(57)【要約】【課題】金型表面と鋳物表面との境界にて生じうる金属間化合物の反応量に基づいた精度の高い焼付きを予測する鋳造シミュレーション方法及びそのプログラム並びに焼付き発生の判定方法の提供を目的とする。【解決手段】鋳物に焼付きが発生するか否かを予測する鋳造シミュレーション方法であって、鋳物の形状又は／及び金型のキャビティ形状を座標系上に位置づけて複数の要素に分割するステップと、鋳造条件を決定するステップと、前記各要素における金属材料の溶湯をキャビティ内に充填した際の当該充填時の金型表面温度を算出するステップと、前記各要素における前記溶湯が凝固する過程の金型表面温度変化又は／及び鋳物表面温度変化を算出するステップと、前記金型表面温度変化又は／及び鋳物表面温度変化から金型と鋳物との間の金属間化合物が生成されるか否かの反応量を積分算出するステップとを有することを特徴とする。【選択図】  図１
2015066576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳物に焼付きが発生するか否かを予測する鋳造シミュレーション方法であって、
鋳物の形状又は／及び金型のキャビティ形状を座標系上に位置づけて複数の要素に分割するステップと、
鋳造条件を決定するステップと、
前記各要素における金属材料の溶湯をキャビティ内に充填した際の当該充填時の金型表面温度を算出するステップと、
前記各要素における前記溶湯が凝固する過程の金型表面温度変化又は／及び鋳物表面温度変化を算出するステップと、
前記金型表面温度変化又は／及び鋳物表面温度変化から金型と鋳物との間の金属間化合物が生成されるか否かの反応量を積分算出するステップとを有することを特徴とする焼付きを予測するための鋳造シミュレーション方法。
【請求項２】
前記金属間化合物が金型の鉄と、鋳物のアルミ材料との金属間化合物であることを特徴とする請求項１記載の鋳造シミュレーション方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２記載の焼付きを予測するための鋳造シミュレーション方法により算出された反応量に基づいて判定することを特徴とする鋳物表面の焼付き発生判定方法。
【請求項４】
前記請求項１又は２記載の焼付きを予測するための鋳造シミュレーション方法をコンピュータに実行させるための焼付き予測鋳造シミュレーションプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金型ダイカスト鋳造における鋳物表面の焼付きを予測するのに有効な鋳造シミュレーション方法及びその応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダイカスト鋳造の分野においては、鋳物条件により鋳物にひけ巣、ガス巣、凝固割れ及び鋳物表面の焼付き現象等が発生する課題がある。
近年のＣＡＥ技術の進歩により、巣、凝固割れについてはかなり精度高く予測可能になっている。
しかし、鋳物の表面焼付き現象に関しては、その原因が充分に解明されていないこともあり予測が困難であった。
特許文献１には、鋳造において溶湯が金型に溶着するか否かを判定する技術を開示する。
同技術は鋳物表面に生じる焼付きが金型と溶湯との境界部分の両者の化合物層が生成される現象と推定しているものの、取り上げたパラメーターは金型に接触する溶湯の温度とその接触時間にすぎず、解析精度が不充分である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−７９０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は金型表面と鋳物表面との境界にて生じうる金属間化合物の反応量に基づいた精度の高い焼付きを予測する鋳造シミュレーション方法及びそのプログラム並びに焼付き発生の判定方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、アルミニウム合金のダイカスト鋳造における鋳物（製品）の表面に生じた焼付き部とそれに対応する金型表面には、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系金属間化合物が生成されていることに着目し、この反応量をパラメーターとして取り上げることで本発明に至った。
【０００６】
本発明に係る焼付きを予測するための鋳造シミュレーション方法は、鋳物の形状又は／及び金型のキャビティ形状を座標系上に位置づけて複数の要素に分割するステップと、鋳造条件を決定するステップと、前記各要素における金属材料の溶湯をキャビティ内に充填した際の当該充填時の金型表面温度を算出するステップと、前記各要素における前記溶湯が凝固する過程の金型表面温度変化又は／及び鋳物表面温度変化を算出するステップと、前記金型表面温度変化又は／及び鋳物表面温度変化から金型と鋳物との間の金属間化合物が生成されるか否かの反応量を積分算出するステップとを有することを特徴とする。
本発明は各種金属材料の鋳造に適用できるが、金属材料としてアルミニウム合金を用いたダイカスト鋳造に適用するのが好適であり、その場合に焼付き発生の判定に用いる反応量は金型の鉄と鋳物材料であるアルミニウム合金との金属間化合物が生じる反応量である。
本発明は鋳物表面の焼付き発生判定方法として利用でき、コンピュータに実行させるための焼付き予測鋳造シミュレーションプログラムとして用いることができる。
また、このプログラムはコンピュータによる読み取り可能な記憶媒体に記憶させ活用することができる。
【発明の効果】
【０００７】
金型表面と鋳物表面との反応量により、鋳物表面には白色化、肌荒れ現象が生じ、さらに反応量が大きいと焼付きが発生することが本発明により明らかになり、鋳物製品（金型キャビティ）のどの部位に表面欠陥が発生しやすいか否かも予測が可能になる。
また、これらのシミュレーション結果を鋳造条件に反映させることで品質向上、生産向上にも寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係るシミュレーション方法のフロー図を示す。
【図２】鋳物表面のＣＡＥによる反応量Ｑの分布図を示す。
【図３】表面粗さと焼付き度合いの関係を調整した結果を示す。
【図４】反応量Ｑの定義を示す。
【図５】Ｂ値と相関係数の関係を示す。
【図６】反応量と焼付き度合いの関係を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る鋳造シミュレーション方法は、図１に示したステップにて構成される。
例えば図２に後述する鋳物表面の反応量Ｑの分布を予測するために鋳物形状、金型キャビティ形状を３次元座標系上に位置づけし、微小空間（範囲）の複数の要素に分割する（ステップＳ１）。
次にダイカスト鋳造における射出速度等の鋳造条件を決定する（ステップＳ２）。
次に湯流れ解析にて溶湯の金型キャビティへの充填完了時の溶湯温度を計算し、これを初期条件として金型表面（キャビティ表面）を求める（ステップＳ３）。
次に、各要素における溶湯の凝固過程における温度変化を算出する（ステップＳ４）。
上記の金型表面温度と凝固過程における温度変化からアレニウス実験式を用いて反応量Ｑを算出する（ステップＳ５）。
この反応量Ｑの求め方は後述するが、反応量Ｑの大きさにより鋳物表面に発生しうる表面状態を予測することができる。
【００１０】
焼付き現象は鋳物表面と金型表面との化学的な反応で起こること及び、これまでの経験で白色化、肌荒れ、焼付きと進行することが分かっており、表面粗さと焼付き度合いの関係を調整した結果、図３に示すようなグラフになった。    
【００１１】
そこで次に、反応量Ｑと表面粗さの関係を検討した。
反応量は図４に示すように下記式（１）で表される。
【数１】
2015066576.tif 000003
ＣＡＥでは下記式（２）を用いた。
【数２】
2015066576.tif 000004
次に、上記式中、Ｂの最適値を求めるべくＢ値により反応量Ｑを可変し、表面粗さを対数表示したＩｎＲｍａｘとの相関係数を算出した結果を図５のグラフを示す。
この結果、最適Ｂ値＝９５００となり、このときの表面粗さと反応量Ｑとをプロットすると図６に示すようなグラフが得られた。
関係式はＩｎＲｍａｘ＝１１．９１５Ｑ−４．３６５となった。
この関係式から反応量Ｑと焼付き度合いの関係を求めた結果、図６のような表になった。
また、図２に示した製品形状（鋳物形状）にＣＡＥによる反応量Ｑの分布と、実機でダイカスト鋳造した製品の表面性状を比較した結果、ＣＡＥの結果が実際に再現されていることが明らかになった。
図１で１〜３の数字で表示した部分はＣＡＥで焼付き度合いが高いと解析された部位であり、実機でダイカスト鋳造した製品でも、この部位の表面粗さが大きかった。
さらには、図６の表に示すように、焼付き：０．１７＜Ｑ，肌荒れ：０．１１＜Ｑ≦０．１５，白色化：０．０６＜Ｑ≦０．１１と反応量Ｑと鋳物表面の性状との関係が明確になり、このことも各種形状の鋳物にて、実機で鋳造した表面性状がＣＡＥでの予測と合致していた。
このことから本発明に係る鋳造シミュレーション方法において、焼付きのパラメータとして反応量を用いた方法は、多くの鋳造に適用できることが明らかになった。
【図１】
2015066576.tif 000005
【図２】
2015066576.tif 000006
【図３】
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【図４】
2015066576.tif 000008
【図５】
2015066576.tif 000009
【図６】
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