工程と、
を備える鋳造シミュレート方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造シミュレート方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリンダブロックのダイキャスト鋳造において、粗材を型から引き抜くときに、クランク室の壁に力がかかることで、粗材の割れが発生する場合がある。そのため、あらかじめシミュレーションにより粗材の割れの予測を行い、割れの予測結果を利用して、適切な状態で鋳造が行われるように条件を変更した後に、実際の鋳造を行うことが考えられている。
【０００３】
従来、このような分野の技術として、特開２０１１−１９４４１４号公報がある。この公報に記載された鋳造シミュレート方法では、鋳型モデルを作成するとともに、湯流れ解析において鋳型モデルに対する射出条件を設定する。そして、射出条件から算出される溶湯の流速の積分値に基づいて粗材の割れを予測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１９４４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した鋳造シミュレート方法では、離型時にかかる粗材と鋳型の間で発生する摩擦力に起因する粗材の割れを予測することができない。そのため、実鋳造によるトライアンドエラー評価を行い、鋳造時の条件を変更していく必要があるという問題がある。しかし、実鋳造によるトライアンドエラー評価では、作業者の手間が増加するとともに、実鋳造を行うためのコストが増加するという問題がある。
本発明は、粗材の割れを予測する鋳造シミュレート方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる鋳造シミュレート方法は、鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、前記鋳型モデル作成工程で作成された鋳型モデルの形状に基づいて、前記鋳型モデルにより作成される粗材の強度を算出する粗材強度算出工程と、湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件を設定し、前記射出条件から算出される溶湯の流速エネルギーの積分値に基づいて、離型時に前記鋳型モデルと前記粗材の間に発生する摩擦力を算出する摩擦力算出工程と、前記算出された粗材強度と、前記算出された摩擦力と、に基づいて、前記粗材の割れの発生有無を判定する判定工程と、を備える。
これにより、離型時にかかる粗材と鋳型の間で発生する摩擦力に基づいてシミュレートを行い、粗材の割れの判定をすることができる。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、粗材の割れを予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】シミュレーション装置の構成を示す図である。
【図２】シミュレーション装置の動作フローを示す図である。
【図３】鋳型モデル内の任意の箇所における溶湯の流速のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図４】流速から算出する各時刻の流速エネルギーの一例を示す図である。
【図５】所定の時刻内において合計した流速エネルギーの一例を示す図である。
【図６】判定を行う状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、シミュレーション装置１は、鋳型モデル作成部１１と、鋳型モデル作成部１１で作成した鋳型モデルを用いて生成される粗材の強度を算出する粗材強度算出部１２と、離型時の鋳型モデルと粗材の間に発生する摩擦力を算出する摩擦力算出部１３と、粗材の強度と摩擦力から粗材の割れを判定する判定部１４と、を備える。
【００１０】
鋳型モデル作成部１１は、シミュレートに用いる粗材を生成するための鋳型モデルを作成する。
【００１１】
粗材強度算出部１２は、鋳型モデル作成部１１で作成された鋳型モデルの形状に基づいて、鋳型モデルにより作成される粗材の強度を算出する。具体的には、粗材強度算出部１２は、粗材の強度の算出を、粗材の形状、温度、組織及び欠陥に基づいて計算し、クランク壁で囲まれたクランク室の強度を算出する。なお粗材強度算出部１２には、複数のアセンブリの挙動についてシミュレーションを行うための有限要素モデリングソフトウェアを利用することができる。クランク室の強度の算出のために利用する値は、上記のものに限られない。
【００１２】
摩擦力算出部１３は、離型時に前記鋳型モデルと、粗材の間に発生するクランク室壁面の摩擦力を算出する。摩擦力算出部１３は、クランク室壁面の潤滑と、壁面の粗さから、摩擦係数μを算出する。ここで潤滑は、使用される離型剤により決定される。また粗さは、焼付き、表面処理、ツールマーク等の値に基づいて算出される。また摩擦力算出部１３は、垂直抗力Ｐを、粗材の収縮抱付きを加味して算出する。摩擦力算出部１３は、算出した摩擦係数μ及び垂直抗力Ｐを用いて、摩擦力Ｆを
【数１】
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により算出する。なお、摩擦力の算出のために利用する値は、上記のものに限られない。
【００１３】
さらに摩擦力算出部１３では、粗材の引張力を算出する。この引張力とは、例えば粗材の収縮引張力である。
【００１４】
なお、摩擦力算出部１３には、鋳造過程において溶けた金属が型に流入して凝固する過程をシミュレートすることで、引け巣や空気巻き込み巣などの欠陥を予想するソフトウェアを利用することができる。なおソフトウェアでは、材料物性、熱伝達係数を利用して解析を行うことができる。
【００１５】
判定部１４は、粗材強度算出部１２で算出された粗材の強度と、摩擦力算出部１３で算出された摩擦力及び引張力に基づいて、粗材に割れが発生するか否かを判定する。
【００１６】
次に、シミュレーション装置１の動作について、図２を参照しながら説明する。
【００１７】
最初に、あらかじめ鋳型モデル作成工程を行い、粗材を生成するための鋳型モデルを作成し、鋳型モデルからシミュレートに用いる粗材を作成する。
【００１８】
粗材強度を算出する粗材強度算出工程を実施する。粗材強度算出部１２は、クランク室の強度（単位：ＭＰａ）を、粗材の形状、温度、組織及び欠陥に基づいて算出する（ステップＳ１）。粗材強度算出部１２は、算出したクランク室の強度の値を、判定部１４に出力する。
【００１９】
次に、摩擦力算出工程において、湯流れ解析を実施する。摩擦力算出部１３は、クランク室壁面の摩擦力を、流速エネルギー（単位：Ｊ・ｓ）を用いて算出する（ステップＳ１２）。なお、湯流れ中における流速エネルギーにより、離型剤の剥離、溶湯のピンへの衝突力、湯流れ中の型加熱の評価が可能である。摩擦力算出部１３では、流速エネルギーを、三次元空間を移動する溶湯の流速
【数２】
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を利用して算出する。なお速度の算出において、溶湯のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の流速を２乗にして計算しているのは、マイナスの値を無視するためである。
【００２０】
そして摩擦力算出部１３は、流速エネルギーＥを
【数３】
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により算出する。ここで、ｍは溶湯の質量である。
【００２１】
言い換えると、摩擦力算出部１３では、図３に示すように、鋳型モデルの任意の箇所における所定の時間の溶湯の流速履歴を取得しておき、図４に示すように各時刻における流速エネルギーを算出する。その後、図５に示すように、摩擦力算出部１３は、各時刻の流速エネルギーを積分することにより、判定に用いるための流速エネルギーの積分値を算出し、これを離型時に鋳型モデルと粗材の間に発生する摩擦力として用いる。摩擦力算出部１３、算出された流速エネルギーを、判定部１４に出力する。
【００２２】
次に、判定工程を行う。判定部１４は、粗材強度算出部１２で算出したクランク室の強度と、摩擦力算出部１３で算出した流速エネルギーを用いて、粗材の割れの発生の有無を判定する割れ判定を行う（ステップＳ１３）。例えば図６に示すように、判定部１４では、横軸に粗材強度、縦軸に摩擦力とするグラフ上に、ステップＳ１１及びステップＳ１２の算出結果の値をプロットする。
【００２３】
なお、図６のグラフ内の点線で示すように、所定の粗材強度のときに所定の摩擦力以下であれば割れ判定ＯＫであり、所定の摩擦力以上となるように割れ判定がＮＧとなる判定値が設定されている。典型的には、この判定値は、粗材強度が強いほど摩擦力が高い場合であっても割れ判定がＯＫとなり、粗材強度が弱い場合には摩擦力が低い場合であっても割れ判定がＮＧとなるように設定されている。
【００２４】
判定部１４において、割れ判定の判定結果がＯＫであれば（ステップＳ１３でＯＫ）、処理を終了する。判定部１４において、割れ判定の判定結果がＮＧであれば（ステップＳ１３でＮＧ）、ステップＳ１４に進む。
【００２５】
粗材強度算出部１２は、シミュレータ上のクランク室の強さを変更するために、クランク室へのリブの追加を行う。また摩擦力算出部１３は、摩擦力の変更を行うため、溶湯の射出条件を変更し、ゲート設計の変更を行う（ステップＳ１４）。ここで、クランク室へのリブの追加を行い、形状を強くした場合には、図６におけるプロット点の位置が左方向に移動する。一方、溶湯の射出条件を変更することで摩擦力の変更を行い、摩擦力が小さくなった場合には、プロット点の位置が下方向に移動する。
【００２６】
その後、ステップＳ１１に戻り、クランク室の強度の算出とクランク室壁面の摩擦力の算出を再度行い、判定を繰り返す。これにより、図６のグラフにおいて、判定結果がＮＧとなる領域にプロットされていた点は、リブの追加や、溶湯の射出条件を変更することにより、異なる箇所に再度プロットされ、ステップＳ１３まで進んだ際に再判定される。
【００２７】
これにより、粗材強度を変更しつつ、クランク室の壁部の摩擦力を変更しながら、鋳造割れの判定を行うことができる。したがって、離型時に粗材と鋳型の間で発生する摩擦力に起因する粗材の割れを予測することができる。また、この予測はシミュレータ上で行われるため、作業者の手間が少なくなり、実鋳造を行う場合に比べて低コストとなる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、シミュレーション装置１は、鋳型モデル作成部１１、粗材強度算出部１２、摩擦力算出部１３及び判定部１４について、１つのコンピュータにおいて、夫々の動作を行うソフトウェアを実行することにより実現してもよい。あるいは、各構成物品の機能を複数のコンピュータで夫々実現し、複数のコンピュータを連動させてもよい。
【００２９】
また、ステップＳ１３の判定において、判定結果がＯＫだった場合には処理を終了するものとして記載したが、判定結果がＯＫの場合であっても、条件を変更しながらシミュレーションを続行するようにしても良い。また、ステップＳ１４では、クランク室のリブの追加と、射出条件の変更の両方を行うものとして記載したが、いずれか一方のみを実行してもよい。
【００３０】
また図６において、点線で示した判定値は、粗材強度と流速エネルギーとの間で一次関数の関係となるように記載しているが、これに限られず、任意に設定可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１            シミュレーション装置
１１            鋳型モデル作成部
１２            粗材強度算出部
１３            摩擦力算出部
１４            判定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018069319.tif 000009
【図５】
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【図６】
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