JP2005144542A - 鋳造方案評価装置および鋳造方案評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な形状をとり得る鋳物製品について、製品全体としての指向性凝固の成否を予測し、鋳造方案の設計を効率的に行う鋳造方案評価装置および鋳造方案評価方法を提供すること。
【解決手段】鋳造方案評価装置は、三次元形状データ記憶部２より読み出された鋳物モデルの三次元形状データと、鋳造条件設定部３において入力設定された鋳造条件とに基づいて、凝固時間算出部４で溶湯の凝固時間を算出し、評価点設定部５で製品内部に複数の評価点を設定した後、接続点指示部６で製品と押湯との接続点を指示し、評価点距離算出部７で当該接続点から各評価点までの距離（評価点距離）を算出して、鋳造方案評価部８において評価点距離と凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、鋳造における引け巣等の鋳造欠陥の発生を抑制するために、鋳物の凝固時間を鋳造シミュレーションによって予測し、そのシミュレーションの結果を利用して鋳造方案の良否を評価する鋳造方案評価装置および鋳造方案評価方法に関する。

鋳造において、鋳造方案の良否が製品（鋳物）の鋳造欠陥を招く直接の原因となり得ることから、製品の形状に最適な鋳造方案を設計することが求められている。特に、溶融金属（溶湯）の凝固収縮により製品内部に生じる空隙部、すなわち引け巣欠陥が製品の品質上問題となるが、この凝固収縮の対策として、製品に接続された押湯により体積収縮部に溶湯を補充して引け巣の発生を防止する鋳造方案が採用されている。従来、鋳造方案の設計は、最終的な製品形状に基づいて作業者の経験や勘を頼りに行われており、押湯系の設計についても作業者の経験を基に、押湯量や、製品と押湯の接続部の形状などの方案設計を行っていた。なお、押湯は引け巣欠陥を防止するために設けられているものであり、鋳造後に製品から切り離されて不要となるため、押湯量は少ない方が好ましく、その点も考慮して設計がなされている。そして、鋳造方案設計後に鋳型を製作して少数の実鋳造（試験吹き）を行い、鋳造品に鋳造欠陥が発生していないことを確認した後に、量産体制に移行する。ここで、鋳造品に引け巣などの鋳造欠陥が発生した場合には、その鋳造欠陥の発生部位などを分析して鋳造方案を再度設計し直し、鋳型を修正した後に実鋳造を行い、鋳造品の鋳造欠陥の有無確認を行うこととなる。このような鋳造方案の設計方法によると、作業者の熟練や経験が要求される。しかし、熟練した作業者にとって新規で複雑な形状の製品を製造する場合には、その鋳造方案の設計が困難になり、いたずらに鋳造方案設計と実鋳造を繰り返す結果、鋳造方案設計の効率悪化を招いていた。

そこで、近年では鋳造方案の設計に当たり、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）を利用した鋳造シミュレーションが幅広く行われている。鋳造シミュレーションにおいて、製品や押湯などで構成された鋳物の三次元設計モデル（以下、鋳物モデルという。）と溶湯や鋳型の物性値などの鋳造条件とを基にして、鋳造品の凝固時間を求める手法が一般的に用いられている。これにより、鋳型内で溶湯の凝固の進行状況をシミュレーションにより確認し、製品内部に引け巣欠陥が生じるか否かを予測することができる。

鋳造シミュレーションにより引け巣欠陥の発生を予測する具体的な手法の１つとして、閉ループ法が利用されている。この閉ループ法は、鋳物モデルの任意の切断面において、凝固時間が所定の範囲内である領域毎に、識別可能なグラフィックスとしてディスプレイ等に表示させ、表示された上記領域毎の境界線（凝固時間が同一である要素で構成される線）が閉ループを形成するか否かにより、引け巣欠陥の発生を予測する手法である。これは、製品内部のある部位の凝固が周囲より遅れる場合に溶湯補給が断たれ、凝固収縮による引け巣欠陥が発生するという考えに基づいている。例えば、図１３は、円柱状の製品２１’と円柱状の押湯２２’が同じく円柱状の接続部２３’を介して接続されている鋳物モデル２０’について、製品２１’の中心線を含む任意切断面における凝固時間のシミュレーション結果を表す。図１３によると、閉ループが形成されており、閉ループの内側（（イ）のクロスハッチングで示された領域）は閉ループの外側よりも凝固が遅れるため、閉ループの内側に引け巣が生じると予測される。つまり、図１３に示す形状は鋳造方案としては不適当であり、押湯量の増加や、製品と押湯の接続面の形状変更が必要となる。そして鋳造方案の変更後に、上述と同様のシミュレーションを行い、閉ループが形成されないようになるまで形状変更とシミュレーションを繰り返し行う。

このような鋳造シミュレーションを利用すると、実際の鋳型製作や実鋳造による検証作業を省略することができるとともに鋳造方案設計に要する時間を大幅に短縮することができるので、効率的である。その一方で、例えば上述の閉ループ法において、任意切断面の選択は設計者の経験に委ねられている。つまり、通常は製品形状よりあらかじめ引け巣欠陥が生じ易い部位を予測し、その部位を含むように任意切断面が選択されるが、製品の形状が複雑になるとこの任意切断面の選択が困難になる。そして任意切断面の選択を誤ると、実際には製品内部に引け巣欠陥が生じと予測される部位が含まれているにもかかわらず、選択された任意切断面におけるシミュレーションの結果が良好であることにより、当該鋳造方案は適正であるとの誤判定を招くことにもなる。任意切断面の選択数を増やして誤判定を回避する方法も考えられるが、切断面を表示させる回数が増加して膨大な時間を要する割には判定の確実性に乏しい。また、もれなくすべての切断面を表示させることも現実的には不可能であり、鋳造方案の良否を予測する手法としては必ずしも実用的とは言えなかった。

一方、様々な鋳物について、製品、堰、および押湯の各部の形状と凝固時間の関係をニューラルネットワークに学習させて、各部の凝固時間を予測する鋳造方案設計方法が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３２６０５１号公報

特許文献１に開示されている鋳造方案設計方法によると、製品、堰、および押湯の各部についての凝固時間を対比し、製品、堰、押湯の順に凝固すること（指向性凝固）を予測する鋳造方案設計方法であり、ニューラルネットワークで予測した凝固時間と実際に鋳造した際の凝固時間の値に差がある場合には、その結果を再びニューラルネットワークに入力して学習させて、凝固時間の予測精度を向上させることができる点で優れている。

しかし、特許文献１の鋳造方案設計方法では、製品、堰、および押湯を含む鋳物全体の指向性凝固を予測することができる反面、製品部分に着目すると、製品の内部全体に亘り指向性凝固が達成されているかについては、予測することができなかった。つまり、製品の凝固時間が押湯の凝固時間よりも早くても、製品の凝固時間にはその部位によりバラつきがあり、上述の閉ループ法において閉ループが形成されるような状態である場合には、製品内部に引け巣欠陥が発生するおそれがあるが、特許文献１に示す鋳造方案設計方法では、この点について把握することができない。したがって、様々な形状をとり得る鋳物製品について、製品全体として鋳造方案の良否を判定できる普遍的な判定手法が求められていた。

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、様々な形状をとり得る鋳物製品について、製品全体としての指向性凝固の成否を予測し、鋳造方案の設計を効率的に行う鋳造方案評価装置および鋳造方案評価方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の側面によると、少なくとも製品および押湯からなる鋳物モデルの三次元形状データと所定の鋳造条件より溶湯の凝固時間を算出する凝固時間算出手段と、上記製品の内部に複数の評価点を設定する評価点設定手段と、上記製品と上記押湯との接続点から上記評価点までの距離（評価点距離）を算出する評価点距離算出手段と、当該評価点距離算出手段により得られた評価点距離と上記凝固時間算出手段により得られた上記評価点における凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価する評価手段とを有する、鋳造方案評価装置が提供される。

このような構成の鋳造方案評価装置を用いると、製品の内部に設定された複数の評価点について、その評価点における凝固時間と評価点距離との関係から鋳造方案の良否を評価するので、製品全体としての鋳造方案の良否を評価することができる。具体的には、製品と押湯の接続点より遠い部分から近い部分に向けて順次溶湯が凝固する指向性凝固が行われているか否かについて、容易に予測することができる。また、評価点を製品内部の様々な位置に分散させて設定することにより、製品全体としての指向性凝固の成否を予測することができる。さらに、製品の形状が複雑で、その形状からは引け巣欠陥の生成箇所の予測が困難な場合において本発明は特に有益であり、このような場合に本発明にかかる鋳造方案評価装置を用いることにより、製品全体としての指向性凝固の成否を容易に予測できる。

また、本発明の第１の側面にかかる鋳造方案評価装置において、上記評価手段は、上記評価点における上記評価点距離と上記凝固時間との関係を示す座標を分布図にプロットし、当該座標の分布に基づいて鋳造方案の良否を評価するように構成されていることが好ましい。

このような構成によると、分布図中にプロットされた評価点距離と凝固時間の関係を示す座標群の分布状態により鋳造方案の良否を評価するので、指向性凝固の成否を迅速に予測することができる。さらに、製品全体として指向性凝固が行われていると判断できる場合においても、座標群の全体的な分布から見て所定以上に離れた座標が存在する場合には、その座標より鋳物モデルにおける位置を特定することにより、鋳造欠陥の生成箇所を予測して製品形状や鋳造方案の見直しに利用することもできる。

上記評価手段は、上記分布図にプロットされた座標から最小二乗法を利用して一次回帰直線を求めて上記分布図に内挿し、その一次回帰直線の傾きから鋳造方案の良否を評価するように構成されているのがより好ましい。

このような構成によれば、座標分布の全体的な傾向を正確に把握することができるので、指向性凝固の成否判定が確実且つ容易となる。

また、本発明の第１の側面にかかる鋳造方案評価装置において、上記評価点距離は、鋳型部を通過しない製品部分における最短距離であることが好ましい。

このような構成によると、接続点から評価点までの直線経路上に鋳型部分が含まれている場合においても、鋳型部分を通過せずに製品部分のみを通過する最短距離を評価点距離として扱うので、製品の形状が複雑であっても指向性凝固の成否を適正に予測することができる。

本発明の第２の側面によると、少なくとも製品および押湯からなる鋳物モデルの三次元形状データと所定の鋳造条件より溶湯の凝固時間を算出する凝固時間算出工程と、上記製品の内部に複数の評価点を設定する評価点設定工程と、上記製品と上記押湯との接続点から上記評価点までの距離（評価点距離）を算出する評価点距離算出工程と、当該評価点距離算出工程で得られた評価点距離と上記凝固時間算出工程で得られた上記評価点における凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価する評価工程とを有する、鋳造方案評価方法が提供される。

このような鋳造方案評価方法によると、製品の内部に設定された複数の評価点について、その評価点における凝固時間と評価点距離との関係から鋳造方案の良否を評価するので、製品全体としての鋳造方案の良否を評価することができる。具体的には、製品と押湯の接続点より遠い部分から近い部分に向けて順次溶湯が凝固する指向性凝固が行われているか否かについて、容易に予測することができる。また、評価点を製品内部の様々な位置に分散させて設定することにより、製品全体としての指向性凝固の成否を予測することができる。さらに、製品の形状が複雑で、その形状からは引け巣欠陥の生成箇所の予測が困難な場合において本発明は特に有益であり、このような場合に本発明にかかる鋳造方案評価方法を使用することにより、製品全体としての指向性凝固の成否を容易に予測できる。

また、本発明の第２の側面にかかる鋳造方案評価方法において、上記評価工程は、上記評価点における上記評価点距離と上記凝固時間との関係を示す座標を分布図にプロットし、当該座標の分布に基づいて鋳造方案の良否を評価することが好ましい。

このような鋳造方案評価方法によると、分布図中にプロットされた評価点距離と凝固時間の関係を示す座標群の分布状態により鋳造方案の良否を評価するので、指向性凝固の成否を迅速に予測することができる。さらに、製品全体として指向性凝固が行われていると判断できる場合においても、座標群の全体的な分布から見て所定以上に離れた座標が存在する場合には、その座標より鋳物モデルにおける位置を特定することにより、鋳造欠陥の生成箇所を予測して製品形状や鋳造方案の見直しに利用することもできる。

上記評価工程は、上記分布図にプロットされた座標から最小二乗法を利用して一次回帰直線を求めて上記分布図に内挿し、その一次回帰直線の傾きから鋳造方案の良否を評価するものであるのがより好ましい。

このような鋳造方案評価方法によれば、座標分布の全体的な傾向を正確に把握することができるので、指向性凝固の成否判定が確実且つ容易となる。

また、本発明の第２の側面にかかる鋳造方案評価方法において、上記評価点距離は、鋳型部を通過しない製品部分における最短距離であることが好ましい。

このような鋳造方案評価方法によると、接続点から評価点までの直線経路上に鋳型部分が含まれている場合においても、鋳型部分を通過せずに製品部分のみを通過する最短距離を評価点距離として扱うので、製品の形状が複雑であっても指向性凝固の成否を適正に予測することができる。

本発明の実施の形態について、図１〜図１２を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明にかかる鋳造方案評価装置１の構成を示す図である。鋳造方案評価装置１は、例えばパーソナルコンピュータなどにより構成され、演算処理および外部接続された周辺装置の動作制御を行う評価装置本体１０と、表示装置としてのディスプレイ１１と、入力装置としてのキーボード１２およびマウス１３とを備えている。ディスプレイ１１、キーボード１２およびマウス１３は、所定の接続ケーブルで評価装置本体１０に接続されている。また、評価装置本体１０内には、記憶装置としてのハードディスク１４が内蔵されている。

ハードディスク１４には、凝固解析プログラムがあらかじめ格納されている。この凝固解析プログラムは、鋳造方案の評価の対象である鋳物モデルの三次元形状データと凝固時間に影響を与える鋳造条件としての各種データとに基づいて、鋳物モデル内における溶湯の凝固時間を算出するものであり、本実施形態においては市販のソフトウエア（例えば、株式会社イーケーケージャパン社製の「ＣＡＰ ＣＡＳＴ」）を使用する。上記凝固解析プログラムは、凝固時間を演算する機能の他に、鋳物モデルを微小要素に分割する機能、凝固解析に必要な各種データの入力設定をする機能、溶湯となり得る各種合金の物性値のデータベースなどを備えている。

図２は、鋳物モデルの一例を示す。鋳物モデル２０は、円筒状の製品２１と、円筒状の押湯２２と、製品２１と押湯２２とを接続する円筒状の接続部２３より構成されている。なお、本実施形態における鋳物モデル２０は、鋳型内に成形される鋳物のうち、本発明にかかる鋳造方案評価装置による評価の対象となる構成のみを表し、湯道や湯口などの鋳造方案にかかる他の構成は省略している。

図３は、鋳造方案評価装置１により鋳造方案の評価を行う場合の処理動作を機能ブロックで示したものである。鋳造方案評価装置１は、所定の鋳造条件における溶湯の凝固時間を算出し、製品内部に複数の評価点を設定した後、製品と押湯との接続点から各評価点までの距離（以下、評価点距離という。）を算出して、評価点距離と凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価する機能を有する。機能ブロックは、三次元形状データ記憶部２と、鋳造条件設定部３と、凝固時間算出部４と、評価点設定部５と、接続点指示部６と、評価点距離算出部７と、鋳造方案評価部８とからなる。

三次元形状データ記憶部２は、ＣＡＤ（Computer Aided Design）などを利用して設計された鋳物モデルの三次元形状データを記憶するもので、評価装置本体１０内のハードディスク１４がその機能を果たしている。なお、本実施形態では、ハードディスク１４内に三次元形状データ記憶部２を設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、外部記憶装置としてのＭＯ（Magneto-Optical disk）などの記録媒体（図示せず）を設け、当該記録媒体に記録された三次元形状データを読み込むように構成してもよい。

鋳造条件設定部３は、鋳造条件に関する所定のデータ（物性値）を、上記凝固解析プログラムの入力形式に基づいて入力設定するものである。上記所定のデータは、溶湯および鋳型の材質、初期温度を始めとして、溶湯および鋳型の比熱、熱伝導率や溶湯の固相線温度、液相線温度、凝固潜熱ならびに溶湯と鋳型との間の熱伝達係数などの各種物性値を含む。また、必要に応じて溶湯に負荷する圧力など、溶湯の凝固時間に影響を与える項目についても併せて入力する。なお、溶湯の種類がＡＣ４Ｂ（アルミニウム合金）などの一般的な合金である場合には、上記データベースから当該合金の物性値を引き出すことにより、当該物性値の入力を省略することができる。

凝固時間算出部４は、三次元形状データ記憶部２より読み出された鋳物モデルの三次元形状データと、鋳造条件設定部３において入力設定された鋳造条件とに基づいて、上記凝固解析プログラムにより溶湯の凝固時間を算出するものである。凝固時間を算出するにあたり、オペレーターの入力指示により、鋳物モデルが直交６面体からなる微小要素に分割される。本実施形態では、互いに大きさの等しい立方体からなる複数の微小要素が作成される。図４は、微小要素Ｅの配列状態を示す図で、微小要素Ｅを構成する任意の平面で切断した断面図である。図４において、線形で包囲された１区画が１つの微小要素Ｅを表している。続いて、上記凝固解析プログラムにより溶湯の凝固時間が算出され、凝固時間に関するデータとして出力される。凝固時間は種々な形式での出力が可能であり、例えば、各微小要素Ｅについてその微小要素Ｅ内の凝固時間の平均値を凝固時間として出力する形式や、隣接する微小要素Ｅ同士の節点Ｓｐ毎（図４参照）の凝固時間を出力する形式などがある。本実施形態では、節点Ｓｐ毎の凝固時間を出力する形式を採用している。また、ここで出力される凝固時間に関するデータ（以下、凝固時間データという。）は、節点Ｎｏ．と、節点Ｓｐの座標値と、節点Ｓｐの凝固時間ｔである。節点Ｎｏ．は、複数の節点Ｓｐを識別するために、各節点Ｓｐに付される番号もしくは符号である。節点の座標値とは、鋳物モデル内における節点の位置を特定する三次元直交座標系のｘｙｚ座標である。出力された凝固時間データは、ハードディスク１４の所定の記憶領域に記憶される。

図３に戻り、評価点設定部５は、製品の内部において複数の評価点を設定するものである。これらの評価点は、それらが製品の内部全体においてほぼ均一に分布するように、節点Ｓｐの中から選択的に設定される。例えば、図５（イ）に示すように、正方形の各微小要素Ｅの４つの角部（二次元的にみた場合）のうちの対角に位置する２つの角部を評価点Ｈｐとして設定する。或いは、図５（ロ）に示すように、隣接する４つの微小要素Ｅを一組の要素に見立てて、各組の要素における４つの角部を評価点Ｈｐとして設定してもよい。このように評価点Ｈｐを選択するのは、処理データを少なくして演算を簡易化するためであって、各微小要素Ｅの全ての角部を評価点Ｈｐとしてもよい。なお、各評価点Ｈｐを識別できるように、各評価点Ｈｐには節点Ｓｐと同様に評価点Ｎｏ．が付される。

図３に戻り、接続点指示部６は、製品と押湯の接続点を指示するものである。図６に示すように、接続点Ｃｐの位置は、接続部２３と製品２１の接続面の略中心とするのが適当である。なお、接続点Ｃｐは、オペレーターの入力操作により指示される。

図３に戻り、評価点距離算出部７は、接続点Ｃｐから各評価点Ｈｐまでの距離（評価点距離）を算出するものである。評価点距離は、鋳型部分を通過せずに製品部分のみを通過する最短距離である。具体的には、例えば以下の手順で評価点距離を算出することができる。まず、接続点Ｃｐにあたる微小要素を指示し、距離番号０を設定する。次に、この接続点Ｃｐにあたる微小要素を起点として、その微小要素に対して隣接する微小要素に対して１を加えて距離番号を付与する。これを順番に行い、製品部分のすべての微小要素に距離番号を付与する。そして、評価点ＨＰにおける距離番号と、微小要素１個あたりの大きさとを掛け合わせることにより、評価点Ｈｐの評価点距離Ｌ（ｍｍ）を算出することができる。図７は、鋳物モデル２０における評価点距離Ｌの一例を示す図である。図７において、評価点距離Ｌは、点線で示された線分ｓ１と線分ｓ２の長さの合計（として近似された値）である。続いて、上述の凝固時間データより評価点Ｈｐに対応する節点Ｓｐの凝固時間ｔを抽出し、評価点Ｈｐにおける凝固時間Ｔとして設定する。そして、上述の評価点Ｎｏ．と、評価点距離Ｌと、凝固時間Ｔとからなる評価点Ｈｐに関するデータを作成する。続いて、すべての評価点に関するデータ（以下、評価点データという。）が出力される。出力された評価点データは、ハードディスク１４の所定の記憶領域に記憶される。図８は、評価点データの一例（評価点Ｈｐがｎ個からなる場合）を示す図である。

図３に戻り、鋳造方案評価部８は、評価点距離算出部７で得られた各評価点の評価点距離Ｌと凝固時間算出部４で得られた各評価点Ｈｐにおける凝固時間Ｔ（評価点Ｈｐに対応する節点Ｓｐの凝固時間ｔ）との関係から、鋳造方案の良否を評価するものである。具体的には、以下の手順に基づいて実行される。まず、横軸を評価点距離Ｌ、縦軸を凝固時間Ｔとする平面直交座標軸からなる分布図を作成する。次に、上述の評価点データを読み出し、各評価点Ｈｐにおける評価点距離Ｌと凝固時間Ｔとの関係を上記分布図にプロットする（例えば、Ｎｏ．ｉの評価点Ｈｐは、座標（Ｌｉ，Ｔｉ）としてプロットされる。）。これをｎ個からなるすべての評価点について行う。その結果、上記分布図には座標（Ｌ１，Ｔ１），（Ｌ２，Ｔ２），…（Ｌｎ，Ｔｎ）の座標群が分布する。次に、すべての座標から最も近似する直線を探索する。本実施形態では、最小二乗法を利用して一次回帰直線（Ｔ＝ａＬ＋ｂ）を求め、上記分布図に内挿する。一次回帰直線Ｔ＝ａＬ＋ｂの係数ａおよびｂは、ａ＝｛（Σ（ＬＴ）−（ΣＬ×ΣＴ）／ｎ｝／｛Σ（Ｌ²）−（ΣＬ×ΣＴ）／ｎ｝、ｂ＝（ΣＴ−ａ×ΣＬ）／ｎにより算出される。なお、一次回帰直線は、所定のプログラムを実行することにより求めることもできる。

こうして得られた一次回帰直線Ｔ＝ａＬ＋ｂより、鋳造方案を評価する。ここで具体的な評価方法の一例を詳述する。図９は、ある鋳物モデルについて、評価点距離と凝固時間の関係を分布図に記したものである。分布図内に分布する座標群（縞状にプロットされた点群）は、各評価点における評価点距離と凝固時間とからなるデータの座標を表し、分布図内に描かれた直線は、当該点群の一次回帰直線を表す。そして、例えば一次回帰直線の傾きが負の値であるときに、製品全体として指向性凝固が達成されているとして、この鋳造方案が「良」であると判定する。このことより、製品と押湯の接続点より遠い部分から近い部分に向けて順次溶湯が凝固する指向性凝固が行われているか否かについて、容易に予測することができる。また、評価点設定部５で設定された評価点Ｈｐは、製品の内部全体において略均等に分散しているので、製品全体の指向性凝固の成否を高い精度で予測することができる。さらに、評価点距離算出部７で算出された評価点距離Ｌは、鋳型部分を通過せずに製品部分のみを通過する最短距離であるので、製品の形状が複雑な場合においても指向性凝固の成否を適正に予測することができる。

上述の一次回帰直線の傾き（係数ａ）について、所定の閾値を設定しておくと、鋳造方案の良否判定処理を自動化できる。また、回帰直線に対する分布座標の相関係数を求め、直線に対する相関性の高い場合に指向性凝固が達成されていると判定することもできる。さらに、分布図中において一次回帰直線から一定以上離れている座標を抽出し、抽出した座標より鋳物モデルにおける位置を特定することにより、鋳造欠陥の生成を予測して製品形状や鋳造方案の見直しに利用することもできる。

次に、本発明にかかる鋳造方案評価装置１を用いた鋳造方案の評価処理手順について、図１０のフローチャートを用いて説明する。鋳造方案の評価の対象である鋳物モデルの三次元形状データは、あらかじめ三次元形状データ記憶部２に記憶されているものとする。

まず、上記凝固解析プログラムが起動され、三次元形状データがハードディスク１４の三次元形状データ記憶部２から、上記凝固解析プログラムのワークエリアに読み出される（Ｓ１）。次に、鋳造条件設定部３により鋳造条件としての各種データが入力設定される（Ｓ２）。そして、凝固時間算出部４により微小要素の節点Ｓｐ毎の凝固時間が算出され、凝固時間データとして出力される（Ｓ３）。続いて、評価点設定部５により複数の評価点Ｈｐが設定され（Ｓ４）、その後、接続点指示部６により接続点Ｃｐが指示される（Ｓ５）。続いて、評価点距離算出部７により評価点距離が算出される（Ｓ６）。そして、鋳造方案評価部８により鋳造方案が評価される（Ｓ７）。ここでは、上述の手順にて評価点距離と凝固時間の関係が分布図にプロットされ、プロットされた座標群の一次回帰直線が分布図に内挿される。そして、分布図中の座標群と一次回帰直線より、鋳造方案の良否が判定される。鋳造方案が「不良」と判定されたら、鋳造方案を設計変更してＳ２に戻り、以下の手順を繰り返す。鋳造方案が「良」と判定されたら、上述の評価に使用した評価データ（分布図など）は、ハードディスク１４の所定の記憶領域に記憶され（Ｓ８）、評価処理は終了する。

次に、実際に上記評価手順に沿って鋳造方案の評価を行った具体例を説明する。円筒形状の製品に対して円筒形状の押湯と接続部を設ける鋳造方案について、３種類の鋳物モデルを準備した。図１１は、鋳物モデルを示す縦断面図である。鋳物モデルの図１１（イ）〜（ハ）の鋳物モデル２０１〜２０３は、製品２１１〜２１３の形状は同一で、押湯２２１〜２２３と接続部２３１〜２３３の形状が異なっている。また、押湯と接続部の体積の合計は、（イ）〜（ハ）のすべてにおいて略均等とした。そして、上述の鋳造方案評価手順に沿って、鋳造モデル２０１〜２０３の評価処理作業を行い、その結果として作成された分布図（各評価点Ｈｐにおける評価点距離Ｌと凝固時間Ｔの関係をプロットした座標群および当該座標群の一次回帰直線）を図１２に示す。ここで図１２の（イ）〜（ハ）は、図１１の（イ）〜（ハ）に対応している。図１２より、一次回帰直線の傾きが最も小さい（ハ）（鋳物モデル２０３）が鋳造方案として最適であると評価できる。このように、一次回帰直線が内挿された分布図より、指向性凝固の製品について製品全体として統一した判定が可能となる。にまた、ここで鋳造方案の評価として、一次回帰直線の傾きが所定の値以下の時に当該鋳造方案が「良」であると判定するように具体的な数値目標を設定しておくと、判定処理を自動化できる。

このように、本発明によれば、製品全体に複数の評価点を設定し、当該評価点における評価点距離と凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価するので、製品全体としての指向性凝固の成否を容易に予測することができる。従って、従来のように製品の一部の凝固時間を算出して鋳造方案の良否を判定する方法では当該製品に対する十分な知識が必要であったが、本発明では鋳造方案の設計全体の良否を自動的に判定でき、鋳造方案設計の標準化を図ることができる。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々な変更が可能である。例えば、上記実施形態における鋳造方案の評価処理手順は、本発明を実施するための具体的な手順の一例に過ぎず、他にも種々な手順をとり得る。

本発明に係る鋳造方案評価装置の構成を示す図である。 鋳物モデルの一例を示す斜視図である。 本発明に係る鋳造方案評価処理機能を果たすために評価装置本体が行う処理動作を機能ブロックで示した図である。 微小要素と節点を示す図である。 設定された評価点の位置を示す図４と同様の図である。 指示された接続点の一例を示す斜視図である。 評価点距離を説明するための図で、（イ）は斜視図、（ロ）は断面図である。 評価点データの一例を示す図である。 評価点距離と凝固時間の関係の一例を示す分布図である。 本発明にかかる鋳造方案評価装置の鋳造方案の評価処理手順を示すフローチャートである。 鋳物モデルを示す斜視図である。 評価点距離と凝固時間の関係を示す分布図である。 従来の鋳造方案の評価方法（閉ループ法）を説明するための図である。

符号の説明

１ 鋳造方案評価装置
２ 三次元形状データ記憶部
３ 鋳造条件設定部
４ 凝固時間算出部
５ 評価点設定部
６ 接続点指示部
７ 評価点距離算出部
８ 鋳造方案評価部
２０，２０１〜２０３ 鋳物モデル
２１，２１１〜２１３ 製品
２２，２２１〜２２３ 押湯
Ｈｐ 評価点
Ｃｐ 接続点
ｔ，Ｔ 凝固時間
Ｌ 評価点距離

Claims (8)

1. 少なくとも製品および押湯からなる鋳物モデルの三次元形状データと所定の鋳造条件より溶湯の凝固時間を算出する凝固時間算出手段と、上記製品の内部に複数の評価点を設定する評価点設定手段と、上記製品と上記押湯との接続点から上記評価点までの距離（評価点距離）を算出する評価点距離算出手段と、当該評価点距離算出手段により得られた評価点距離と上記凝固時間算出手段により得られた上記評価点における凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価する評価手段とを有する、鋳造方案評価装置。
2. 上記評価手段は、上記評価点における上記評価点距離と上記凝固時間との関係を示す座標を分布図にプロットし、当該座標の分布に基づいて鋳造方案の良否を評価するように構成されている、請求項１に記載の鋳造方案評価装置。
3. 上記評価手段は、上記分布図にプロットされた座標から最小二乗法を利用して一次回帰直線を求めて上記分布図に内挿し、その一次回帰直線の傾きから鋳造方案の良否を評価するように構成されている、請求項２に記載の鋳造方案評価装置。
4. 上記評価点距離は、鋳型部を通過しない製品部分における最短距離である、請求項１〜３のいずれか１つに記載の鋳造方案評価装置。
5. 少なくとも製品および押湯からなる鋳物モデルの三次元形状データと所定の鋳造条件より溶湯の凝固時間を算出する凝固時間算出工程と、上記製品の内部に複数の評価点を設定する評価点設定工程と、上記製品と上記押湯との接続点から上記評価点までの距離（評価点距離）を算出する評価点距離算出工程と、当該評価点距離算出工程で得られた評価点距離と上記凝固時間算出工程で得られた上記評価点における凝固時間との関係から鋳造方案の良否を評価する評価工程とを有する、鋳造方案評価方法。
6. 上記評価工程は、上記評価点における上記評価点距離と上記凝固時間との関係を示す座標を分布図にプロットし、当該座標の分布に基づいて鋳造方案の良否を評価する、請求項５に記載の鋳造方案評価方法。
7. 上記評価工程は、上記分布図にプロットされた座標から最小二乗法を利用して一次回帰直線を求めて上記分布図に内挿し、その一次回帰直線の傾きから鋳造方案の良否を評価する、請求項６に記載の鋳造方案評価方法。
8. 上記評価点距離は、鋳型部を通過しない製品部分における最短距離である、請求項５〜７のいずれか１つに記載の鋳造方案評価方法。

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