〈一般研究課題〉 アルミニウム合金ダイカストのラドル注湯及びプランジャ射出時の熱流動挙動
助 成 研 究 者

大同大学

前田

安郭

アルミニウム合金ダイカストのラドル注湯及びプランジャ射出時の熱流動挙動
前田 安郭（大同大学）

Dynamic Behavior for Ladle Pouring and Plunger Advancing
in Aluminum Alloy Die Casting
Yasuhiro MAEDA(DAIDO University)

Abstract：
The ladle pouring and plunger advancing processes are parts of the die casting with highspeed, good quality, and mass production. The molten metal is quickly poured into the sleeve bytilting the ladle and immediately injected into the die cavity with high speed and high pressure byadvancing the plunger. Since the entrapment of air and the generation of the solidified layer in theladle pouring may cause defects in cast products, it is necessary to simulate the ladle pouring
behavior.
In the present study, the pouring experiment into the sleeve using die casting aluminum alloy
JIS-ADC12 is carried out to observe the flow behavior by tilting the ladle. Further, the molten
aluminum alloy is injected into the cavity from the sleeve by advancing the injection plunger. The
flow behaviors in ladle pouring and plunger advancing of molten aluminum alloy are simulated using"COLMINA CAE," the casting analysis software by particle method SPH. The experiments andsimulation are executed with the shot time lag, which is the interval from the finish of ladle pouring
to the start of the plunger advancing and plunger speeds. Wave behavior obtained by simulation
almost agreed with the actual phenomena. Flow and heat transfer simulation using the SPH methodwith a function of the oxide film is an effective method that the ladle pouring and plunger advancing
of molten aluminum alloy with the free surface flow can be simulated accurately.

－ 175 －

Key words: Ladle pouring, plunger advancing, Wave behavior, Molten metal, Oxide film, SPH
1．はじめにダイカストは高速・高圧で溶湯をキャビティ内へ射出する生産性，寸法精度の優れた鋳造法であ
1. はじめにる[1][2]． ダイカストプロセスにおいて，アルミニウム合金溶湯はラドル傾動によりスリーブに注
ダイカストは高速・高圧で溶湯をキャビティ内へ射出する生産性，寸法精度の優れた鋳造法である．
入され，直後にプランジャが前進することでキャビティ内へ高速に射出される．しかしラドル注湯[1][2]． ダイカストプロセスにおいて，アルミニウム合金溶湯はラドル傾動によりスリーブに注入され，直後の際に溶湯の乱れが発生し，空気巻き込みが発生することがある．また，プランジャ射出においてにプランジャが前進することでキャビティ内へ高速に射出される．しかしラドル注湯の際に溶湯の乱れが発不適切なプランジャ速度は空気の巻き込みや破断チルによる欠陥を誘発すると言われている [3][4]．
生し，空気巻き込みが発生することがある．また，プランジャ射出において不適切なプランジャ速度は空気
ラドル注湯およびプランジャ前進プロセスの動作条件を決定するために，ダイカストのプロセスシの巻き込みや破断チルによる欠陥を誘発すると言われている [3][4]．ラドル注湯およびプランジャ前進プロ
ミュレーションを行うことは非常に有用と考えられる．しかし，ラドル傾動とプランジャ前進プロ
セスの動作条件を決定するために，ダイカストのプロセスシミュレーションを行うことは非常に有用と考えら
セスは移動境界問題であるため，従来のオイラー系手法でのシミュレーションでは難しく，粒子れる．しかし，ラドル傾動とプランジャ前進プロセスは移動境界問題であるため，従来のオイラー系手法でベースのシミュレーションを実行する必要がある[5]-[7]．
のシミュレーションは難しく，粒子ベースのシミュレーションを実行する必要がある[5]-[7]．
本研究では，ダイカストにおけるスリーブへの注湯とプランジャ射出工程におけるアルミニウム
本研究では，ダイカストにおけるスリーブへの注湯とプランジャ射出工程におけるアルミニウム合金溶湯
合金溶湯の流動を，ラドル傾動による注湯の終了からプランジャの前進を開始するまでの間隔であの流動を，ラドル傾動による注湯の終了からプランジャの前進を開始するまでの間隔であるショットタイムラる
シ ョ ッ ト タ イ ム ラ グ と プ ラ ン ジ ャ 速 度 を 変 化SPH(Smoothed
さ せ て， 直 接Particle
観 察 すHydrodynamics)粒子法ソフ
る． ま たSPH(Smoothed
グとプランジャ速度を変化させて，直接観察する．またParticle
Hydrodynamics)粒子法ソフト，「COLMINA CAE」[6][7]を用いた流動挙動シミュレーショ
ト，「COLMINACAE」[6][7]を用いた流動挙動シミュレーションを解析することで欠陥抑制の知見を得ること
ンを解析することで欠陥抑制の知見を得ることを目的とする．
を目的とする．
２．可視化実験
2. 可視化実験
2.1
実験条件
2.1 実験条件
本研究で使用する実験装置概要をFig.1に示す．装置はラドル，ガラス管スリーブ，仮想キャビ
本研究で使用する実験装置概要を Fig.1 に示す．装置はラドル，ガラス管スリーブ，仮想キャビ
ティ，プランジャ，電動アクチュエータ，ラドル傾動装置，パソコン，ビデオカメラから構成され
ティ，プランジャ，電動アクチュエータ，ラドル傾動装置，パソコン，ビデオカメラから構成さている．直接可視化のためガラス管スリーブを採用している．ガラス管スリーブは，厚さ2mm，れている．直接可視化のためガラス管スリーブを採用している．ガラス管スリーブは，厚さ 2mm，
内径41
内径 41 mm,
mm, 長さ250
長さ 250 mmである．
mm である．

実験条件を Table 1に示す．供試材には1 に示す．供試材には実験条件をTable
300g(スリーブ充填率 33.7％)のダイカスト
33.7％)のダイカスト
300g(スリーブ充填率
用アルミニウム合金 ADC12を使用した．溶を使用した．
用アルミニウム合金ADC12
溶湯初期温度は680℃，ラドル傾動速度は湯
初 期 温 度 は 680℃， ラ ド ル 傾 動 速 度 は
0.28rad/s で固定し，ショットタイムラグを0.28rad/sで固定し，ショットタイムラグを
1，2s と変化させて，またプランジャ前進
1，2sと変化させて，またプランジャ前進速
速度を 120，180mm/s と変化させた．ラド
度を120，180mm/sと変化させた．ラドル注
ル注湯からプランジャ射出までの一連のダ湯からプランジャ射出までの一連のダイカ
イカストプロセスを高速度カメラ(120fps)でストプロセスを高速度カメラ(120fps)で直接直接可視化した．
可視化した．

Fig.1 実験装置概要
実験装置概要Fig.1

2.2 可視化実験による流動挙動
2.2 可視化実験による流動挙動

Table 1. 実験条件

Aluminum Alloy,
Fig.2 にラドル注湯終了から射出までの区間
Fig.2にラドル注湯終了から射出までの区間におけるアルミニウム溶湯流動を示す．図はラドル
Test material
JIS-ADC12におけるアルミニウム溶湯流動を示す．図はラPouring temperature [°C] 680
注湯終了を時刻ゼロとして，ショットタイムラグ1sと2sにおける流動挙動の比較である．ここで，Amount mass of materials [g] 300
ドル注湯終了を時刻ゼロとして，ショットタイムラ
Ladle tilt time [s] 5.0
グ 1s と 2s における流動挙動の比較である．ここで，キャビティと接続されるスリーブ左側をビLadle tilting speed [rad/s]
Shot time lag [s]Plunger advancing speed [mm/s]－ 176 －

0.28
1.0, 2.0120, 180

実験条件を Table 1 に示す．供試材には300g(スリーブ充填率 33.7％)のダイカスト
用アルミニウム合金 ADC12 を使用した．
溶湯初期温度は 680℃，ラドル傾動速度はキャビティと接続されるスリーブ左側をビスケット側，右の前進するプランジャ側をプランジャ側
0.28rad/s で固定し，ショットタイムラグをスケット側，右の前進するプランジャ側をプランジャ側と呼ぶ．図より，傾動終了後の0.5s
スケット側，右の前進するプランジャ側をプランジャ側と呼ぶ．図より，傾動終了後の0.5s までは残流で溶までは残流で溶と呼ぶ．図より，傾動終了後の0.5sまでは残流で溶湯が注がれており，1sにおいてはビスケット側
1，2s と変化させて，またプランジャ前進
湯が注がれており，1sにおいてはビスケット側およびプランジャ側で中央部より高い波高が観察される．こ湯が注がれており，1sにおいてはビスケット側およびプランジャ側で中央部より高い波高が観察される．こおよびプランジャ側で中央部より高い波高が観察される．この波高は2sになるとほぼ解消できて速度を 120，180mm/sと変化させた．ラドののおり，もし波を抑制してからプランジャを前進させるならば2sのショットタイムラグが必要であル注湯からプランジャ射出までの一連のダ
波高は波高は 2s2s になるとほぼ解消できており，もし波を抑制してからプランジャを前進させるならばになるとほぼ解消できており，もし波を抑制してからプランジャを前進させるならば 2s
2s のショッ
のショッる．しかし，ショットタイムラグの増加は溶湯の温度低下，ひいてはチル層の生成および破断チル
イカストプロセスを高速度カメラ(120fps)でトタイムラグが必要である．しかし，ショットタイムラグの増加は溶湯の温度低下，ひいてはチル層の生成お
トタイムラグが必要である．しかし，ショットタイムラグの増加は溶湯の温度低下，ひいてはチル層の生成お欠陥の誘発に繋がる恐れがあり好ましいとは言いがたい．
直接可視化した．
Fig.1 実験装置概要
よび破断チル欠陥の誘発に繋がる恐れがあり好ましいとは言いがたい．
よび破断チル欠陥の誘発に繋がる恐れがあり好ましいとは言いがたい．
Fig.3にショットタイムラグ2sにおけるプラ
Fig.3にショットタイムラグ
Fig.3にショットタイムラグ 2s
2s におけるプランジャ前進中のスリーブ内の流動挙動を示す．プランジャ前進
におけるプランジャ前進中のスリーブ内の流動挙動を示す．プランジャ前進
2.2
可視化実験による流動挙動
ンジャ前進中のスリーブ内の流動挙動を示す．
Table 1. 実験条件
Table
1. 実験条件
速度は位置で速度は 120mm/s
120mm/s とと 180mm/s
180mm/s で，プランジャ位置で比較してある．プランジャの前進に伴い，30mm
で，プランジャ位置で比較してある．プランジャの前進に伴い，30mm
位置でAluminum Alloy,
プランジャ前進速度は120mm/sと180mm/sで，Fig.2 にラドル注湯終了から射出までの区間
Test
material
プランジャ前に波高ができ，その波はプランジャの進行に伴ってビスケット側まで移動し跳ね返り，プランジ
JIS-ADC12
プランジャ前に波高ができ，その波はプランジャの進行に伴ってビスケット側まで移動し跳ね返り，プランジ
プランジャ位置で比較してある．プランジャのにおけるアルミニウム溶湯流動を示す．図はラPouring temperature [°C] 680
ャまで戻ってきて押し返している．プランジャ位置
でプランジャ前進速度の違いを観察すると，前ャまで戻ってきて押し返している．プランジャ位置 150mm
150mmAmountでプランジャ前進速度の違いを観察すると，前mass of materials [g] 300
前進に伴い，30mm位置でプランジャ前に波高
ドル注湯終了を時刻ゼロとして，ショットタイムラ
Ladle tilt time [s] 5.0
進速度120mm/s
では，ビスケット側で波高が高く，プランジャ前に空間ができている．すなわち，この状態
進速度 120mm/s では，ビスケット側で波高が高く，プランジャ前に空間ができている．すなわち，この状態
Ladle tilting speed [rad/s] 0.28
ができ，その波はプランジャの進行に伴ってビ
グ 1s と 2s における流動挙動の比較である．こでは，溶湯が先にキャビティへ流入して，その後にプランジャ前の空気が流入することになって空気巻き込
Shot time lag [s] 1.0, 2.0
では，溶湯が先にキャビティへ流入して，その後にプランジャ前の空気が流入することになって空気巻き込
こで，キャビティと接続されるスリーブ左側をビ
スケット側まで移動し跳ね返り，プランジャまPlunger advancing speed [mm/s] 120, 180
み欠陥になる可能性が高く，不適切な射出と考えられる．一方，前進速度
み欠陥になる可能性が高く，不適切な射出と考えられる．一方，前進速度 180mm/s
180mm/s では，プランジャ前のでは，プランジャ前ので戻ってきて押し返している．プラン
波高が高く，ビスケット側に空間がある．ゆ波高が高く，ビスケット側に空間がある．ゆジャ位置150mmでプランジャ前進速度
2
えに先に空気をキャビティへ流入させてえに先に空気をキャビティへ流入させての 違 い を 観 察 す る と， 前 進 速 度
から溶湯を射出することになり，良好な射から溶湯を射出することになり，良好な射120mm/sでは，ビスケット側で波高が出条件であると言える．なお，先に流入し出条件であると言える．なお，先に流入し高く，プランジャ前に空間ができていた空気はキャビティに設けられたエアベン
た空気はキャビティに設けられたエアベン
る．すなわち，この状態では，溶湯がトより先に排出されるので問題はない．
トより先に排出されるので問題はない．
先にキャビティへ流入して，その後に
この結果は，1
この結果は，1 つの条件下での知見につの条件下での知見に
プランジャ前の空気が流入することに過ぎず，適切なラドル傾動条件，ショットタ
過ぎず，適切なラドル傾動条件，ショットタ
なって空気巻き込み欠陥になる可能性
イムラグ，プランジャ前進速度などを決め
イムラグ，プランジャ前進速度などを決め
Fig.2
ショットタイムラグが波高挙動に及ぼす影響
ショットタイムラグが波高挙動に及ぼす影響
Fig.2Fig.2
ショットタイムラグが波高挙動に及ぼす影響が高く，不適切な射出と考えられる．
るためには，熱流動シミュレーションの活るためには，熱流動シミュレーションの活一方，前進速度180mm/sでは，プラン用が必要と考えられる．
用が必要と考えられる．
ジャ前の波高が高く，ビスケット側に空間がある．ゆえに先に空気をキャビ
3.
SPH シミュレーション
シミュレーション
3. SPH
3.1
計算条件
ティへ流入させてから溶湯を射出する
3.1 計算条件

富士通製
ことになり，良好な射出条件であると富士通製 COLMINA
COLMINA CAE
CAE [6][7]によ[6][7]によるシミュレーションにより，実験で得言 え る． な お， 先 に 流 入 し た 空 気 はるシミュレーションにより，実験で得られた流動挙動の再現を試みた．なお，
キャビティに設けられたエアベントよられた流動挙動の再現を試みた．なお，
COLMINAは移動境界問題の解法に適り先に排出されるので問題はない．
COLMINAは移動境界問題の解法に適していると言われる
SPH
この結果は，1つの条件下での知見
していると言われる
SPH 粒子法に基づ
粒子法に基づいており，また著者らとの共同研究でいており，また著者らとの共同研究でに 過 ぎ ず， 適 切 な ラ ド ル 傾 動 条 件，

Fig.3
プランジャ前進速度が流動挙動に及ぼす影響
プランジャ前進速度が流動挙動に及ぼす影響
Fig.3Fig.3
プランジャ前進速度が流動挙動に及ぼす影響

開発した酸化膜モデルを導入している．
開発した酸化膜モデルを導入している．
ショットタイムラグ，プランジャ前進
Table 2 計算条件
計算条件を
Table
計算条件を Table
Table 22 に示す．またダに示す．またダ
速度などを決めるためには，熱流動シ
Table 22 計算条件
計算条件
SPH
software
COLMINA
イカスト用アルミニウム合金
ADC12
SPH
software
COLMINA CAE
CAE
イカスト用アルミニウム合金
ADC12ミュレーションの活用が必要と考えら
Particle
size
[mm]
1.0
Particle size [mm] 1.0
の物性値を
Table
Total
の物性値を
Table 33 に，酸化膜パラメに，酸化膜パラメ
Total number
number ofof particles
particles 1,360,000
1,360,000
れる．
Influence
radiusInfluence
radius 3.0
3.0 times
times ofof particle
particle size
size
ータを
Table
4
に示す．酸化膜パラメ
ータを Table 4 に示す．酸化膜パラメ Parameter for Sonic Speed [m/s] 20
Parameter for Sonic Speed [m/s]

33

3 －
－ 177

20

ータは，表面張力では考慮できない溶融合金の流動性の鈍さを表現するものであり，また酸化膜
ータは，表面張力では考慮できない溶融合金の流動性の鈍さを表現するものであり，また酸化膜
ータは，表面張力では考慮できない溶融合金の流動性の鈍さを表現するものであり，また酸化膜
3. SPHシミュレーション
は破れることもあるため，破壊と再生成を再現するパラメータ[7]も組み込まれている．一例としは破れることもあるため，破壊と再生成を再現するパラメータ[7]も組み込まれている．一例としは破れることもあるため，破壊と再生成を再現するパラメータ[7]も組み込まれている．一例とし
3.1 計算条件て，粘度を変化したときの結果，ラドルて，粘度を変化したときの結果，ラドル
Table 3 供試材の熱物性値て，粘度を変化したときの結果，ラドル
Table
供試材の熱物性値
Table3
供試材の熱物性値
富士通製COLMINA CAE [6][7]によるからの注湯シミュレーションを
Fig.4 に示
Table
33 供試材の熱物性値
2480(Liquid phase),
からの注湯シミュレーションを Fig.4 に示
Density[kg/m3] 2480(Liquid phase),
からの注湯シミュレーションを Fig.4 に示
2680(Solid phase)
Density [kg/m33] 2480(Liquid
phase),
シミュレーションにより，実験で得られ
す．粘度の変化により流出する時間が変Density [kg/m ] 2680(Solid phase)
す．粘度の変化により流出する時間が変1080(Liquid
phase),
2680(Solid phase)
Specific heat [J/(kg·K)] 1080(Liquid phase),
す．粘度の変化により流出する時間が変960(Solid phase)
Specific heat [J/(kg·K)] 1080(Liquid
phase),た 流 動 挙 動 の 再 現 を 試 み た． な お，
わることがわかる．今回は，酸化膜の粘Specific heat [J/(kg·K)] 960(Solid phase)
わることがわかる．今回は，酸化膜の粘96(Liquid phase),
960(Solid
phase)
わることがわかる．今回は，酸化膜の粘Thermalconductivity[W/(m·K)]96(Liquidphase),
度として27.28[kPa]を採用することにした．
COLMINAは移動境界問題の解法に適し
phase)
conductivity [W/(m·K)] 237(Solid
96(Liquid phase),
度として 27.28[kPa]を採用することにした． Thermal[W/(m·K)] 237(Solid phase)度として 27.28[kPa]を採用することにした． Thermal conductivity
Latent heat [J/kg] 396800
237(Solid phase)
Latent heat [J/kg] 396800 -3ていると言われるSPH粒子法に基づいてViscosity
2.728×10
Latentheat [Pa·s][J/kg] 396800
Viscosity [Pa·s]

2.728×10-3

Surfacetension [Pa·s][N/m] 0.886
Viscosity
2.728×10-3
シミュレーションによる流動挙動
3.2
おり，また著者らとの共同研究で開発しSurface tension [N/m] 0.886
シミュレーションによる流動挙動3.2
Surface tension [N/m] 0.886
3.2 シミュレーションによる流動挙動
Fig.5 に，ショットタイムラグ 1s，プラた酸化膜モデルを導入している．
Fig.5 に，ショットタイムラグ 1s，プラ
Fig.5 に，ショットタイムラグ 1s，プラ
Tableの酸化膜パラメータ
Table4 4 COLMINA
COLMINAの酸化膜パラメ
ータンジャ前進速度120mm/sにおける流動挙計算条件をTable
2に示す．またダイカ
Table
4 COLMINAの酸化膜パラメータ
ンジャ前進速度120mm/sにおける流動挙TableThickness
4 COLMINAの酸化膜パラメータ
of oxidefilm [μm] 0.1
ンジャ前進速度 120mm/s における流動挙
Thickness of oxide film [μm] 0.1
動を示す．図はスリーブ正面からの観察
Viscosityof oxide
filmfilm[kPa·s]
スト用アルミニウム合金ADC12の物性値
Thicknessof oxide[μm] 27.28
0.1
動を示す．図はスリーブ正面からの観察
Viscosityof oxide film [kPa·s] 27.28
動を示す．図はスリーブ正面からの観察
Breakdownpressureof oxide[Pa] 2000
27.28
Viscosityof oxide
filmfilm[kPa·s]Breakdownpressure
of
oxide
film
[Pa]
2000
結果で，ラドル傾動開始を時刻ゼロにしをTable 3に，酸化膜パラメータをTable
結果で，ラドル傾動開始を時刻ゼロにしRegeneration
timeofofoxide
oxidefilm
film[Pa][s] 2000
0.02
Breakdownpressure
Regeneration time of oxide film [s] 0.02
結果で，ラドル傾動開始を時刻ゼロにしRegeneration
time
of
oxide
film
[s]
0.02
ており，傾動開始後
4.0～4.4sで溶湯がス4に示す．酸化膜パラメータは，表面張力ており，傾動開始後
4.0～4.4s で溶湯がスており，傾動開始後 4.0～4.4s で溶湯がスリーブに注がれはじめる．注湯は5s で終では考慮できない溶融合金の流動性の鈍リーブに注がれはじめる．注湯は5s で終リーブに注がれはじめる．注湯は 5s で終了し，5s～6s
はショットタイムラグ区間
さを表現するものであり，また酸化膜は了し，5s～6s
はショットタイムラグ区間
了し，5s～6s はショットタイムラグ区間
で，6sからプランジャは前進をはじめる．
破れることもあるため，破壊と再生成をで，6sからプランジャは前進をはじめる．
で，6s からプランジャは前進をはじめる．
全体の流動挙動を比較すると，シミュレ再現するパラメータ[7]も組み込まれてい全体の流動挙動を比較すると，シミュレ
全体の流動挙動を比較すると，シミュレ
ーション結果はほぼ実験結果を再現できる．一例として，粘度を変化したときのーション結果はほぼ実験結果を再現できーション結果はほぼ実験結果を再現できていると考えられる．これは COLMINAていると考えられる．これはCOLMINA
結果，ラドルからの注湯シミュレーショ
ていると考えられる．これは COLMINAに搭載された酸化膜パラメータが有効にに搭載された酸化膜パラメータが有効にンをFig.4に示す．粘度の変化により流出に搭載された酸化膜パラメータが有効に Fig.4
ータを変化させたときのラドルからの流出挙動
Fig.4酸化膜の粘度パラメ
酸化膜の粘度パラメータを変化させたときのラドル
機能しているためである．
Fig.4 酸化膜の粘度パラメータを変化させたときのラドル
機能しているためである．
する時間が変わることがわかる．今回は，Fig.4
酸化膜の粘度パラメータを変化させたときのラドル
機能しているためである．
からの流出挙動
次ぎに，同条件下における，ラドル注からの流出挙動
次ぎに，同条件下における，ラドル注
観
察 し ， ま た SPH 粒 子 法 ソ フ ト ウ ェ ア
酸化膜の粘度として27.28[kPa]を採用する
からの流出挙動
次ぎに，同条件下における，ラドル注湯，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連のスリーブ内波高の経時変化を Fig.6 に示湯，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連のスリーブ内波高の経時変化を
Fig.6 に示
「COLMINACAE」をもちいてシミュレーことにした．
湯，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連のスリーブ内波高の経時変化を
Fig.6 に示す．ラドル注湯直後 4.2s～5.5s で波高が生成され，その後ショットタイムラグの 6s までで減衰し，す．ラドル注湯直後 4.2s～5.5s で波高が生成され，その後ショットタイムラグの 6s までで減衰し，ションを行い，以下のことを明らかにした．
す．ラドル注湯直後 4.2s～5.5s で波高が生成され，その後ショットタイムラグの 6s までで減衰し，プランジャが前進をはじめると波高は上下運動（波はプランジャとビスケット間の往復運動）を
プランジャが前進をはじめると波高は上下運動（波はプランジャとビスケット間の往復運動）を
1) シミュレーションによる流動挙動
ショットタイムラグを大きくすること
3.2
プランジャが前進をはじめると波高は上下運動（波はプランジャとビスケット間の往復運動）をして，8s 手前でプランジャ上部まで充満する挙動が示されている．シミュレーション結果でもほして，8s
手前でプランジャ上部まで充満する挙動が示されている．シミュレーション結果でもほで，波高が減衰する．波高の減衰は空Fig.5に，ショットタイムラグ1s，プラ
して，8s
手前でプランジャ上部まで充満する挙動が示されている．シミュレーション結果でもほぼ同じ波高挙動を再現できているが，5s 付近に相違が見られる．これは，スリーブ壁に付着する
ぼ同じ波高挙動を再現できているが，5s付近に相違が見られる．これは，スリーブ壁に付着する
気巻き込み欠陥抑制効果として有効とンジャ前進速度120mm/sにおける流動挙動
ぼ同じ波高挙動を再現できているが，5s付近に相違が見られる．これは，スリーブ壁に付着する
溶湯挙動を再現できていないこと，現在の酸化膜パラメータがラドル傾動に注目してチューニン
溶湯挙動を再現できていないこと，現在の酸化膜パラメータがラドル傾動に注目してチューニン
考えられる．一方，波高を抑制するにを示す．図はスリーブ正面からの観察結果
溶湯挙動を再現できていないこと，現在の酸化膜パラメータがラドル傾動に注目してチューニン
グしたためと考えられる．パラメータのチューニングに関しては今後検討して行きたいと考えてグしたためと考えられる．パラメータのチューニングに関しては今後検討して行きたいと考えてはある程度の時間が必要であり，ショで，ラドル傾動開始を時刻ゼロにしておグしたためと考えられる．パラメータのチューニングに関しては今後検討して行きたいと考えている．
いる．
ットタイムラグは溶湯温度を低下させり，傾動開始後
4.0～4.4sで溶湯がスリーいる．
本研究の結果から，移動境界問題の解析に有効な粒子法ベースのシミュレーションを用いるこ
本研究の結果から，移動境界問題の解析に有効な粒子法ベースのシミュレーションを用いるこ
スリーブ内にチル層を生成させるため，
ブに注がれはじめる．注湯は5sで終了し，本研究の結果から，移動境界問題の解析に有効な粒子法ベースのシミュレーションを用いることで，ラドル傾動，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連の流動挙動をシミュレーとで，ラドル傾動，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連の流動挙動をシミュレー
破断チル欠陥の危惧が高まる．
5s～6sはショットタイムラグ区間で，6sかとで，ラドル傾動，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連の流動挙動をシミュレー
ションできたことは大きな進歩である．加えて酸化膜パラメータの有効性も必要であることがわ
ションできたことは大きな進歩である．加えて酸化膜パラメータの有効性も必要であることがわ
2) プランジャ前進速度を変化させると，ションできたことは大きな進歩である．加えて酸化膜パラメータの有効性も必要であることがわらプランジャは前進をはじめる．全体の流かった．ダイカストのプロセス条件を決定する有効なツールになると考えられる．
かった．ダイカストのプロセス条件を決定する有効なツールになると考えられる．
プランジャ前進中のスリーブ内の空気かった．ダイカストのプロセス条件を決定する有効なツールになると考えられる．
動挙動を比較すると，シミュレーション結閉じ込め挙動が変化した．空気巻き込
果はほぼ実験結果を再現できていると考え
4. まとめみ欠陥を抑制するには，この挙動をシ
4. まとめられる．これはCOLMINAに搭載された酸4.
まとめ
本研究では，ラドル注湯およびプランジャ前進中のアルミニウム合金溶湯の熱流動挙動を直接本研究では，ラドル注湯およびプランジャ前進中のアルミニウム合金溶湯の熱流動挙動を直接ミュレーションで把握し，制御する必
本研究では，ラドル注湯およびプランジャ前進中のアルミニウム合金溶湯の熱流動挙動を直接化膜パラメータが有効に機能しているため
Fig.5Fig.5
ショット
タイムラグ1s，プランジャ前進速度120mm/sにおけるショットタイムラグ
1s，プランジャ前進速度
要があると考える．
である．
流動挙動の比較
4120mm/s における流動挙動の比較
3) 粒子法シミュレーションによって得ら44れた波高挙動はほぼ実験と一致した．

酸化膜モデルが有効的に作用した結果 － 178 －と考えられる．まだ酸化膜パラメータ

ミュレーションで把握し，制御する必Fig.5 ショットタイムラグ 1s，プランジャ前進速度

要があると考える．
3) 粒子法シミュレーションによって得ら120mm/s における流動挙動の比較れた波高挙動はほぼ実験と一致した．
次に，同条件下における，ラドル注湯，酸化膜モデルが有効的に作用した結果
ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋と考えられる．まだ酸化膜パラメータがる一連のスリーブ内波高の経時変化をのチューニングが完全ではないので，Fig.6に示す．ラドル注湯直後4.2s～5.5sで今後の調整が必要である．
波高が生成され，その後ショットタイムラ
グの6sまでで減衰し，プランジャが前進を
参考文献[1] 日本鋳造工学会ダイカスト研究部会: “高はじめると波高は上下運動（波はプランジャ
品質保証ダイカスト鋳造技術”, 日本鋳造とビスケット間の往復運動）をして，8s手前
工学会, 研究報告 91, (2003), p.1
でプランジャ上部まで充満する挙動が示さ[2] 持田泰，蓮野昭人，風間正喜，諏訪多聞，
前田安郭 : “粒子法によるダイカスト薄肉れている．シミュレーション結果でもほぼ
湯まわり解析”, 日本ダイカスト会議論文集,
同じ波高挙動を再現できているが，5s付近(2018), JD18-21, pp.107-110
Fig.6 Fig.6
ショット
タイムラグ1s，プランジャ前進速度120mm/sにおけるショットタイムラグ
1s，プランジャ前進速度
[3]
岩堀弘昭,
戸沢勝利, 浅野高司, 山本善に相違が見られる．これは，スリーブ壁に
波高変化の比較
120mm/s における波高変化の比較
章, 中村元志, 橋本正興, 上西始郎 : “ア
付着する溶湯挙動を再現できていないこと，
ルミニウムダイカスト鋳物に存在する破断チル層の性状”, 軽金属, 34(1984), pp.525-530[4] 前田安郭，野村宏之 : “アルミニウム合金ダイカストにおける破断チル層の生成と移動の数値実験”,
現在の酸化膜パラメータがラドル傾動に注目してチューニングしたためと考えられる．パラメータ
鋳造工学，78(2006), pp.654-660のチューニングに関しては，今後検討して行きたいと考えている．
[5] 杉原拓実，前田安郭 : “粒子法によるダイカストショットスリーブ注湯時の伝熱と波動シミュレーション”,
本研究の結果から，移動境界問題の解析に有効な粒子法ベースのシミュレーションを用いること
鋳造工学，92(2020)，pp.272-277[6] 風間正喜，諏訪多聞，前田安郭 : “酸化膜モデルを用いたアルミニウム注湯の粒子法シミュレーショ
で，ラドル傾動，ショットタイムラグ，プランジャ前進と繋がる一連の流動挙動をシミュレーショ
ン”, 鋳造工学, 90(2018), pp.68-74
ンできたことは大きな進歩である．加えて酸化膜パラメータの有効性も必要であることがわかっ[7] 諏訪多聞，風間正喜，畠中耕平．小笠原圭太，前田安郭 : “SPH 粒子法シミュレーションによる酸化膜と気泡の欠陥に関する解析手法の開発とその応用”, 鋳造工学，92(2020)，pp.285-289
た．ダイカストのプロセス条件を決定する有効なツールになると考えられる．
４．まとめ

5

本研究では，ラドル注湯およびプランジャ前進中のアルミニウム合金溶湯の熱流動挙動を直接観察し，またSPH粒子法ソフトウェア「COLMINACAE」を用いてシミュレーションを行い，以下のことを明らかにした．
1）ショットタイムラグを大きくすることで，波高が減衰する．波高の減衰は空気巻き込み欠陥抑制効果として有効と考えられる．一方，波高を抑制するにはある程度の時間が必要であり，ショットタイムラグは溶湯温度を低下させスリーブ内にチル層を生成させるため，破断
チル欠陥の危惧が高まる．
2）プランジャ前進速度を変化させると，プランジャ前進中のスリーブ内の空気閉じ込め挙動が変化した．空気巻き込み欠陥を抑制するには，この挙動をシミュレーションで把握し，制御する必要があると考える．
3）粒子法シミュレーションによって得られた波高挙動はほぼ実験と一致した．酸化膜モデルが有効的に作用した結果と考えられる．まだ酸化膜パラメータのチューニングが完全ではないので，今後の調整が必要である．
参考文献［1］ 日本鋳造工学会ダイカスト研究部会 :“高品質保証ダイカスト鋳造技術”, 日本鋳造工学会,
研究報告91, (2003), p.1－ 179 －

［2］ 持 田泰，蓮野昭人，風間正喜，諏訪多聞，前田安郭 :“粒子法によるダイカスト薄肉湯まわり解析”, 日本ダイカスト会議論文集, (2018), JD18-21, pp.107-110［3］ 岩 堀弘昭, 戸沢勝利, 浅野高司, 山本善章, 中村元志, 橋本正興, 上西始郎 :“アルミニウムダ
イカスト鋳物に存在する破断チル層の性状”, 軽金属, 34(1984), pp.525-530［4］ 前 田安郭，野村宏之 :“アルミニウム合金ダイカストにおける破断チル層の生成と移動の数値実験”, 鋳造工学，78(2006), pp.654-660［5］ 杉原拓実，前田安郭 :“粒子法によるダイカストショットスリーブ注湯時の伝熱と波動シ
ミュレーション”, 鋳造工学，92(2020)，pp.272-277［6］ 風 間正喜，諏訪多聞，前田安郭 :“酸化膜モデルを用いたアルミニウム注湯の粒子法シミュ
レーション”, 鋳造工学, 90(2018), pp.68-74［7］ 諏訪多聞，風間正喜，畠中耕平，小笠原圭太，前田安郭 :“SPH粒子法シミュレーション
による酸化膜と気泡の欠陥に関する解析手法の開発とその応用”, 鋳造工学，92(2020)，
pp.285-289－ 180 －