JP2008188671A - Solidification analysis method and apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳造品の凝固解析方法に係り、詳細には、電子計算機によるシミュレーションを利用した凝固解析方法およびその解析装置に関する。 The present invention relates to a solidification analysis method for a cast product, and more particularly, to a solidification analysis method using a computer simulation and an analysis apparatus therefor.
健全で安価な鋳造品を製造するためには、鋳造品の形状や鋳造の設計方針を事前に検討することが必要である。そのための手段の一つとして、電子計算機(以下、「コンピュータ」と称する)を用いた鋳造解析が広く用いられている。 In order to produce a sound and inexpensive cast product, it is necessary to examine the shape of the cast product and the design policy for casting in advance. As one means for that purpose, casting analysis using an electronic computer (hereinafter referred to as “computer”) is widely used.
鋳造解析の種類は、流動解析、変形解析、凝固解析など多岐に亘り、特に、凝固解析は引け巣の発生箇所やその大きさなどを予測するための重要な解析方法である。 There are various types of casting analysis, such as flow analysis, deformation analysis, and solidification analysis. In particular, solidification analysis is an important analysis method for predicting the location and size of shrinkage cavities.
凝固解析では、液相線以下の温度において失われる熱量に相当する潜熱が放出され、この潜熱の放出により固相率が増大するという考えに基づいて、固相率を計算している。この方法で固相率を算出するにあたり、凝固過程において重要な要素である潜熱計算のために、固相率−温度の曲線(以下、「固相率−温度曲線」と称する)が用いられている(非特許文献1)。
ところで、従来の鋳造品の鋳造解析方法では、冷却速度の違いにかかわらず、固相率と温度の関係を一定として潜熱計算に用いている。したがって、冷却速度の違いによって生じる潜熱放出パターンを考慮して解析を行うことができず、溶湯温度の降下履歴を精度良く予測することはできなかった。 By the way, in the conventional casting analysis method for cast products, the relationship between the solid phase rate and the temperature is constant and used for latent heat calculation regardless of the difference in cooling rate. Therefore, the analysis cannot be performed in consideration of the latent heat release pattern caused by the difference in cooling rate, and the molten metal temperature drop history cannot be accurately predicted.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、冷却速度の違いによって異なる潜熱放出パターンを考慮して解析を行うことができ、溶湯温度の降下履歴を精度良く予測することができる鋳造品の凝固解析方法およびその解析装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and can perform analysis in consideration of different latent heat release patterns depending on the cooling rate, and can accurately predict the molten metal temperature drop history. An object of the present invention is to provide a solidification analysis method and an analysis apparatus for a cast product.
前記の目的を達成するための本発明に係る鋳造品の凝固解析方法は、複数の要素から形成される解析モデルを用いた鋳造品の凝固解析方法であって、相互に隣接する前記要素間の伝熱計算を実行して、前記要素ごとの冷却速度を算出する段階と、前記算出した冷却速度とあらかじめ設定された前記合金の溶湯の固相率−温度曲線とに基づき、凝固潜熱の放出によって温度が変動する場合、その変動する温度変動幅を前記要素ごとに補正する段階と、前記補正した温度変動幅を用いて前記解析モデルの凝固解析を実行する段階と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solidification analysis method for a cast product according to the present invention is a solidification analysis method for a cast product using an analysis model formed from a plurality of elements. Performing heat transfer calculation to calculate the cooling rate for each element, and based on the calculated cooling rate and a preset solid phase rate-temperature curve of the molten alloy, When the temperature fluctuates, the method includes a step of correcting the fluctuating temperature fluctuation width for each element, and a step of performing solidification analysis of the analysis model using the corrected temperature fluctuation width. .
また、前記の目的を達成するための本発明に係る鋳造品の凝固解析装置は、複数の要素から形成される解析モデルを用いた鋳造品の凝固解析装置であって、相互に隣接する前記要素間の伝熱計算を実行して、前記要素ごとの冷却速度を算出する冷却速度算出手段と、前記算出した冷却速度とあらかじめ設定された前記合金の溶湯の固相率−温度曲線とに基づき、凝固潜熱の放出によって温度が変動する場合、その変動する温度変動幅を前記要素ごとに補正する補正手段と、前記補正した温度幅を用いて前記解析モデルの凝固解析を実行する凝固解析手段と、を備えることを特徴とする。 Further, a solidification analysis device for a cast product according to the present invention for achieving the above object is a solidification analysis device for a cast product using an analysis model formed from a plurality of elements, and the elements adjacent to each other Based on the cooling rate calculation means for calculating the cooling rate for each element, the calculated cooling rate and a preset solid phase rate-temperature curve of the molten alloy, When the temperature fluctuates due to the release of latent heat of solidification, correction means for correcting the fluctuation range of temperature fluctuation for each element, solidification analysis means for performing solidification analysis of the analysis model using the corrected temperature width, It is characterized by providing.
本発明によれば、算出した溶湯の冷却速度を用いて、予め与えられた固相率−温度曲線を補正することで、凝固潜熱の放出によって温度が変動する場合、その変動する温度変動幅を補正しながら解析を行っている。したがって、冷却速度の違いによって異なる潜熱放出パターンを考慮して解析を行うことができ、温度降下履歴と固相率変化を精度良く求めることができる。 According to the present invention, when the temperature fluctuates due to the release of the solidification latent heat by correcting the solid phase rate-temperature curve given in advance using the calculated cooling rate of the molten metal, the fluctuating temperature fluctuation range is set. The analysis is performed while correcting. Therefore, the analysis can be performed in consideration of the different latent heat release patterns depending on the cooling rate, and the temperature drop history and the solid phase rate change can be obtained with high accuracy.
以下に、本発明に係る鋳造品の凝固解析方法について図面を参照しながら詳細に説明する。図1〜図6は、本発明の実施の形態に係る鋳造品の凝固解析方法の説明に供する図である。図1は本発明による鋳造品の凝固解析方法を実施するための処理手順を示すメインフローチャートを、図2は図1に示した伝熱・凝固計算の処理手順を示すサブルーチンのフローチャートを示したものである。また、図3〜図5は図2に示した処理手順の説明のために用いる図である。 Hereinafter, a solidification analysis method for a cast product according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIGS. 1-6 is a figure where it uses for description of the solidification analysis method of the casting based on embodiment of this invention. FIG. 1 is a main flowchart showing a processing procedure for carrying out a solidification analysis method for a cast product according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart showing a subroutine showing a processing procedure of heat transfer / solidification calculation shown in FIG. It is. 3 to 5 are diagrams used for explaining the processing procedure shown in FIG.
なお、以下に説明する処理手順は、この処理手順に従って作成されたプログラムが、凝固解析のシミュレーション(以下、「シミュレーション」と称する)を行うコンピュータ(図示はしていない)により実行される。このコンピュータは、CPU、RAM、ROM、ハードディスク、ディスプレイ、および入力装置を備えており、これらは信号をやり取りするためのバスを介して相互に接続されている。以下、本実施の形態で用いるコンピュータについて簡単に説明しておく。 The processing procedure described below is executed by a computer (not shown) in which a program created according to this processing procedure performs a simulation (hereinafter referred to as “simulation”) of solidification analysis. This computer includes a CPU, a RAM, a ROM, a hard disk, a display, and an input device, which are connected to each other via a bus for exchanging signals. The computer used in this embodiment will be briefly described below.
コンピュータは、例えばパーソナルコンピュータなどの電子計算機であり、凝固解析のシミュレーションプログラムに基づいて伝熱凝固解析を実行したり、解析結果から得られた種々の情報を加工して表示したりするものであり、冷却速度算出手段、補正手段、凝固解析手段として機能する。 The computer is an electronic computer such as a personal computer, which performs heat transfer solidification analysis based on a solidification analysis simulation program, or processes and displays various information obtained from the analysis results. It functions as a cooling rate calculation means, a correction means, and a solidification analysis means.
CPUは、シミュレーションプログラムに基づいて上記各部の制御や伝熱凝固解析に必要な各種演算処理を実行するものである。 The CPU executes various arithmetic processes necessary for the control of each part and the heat transfer solidification analysis based on the simulation program.
RAMは、作業領域として一時的にプログラムやデータを記憶するものである。 The RAM temporarily stores programs and data as a work area.
ROMは、コンピュータの基本動作を制御する各種プログラムやパラメータなどをあらかじめ格納しているものである。 The ROM stores various programs and parameters for controlling basic operations of the computer in advance.
ハードディスクは、OS(オペレーティングシステム)やコンピュータの所定の動作を制御するためのプログラムやパラメータを格納するものである。ハードディスクには、伝熱・凝固解析に必要なプログラム(解析モデルの作成、伝熱・凝固解析に必要な各種物性値、解析結果から得られた情報の加工または表示処理、その他、一般的な伝熱・凝固解析に必要なプログラム)や合金の固相率と温度との関係を示す固相率−温度曲線(冷却速度に応じた固相率−温度曲線や解析モデルにおける解析対象の特徴に応じた固相率−温度曲線)があらかじめ記憶されている。さらに、ハードディスクは、解析結果を記憶する記憶領域としても機能する。なお、伝熱・凝固解析に必要なプログラムは、記録媒体(例えば、CD−ROM、DVD−ROMなどの記録媒体)にあらかじめ記憶されているものでも良く、この記録媒体からプログラムを直接読み取って伝熱凝固解析をコンピュータに実行させても良い。 The hard disk stores an OS (operating system) and programs and parameters for controlling predetermined operations of the computer. The hard disk contains programs necessary for heat transfer and solidification analysis (preparation of analysis models, various physical properties necessary for heat transfer and solidification analysis, processing or display processing of information obtained from analysis results, and other general transmission Program required for thermal / solidification analysis) and solid phase rate-temperature curve showing the relationship between solid phase rate and temperature of alloy (solid phase rate-temperature curve according to cooling rate and according to characteristics of analysis target in analysis model) (Solid phase ratio-temperature curve) is stored in advance. Furthermore, the hard disk also functions as a storage area for storing analysis results. The program necessary for heat transfer / coagulation analysis may be stored in advance in a recording medium (for example, a recording medium such as a CD-ROM or DVD-ROM), and the program is directly read from this recording medium for transmission. The thermal coagulation analysis may be executed by a computer.
ディスプレイは、例えばCRTディスプレイや液晶ディスプレイなどであり、解析結果によって得られた各種の情報を表示するものである。 The display is, for example, a CRT display or a liquid crystal display, and displays various types of information obtained from the analysis results.
入力装置は、マウス、キーボード、またはタッチパネルなどのポインティングデバイスであり、ユーザーからの入力を受け付けるものである。 The input device is a pointing device such as a mouse, a keyboard, or a touch panel, and receives input from a user.
以上のように構成されたコンピュータを用いて、本実施の形態に係る凝固解析方法が実行される。 Using the computer configured as described above, the coagulation analysis method according to the present embodiment is executed.
以下に、図1を参照して、本実施の形態に係る鋳造品の凝固解析方法における全体の処理手順について詳細に説明する。図1は、本発明による鋳造品の凝固解析方法を実施するための処理手順を示すメインフローチャートである。 Below, with reference to FIG. 1, the whole process sequence in the solidification analysis method of the casting based on this Embodiment is demonstrated in detail. FIG. 1 is a main flowchart showing a processing procedure for implementing a solidification analysis method for a cast product according to the present invention.
図1に示すように、まず、あらかじめコンピュータに記憶してある解析データを読み込む(ステップS1)。ここで解析データとしては、たとえば、形状データ、液相線温度TL、固相線温度TS、要素分割数などである。なお、形状データは、解析対象となる鋳造品の形状、鋳造品の設計形状、鋳型の形状など鋳造品の凝固解析を行う形状データである。液相線温度TLおよび固相線温度TSは、鋳造に用いる金属によって異なる。一般的には、液相線温度TLは溶融体と結晶の初相との間の平衡温度で、その温度以上では結晶が存在しない温度であり、固相線温度はその逆で溶融体の存在しない温度である。本発明に係る凝固解析方法は、溶湯の冷却速度の違いにより潜熱放出パターンの異なる合金を解析対象として解析を行うことができ、解析対象の金属としては、たとえば、AC2Aが挙げられる。また、要素分割数は、シミュレーションを行う際の解析モデルの作成に使用するもので、解析モデルのセル数(要素数)に等しい。要素分割数はメッシュモデルのセル数(要素数)に等しく、要素分割はシミュレーションを行う際のメッシュモデルに対して行われる。また、セルとは、シミュレーションを実施する際に用いる解析モデルの各要素を指す。なお、本実施の形態における凝固解析では、差分法や有限要素法など、一般的な凝固解析に用いられる方法を適宜使用することができる。 As shown in FIG. 1, first, analysis data stored in advance in a computer is read (step S1). Here, the analysis data includes, for example, shape data, liquidus temperature TL, solidus temperature TS, element division number, and the like. The shape data is shape data for performing solidification analysis of the cast product such as the shape of the cast product to be analyzed, the design shape of the cast product, and the shape of the mold. The liquidus temperature TL and the solidus temperature TS differ depending on the metal used for casting. In general, the liquidus temperature TL is the equilibrium temperature between the melt and the initial phase of the crystal, and is the temperature above which no crystal exists, and the solidus temperature is the opposite, and the presence of the melt. Do not temperature. The solidification analysis method according to the present invention can analyze an alloy having a different latent heat release pattern depending on the difference in the cooling rate of the molten metal, and examples of the metal to be analyzed include AC2A. The number of element divisions is used to create an analysis model when performing simulation, and is equal to the number of cells (number of elements) in the analysis model. The number of element divisions is equal to the number of cells (number of elements) of the mesh model, and the element division is performed on the mesh model when the simulation is performed. The cell refers to each element of the analysis model used when performing the simulation. In the solidification analysis in the present embodiment, a method used for general solidification analysis such as a difference method or a finite element method can be appropriately used.
次に、物性値、初期条件、境界条件、および計算制御情報(溶湯要素数nsのカウント、時間刻みdtの設定、計算終了時間teの設定など、解析方法に応じた必要な計算制御情報)などの解析条件を設定する(ステップS2)。ここで、物性値、初期条件、および境界条件は、鋳造する金属によって異なる。 Next, physical property values, initial conditions, boundary conditions, and calculation control information (necessary calculation control information according to the analysis method, such as counting the number of molten metal elements ns, setting of time increment dt, setting of calculation end time te), etc. Are set (step S2). Here, physical property values, initial conditions, and boundary conditions differ depending on the metal to be cast.
次に、型初期温度を設定する(ステップS3)。型初期温度は、通常は、解析対象としている鋳造工程において設定される型初期温度であるが、ここでは、シミュレーションによる凝固解析であるので、評価のためにさまざまに変更することができる。 Next, the mold initial temperature is set (step S3). The mold initial temperature is usually the mold initial temperature set in the casting process to be analyzed, but here, since it is a solidification analysis by simulation, it can be variously changed for evaluation.
そして、伝熱・凝固計算の処理を行った後(ステップS4)、処理を終了する。 Then, after the heat transfer / solidification calculation process is performed (step S4), the process ends.
次に、伝熱・凝固計算の処理手順について詳細に説明する。 Next, a processing procedure for heat transfer / solidification calculation will be described in detail.
図2は、図1におけるステップS4の伝熱・凝固計算の処理手順を示すサブルーチンチャートである。 FIG. 2 is a subroutine chart showing the heat transfer / solidification calculation processing procedure of step S4 in FIG.
図2に示すように、まず、熱移動量の計算(伝熱計算)を行う(ステップS21)。熱移動量の計算は、通常の解析モデルの各セル(要素)について、熱移動量を求めるものである。 As shown in FIG. 2, first, the heat transfer amount is calculated (heat transfer calculation) (step S21). The calculation of the amount of heat transfer is to obtain the amount of heat transfer for each cell (element) of a normal analysis model.
続いて、熱移動量から注目セルの目的とする所定時間における温度TNを計算する(ステップS22)。ここで、目的とする所定時間における温度(以下、「指定温度」と称する)とは、時間刻みdt後に予測される温度であり、注目セルとその周囲のセルとの伝熱計算から算出される。 Subsequently, the temperature TN at the target time of the target cell is calculated from the heat transfer amount (step S22). Here, the target temperature at a predetermined time (hereinafter referred to as “designated temperature”) is a temperature predicted after the time interval dt, and is calculated from heat transfer calculation between the cell of interest and its surrounding cells. .
続いて、注目セルについて溶湯要素か否かを判断する(ステップS23)。ここで、溶湯要素ではないセルについては、ステップS30へ進む。ここで溶湯要素ではないということはそのセルにまで溶湯が回っていないか既に凝固していることを示す。 Subsequently, it is determined whether or not the attention cell is a molten metal element (step S23). Here, about the cell which is not a molten metal element, it progresses to step S30. Here, the fact that it is not a molten metal element indicates that the molten metal has not turned to the cell or has already solidified.
一方、溶湯要素であると判断されたセルについては、続いて、そのセルの固相率fsが1.0であるか否かを判断する。(ステップS24)。本処理では、計算上、固相率fsが1.0以上であれば、その固相率fsは1.0とみなして処理を進めるようにしている。ここで、そのセルの固相率fsが1.0である場合には、そのセルは凝固していると判断することができるので、以後の凝固計算を終了する(ステップS25)。一方、そのセルの固相率fsが1.0でない場合には、次に、そのセルの指定温度TNが液相線温度TL未満か否かを判断する(ステップS26)。ここで、そのセルの温度が液相線温度TL未満でない場合には、そのセルは全て液相であると判断することができるので、ステップS30へ進む。 On the other hand, for a cell determined to be a molten metal element, it is subsequently determined whether or not the solid phase ratio fs of the cell is 1.0. (Step S24). In this process, if the solid phase rate fs is 1.0 or more, the solid phase rate fs is regarded as 1.0 in the calculation, and the process proceeds. Here, if the solid phase ratio fs of the cell is 1.0, it can be determined that the cell is solidified, and the subsequent solidification calculation is terminated (step S25). On the other hand, if the solid phase ratio fs of the cell is not 1.0, it is next determined whether or not the specified temperature TN of the cell is lower than the liquidus temperature TL (step S26). Here, when the temperature of the cell is not lower than the liquidus temperature TL, it can be determined that all the cells are in the liquid phase, and the process proceeds to step S30.
一方、そのセルの温度が液相線温度TL未満である場合には、凝固が進行中であるから、溶湯の冷却速度を算出し(ステップS27)、固相率fsの補正(ステップS28)を行い、算出した冷却速度と補正した固相率fsとに基づいて、指定温度TNの修正(ステップS29)を行う。なお、ステップS27〜S29の処理の詳細については後述する。 On the other hand, when the temperature of the cell is lower than the liquidus temperature TL, solidification is in progress, the cooling rate of the molten metal is calculated (step S27), and the solid phase rate fs is corrected (step S28). Based on the calculated cooling rate and the corrected solid phase rate fs, the designated temperature TN is corrected (step S29). Details of the processes in steps S27 to S29 will be described later.
最後に、修正後の指定温度TNをここまでの処理終了時における各セルの温度Tとして更新する(ステップS30)。 Finally, the corrected designated temperature TN is updated as the temperature T of each cell at the end of the processing so far (step S30).
次に、図3を参照して、ステップS27〜S29の処理について説明する。 Next, with reference to FIG. 3, the processing of steps S27 to S29 will be described.
図3は、固相率−温度曲線を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing a solid phase ratio-temperature curve.
前述したように、液相線以下の温度において、液相が固相として凝固する際に失われる熱量に相当する潜熱が放出され、この潜熱の放出により固相率が増大する。この固相率を算出するにあたり、凝固過程において潜熱計算のために、固相率−温度曲線が用いられている。 As described above, at a temperature below the liquidus, latent heat corresponding to the amount of heat lost when the liquid phase solidifies as a solid phase is released, and the release of this latent heat increases the solid phase rate. In calculating the solid phase ratio, a solid phase ratio-temperature curve is used for latent heat calculation in the solidification process.
本発明に係る凝固解析方法では、解析対象となる合金種に応じて、図3に示すような固相率−温度曲線を模式的に示したものがあらかじめ与えられており、所定時間dtあたりの溶湯の温度降下量ΔTに基づいて、解析対象となる合金の溶湯の冷却速度vを算出する。この冷却速度vの算出方法は特に限定されるものではなく、たとえば、所定温度範囲あたりの降下時間によっても算出することができ、以下においても同じである。この算出した冷却速度vを用いて固相率−温度曲線を図3の破線のように補正し、温度が回復する方向に変動する温度幅(以下、「温度変動幅」と称する)を補正しながら解析を行う。これにより、冷却速度vに応じた潜熱放出パターンを考慮して解析を行うことができ、温度降下履歴と固相率変化を精度良く求めることができる。 In the solidification analysis method according to the present invention, according to the type of alloy to be analyzed, a solid phase rate-temperature curve as schematically shown in FIG. 3 is given in advance, and is given per predetermined time dt. Based on the temperature drop ΔT of the molten metal, the cooling rate v of the molten metal of the alloy to be analyzed is calculated. The method for calculating the cooling rate v is not particularly limited. For example, the cooling rate v can be calculated based on the descent time per predetermined temperature range, and the same applies to the following. Using this calculated cooling rate v, the solid phase rate-temperature curve is corrected as shown by the broken line in FIG. 3 to correct the temperature width that fluctuates in the direction in which the temperature recovers (hereinafter referred to as “temperature fluctuation width”). Analyzing while doing. As a result, the analysis can be performed in consideration of the latent heat release pattern corresponding to the cooling rate v, and the temperature drop history and the solid phase rate change can be obtained with high accuracy.
温度の補正は、伝熱計算により温度降下量ΔTを求め、ΔT>0ならば凝固が生じるので、潜熱の放出により温度が変動することに着目して行う。具体的には、図2を参照して、ステップS27において、所定時間dtあたりの溶湯の温度降下量ΔTに基づいて、解析対象となる合金の溶湯の冷却速度vを算出する。次に、ステップS28において、ΔTを用いて、下記数1式で表される固相率の変化量Δfsを算出する。 The temperature correction is performed by paying attention to the fact that the temperature drop amount ΔT is obtained by heat transfer calculation, and solidification occurs if ΔT> 0, so that the temperature varies due to the release of latent heat. Specifically, referring to FIG. 2, in step S27, based on the molten metal temperature drop ΔT per predetermined time dt, the molten metal cooling rate v to be analyzed is calculated. Next, in step S28, using ΔT, the change amount Δfs of the solid phase ratio expressed by the following equation 1 is calculated.
ここで、上記数1式において、Δfsは固相率の変化量、Cpは比熱、ΔTは温度降下量、Lは潜熱である。 Here, in the above formula 1, Δfs is the change amount of the solid phase rate, Cp is the specific heat, ΔT is the temperature drop, and L is the latent heat.
そして、ステップS29において、凝固潜熱の放出によって温度が変動する場合、その変動する温度変動幅を補正することにより、指定温度TNを修正する。具体的には、所定の時間内における固相率の変化量Δfsおよび冷却速度vに基づいて前記温度変動幅をセルごとに補正する。この結果、冷却速度vの違いによって異なる潜熱放出パターンを考慮して解析を行うことができ、温度降下履歴と固相率変化を精度良く求めることができる。 In step S29, when the temperature fluctuates due to the release of solidification latent heat, the designated temperature TN is corrected by correcting the fluctuating temperature fluctuation range. Specifically, the temperature fluctuation range is corrected for each cell based on the change rate Δfs of the solid phase ratio and the cooling rate v within a predetermined time. As a result, the analysis can be performed in consideration of different latent heat release patterns depending on the difference in the cooling rate v, and the temperature drop history and the solid phase rate change can be obtained with high accuracy.
図4は、冷却速度の異なる2つの固相率−温度曲線を模式的に示す図である。図5は、冷却速度の異なる2つの固相率−温度曲線の概略的モデル図である。なお、図4は、図5の固相率−温度曲線の概略的モデル図を模式的に示したものであり、固相率−温度曲線の一部を抜粋して拡大した拡大図である。 FIG. 4 is a diagram schematically showing two solid phase ratio-temperature curves with different cooling rates. FIG. 5 is a schematic model diagram of two solid phase ratio-temperature curves with different cooling rates. FIG. 4 schematically shows a schematic model diagram of the solid phase rate-temperature curve of FIG. 5, and is an enlarged view of a part extracted from the solid phase rate-temperature curve.
図4および図5を参照して、この形態では、固相率−温度曲線に、温度変動時のパラメータとして冷却速度vを使用して回復後の温度を算出するものである。冷却速度vが速いほど、変動温度幅は小さくなる。 With reference to FIGS. 4 and 5, in this embodiment, the temperature after recovery is calculated using the cooling rate v as a parameter at the time of temperature fluctuation in the solid phase ratio-temperature curve. The faster the cooling rate v, the smaller the fluctuation temperature range.
図4に示すように、冷却速度の異なる固相率−温度曲線を与えて、固相率−温度曲線の所定時間tにおける固相率fsを用い、セルの冷却速度に応じて、一の前記固相率−温度曲線から得られる温度T(fs)maxと当該一の固相率−温度曲線よりも冷却速度の速い他の固相率−温度曲線から得られる温度T(fs)minとの間にT(fs)の範囲を設定する。そして、前記T(fs)の範囲において、下記数2式により目標とするT(fs)の温度を算出する。なお、図4に示す固相率−温度曲線は、解析対象となる合金種に応じた固相率−温度曲線をあらかじめ実験により求めたものを示したものであり、またそれぞれの固相率−温度曲線間には、実際の製造工程時における固相率−温度曲線が存在するようにT(fs)の範囲を設定している。 As shown in FIG. 4, solid phase rate-temperature curves having different cooling rates are given, and the solid phase rate fs at a predetermined time t of the solid phase rate-temperature curve is used, depending on the cooling rate of the cell. A temperature T (fs) max obtained from the solid phase rate-temperature curve and a temperature T (fs) min obtained from another solid phase rate-temperature curve having a cooling rate faster than the one solid phase rate-temperature curve. A range of T (fs) is set in between. Then, within the range of T (fs), the target temperature of T (fs) is calculated by the following equation (2). In addition, the solid phase rate-temperature curve shown in FIG. 4 shows what the solid phase rate-temperature curve according to the alloy kind used as analysis object previously calculated | required by experiment, and each solid phase rate- Between the temperature curves, the range of T (fs) is set so that a solid phase ratio-temperature curve in the actual manufacturing process exists.
ここで、上記数2式は線形1次補間されたものであり、当該数2式において冷却速度v1の時の温度がT(fs+Δfs)maxであり、冷却速度v2の時の温度がT(fs+Δfs)minである。上記数2式により、冷却速度vの違いによって異なる潜熱放出パターンを考慮して解析をより精度良く行うことができ、温度降下履歴と固相率変化を精度良く求めることができる。 Here, the above equation (2) is linearly interpolated. In the equation (2), the temperature at the cooling rate v1 is T (fs + Δfs) max, and the temperature at the cooling rate v2 is T (fs + Δfs). ) Min. According to the above formula 2, the analysis can be performed with higher accuracy in consideration of different latent heat release patterns depending on the difference in the cooling rate v, and the temperature drop history and the change in the solid phase ratio can be obtained with higher accuracy.
なお、本実施の形態では、冷却速度の異なる2本の固相率−温度曲線を用いた例を説明したが、これに限られることはなく、複数本の固相率−温度曲線を用いて高次の線形多項式で補間近似することにより目標とするT(fs)の温度を算出しても良く、例えば、3本の固相率−温度曲線を用いて2次線形多項式で補間近似することにより算出しても良い。すなわち、目標とするT(fs)の温度は、冷却速度によって異なる固相率−温度曲線から温度予測値を補正するための式を一般化して、T(fs)=f(T(fs)max,T(fs)min,v)として表すことができる。これは、目標とするT(fs)を「T(fs)max」、「T(fs)min」、および「v」の関数であることを利用して算出することができることを意味し、目標とするT(fs)を算出する際、T(fs)=f(T(fs)max,T(fs)min,v)の関係を利用した如何なる算出方法も本発明に含まれることを意味する。なお、当然ながらこの補間演算には他の多項式、スプライン補間などを使うこともできる。 In this embodiment, an example using two solid phase rate-temperature curves with different cooling rates has been described, but the present invention is not limited to this, and a plurality of solid phase rate-temperature curves are used. The target temperature of T (fs) may be calculated by interpolation approximation with a high-order linear polynomial, for example, interpolation approximation with a quadratic linear polynomial using three solid phase ratio-temperature curves. You may calculate by. That is, the target temperature of T (fs) is obtained by generalizing an equation for correcting the temperature predicted value from the solid phase rate-temperature curve that varies depending on the cooling rate, and T (fs) = f (T (fs) max , T (fs) min, v). This means that the target T (fs) can be calculated by using a function of “T (fs) max”, “T (fs) min”, and “v”. This means that any calculation method using the relationship of T (fs) = f (T (fs) max, T (fs) min, v) is included in the present invention when calculating T (fs). . Of course, other polynomials and spline interpolation can be used for this interpolation calculation.
図6は、溶湯温度履歴を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a melt temperature history.
前述したような温度変動幅の計算を時間経過とともに継続して行うことにより、図6に示すような溶湯温度履歴を得ることができる。図6では、凝固が遅い(冷却速度が遅い)場合と凝固が速い(冷却速度が速い)場合のそれぞれについて、従来の凝固解析方法、本発明に係る新規な凝固解析方法、および実測値データ(Actual)の溶湯温度履歴を示している。図示するように、本発明に係る新規な凝固解析方法によれば、凝固が遅い(冷却速度が遅い)場合と凝固が速い(冷却速度が速い)場合との双方において、従来の凝固解析方法よりも実測値データにより近づいていることが分かる。 The melt temperature history as shown in FIG. 6 can be obtained by continuously calculating the temperature fluctuation range as described above over time. In FIG. 6, the solidification analysis method according to the present invention, the novel solidification analysis method according to the present invention, and the actual measurement data (when the solidification is slow (cooling rate is slow) and solidification is fast (cooling rate is fast)) (Actual) shows a molten metal temperature history. As shown in the figure, according to the new solidification analysis method according to the present invention, both the case where solidification is slow (cooling rate is slow) and the case where solidification is fast (cooling rate is fast) than the conventional solidification analysis method. It can also be seen that it is closer to the measured value data.
本発明は、鋳造品の凝固解析に関する技術分野に有用である。 The present invention is useful in the technical field related to solidification analysis of cast products.
Claims (6)
相互に隣接する前記要素間の伝熱計算を実行して、前記要素ごとの冷却速度を算出する段階と、
前記算出した冷却速度とあらかじめ設定された前記合金の溶湯の固相率−温度曲線とに基づき、凝固潜熱の放出によって温度が変動する場合、その変動する温度変動幅を前記要素ごとに補正する段階と、
前記補正した温度変動幅を用いて前記解析モデルの凝固解析を実行する段階と、
を含むことを特徴とする鋳造品の凝固解析方法。 A solidification analysis method for a cast product using an analysis model formed from a plurality of elements,
Performing a heat transfer calculation between the elements adjacent to each other to calculate a cooling rate for each element;
When the temperature fluctuates due to the release of latent heat of solidification, based on the calculated cooling rate and the preset solid phase rate-temperature curve of the molten alloy, the fluctuating temperature fluctuation range is corrected for each element. When,
Performing solidification analysis of the analytical model using the corrected temperature fluctuation range;
A solidification analysis method for a cast product, comprising:
前記凝固解析を実行する段階は、
前記固相率−温度曲線の所定時間tにおける固相率fsを用いて、前記要素の冷却速度に応じて、一の前記固相率−温度曲線から得られる温度T(fs)maxと当該一の固相率−温度曲線よりも冷却速度の速い他の固相率−温度曲線から得られる温度T(fs)minとの間にT(fs)の範囲を設定する段階と、
前記T(fs)の範囲において、下記の数1式の関係により目標とするT(fs)の温度を算出する段階と、
を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の鋳造品の凝固解析方法。
ただし、下記数1式において、Tは温度、fsは固相率、vは冷却速度である。
Performing the coagulation analysis comprises:
Using the solid phase ratio fs at the predetermined time t of the solid phase ratio-temperature curve, the temperature T (fs) max obtained from one solid phase ratio-temperature curve and the one according to the cooling rate of the element. Setting a range of T (fs) between the temperature T (fs) min obtained from another solid phase ratio-temperature curve whose cooling rate is faster than the solid phase ratio-temperature curve of
In the range of T (fs), calculating a target temperature of T (fs) according to the following equation (1):
The solidification analysis method for a cast product according to claim 1 or 2, characterized by comprising:
However, in the following formula 1, T is temperature, fs is a solid phase rate, and v is a cooling rate.
相互に隣接する前記要素間の伝熱計算を実行して、前記要素ごとの冷却速度を算出する冷却速度算出手段と、
前記算出した冷却速度とあらかじめ設定された前記合金の溶湯の固相率−温度曲線とに基づき、凝固潜熱の放出によって温度が変動する場合、その変動する温度変動幅を前記要素ごとに補正する補正手段と、
前記補正した温度変動幅を用いて前記解析モデルの凝固解析を実行する凝固解析手段と、
を備えることを特徴とする鋳造品の凝固解析装置。 A solidification analysis device for castings using an analysis model formed from a plurality of elements,
A cooling rate calculating means for calculating a cooling rate for each element by performing heat transfer calculation between the elements adjacent to each other;
When the temperature fluctuates due to the release of latent heat of solidification based on the calculated cooling rate and the solid phase rate-temperature curve of the molten alloy of the alloy set in advance, the correction for correcting the fluctuating temperature fluctuation range for each element Means,
Solidification analysis means for performing solidification analysis of the analysis model using the corrected temperature fluctuation range;
A solidification analysis device for a cast product, comprising:
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