JP2007118060A - Life evaluation method for insert die of casting mold - Google Patents

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芳郎 栢原
Shiyouzo Tejima
将蔵 手島
Tadashi Furuya
匡 古谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a life evaluation method for water jacket insert die of an engine cylinder block casting mold, which can estimate a reliable fatigue life, by obtaining a stress value close to the stress condition incurred in the real insert die of water jacket using a low cost testing method. <P>SOLUTION: A test piece 20 is prepared which comprises a part of the water jacket insert die 10, including neighboring two arc sections 12, 12 forming an outer periphery of water jacket insert die and at least one connection point 11 joining the arc sections 12, 12 each other. Strain gages 23 are attached to both inner periphery side and outer periphery side respectively on the arc section 12 of the test piece 20 in the proximity of connection point 11. Then, cyclic loading tests are performed to detect either one or both of the stress incurred in the test piece or a crack incurred in the test piece, by imposing such a load on the test piece 20 that the connecting angle of the arc sections 12, 12 increases or decreases. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、鋳造金型に設ける、エンジンのシリンダブロックのウォータージャケット入子の寿命評価方法に関する。   The present invention relates to a method for evaluating the life of a water jacket insert of a cylinder block of an engine provided in a casting mold.

アルミニウム合金製のエンジンのシリンダブロックを鋳造する場合、主型や入子、中子などから成る鋳造金型が使用される。シリンダブロックには、冷却のためのウォータージャケット(水冷部)が形成される。該ウォータージャケットを成形するための入子(ウォータージャケット入子)は割れが生じ易く、寿命の短い鋳造金型部品の一つである。   When casting a cylinder block of an engine made of an aluminum alloy, a casting mold composed of a main mold, an insert, a core and the like is used. A water jacket (water cooling part) for cooling is formed in the cylinder block. The insert for forming the water jacket (water jacket insert) is one of cast mold parts that are prone to cracking and have a short life.

ウォータージャケット入子の亀裂の発生は、該ウォータージャケット入子の局所的な形状要因に大きく影響される。
エンジンのシリンダブロックのウォータージャケット入子は、図1に示すように、複数の筒体をその軸方向が略平行となるように一部重複させた状態に配置して連設した形状が一般的である。このウォータージャケット入子10には、筒体の円弧部12を接続する部分(接続部11)の近傍において、特に亀裂Crが発生し易いことが認識されている。この、円弧部12における接続部11の近傍部分に位置する、亀裂Crの発生し易い部分を「亀裂多発範囲13」と記載する。例えば、図1に示すウォータージャケット入子10では、円弧部12・12の接続部11の両側に二カ所の亀裂多発範囲13・13が存在する。
The occurrence of cracks in the water jacket insert is greatly influenced by the local shape factor of the water jacket insert.
As shown in FIG. 1, a water jacket insert of an engine cylinder block generally has a shape in which a plurality of cylinders are arranged in a partially overlapped state so that their axial directions are substantially parallel. It is. It is recognized that cracks Cr are particularly likely to occur in the water jacket insert 10 in the vicinity of a portion (connecting portion 11) connecting the circular arc portion 12 of the cylindrical body. A portion where the crack Cr is likely to occur and is located in the vicinity of the connecting portion 11 in the arc portion 12 is referred to as “crack frequent occurrence range 13”. For example, in the water jacket insert 10 shown in FIG. 1, there are two crack frequent occurrence regions 13 and 13 on both sides of the connecting portion 11 of the arc portions 12 and 12.

鋳造金型の入子形状は、生産しようとする鋳造製品の形状に基づいて設計されるが、高温加熱及び冷却を繰り返す苛酷な使用条件においての耐久性を高めるため、細部形状の変更や補強などに関して、設計変更が重ねられる。
新製品の生産準備をするにあたって、鋳造金型の形状は最初に決定されるべき項目であり、生産が開始されてからの設計変更は困難であるため、鋳造金型の形状は迅速且つ正確に決定する必要がある。
Nesting shape of casting mold is designed based on the shape of the cast product to be produced. To improve durability under severe usage conditions where high temperature heating and cooling are repeated, change the shape of the details and reinforce it. With regard to, design changes are repeated.
When preparing for production of a new product, the shape of the casting mold is the first item to be determined, and it is difficult to change the design after production has started. It is necessary to decide.

従来は入子形状を決定するため、過去の製品の踏襲や設計者の経験に依存して鋳造金型全体を設計・試作し、実際に鋳造を行うことによって主型や入子などの寿命を評価し、この評価を設計に反映させていたため、設計段階でトライアンドエラーを繰り返して、多くの工数と多額の費用がかかっていた。   Conventionally, in order to determine the shape of the insert, the entire casting mold is designed and prototyped depending on the past product and the designer's experience, and the actual life of the main mold and insert is increased by actually casting. Since this evaluation was made and this evaluation was reflected in the design, many trials and errors were repeated at the design stage, which required a lot of man-hours and a large amount of money.

一方、近年では工業製品の設計・開発工程を支援するコンピュータシステム(CAEシステム)が知られている。CAEシステムでは、製品の設計支援や、設計した製品のモデルを使って強度や耐熱性などの特性を計算する解析、製品の機能や性能を確認するためのシミュレーションなどを行うことが可能であり、これによって開発スピードの向上やコストの低減が期待される。   On the other hand, in recent years, computer systems (CAE systems) that support industrial product design and development processes are known. In the CAE system, it is possible to perform product design support, analysis to calculate characteristics such as strength and heat resistance using the model of the designed product, simulation to confirm the function and performance of the product, etc. This is expected to improve development speed and reduce costs.

鋳造金型の設計においても、上記CAEシステムを利用することが知られている。例えば、特許文献1に記載の技術は、鋳物の完成設計図をもとに、鋳造金型の主型や中子などの数値解析モデルを作成し、数値解析により歪み解析又や応力解析を行い、前記解析結果をもとに割れを評価したうえで、鋳造金型を作成するものである。
これにより、実際に鋳造金型の製造を繰り返す場合と比較して、鋳造金型の製作費及び製作時間、無駄となる製造金型の廃棄を低減することができる。
特開2004−174512号公報
It is known to use the CAE system in the design of casting molds. For example, the technique described in Patent Document 1 creates a numerical analysis model such as a main mold and a core of a casting mold based on a completed design drawing of a casting, and performs strain analysis or stress analysis by numerical analysis. A casting mold is prepared after evaluating cracks based on the analysis results.
Thereby, compared with the case where manufacture of a casting mold is actually repeated, the production cost and production time of a casting mold, and the waste of the manufacturing mold which is wasted can be reduced.
JP 2004-174512 A

上記のようにCAEシステムでは、応力の推定は可能であるが、様々な要素を条件づけた上で計算を行うため、算出された応力値と、実際の鋳造金型に発生する応力値との間に誤差が生じることがある。   As described above, in the CAE system, it is possible to estimate the stress, but in order to perform the calculation after conditioning various factors, the calculated stress value and the stress value generated in the actual casting mold There may be errors in between.

また、特に、ウォータージャケット入子では、疲労破壊が生じる箇所がほぼ限定されており、この特性を利用すれば、ウォータージャケット入子全体の試作を繰り返す場合よりも、より安価に且つ効果的に応力状態を知ることができるはずである。
そこで本発明では、より実際のウォータージャケット入子に生じる応力状態に近い応力値を得て、これに基づいてウォータージャケット入子の疲労寿命を確実に推定することのできる、鋳造金型のウォータージャケット入子の寿命評価方法について提案する。
In particular, in water jacket inserts, the places where fatigue failure occurs are almost limited, and if this characteristic is used, stress can be reduced more effectively and more effectively than when the prototype of the entire water jacket insert is repeated. You should be able to know the condition.
Therefore, in the present invention, a water jacket of a casting mold that can obtain a stress value closer to the stress state generated in an actual water jacket insert and can reliably estimate the fatigue life of the water jacket insert based on this stress value. We propose a life evaluation method for nesting.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項1においては、エンジンのシリンダブロックの鋳造金型に備えるウォータージャケット入子の寿命評価方法であって、前記ウォータージャケット入子の外周形状を形成する隣接する二つの円弧部と、該円弧部同士を接続する一つの接続部とを少なくとも含む、該ウォータージャケット入子の一部を形成する試験ピースを作成し、前記試験ピースの円弧部であって接続部の近傍に、内周側と外周側のそれぞれに歪みゲージを備え、前記試験ピースに荷重を付与して、前記歪みゲージにより計測した前記円弧部の歪みから、前記試験ピースに生じる応力又は前記試験ピースに生じる亀裂のうちいずれか一方又は両方を検出する繰返荷重試験を行うものである。   That is, in claim 1, there is provided a life jacket nesting life evaluation method provided in a casting mold of a cylinder block of an engine, two adjacent arc portions forming the outer peripheral shape of the water jacket nesting, A test piece that forms a part of the water jacket nest including at least one connection part that connects the arc parts to each other. A strain gauge on each of the outer peripheral side, a load is applied to the test piece, and either a stress generated in the test piece or a crack generated in the test piece from the distortion of the arc portion measured by the strain gauge. A repeated load test is performed to detect either or both.

請求項2においては、前記試験ピースに荷重を付与するにあたって、前該接続部に、前記円弧部の接続角度を増加若しくは減少、又は、増減させる荷重を付与するものである。   According to a second aspect of the present invention, when a load is applied to the test piece, a load that increases, decreases, or increases or decreases the connection angle of the arc portion is applied to the front connection portion.

請求項3においては、前記試験ピースに荷重を付与するにあたって、前記接続部に、該接続部の内周側から外周側に向かう荷重を付与するものである。   According to a third aspect of the present invention, when applying a load to the test piece, a load is applied to the connecting portion from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the connecting portion.

請求項4においては、前記試験ピースとして、円弧部の肉厚、接続部の肉厚、接続部の外周側曲率、接続部の内周側曲率、円弧部の曲率のうち、少なくともいずれか一つの値を変化させた、複数の試験ピースを作成し、これらについて前記繰返荷重試験を行うものである。   In Claim 4, as said test piece, at least any one of the thickness of an arc part, the thickness of a connection part, the outer periphery side curvature of a connection part, the inner periphery side curvature of a connection part, and the curvature of an arc part A plurality of test pieces having different values are prepared, and the repeated load test is performed on them.

請求項5においては、前記試験ピースにおいて、金型材料、硬さ、表面処理のうち、少なくともいずれか一つを変化させた、複数の試験ピースを作成し、これらについて前記繰返荷重試験を行うものである。   In Claim 5, in the said test piece, the some test piece which changed at least any one among mold material, hardness, and surface treatment is created, and the said repeated load test is performed about these. Is.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項1においては、ウォータージャケット入子の一部形状となる試験ピースを用いて、繰返荷重試験を行って、入子形状及び材料を決定することができるので、最適設計を確認するための実機テストは一回で済む。よって、ウォータージャケット入子の全体形状で試験を行い入子寿命を評価するときと比較して、試験に必要となるコストや資源を削減することができる。
また、CAEシステムなどで算出するときと比較して、より実際のウォータージャケット入子に生じる応力状態に近い応力値を得て、これに基づいてウォータージャケット入子の疲労寿命を確実に推定することができ、また、設計に反映させることができる。
In claim 1, a repeated load test can be performed using a test piece that is a partial shape of a water jacket insert, so that the insert shape and material can be determined. The actual machine test only needs to be performed once. Therefore, costs and resources required for the test can be reduced as compared with the case where the test is performed with the entire shape of the water jacket insert and the insert life is evaluated.
Also, obtain a stress value closer to the stress state that occurs in the actual water jacket insert compared to when calculating with a CAE system, etc., and reliably estimate the fatigue life of the water jacket insert based on this. Can also be reflected in the design.

請求項2においては、ウォータージャケット入子に鋳造時に掛かる負荷により近い荷重が付与されるため、該ウォータージャケット入子の寿命をより精確に評価することができる。   According to the second aspect, since a load closer to the load applied during casting is applied to the water jacket insert, the life of the water jacket insert can be more accurately evaluated.

請求項3においては、一カ所に荷重を付与する場合に、試験ピースに発生する亀裂と荷重との関係を最も効率的に明らかにできる態様であり、簡易に試験することができる。   In the third aspect, when a load is applied to one place, the relationship between the crack generated in the test piece and the load can be clarified most efficiently, and a simple test can be performed.

請求項4においては、ウォータージャケット入子の寿命に影響を及ぼす形状因子について、最適値を得ることができ、これに基づいて入子形状を決定することができる。   In claim 4, the optimum value can be obtained for the shape factor that affects the life of the water jacket insert, and the insert shape can be determined based on this.

請求項5においては、ウォータージャケット入子の寿命に影響を及ぼす材料因子について、最適材料を得ることができ、これに基づいて入子の材料を決定することができる。   According to the fifth aspect, the optimum material can be obtained for the material factor that affects the life of the water jacket nesting, and the nesting material can be determined based on this.

次に、発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の実施例に係るウォータージャケット入子の斜視図、図2はウォータージャケット入子の平面図、図3は試験ピースの平面図である。図4は繰返荷重試験のための装置構成図である。
Next, embodiments of the invention will be described.
1 is a perspective view of a water jacket insert according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of the water jacket insert, and FIG. 3 is a plan view of a test piece. FIG. 4 is an apparatus configuration diagram for a repeated load test.

図1及び図2に示すように、エンジンのシリンダブロックのウォータージャケット入子10は、複数の筒体をその軸方向が略平行となるように一部重複させた状態に配置して連設した形状が一般的である。つまり、ウォータージャケット入子10は、複数の円弧部12・12・・・が接続部11にて接続されて成る。このウォータージャケット入子10では、円弧部12・12を接続する接続部11の肉厚が該円弧部12・12と比較して肉厚となっている。ウォータージャケット入子10の円弧部12において、該円弧部12から接続部11にかけて肉厚が変化する直前部分に亀裂Crが生じるケースが多く確認されており、ここを「亀裂多発範囲13」とする。   As shown in FIGS. 1 and 2, the water jacket insert 10 of the cylinder block of the engine is arranged in a row with a plurality of cylinders partially overlapped so that the axial directions thereof are substantially parallel. The shape is common. That is, the water jacket insert 10 is formed by connecting a plurality of arc portions 12, 12. In the water jacket insert 10, the thickness of the connecting portion 11 connecting the arc portions 12 and 12 is thicker than that of the arc portions 12 and 12. In the arc portion 12 of the water jacket insert 10, there are many cases in which crack Cr occurs in the portion immediately before the thickness changes from the arc portion 12 to the connection portion 11, and this is designated as “crack occurrence range 13”. .

本発明では、この、円弧部12における接続部11の近傍部分に位置し、肉厚が変化する部分となる、亀裂多発範囲13を含むウォータージャケット入子10の一部分を試験ピース20として作成し、該試験ピース20を使用して繰返荷重試験を行い、この試験結果よりウォータージャケット入子10の寿命を評価する。   In the present invention, a portion of the water jacket insert 10 including the crack frequent occurrence region 13 that is located in the vicinity of the connection portion 11 in the arc portion 12 and is a portion in which the wall thickness changes is created as a test piece 20. The test piece 20 is used to perform a repeated load test, and the life of the water jacket insert 10 is evaluated from the test result.

試験ピース20は、ウォータージャケット入子10の外周形状を形成する隣接する二つの円弧部12・12と、該円弧部12・12同士を接続する一つの接続部11とを少なくとも含む、該ウォータージャケット入子10の一部を分割した形状とする。   The test piece 20 includes at least two adjacent arc portions 12 and 12 that form the outer peripheral shape of the water jacket insert 10 and one connection portion 11 that connects the arc portions 12 and 12 to each other. A part of the insert 10 is divided.

本実施例において、前記試験ピース20は、図3に示すように、ウォータージャケット入子10の一つの接続部11を左右方向略中心とし、該接続部11から左右にそれぞれ略1/4円ぶんだけ円弧部12・12を含むように切り取った形状とする。従って、試験ピース20は、その断面形状が二つの円弧を山形に繋いだ形状となり、該試験ピース20には接続部11の左右両側にある二カ所の亀裂多発範囲13・13が含まれる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the test piece 20 has approximately one-quarter yen from the connecting portion 11 to the left and right, with the one connecting portion 11 of the water jacket insert 10 being substantially centered in the left-right direction. The shape is cut so as to include only the arc portions 12 and 12. Accordingly, the test piece 20 has a cross-sectional shape in which two circular arcs are connected in a mountain shape, and the test piece 20 includes two crack frequent occurrence areas 13 and 13 on both the left and right sides of the connection portion 11.

ウォータージャケット入子10の寿命を評価するために、上記試験ピース20の繰返荷重試験が行われる。
繰返荷重試験では、図4に示すように、試験ピース20に荷重を負荷する荷重付加装置22と、歪みゲージ23と、該歪みゲージ23が接続されたアンプ24と、該アンプ24及び前記荷重付加装置22が電気的に接続された演算処理装置25とが、使用される。
In order to evaluate the life of the water jacket insert 10, a repeated load test of the test piece 20 is performed.
In the repeated load test, as shown in FIG. 4, a load applying device 22 for applying a load to the test piece 20, a strain gauge 23, an amplifier 24 to which the strain gauge 23 is connected, the amplifier 24 and the load An arithmetic processing device 25 to which the additional device 22 is electrically connected is used.

前記荷重付加装置22は、試験ピース20への荷重の付加、解除を繰り返すものであり、この付加された荷重及びその回数に関する情報が、演算処理装置25に取得される。
繰返荷重試験では、試験ピース20に対し、接続部11において接続された円弧部12・12の接続角度(図3に示すθ)を増減させる荷重が加えられる。ウォータージャケット入子10に鋳造時に掛かる負荷により近い荷重を付与することで、該ウォータージャケット入子10の寿命をより精確に評価するためである。
The load applying device 22 repeats addition and release of the load to the test piece 20, and information regarding the added load and the number of times is acquired by the arithmetic processing device 25.
In the repeated load test, a load is applied to the test piece 20 to increase or decrease the connection angle (θ 1 shown in FIG. 3) of the arc portions 12 and 12 connected at the connection portion 11. This is because the life of the water jacket insert 10 is more accurately evaluated by applying a load closer to the load applied during casting to the water jacket insert 10.

本実施例においては、試験台27に円弧部12・12が接するように試験ピース20を載置し、荷重付加装置22により、接続部11に内周側から外周側へ向かって押圧する荷重が直接加えられる。この態様で試験ピース20へ荷重を付加することは、過去の試験結果などから、外周側からの荷重付与を行わなくとも信頼できる結果を得られることが既知であって、簡便に試験を行う場合には、一カ所への荷重の付与により最も影響が分かり易い結果が得られるので、効率的であって好ましい。   In the present embodiment, the test piece 20 is placed so that the arc portions 12 and 12 are in contact with the test table 27, and the load applied by the load applying device 22 is applied from the inner peripheral side to the outer peripheral side. Added directly. When applying a load to the test piece 20 in this manner, it is known that a reliable result can be obtained without applying a load from the outer peripheral side from past test results, etc. Since it is possible to obtain a result whose influence is most easily understood by applying a load to one place, it is efficient and preferable.

但し、ウォータージャケット入子10の形状によっては、荷重の掛かり方や、その影響が異なるため、複数の態様で荷重を付与して、総合的に判断することが、精度を向上させる上で望ましい。
例えば、前記接続部11に該接続部11の内周側から外周側に向かう荷重を付加する態様、前記接続部11に該接続部11の外周側から内周側に向かう荷重を付加する態様、前記円弧部12の両端から試験ピース20を圧縮する荷重を付加する態様、前記円弧部12の両端から試験ピース20を引っ張る荷重を付加する態様の、いずれか一つ又は複数の組合せの態様にて、前記試験ピース20に荷重を付与することができる。
However, depending on the shape of the water jacket insert 10, how to apply the load and the influence thereof are different. Therefore, it is desirable to apply the load in a plurality of modes and make a comprehensive determination in order to improve accuracy.
For example, an aspect of adding a load from the inner peripheral side of the connecting part 11 to the outer peripheral side to the connecting part 11, an aspect of applying a load from the outer peripheral side of the connecting part 11 to the inner peripheral side of the connecting part 11, In one or a combination of a mode in which a load for compressing the test piece 20 from both ends of the arc portion 12 and a mode in which a load for pulling the test piece 20 from both ends of the arc portion 12 is added. A load can be applied to the test piece 20.

前記歪みゲージ23は、試験ピース20の円弧部12・12のうち亀裂多発範囲13・13において、該円弧部12・12の外周側と内周側のそれぞれに取り付けられ、該亀裂多発範囲13・13の歪みを検出するものである。
歪みゲージ23の検出信号は、アンプ24にて信号が増幅されて演算処理装置25に伝達される。
The strain gauge 23 is attached to each of the outer peripheral side and the inner peripheral side of the arc portions 12 and 12 in the crack occurrence regions 13 and 13 of the arc portions 12 and 12 of the test piece 20. 13 distortions are detected.
The detection signal of the strain gauge 23 is amplified by the amplifier 24 and transmitted to the arithmetic processing unit 25.

前記演算処理装置25は、モニタ26などを備えた汎用コンピュータにて構成することができる。前記演算処理装置25は、歪み算出手段、応力算出手段、亀裂検出手段、として機能するものである。本実施例においては、一の演算処理装置25にて上記機能を果たすように構成しているが、それぞれの機能を別個独立した装置にて実行するように構成することもできる。   The arithmetic processing unit 25 can be configured by a general-purpose computer including a monitor 26 and the like. The arithmetic processing unit 25 functions as strain calculation means, stress calculation means, and crack detection means. In the present embodiment, the single function processing device 25 is configured to perform the above functions, but each function may be configured to be executed by a separate and independent device.

前記歪み算出手段は、歪みゲージ23・23・・にて検出された検出信号を受けて、試験ピース20の亀裂多発範囲13・13の歪みを算出するものである。
前記応力算出手段では、前述のように算出された亀裂多発範囲13・13の歪みの値を受けて、該亀裂多発範囲13・13に生じた応力を算出するものである。
前記亀裂検出手段では、前述のように算出された亀裂多発範囲13・13の歪みの値を受けて、試験ピース20の亀裂多発範囲13・13に亀裂が生じたことを検出する手段であり、亀裂が生じるまでに荷重付加装置22により荷重が付加された回数が試験ピース20の疲労寿命とされる。
The strain calculation means receives the detection signals detected by the strain gauges 23, 23,... And calculates the strain of the crack frequent occurrence range 13, 13 of the test piece 20.
The stress calculation means calculates the stress generated in the crack frequent occurrence areas 13 and 13 in response to the strain value of the crack frequent occurrence areas 13 and 13 calculated as described above.
The crack detection means is a means for detecting the occurrence of cracks in the crack frequent occurrence areas 13 and 13 of the test piece 20 in response to the strain value of the crack frequent occurrence areas 13 and 13 calculated as described above. The fatigue life of the test piece 20 is the number of times that the load is applied by the load applying device 22 before the crack is generated.

上記繰返荷重試験は、実験計画法に基づいて、ウォータージャケット入子10の寿命に影響を及ぼす形状因子である肉厚、曲率をそれぞれ変化させて繰り返し行い、ウォータージャケット入子10が、予め設定される規定の寿命を満足するの寿命を得ることができる、これらの形状因子の、それぞれの最適値を得る。
つまり、図3に示すように、ウォータージャケット入子10の寿命に影響を及ぼす形状因子として、円弧部12の肉厚D、接続部11の肉厚D、接続部の外周側曲率R、接続部の内周側曲率R、円弧部12の曲率R、のそれぞれの値を変化させて、繰返荷重試験を行う。
The repeated load test is repeatedly performed by changing the thickness and curvature, which are the shape factors affecting the life of the water jacket insert 10 based on the experimental design method. Obtain an optimum value for each of these form factors, which can yield a lifetime that satisfies the specified lifetime.
That is, as shown in FIG. 3, as influencing the shape factor on the life of the water jacket insert 10, the thickness D 1 of the arcuate portions 12, the thickness D 2 of the connecting portion 11, connecting portion outer peripheral side curvature R 1 of The repeated load test is performed by changing the values of the inner peripheral curvature R 2 of the connecting portion and the curvature R 3 of the arc portion 12.

また、上記繰返荷重試験は、実験計画法に基づいて、ウォータージャケット入子10の寿命に影響を及ぼす材料因子である、金型材料、硬さ、表面処理を変化させて繰り返し行い、ウォータージャケット入子10が、予め設定される規定の寿命を満足するの寿命を得ることができる、最適材料を得る。   The above repeated load test is repeatedly performed by changing the mold material, hardness, and surface treatment, which are material factors affecting the life of the water jacket insert 10 based on the experimental design method. The optimum material is obtained in which the insert 10 can obtain a life satisfying a predetermined life set in advance.

そして、上記繰返荷重試験の結果に基づいて、ウォータージャケット入子の割れ寿命を予測するとともに、寿命に及ぼす形状因子及び材料因子を最適化し、ウォータージャケット入子10が、予め設定される規定の寿命を満足するの寿命を得ることができるように、入子形状及び材料を決定する。   And based on the result of the above repeated load test, the crack life of the water jacket insert is predicted, and the shape factor and material factor affecting the life are optimized. The nesting shape and material are determined so that a life satisfying the life can be obtained.

従来では、生産開始テストにおいて、実際の金型を数回にわたり製作する必要があり、最適化の精度も低く、寿命の安定化までに多大の工数を必要としていた。これに対し、本発明では、ウォータージャケット入子10の一部形状となる試験ピース20を用いて、繰返荷重試験を行って、入子形状及び材料を決定することができるので、最適設計を確認するための実機テストは一回で済む。よって、ウォータージャケット入子10の全体形状で試験行い入子寿命を評価するときと比較して、試験に掛かるコストや資源を削減することができる。
また、CAEシステムなどで算出するときと比較して、より実際のウォータージャケット入子10に生じる応力状態に近い応力値を得て、これに基づいてウォータージャケット入子10の疲労寿命を確実に推定することができ、また、設計に反映させることができる。
Conventionally, in a production start test, it is necessary to manufacture an actual mold several times, the optimization accuracy is low, and a large number of man-hours are required to stabilize the life. On the other hand, in the present invention, it is possible to perform a repeated load test using the test piece 20 which is a partial shape of the water jacket insert 10 to determine the insert shape and material, so that the optimum design is performed. The actual machine test to confirm is only once. Therefore, the cost and resources required for the test can be reduced as compared with the case where the entire life of the water jacket insert 10 is tested and the insert lifetime is evaluated.
In addition, compared with the case of calculating with a CAE system or the like, a stress value closer to the stress state generated in the actual water jacket insert 10 is obtained, and based on this, the fatigue life of the water jacket insert 10 is reliably estimated. Can also be reflected in the design.

本発明の実施例に係るウォータージャケット入子の斜視図。The perspective view of the water jacket insert which concerns on the Example of this invention. ウォータージャケット入子の平面図。The top view of a water jacket nesting. 試験ピースの平面図。The top view of a test piece. 繰返荷重試験のための装置構成図。The apparatus block diagram for a repeated load test.

符号の説明Explanation of symbols

10 ウォータージャケット入子
11 接続部
12 円弧部
13 亀裂多発範囲
20 試験ピース
22 荷重付加装置
23 歪みゲージ
25 演算処理装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Water jacket insert 11 Connection part 12 Arc part 13 Crack frequent occurrence range 20 Test piece 22 Load application apparatus 23 Strain gauge 25 Arithmetic processing apparatus

Claims (5)

エンジンのシリンダブロックの鋳造金型に備えるウォータージャケット入子の寿命評価方法であって、
前記ウォータージャケット入子の外周形状を形成する隣接する二つの円弧部と、該円弧部同士を接続する一つの接続部とを少なくとも含む、該ウォータージャケット入子の一部を形成する試験ピースを作成し、
前記試験ピースの円弧部であって接続部の近傍に、内周側と外周側のそれぞれに歪みゲージを備え、前記試験ピースに荷重を付与して、前記歪みゲージにより計測した前記円弧部の歪みから、前記試験ピースに生じる応力又は前記試験ピースに生じる亀裂のうちいずれか一方又は両方を検出する繰返荷重試験を行うことを特徴とする、
鋳造金型入子寿命評価方法。
A method for evaluating the life of a water jacket insert for a casting mold of an engine cylinder block,
Create a test piece that forms a part of the water jacket insert, including at least two adjacent arc portions forming the outer peripheral shape of the water jacket insert and one connecting portion connecting the arc portions. And
Distortion of the arc portion measured by the strain gauge by providing a strain gauge on each of the inner circumference side and the outer circumference side in the arc portion of the test piece and in the vicinity of the connection portion, applying a load to the test piece From the above, it is characterized by performing a repeated load test to detect either one or both of the stress generated in the test piece or the crack generated in the test piece,
Casting mold nesting life evaluation method.
前記試験ピースに荷重を付与するにあたって、
前該接続部に、前記円弧部の接続角度を増加若しくは減少、又は、増減させる荷重を付与することを特徴とする、
請求項1に記載の鋳造金型鋳造金型入子寿命評価方法。
In applying a load to the test piece,
The front connection part is characterized by giving a load that increases or decreases the connection angle of the arc part, or increases or decreases,
The casting mold casting die nested life evaluation method according to claim 1.
前記試験ピースに荷重を付与するにあたって、
前記接続部に、該接続部の内周側から外周側に向かう荷重を付与することを特徴とする、
請求項1又は請求項2に記載の鋳造金型入子寿命評価方法。
In applying a load to the test piece,
A load is applied to the connecting portion from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the connecting portion.
The casting mold nested life evaluation method according to claim 1 or 2.
前記試験ピースとして、円弧部の肉厚、接続部の肉厚、接続部の外周側曲率、接続部の内周側曲率、円弧部の曲率のうち、少なくともいずれか一つの値を変化させた、複数の試験ピースを作成し、これらについて前記繰返荷重試験を行うことを特徴とする、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の鋳造金型入子寿命評価方法。
As the test piece, the thickness of the arc part, the thickness of the connection part, the outer peripheral side curvature of the connection part, the inner peripheral side curvature of the connection part, the curvature of the arc part was changed, A plurality of test pieces are created, and the repeated load test is performed on them.
The casting mold nested life evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
前記試験ピースにおいて、金型材料、硬さ、表面処理のうち、少なくともいずれか一つを変化させた、複数の試験ピースを作成し、これらについて前記繰返荷重試験を行うことを特徴とする、
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の鋳造金型入子寿命評価方法。
In the test piece, a plurality of test pieces in which at least one of mold material, hardness, and surface treatment is changed are created, and the repeated load test is performed on these test pieces,
The casting mold nested life evaluation method according to any one of claims 1 to 3.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012240053A (en) * 2011-05-16 2012-12-10 Toyota Motor Corp System for measuring deformation amount of mold
JP2013158814A (en) * 2012-02-07 2013-08-19 Mazda Motor Corp Method and device for estimating metal die life
CN109201884A (en) * 2017-06-30 2019-01-15 株式会社日立制作所 Die life decision maker, press forming die assembly and stamping object autofrettage

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