JP2010110792A - Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof - Google Patents

Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2010110792A
JP2010110792A JP2008285511A JP2008285511A JP2010110792A JP 2010110792 A JP2010110792 A JP 2010110792A JP 2008285511 A JP2008285511 A JP 2008285511A JP 2008285511 A JP2008285511 A JP 2008285511A JP 2010110792 A JP2010110792 A JP 2010110792A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solidification
molten alloy
alloy
temperature
mold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008285511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Jun Yaokawa
盾 八百川
Yasushi Iwata
靖 岩田
Shuxin Dong
トウジュシン
Yoshio Sugiyama
義雄 杉山
Hiroaki Iwabori
弘昭 岩堀
Norihiro Amano
憲広 天野
Takashi Nakamichi
隆 中道
Hiroyuki Ikuta
浩之 生田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2008285511A priority Critical patent/JP2010110792A/en
Publication of JP2010110792A publication Critical patent/JP2010110792A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solidification analysis method for an alloy molten metal in consideration of an supercooled state. <P>SOLUTION: The solidification analysis method for the alloy molten metal includes a solidification analysis process comprising: a solidification property defining step where supercooling solidification properties showing the correlation between the solid phase ratio or eutectic solidification temperature and the cooling velocity of an alloy molten metal are defined; and a solidification analysis step where, based on the supercooling solidification properties, a solidification process through which the alloy molten metal is solidified in a packed element as a cavity element packed with the alloy molten metal is calculated with the lapse of time. By performing simulation in consideration of such supercooled state, solidification analysis with higher precision can be relatively easily performed on various alloy molten metals. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、ダイカストシミュレーション等に利用できる合金溶湯の凝固解析方法およびその凝固解析プログラムに関する。   The present invention relates to a solidification analysis method for molten alloy that can be used for die casting simulation and the like, and a solidification analysis program thereof.

アルミニウム(Al)合金やマグネシウム(Mg)合金等からなる部材を量産する場合、寸法安定性に優れ、きれいな鋳肌面が得られる金型鋳造(ダイカスト鋳造)が多用される。このダイカスト鋳造では、通常、20〜80MPa程度の大きな圧力を印加して溶湯を金型のキャビティへ注湯し、急冷して鋳物が作製される。   When mass producing a member made of an aluminum (Al) alloy, a magnesium (Mg) alloy, or the like, die casting (die casting) that is excellent in dimensional stability and provides a clean casting surface is frequently used. In this die-casting, a large pressure of about 20 to 80 MPa is usually applied to pour molten metal into a mold cavity and rapidly cooled to produce a casting.

もっとも、ダイカスト鋳造でも、溶湯供給部位からの経路やキャビティの形状等によりキャビティ各部における溶湯の凝固状態が異なり、凝固収縮による引け巣欠陥の発生が問題となり得る。従来はこの欠陥をなくすために、金型の冷却条件を変更するなどの試行錯誤を繰り返して最適条件を定めていた。   However, even in die casting, the solidification state of the molten metal in each part of the cavity differs depending on the route from the molten metal supply site, the shape of the cavity, and the like, and the occurrence of shrinkage defects due to solidification shrinkage can be a problem. Conventionally, in order to eliminate this defect, optimum conditions were determined by repeating trial and error such as changing the cooling conditions of the mold.

このような手法は当然にコスト高であり開発効率も低い。そこで現物を用いた試行錯誤をせずに、コンピュータを用いたシミュレーションにより、ダイカスト時の溶湯の流動や凝固状況を予め予測して、効率的に適正なダイカスト鋳造条件を探索することが行われつつある。   Such a method is naturally costly and has low development efficiency. Therefore, without trial and error using the actual product, it is possible to predict the flow and solidification of the molten metal during die casting in advance by computer simulation, and to efficiently search for appropriate die casting conditions. is there.

もっとも、従来のシミュレーションでは、平衡凝固モデルを用いたり、固体と液体との間の局所平衡を仮定し溶質分配や偏析を考慮した局所平衡凝固モデルが用いられることが多かった。このような(準)静的モデルでは、現実の鋳造時に生じている過冷凝固現象が考慮されおらず、シミュレーションによる凝固解析の精度は必ずしも高いものではなかった。   However, conventional simulations often use an equilibrium solidification model or a local equilibrium solidification model that considers solute partitioning and segregation assuming a local equilibrium between a solid and a liquid. In such a (quasi-) static model, the supercooling solidification phenomenon occurring during actual casting is not taken into consideration, and the accuracy of solidification analysis by simulation is not necessarily high.

そこで、動力学的な取扱いを可能とした動的モデルが考えられており、例えば、下記の特許文献1または非特許文献1が挙げられる。これらの文献には、セルラーオートマトン法を利用して、核生成・凝固成長モデルに基づき、凝固解析方法に関する記述がある。そこでは、核生成モデルの核生成量および凝固成長モデルの結晶成長速度を過冷度の関数として扱い、その結晶成長速度から算出した凝固潜熱放出量と周囲への伝熱量の差に着目することで過冷凝固現象が考慮に入れられている。
特開2003−33864号公報 特開平5−96343号公報 「A Three-Dimensional Cellular Automation-Finite Element Model for the Predication of Solidification Grain Structures(3次元セルラーオートチマトン法を用いた有限要素法による凝固組織予測)」〔メタラジカル、アンド、マテリアルズ、トランザクションA、第30巻12月号(1999)、3153頁〕
Then, the dynamic model which enabled dynamic handling is considered, for example, the following patent document 1 or nonpatent literature 1 is mentioned. These documents include a description of a solidification analysis method based on a nucleation / solidification growth model using a cellular automaton method. Here, the nucleation amount of the nucleation model and the crystal growth rate of the solidification growth model are treated as a function of the degree of supercooling, and attention is paid to the difference between the solidification latent heat release amount calculated from the crystal growth rate and the heat transfer amount to the surroundings. The subcooling solidification phenomenon is taken into consideration.
JP 2003-33864 A JP-A-5-96343 “A Three-Dimensional Cellular Automation-Finite Element Model for the Predication of Solidification Grain Structures” (Metaradical, And, Materials, Transaction A, Volume 30 December (1999), 3153]

しかし、溶湯から固体が核生成する場合の核生成量は、実験により正確に求められる凝固特性値ではない。このため、上記のセルラーオートマトン法を用いた解析方法では、核生成量に関するパラメータが経験的に与えられることになり、その結果、過冷凝固時の過冷度を精度よくシミュレーション中に取り込むことは難しい。   However, the amount of nucleation when solids nucleate from the molten metal is not a solidification characteristic value that is accurately determined by experiment. For this reason, in the analysis method using the cellular automaton method described above, parameters relating to the amount of nucleation are empirically given, and as a result, the degree of supercooling during supercooling solidification cannot be accurately taken into the simulation. difficult.

なお、上記の特許文献2には、ダイカストシミュレーションではないが、鋳鉄を用いた鋳造シミュレーションに関する記載がある。このシミュレーションでは、(i)核生成モデルにおける黒鉛粒数の冷却速度依存性と、(ii)結晶成長モデルにおける黒鉛半径の増加速度とを利用して過冷凝固現象を考慮している。この場合、黒鉛粒数は実験的に再現性よく求められる凝固特性値であるため、過冷凝固を考慮した高精度の凝固解析が可能となる。もっともこの対象は、黒鉛粒数を測定できる球状黒鉛鋳鉄もしくは球状化率が高いCV鋳鉄等の鋳造に限定され、工業的に多用されるAl合金やMg合金のダイカスト鋳造には適用できない。   In addition, in the above-mentioned Patent Document 2, although it is not a die casting simulation, there is a description relating to a casting simulation using cast iron. In this simulation, the supercooling solidification phenomenon is taken into account using (i) the cooling rate dependence of the number of graphite grains in the nucleation model and (ii) the increase rate of the graphite radius in the crystal growth model. In this case, since the number of graphite grains is a solidification characteristic value that is experimentally obtained with good reproducibility, it is possible to perform solidification analysis with high accuracy in consideration of supercooling solidification. However, this object is limited to castings such as spheroidal graphite cast iron capable of measuring the number of graphite grains or CV cast iron having a high spheroidization rate, and is not applicable to die casting of Al alloys and Mg alloys that are frequently used industrially.

本発明はこのような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、ダイカスト鋳造を含む金型鋳造に広く適用可能で、鋳造時の合金溶湯の過冷凝固現象を精度よくコンピュータ上で解析可能な凝固解析方法およびその凝固解析プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances. That is, the present invention aims to provide a solidification analysis method and a solidification analysis program that can be widely applied to die casting including die casting and can accurately analyze the supercooling solidification phenomenon of molten alloy during casting on a computer. .

本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、過冷時(連続冷却時)、合金溶湯の共晶凝固温度が冷却速度と相関をもつことを新たに見いだした。そしてこの共晶凝固温度の冷却速度依存性を固相率などに組み入れた過冷凝固モデルを用いることで、鋳造時の合金溶湯の過冷凝固現象を精度よくコンピュータ上でシミュレーションすることに成功した。そしてこの成果を発展させることで、本発明者は以降に述べる種々の発明を完成させるに至った。   As a result of extensive research and trial and error, the present inventor has newly found that the eutectic solidification temperature of the molten alloy has a correlation with the cooling rate during overcooling (during continuous cooling). . By using a supercooling solidification model that incorporates the cooling rate dependence of the eutectic solidification temperature into the solid phase rate, etc., the supercooling solidification phenomenon of the molten alloy during casting was successfully simulated on a computer. . And by developing this result, the present inventor has completed various inventions described below.

〈合金溶湯の凝固解析方法〉
(1)すなわち、本発明の合金溶湯の凝固解析方法は、合金元素を含む金属の溶湯である合金溶湯が充填されるキャビティを構成する型を座標系上にモデル化した型モデルを設定するモデル設定工程と、該設定された型モデル中のキャビティへ合金溶湯が充填される充填過程を順次算出する充填解析工程と、
該充填された合金溶湯が凝固する凝固過程を順次算出する凝固解析工程とからなる合金溶湯の凝固解析方法において、
前記モデル設定工程は、前記型モデルを座標系上に位置づけて形成するモデル形成ステップと、該形成された型モデル中の領域を微小に分割した多数の微小要素を作成する要素作成ステップと、該作成された微小要素の内で該型モデル中のキャビティ領域に対応する微小要素をキャビティ要素と定義すると共に該型モデル中の型領域に対応する微小要素を型要素と定義する要素定義ステップとを備え、
前記凝固解析工程は、前記合金溶湯の凝固割合である固相率または該合金溶湯中から共晶が晶出し始める温度である共晶凝固温度と該合金溶湯の温度および冷却速度との相関を示す過冷凝固特性を定義する凝固特性定義ステップと、該過冷凝固特性に基づいて前記合金溶湯が充填されたキャビティ要素である充填要素内で該合金溶湯が凝固する凝固過程を経時的に算出する凝固解析ステップと、を備えることを特徴とする。
<Solidification analysis method of molten alloy>
(1) That is, the solidification analysis method for molten alloy according to the present invention is a model for setting a mold model in which a mold constituting a cavity filled with a molten alloy that is a molten metal containing an alloy element is modeled on a coordinate system. A setting step, and a filling analysis step for sequentially calculating a filling process in which the molten alloy is filled into the cavity in the set mold model,
In a solidification analysis method for a molten alloy comprising a solidification analysis step for sequentially calculating a solidification process in which the filled molten alloy solidifies,
The model setting step includes a model formation step of positioning and forming the mold model on a coordinate system, an element creation step of creating a large number of minute elements obtained by finely dividing a region in the formed mold model, An element defining step of defining a microelement corresponding to a cavity region in the mold model as a cavity element among the created microelements and defining a microelement corresponding to the mold region in the mold model as a mold element. Prepared,
The solidification analysis step shows a correlation between a solid phase ratio that is a solidification ratio of the molten alloy or a eutectic solidification temperature that is a temperature at which a eutectic starts to crystallize from the molten alloy, and a temperature and a cooling rate of the molten alloy. A solidification characteristic defining step for defining a supercooling solidification characteristic, and a solidification process in which the molten alloy solidifies in a filling element that is a cavity element filled with the molten alloy is calculated over time based on the supercooling solidification characteristic. A coagulation analysis step.

(2)本発明の合金溶湯の凝固解析方法では、凝固解析工程の凝固特性定義ステップで固相率または共晶凝固温度と、冷却速度との相関を示す過冷凝固特性が定義され、この過冷凝固特性に基づいて次の凝固解析ステップが行われる。これにより、平衡状態を想定して行われていた従来の凝固解析に比べて、本発明では過冷凝固現象を反映させた凝固解析がなされることになり、現実の鋳造にマッチしたより精度の高い凝固解析結果が得られる。
特に、本発明では、実験的に検証可能な特性値を用いて過冷凝固現象を考慮しているため、従来の凝固解析手法をあまり変更することなく利用でき、高速で高精度な凝固解析が比較的容易に可能となる。
(2) In the solidification analysis method for a molten alloy according to the present invention, a subcooling solidification characteristic indicating a correlation between a solid phase rate or a eutectic solidification temperature and a cooling rate is defined in the solidification characteristic definition step of the solidification analysis step. The next solidification analysis step is performed based on the cold solidification characteristics. As a result, compared to the conventional solidification analysis performed assuming an equilibrium state, in the present invention, the solidification analysis reflecting the undercooling solidification phenomenon is performed, and more accurate than the actual casting is matched. High coagulation analysis results can be obtained.
In particular, in the present invention, since the undercooled solidification phenomenon is taken into account using characteristic values that can be experimentally verified, the conventional solidification analysis method can be used without much change, and high-speed and high-precision solidification analysis can be performed. This is possible relatively easily.

本発明の場合、例えば、過冷凝固時の固相率が、平衡状態を仮定した温度のみの関数としてのみならず、冷却速度をも加味して算出されることになる。このようにすることで、凝固解析に一般的に用いられる固相率に、過冷凝固現象を容易に反映させることができ、従来の鋳造用解析ソフトウエア等を利用しつつも、効率的で高精度な解析が可能となる。そして本発明の解析方法を採用する限り、合金溶湯の種類等によって制限を受けることも基本的にはない。
さらにこの本発明を応用することで、過冷凝固する場合に生じる鋳造欠陥等を比較的容易に高精度で予測することも可能となる。そして、好適な金型形状や鋳造条件または射出条件等を効率よく決定でき、成型品の開発コストの削減にもつながる。
In the case of the present invention, for example, the solid phase ratio at the time of supercooling solidification is calculated not only as a function of only the temperature assuming an equilibrium state but also taking into account the cooling rate. By doing so, it is possible to easily reflect the supercooling solidification phenomenon in the solid phase rate generally used for solidification analysis, and it is efficient while using conventional casting analysis software etc. Highly accurate analysis is possible. And as long as the analysis method of the present invention is adopted, there is basically no limitation due to the type of molten alloy.
Furthermore, by applying the present invention, it becomes possible to predict casting defects and the like that occur in the case of supercooling and solidification relatively easily with high accuracy. Further, a suitable mold shape, casting conditions, injection conditions, etc. can be determined efficiently, leading to a reduction in the development cost of the molded product.

(3)本発明の過冷凝固特性は、固相率を算出する際の数式またはデータベース中に、冷却速度に関する因子が取り入れられたり、または反映されたものであれば足る。その手法は限定されないが、例えば、固相率の冷却速度依存性を特定または定義する際に、過冷状態にある合金溶湯の共晶凝固温度の冷却速度依存性を利用することが有効である。具体的には、平衡状態にある合金溶湯の温度と凝固割合である固相率との相関を示す平衡凝固特性に、過冷状態にある前記共晶凝固温度と前記冷却速度との相関を示す共晶凝固温度の冷却速度依存性を加味して、過冷凝固特性を算出することができる。 (3) The supercooling solidification characteristic of the present invention is sufficient if a factor relating to the cooling rate is incorporated or reflected in the mathematical expression or database used when calculating the solid phase ratio. Although the method is not limited, for example, when specifying or defining the cooling rate dependency of the solid phase ratio, it is effective to use the cooling rate dependency of the eutectic solidification temperature of the molten alloy in a supercooled state. . Specifically, the correlation between the eutectic solidification temperature in the supercooled state and the cooling rate is shown in the equilibrium solidification characteristic that shows the correlation between the temperature of the molten alloy in the equilibrium state and the solid phase rate that is the solidification rate. Taking into account the cooling rate dependence of the eutectic solidification temperature, the supercooling solidification characteristic can be calculated.

ところで本発明でいう「冷却速度」は、合金溶湯の温度の時間変化であるが、特に、液相線温度直上の冷却速度に着目したものであり、冷却速度R=TN+1−T(T:計算ステップN回目の温度)により求められる。
なお、本明細書では、合金溶湯の代表例としてAl合金溶湯やMg合金溶湯を例示的に取り上げ、鋳造の代表例としてダイカスト鋳造を取り上げることが多い。しかし、本発明の概念自体は、特定の合金溶湯や特定の鋳造方法に限定されるものではない。また、過冷凝固特性の具体的な態様も、合金溶湯や鋳造方法の種類によって異なり得ることは当然である。
By the way, the “cooling rate” in the present invention is a change with time of the temperature of the molten alloy, but particularly pays attention to the cooling rate immediately above the liquidus temperature, and the cooling rate R = T N + 1 −T N (T N : temperature obtained by calculation step N).
In this specification, Al alloy molten metal and Mg alloy molten metal are exemplified as representative examples of molten alloy, and die casting is often taken up as a representative example of casting. However, the concept of the present invention itself is not limited to a specific molten alloy or a specific casting method. In addition, it is natural that the specific aspect of the supercooling and solidification characteristics may vary depending on the type of the molten alloy and the casting method.

〈本発明の他形態〉
本発明は、上述した「方法」の発明には限られず、「物」の発明としても把握できる。すなわち、本発明は、前述の合金溶湯の凝固解析方法をコンピュータを機能させて実行することを特徴とする合金溶湯の凝固解析プログラムでも良い。
<Other forms of the present invention>
The present invention is not limited to the above-described “method” invention, but can be grasped as a “product” invention. That is, the present invention may be a solid alloy analysis program for a molten alloy, which is characterized by executing the above-described solidification analysis method for a molten alloy by causing a computer to function.

また、プログラムが「物」として把握されない場合であれば、そのプログラムを記録したコンピュータで読取り可能な記録媒体として把握することができる。さらには、そのプログラムを実行する合金溶湯の凝固解析装置としても把握できる。これらの場合、本発明でいう「工程」を「手段」に読替えれば良い。すなわち、モデル設定工程をモデル設定手段に、本発明の充填解析工程を充填解析手段に、凝固解析工程を凝固解析手段にそれぞれ置換して考えれば良い。   If the program is not grasped as “thing”, it can be grasped as a computer-readable recording medium on which the program is recorded. Furthermore, it can be grasped as a solidification analysis device for molten alloy that executes the program. In these cases, the “process” in the present invention may be read as “means”. That is, the model setting process may be replaced with the model setting means, the filling analysis process of the present invention may be replaced with the filling analysis means, and the solidification analysis process may be replaced with the solidification analysis means.

発明の実施形態を挙げて、本発明をより詳しく説明する。なお、本明細書では便宜的に本発明の「合金溶湯の凝固解析方法」に関して主に説明するが、本明細書で説明する内容はその凝固解析方法のみならずそれを実行するためのプログラム(合金溶湯の凝固解析プログラム)等にも適宜適用できることを断っておく。また、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なることを断っておく。   The present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the invention. For convenience, the present specification mainly describes the “solidification analysis method of molten alloy” of the present invention, but the contents described in this specification are not only the solidification analysis method but also a program ( It should be noted that the present invention can be applied as appropriate to a molten alloy solidification analysis program). Also, it should be noted that which embodiment is the best depends on the target, required performance, and the like.

本発明の凝固解析方法は、図1に示すように、モデル設定工程、充填解析工程および凝固解析工程からなる。以下、これら各工程を順次説明する。なお、以下に説明する各工程および各ステップは、コンピュータ上のロジックとして設定された手段により実行可能である。   As shown in FIG. 1, the solidification analysis method of the present invention comprises a model setting step, a filling analysis step, and a solidification analysis step. Hereinafter, each of these steps will be described sequentially. Each process and each step described below can be executed by means set as logic on a computer.

(1)モデル設定工程
モデル設定工程は、合金溶湯の充填されるキャビティを構成する型を座標系上にモデル化した型モデルを設定する工程である。モデル設定工程は、例えば、図2に示すような、モデル形成ステップ、要素作成ステップ、要素定義ステップおよび流入位置設定ステップからなる。
(1) Model setting process The model setting process is a process of setting a mold model in which a mold constituting a cavity filled with molten alloy is modeled on a coordinate system. The model setting process includes, for example, a model formation step, an element creation step, an element definition step, and an inflow position setting step as shown in FIG.

(a)モデル形成ステップ
モデル形成ステップは、金型の形状を座標系上に位置づけて型モデルを形成するステップである。金型が複数の型部材から構成される場合、前記の型モデルは、それぞれの型部材の形状が個別に座標系上に位置づけられている必要はなく、金型全体としての形状が座標系上に位置づけられていれば足る。
(A) Model formation step The model formation step is a step of forming a mold model by positioning the shape of the mold on the coordinate system. When the mold is composed of a plurality of mold members, the mold model does not require that the shape of each mold member be individually positioned on the coordinate system, and the shape of the entire mold is on the coordinate system. If it is positioned in, it is enough.

金型または型部材の形状(特に外形)の座標系上への位置づけは、それらの形状を数値データに変換して行うことができる。金型の形状がCADデータ等として既存の場合はそれを利用すると効率的である。勿論、数値データの取得は、CADデータに限らず、CAEや凝固解析シミュレーション装置等を利用しても得られる。さらには、3次元スキャナ等を用いて試作した現物の金型やダイカスト品の形状を数値データ化し、その数値データから型モデルを形成しても良い。   Positioning of the shape (particularly the outer shape) of the mold or mold member on the coordinate system can be performed by converting the shape into numerical data. If the shape of the mold already exists as CAD data or the like, it is efficient to use it. Of course, the acquisition of numerical data is not limited to CAD data, but can also be obtained using CAE, a coagulation analysis simulation device, or the like. Furthermore, it is also possible to convert the shape of an actual mold or die-cast product prototyped using a three-dimensional scanner or the like into numerical data, and form a mold model from the numerical data.

ちなみに、用いる座標系はデカルト座標系が一般的ではあるが、それに限らず、円筒座標系、球面座標系等、金型の形状や解析手法に応じた適当な座標系を選択するのが良い。   Incidentally, the coordinate system to be used is generally a Cartesian coordinate system, but is not limited thereto, and it is preferable to select an appropriate coordinate system according to the shape of the mold and the analysis method such as a cylindrical coordinate system and a spherical coordinate system.

(b)要素作成ステップ
要素作成ステップは、モデル形成ステップで形成された型モデル中の領域を分割した多数の微小要素を作成するステップである。すなわち、座標系上に位置づけた型モデルを解析用の微小要素に細分化するステップである。このステップにより、型モデルによって区画された座標系上の空間は、多面体からなる多数の微小要素に分割される。分割数または分割幅は、解析精度、計算時間等を考慮して適切に設定すれば良い。
(B) Element creation step The element creation step is a step of creating a large number of minute elements obtained by dividing the region in the mold model formed in the model formation step. That is, it is a step of subdividing the type model positioned on the coordinate system into microelements for analysis. By this step, the space on the coordinate system partitioned by the mold model is divided into a large number of microelements made of a polyhedron. The number of divisions or the division width may be appropriately set in consideration of analysis accuracy, calculation time, and the like.

要素の分割形状は任意であり、有限差分法で採用されるような直交6面体であっても良いし、有限要素法のような金型形状に応じた多面体であっても良い。もっとも、有限差分法を用いると、微小要素への分割が容易であり、解析が数学的に簡潔になるという利点がある。また、微小要素の大きさはすべて同一である必要はなく、局所的に微小要素を細かく設定して解析精度の向上を図ることもできる。例えば、鋳造した際に、合金溶湯の湯流れが悪くなる部分やガス欠陥を生じ易い部分などで、微小要素を細かく設定すると良い。   The divided shape of the elements is arbitrary, and may be an orthogonal hexahedron as employed in the finite difference method, or may be a polyhedron corresponding to the mold shape as in the finite element method. However, when the finite difference method is used, there is an advantage that the division into small elements is easy and the analysis becomes mathematically simple. Further, the sizes of the microelements do not have to be the same, and it is possible to improve the analysis accuracy by setting the microelements finely locally. For example, fine elements may be set finely in a portion where the molten metal flow of the molten alloy is poor or a portion where gas defects are likely to occur during casting.

なお、微小要素の分割は、型モデル中の全領域(空間)に対して行う必要は必ずしもなく、充填解析工程または凝固解析工程に必要な範囲、すなわち、キャビティ領域およびその境界の形成に必要な範囲でのみ行うことも可能である。   It is not always necessary to divide the microelements over the entire region (space) in the mold model, but it is necessary to form a range necessary for the filling analysis step or the solidification analysis step, that is, a cavity region and its boundary. It is also possible to do it only in the range.

(c)要素定義ステップ
要素定義ステップは、少なくとも、要素作成ステップで作成された多数の微小要素の内で型モデル中のキャビティ領域に対応する微小要素をキャビティ要素と定義すると共に型モデル中の型領域に対応する微小要素を型要素と定義するステップである。このステップで、例えば、合金溶湯が未充填のキャビティ要素が空隙要素と定義されたり、合金溶湯が充填されたキャビティ要素が充填要素と定義されたり、キャビティ要素と型要素との境界面が表面要素と定義されたりする。要するに、要素定義ステップは、充填解析工程または凝固解析工程のために各微小要素の属性を定義するステップである。
(C) Element definition step The element definition step defines at least a microelement corresponding to the cavity region in the mold model among the many microelements created in the element creation step as a cavity element and also molds in the mold model This is a step of defining a microelement corresponding to a region as a mold element. In this step, for example, a cavity element that is not filled with molten alloy is defined as a void element, a cavity element that is filled with molten alloy is defined as a filled element, or the interface between the cavity element and the mold element is a surface element. Or is defined. In short, the element definition step is a step of defining attributes of each microelement for the filling analysis process or the solidification analysis process.

ここで金型鋳造の場合、金型の外壁面に冷媒(冷却水など)を接触させて急冷凝固させることがある。特にダイカスト鋳造の場合、短時間内に一連の鋳造工程を終了させて、鋳物を効率的に量産しなければならないから、金型を連続的に強制冷却することが多い。このような場合、冷媒が通過する通路などを、冷却路要素などとして上記型要素とは別に定義しても良い。この他、冷却路などを特別な要素として定義しなくても、冷却路に接する特定の型要素を選定して、その選定された選定型要素に対して、温度などの属性を別途定義しても良い。いずれにしても、高精度のダイカストシミュレーションとなるように、現実のダイカスト条件に近い設定がされれば良い。   Here, in the case of mold casting, a coolant (cooling water or the like) may be brought into contact with the outer wall surface of the mold to be rapidly solidified. In particular, in the case of die casting, a series of casting processes must be completed within a short period of time to efficiently mass-produce castings, so that the mold is often forcedly cooled continuously. In such a case, a passage through which the refrigerant passes may be defined as a cooling path element or the like separately from the mold element. In addition, even if the cooling path is not defined as a special element, a specific type element that contacts the cooling path is selected, and attributes such as temperature are separately defined for the selected selected type element. Also good. In any case, it is only necessary to make a setting close to the actual die casting conditions so as to achieve a highly accurate die casting simulation.

なお、この要素定義ステップは、前述の要素作成ステップの後に行われるステップではあるが、要素作成ステップで全ての微小要素の作成が完了した後に、要素定義ステップが行われる必要はない。すなわち、要素作成ステップで1以上の微小要素が作成される毎にその属性を定義する要素定義ステップを行い、この操作を繰り返して行うようにしても良い。   This element definition step is a step performed after the above-described element creation step, but it is not necessary to perform the element definition step after all the minute elements have been created in the element creation step. That is, every time one or more microelements are created in the element creation step, an element definition step for defining the attribute may be performed, and this operation may be repeated.

なお、本明細書でいう「型領域」とは型自身を形成する領域であり、合金溶湯が注入されない部分である。また、「キャビティ領域」とは合金溶湯が注入され最終的に鋳物等の成形品が形成される部分である。また、「型領域」と「キャビティ領域」との界面を境界領域としても良い。また、「型領域」の一部を前述した冷却路領域などとしても良い。   The “mold region” in the present specification is a region where the mold itself is formed, and is a portion where molten alloy is not injected. The “cavity region” is a portion where a molten alloy is injected and a molded product such as a casting is finally formed. Further, the interface between the “mold region” and the “cavity region” may be used as the boundary region. Further, a part of the “mold region” may be the cooling path region described above.

各微小要素をキャビティ要素や型要素などと定義する方法は特に限定されない。その一例を図3および図4に示す。なお、以下では便宜上、型モデル及び微小要素を2次元的に説明するが、本質的に3次元の場合も同様である。   A method for defining each microelement as a cavity element or a mold element is not particularly limited. An example is shown in FIGS. In the following, for convenience, the mold model and the minute elements will be described two-dimensionally, but the same is true in the case of three-dimensional.

図3には、直交座標を採用し、微小要素1を正方形(3次元的には直方体または立方体等の多面体形状)とした場合を示した。座標上の波線は、キャビティの境界線である。各微小要素1の重心2が、型領域(斜線部分)に存在するときはその微小要素1を型要素と定義し、キャビティ領域に存在するときはその微小要素をキャビティ要素と定義する。   FIG. 3 shows a case where orthogonal coordinates are employed and the microelement 1 is a square (three-dimensionally a polyhedral shape such as a rectangular parallelepiped or a cube). The wavy line on the coordinates is the boundary of the cavity. When the center of gravity 2 of each microelement 1 exists in the mold area (shaded portion), the microelement 1 is defined as a mold element, and when it exists in the cavity area, the microelement is defined as a cavity element.

各々の各微小要素1を型要素またはキャビティ要素と定義した状態を図4に示す。重心2が型領域に存在する場合を白丸○、重心2がキャビティ領域に存在する場合を●で表した。なお、型領域及びキャビティ領域のいずれにも該当しない微小要素1は、計算上の負荷とならないように規定すると良い。   FIG. 4 shows a state where each microelement 1 is defined as a mold element or a cavity element. A case where the center of gravity 2 exists in the mold region is represented by a white circle ◯, and a case where the center of gravity 2 exists in the cavity region is represented by ●. In addition, it is good to prescribe | regulate that the microelement 1 which does not correspond to any of a type | mold area | region and a cavity area | region does not become a calculation load.

(d)流入位置設定ステップ
流入位置設定ステップは、合金溶湯を押圧するプランジャの近傍にあるキャビティ要素から選定された選定キャビティ要素に該合金溶湯の加圧流入位置を設定するステップである。通常、加圧流入位置は、プランジャ前面にある型合わせ面近傍のキャビティ要素に点で定義される。この加圧流入位置の設定された点で合金溶湯が吹き出すことになる。なお、この選定キャビティ要素は一つでもよいが、通常はプランジャ形状に応じて複数設けられる。合金溶湯の現実の加圧状況に応じて、複数の選定キャビティ要素に重み係数を付与しても良い。また、流入位置は、合金溶湯を加圧するプランジャと共に移動するように設定しても良い。
(D) Inflow position setting step The inflow position setting step is a step of setting the pressurized inflow position of the molten alloy to a selected cavity element selected from the cavity elements near the plunger that presses the molten alloy. Usually, the pressure inflow position is defined by a point in the cavity element near the die-matching surface on the front surface of the plunger. The molten alloy is blown out at the point where the pressure inflow position is set. The number of the selected cavity elements may be one, but usually a plurality of the selected cavity elements are provided according to the plunger shape. A weighting factor may be given to a plurality of selected cavity elements according to the actual pressurization state of the molten alloy. The inflow position may be set so as to move together with the plunger that pressurizes the molten alloy.

(2)充填解析工程
充填解析工程は、設定された型モデル中のキャビティへ合金溶湯が充填される充填過程を順次算出する工程である。これにより、キャビティ内に注入された合金溶湯の物理的挙動が微小時間毎に、微小要素単位で解析される。
(2) Filling analysis step The filling analysis step is a step of sequentially calculating the filling process in which the molten alloy is filled into the cavity in the set mold model. As a result, the physical behavior of the molten alloy injected into the cavity is analyzed on a minute element basis for each minute time.

具体的な算出方法は、特に限定されるものではなく、公知または慣用される方法を用いることができる。例えば、VOF(VolumeofFluid)、SOLA、FANやそれらの改良された計算方法等を用いることができる。これらの解析に用いられる基礎方程式として図5に示すような、(1−1)連続の式、(1−2)ナビア・ストークス(Navier−Stokes)の式、(1−3)VOF(界面の追跡)の式がある。この充填解析工程は、例えば、図6に示すような、流速・圧力算出ステップ、合金溶湯の移動ステップ、要素フラッグの変更ステップから構成される。   A specific calculation method is not particularly limited, and a known or commonly used method can be used. For example, VOF (Volume of Fluid), SOLA, FAN, or an improved calculation method thereof can be used. As basic equations used in these analyses, as shown in FIG. 5, (1-1) continuity equation, (1-2) Navier-Stokes equation, (1-3) VOF (interface There is a formula of (tracking). This filling analysis step includes, for example, a flow velocity / pressure calculation step, a molten alloy moving step, and an element flag changing step as shown in FIG.

(a)流速・圧力算出ステップ
流速・圧力算出ステップでは、充填要素および表面要素に関して、前記ナビア・ストークスの式および連続の式から流速が算出される。なお、ここでいう「圧力」は合金溶湯の圧力である。
(A) Flow velocity / pressure calculation step In the flow velocity / pressure calculation step, the flow velocity is calculated from the Navia-Stokes equation and the continuous equation for the filling element and the surface element. The “pressure” here is the pressure of the molten alloy.

(b)合金溶湯の移動ステップ
合金溶湯の移動ステップでは、前記VOFの式から微小時間で移動する流体量が算出される。これにより各キャビティ要素の充填度合は充填率(流体率)で表現されることになる。例えば、充填率が0以下の場合は空隙要素であり、充填率>0の場合は充填要素となる。このように本明細書では、合金溶湯が少しでも充填された微小要素(充填率が0より大きく1以下のキャビティ要素)を「充填要素」と呼ぶ。逆に、充填率=0の微小要素を「空隙要素」と呼ぶ。
(B) Molten Alloy Movement Step In the molten alloy movement step, the amount of fluid that moves in a minute time is calculated from the VOF equation. Thereby, the filling degree of each cavity element is expressed by a filling rate (fluid rate). For example, when the filling rate is 0 or less, it is a void element, and when the filling rate> 0, it is a filling element. As described above, in this specification, a minute element (a cavity element having a filling rate larger than 0 and equal to or smaller than 1) filled with a molten alloy is referred to as a “filling element”. Conversely, a minute element with a filling rate = 0 is referred to as a “gap element”.

(c)要素フラッグの変更ステップ
要素フラッグの変更ステップでは、例えば、表面要素に境界条件として空隙圧力(キャビティ内の気圧)が付与される。
これら各ステップが合金溶湯の充填完了まで繰り返される。なお、この充填完了は、キャビティ要素の種類を調べ、キャビティ要素の90%以上が充填要素になったかで判断する。または、予め、初期溶湯量とキャビティ体積から算出しておいた充填時間を超えた時点で判断してもよい。このとき、未充填要素がある場合の未充填要素の温度は隣接要素の温度を順次あてはめるとよい。
(C) Element Flag Change Step In the element flag change step, for example, a void pressure (atmospheric pressure in the cavity) is applied to the surface element as a boundary condition.
These steps are repeated until the filling of the molten alloy is completed. The completion of the filling is determined by examining the type of the cavity element and determining whether 90% or more of the cavity elements have become the filling elements. Alternatively, it may be determined when the filling time calculated in advance from the initial molten metal amount and the cavity volume is exceeded. At this time, when there is an unfilled element, the temperature of the unfilled element may be sequentially applied to the temperature of the adjacent element.

(3)凝固解析工程
凝固解析工程は、充填された合金溶湯が凝固する凝固過程を順次算出する工程である。この凝固解析工程は、例えば図7に示すように、凝固特性定義ステップおよび凝固解析ステップからなる。この凝固解析工程では、各ステップを予め設定した微小な基準時間毎に順次進めていき、各ステップ毎に合金溶湯の凝固挙動を解析する。こうして、任意に設定した時間における凝固解析が可能となる。
(3) Solidification analysis step The solidification analysis step is a step of sequentially calculating the solidification process in which the filled alloy melt solidifies. This solidification analysis process includes, for example, a solidification characteristic definition step and a solidification analysis step as shown in FIG. In this solidification analysis process, each step is sequentially advanced every minute reference time set in advance, and the solidification behavior of the molten alloy is analyzed for each step. In this way, solidification analysis at an arbitrarily set time becomes possible.

(a)凝固特性定義ステップ
凝固特性定義ステップはは、合金溶湯の種類に応じて、その合金溶湯の凝固割合である固相率またはその合金溶湯中から共晶が晶出し始める温度である共晶凝固温度と、合金溶湯の冷却速度との相関を示す過冷凝固特性を定義するステップである。
この過冷凝固特性は、例えば、固相率が温度および冷却速度の関数として与えられても良いし、また、各変数が対応する数値群のデータベースとして与えられても良い。以下では、過冷凝固特性として、固相率が温度および冷却速度の関数(図8の式(2−1))として表現され得る場合について説明する。
(A) Solidification characteristic definition step The solidification characteristic definition step is a eutectic which is a solid phase ratio, which is a solidification ratio of the molten alloy, or a temperature at which the eutectic starts to crystallize from the molten alloy, depending on the type of the molten alloy. This is a step of defining supercooling solidification characteristics indicating a correlation between the solidification temperature and the cooling rate of the molten alloy.
In this supercooling solidification characteristic, for example, the solid phase ratio may be given as a function of temperature and cooling rate, or each variable may be given as a database of numerical groups corresponding to each variable. Below, the case where a solid-phase rate can be expressed as a function of temperature and a cooling rate (Formula (2-1) of FIG. 8) as a supercooling solidification characteristic is demonstrated.

(i)共晶凝固温度の冷却速度依存性のモデル化
先ず、本発明者は、ダイカスト鋳造用Al合金として一般的なADC12合金(JIS)を用いて、過冷状態が生じ得る連続冷却中の共晶凝固温度の冷却速度依存性を調査した。この結果、図12に示すような共晶凝固温度と冷却速度の相関を得た。なお、ADC12合金の化学組成および図12の導出過程は後述する。
図12から、冷却速度が小さい範囲の共晶凝固温度は、ADC12合金の平衡状態の共晶凝固温度である568.4℃でほぼ一致する。しかし、冷却速度が大きい範囲の共晶凝固温度は、冷却速度の増加とともに低下し、平衡状態の共晶凝固温度と大きく乖離することが分かった。しかも、冷却速度を対数表示した場合、共晶凝固温度と冷却速度とは、ほぼ直線上に表示される関係となる。このことから、係数a、bを用いて、連続冷却中の共晶凝固温度T ne は、冷却速度Rを用いて次のように表現される。
ne=aR (3−1)
(i) Modeling of cooling rate dependency of eutectic solidification temperature First, the present inventor used a general ADC12 alloy (JIS) as an Al alloy for die casting, during continuous cooling during which a supercooled state may occur. The cooling rate dependence of eutectic solidification temperature was investigated. As a result, a correlation between the eutectic solidification temperature and the cooling rate as shown in FIG. 12 was obtained. The chemical composition of the ADC12 alloy and the derivation process of FIG. 12 will be described later.
From FIG. 12, the eutectic solidification temperature in the range where the cooling rate is small substantially coincides with 568.4 ° C. which is the eutectic solidification temperature in the equilibrium state of the ADC12 alloy. However, it was found that the eutectic solidification temperature in the range where the cooling rate is large decreases with an increase in the cooling rate, and greatly deviates from the eutectic solidification temperature in the equilibrium state. In addition, when the cooling rate is displayed logarithmically, the eutectic solidification temperature and the cooling rate are in a relationship displayed on a substantially straight line. From this, using the coefficients a and b, the eutectic solidification temperature T E ne during continuous cooling is expressed as follows using the cooling rate R.
T E ne = aR b (3-1 )

ここで上記の係数a、bを定めるには測定誤差を考慮する必要がある。本発明者が鋭意研究したところ、図12に示すように、連続冷却中の共晶凝固温度が最も低い直線Aの場合は、aが約600、bが約−0.0178であった。逆に、連続冷却中の共晶凝固温度が最も高い直線Cの場合は、aが約623、bが約−0.0223であった。本発明のように過冷凝固を考慮した凝固解析を行う場合、これらの範囲内で係数aおよびbの数値を選択して、式(3−1)を決定すればよい。具体的には、例えば実験値を最小自乗法で近似して得られた係数a=589.7およびb=−0.01046(図12中の破線Bに相当)を用いるとよい。   Here, in order to determine the above-described coefficients a and b, it is necessary to consider a measurement error. As a result of intensive studies by the inventor, as shown in FIG. 12, in the case of the straight line A having the lowest eutectic solidification temperature during continuous cooling, a was about 600 and b was about −0.0178. On the contrary, in the case of the straight line C having the highest eutectic solidification temperature during continuous cooling, a was about 623 and b was about -0.0223. When performing solidification analysis in consideration of undercooling solidification as in the present invention, numerical values of the coefficients a and b are selected within these ranges and the equation (3-1) may be determined. Specifically, for example, coefficients a = 589.7 and b = −0.01046 (corresponding to the broken line B in FIG. 12) obtained by approximating experimental values by the least square method may be used.

(ii)冷却速度依存性を組み入れた過冷凝固特性のモデル化
次に本発明者は、上記の式(3−1)を用いて、固相率と温度の関数に冷却速度をも組み入れた固相率の冷却速度依存性を表現するために、過冷凝固特性のモデル化を試みた。この手法を図9および図10を用いて説明する。
図9および図10は、前述したADC12合金における固相率が温度および冷却速度に依存することを模式的に示したものである。
(ii) Modeling of undercooling solidification characteristics incorporating cooling rate dependence Next, the present inventor also incorporated cooling rate as a function of solid fraction and temperature using the above equation (3-1). In order to express the cooling rate dependence of the solid phase rate, an attempt was made to model the supercooling solidification characteristics. This method will be described with reference to FIGS.
9 and 10 schematically show that the solid phase ratio in the above-described ADC12 alloy depends on the temperature and the cooling rate.

図中の実線(i)は、平衡状態の固相率を示している。この場合の固相率はADC12合金の物性値であるから、冷却速度に依存せず温度のみの関数となっている。従って、実線(i)の平衡状態での固相率(f)は合金溶湯の温度(T)を用いて、次のように表現される。
=f(T) (3−2)
The solid line (i) in the figure indicates the solid phase ratio in the equilibrium state. In this case, since the solid phase ratio is a physical property value of the ADC12 alloy, it is a function of only the temperature without depending on the cooling rate. Accordingly, the solid fraction in the equilibrium state of a solid line (i) (f s) by using the temperature (T) of the molten alloy, is expressed as follows.
f s = f s (T) (3-2)

一方、図中の実線(ii)は、過冷状態の固相率を示している。この場合の固相率は、前述した図12等からも分かるように、温度のみならず冷却速度にも依存した関数となっている。従って、実線(ii)の平衡状態での固相率(f)は合金溶湯の温度(T)および合金溶湯の冷却速度(R)を用いて、次のように表現される。
ne=f ne(R、T) (3−3)
On the other hand, the solid line (ii) in the figure indicates the solid phase ratio in the supercooled state. The solid phase ratio in this case is a function depending on not only the temperature but also the cooling rate, as can be seen from FIG. Accordingly, the solid fraction in the equilibrium state of a solid line (ii) (f s) by using the temperature (T) and the cooling rate of the molten alloy (R) of the molten alloy, is expressed as follows.
f s ne = f s ne (R, T) (3-3)

ここで図9および図10に示すように、固相率がfs0となるとき、平衡状態の温度をT、過冷状態の温度をT neとすると、式(3−2)および式(3−3)から次のようになる。
s0=f ne(R、T ne )=f(T) (3−4)
Here, as shown in FIGS. 9 and 10, when the solid phase ratio is f s0 , assuming that the temperature in the equilibrium state is T 0 and the temperature in the supercooled state is T 0 ne , the equations (3-2) and From (3-3), it becomes as follows.
f s0 = f s ne (R , T 0 ne) = f s (T 0) (3-4)

過冷状態の凝固解析を高精度で行うには、過冷状態の固相率を指標する式(3−3)を可能な限り正確に定めることが必要となる。しかし、式(3−3)そのものを直接的に特定できる実験データは、通常、あまり多くない。このため、過冷状態の固相率を指標する式(3−3)を直接的に定めることは難しい。   In order to perform the solidification analysis in the supercooled state with high accuracy, it is necessary to determine the formula (3-3) that indicates the solid phase ratio in the supercooled state as accurately as possible. However, there is usually not much experimental data that can directly specify the formula (3-3) itself. For this reason, it is difficult to directly determine the equation (3-3) that indicates the solid phase ratio in the supercooled state.

これに対して平衡状態の固相率に関しては、過去の豊富な熱分析データや熱力学データなどが存在する。これらを利用すれば、式(3−2)を高精度で特定することが可能となる。しかも本発明者は、共晶凝固温度に関して比較的精度の高い冷却速度依存性を示す指標(式(3−1))を得ている。
そこで本発明者は、式(3−1)と式(3−2)を組み合わせることで、比較的高精度で式(3−3)の関数を特定できると考えた。具体的には、図9および図10に示すような比例計算を利用することで、式(3−3)を決定できると考えた。なお、比例計算で近似されるとする根拠は、ADC12合金の場合、凝固潜熱の大部分が共晶凝固時に放出されるためである。
以下、具体的に式(3−3)の特定方法を説明する。
On the other hand, regarding the solid phase ratio in the equilibrium state, there are abundant past thermal analysis data and thermodynamic data. By using these, it becomes possible to specify the expression (3-2) with high accuracy. In addition, the present inventor has obtained an index (Equation (3-1)) indicating a relatively high cooling rate dependency with respect to the eutectic solidification temperature.
Therefore, the present inventor considered that the function of the expression (3-3) can be specified with relatively high accuracy by combining the expression (3-1) and the expression (3-2). Specifically, it was considered that Equation (3-3) can be determined by using proportional calculation as shown in FIGS. The reason for approximation by proportional calculation is that in the case of ADC12 alloy, most of the latent heat of solidification is released during eutectic solidification.
Hereinafter, the specific method of Formula (3-3) is demonstrated concretely.

先ず、T ne>T neの場合について、図9を参照して説明する。図9中、Tは液相線温度であり、Tは平衡状態の共晶凝固温度である。
液相線温度Tから各温度までの温度差をそれぞれ次のようにおく。
p =T−T
q =T−T
ne=T−T ne
ne=T−T ne=T−aR (式(3−1)より)
ここで平衡状態と過冷状態との比例関係を考慮すると次のようになる。
p:q=pne:qne
ここに前述の各式を代入して整理すると次のようになる。
=T−(T−T)(T−T ne)/(T−aR) (3−5)
First, the case of T 0 ne > T E ne will be described with reference to FIG. In Figure 9, T L is the liquidus temperature, T E is the eutectic solidification temperature at equilibrium.
The temperature difference between the liquidus temperature T L to each temperature respectively put as follows.
p = T L −T 0
q = T L -T E
p ne = T L −T 0 ne
q ne = T L -T E ne = T L -aR b ( formula (3-1) from)
Here, the proportional relationship between the equilibrium state and the supercooled state is considered as follows.
p: q = p ne : q ne
Substituting the above formulas and rearranging them gives the following.
T 0 = T L - (T L -T E) (T L -T 0 ne) / (T L -aR b) (3-5)

ここで液相線温度Tおよび平衡状態の共晶凝固温度Tは物性値であり、係数aおよびbは前述したように実験値から特定され得る。従って、連続冷却中の温度T neと冷却速度Rが特定されると、式(3−5)から式(3−4)のTが求まり、平衡状態の固相率の関数式からf(T)=fs0により過冷状態(R、T ne)のときの固相率が求まることになる。
次に、T ne<T neの場合も図10を参照すると明らかなように、r:s=rne:sneであるから次式が得られる。
=T−(T−T)(T−T ne)/(aR−T) (3−6)
Here liquidus temperature T L and eutectic solidification temperature T E of the equilibrium state is a physical property value, the coefficients a and b can be identified from the experimental values as described above. Therefore, when the temperature T 0 ne during continuous cooling and the cooling rate R are specified, T 0 of the equation (3-4) is obtained from the equation (3-5), and f is obtained from the functional equation of the solid phase ratio in the equilibrium state. The solid phase ratio in the supercooled state (R, T 0 ne ) is obtained by s (T 0 ) = f s0 .
Next, also in the case of T 0 ne <T E ne , as is apparent from FIG. 10, r: s = r ne : s ne , so that the following equation is obtained.
T 0 = T E - (T E -T S) (T E -T 0 ne) / (aR b -T S) (3-6)

なお、図10および式(3−6)中のTは固相線温度である。この場合も前述した場合と同様に、固相線温度Tおよび平衡状態の共晶凝固温度Tは物性値であり、係数aおよびbは前述したように実験値から特定され得る。従って、連続冷却中の温度T neと冷却速度Rが特定されると、式(3−5)から式(3−4)のTが求まり、平衡状態の固相率の関数式からf(T)=fs0により過冷状態のときの固相率が求まることになる。
最後にT ne=T neのときは次のようになる。
=T(3−7)
このとき、fs0=f(T)として過冷状態の固相率が求まる。
Incidentally, T S in FIG. 10 and Formula (3-6) is the solidus temperature. As with this case was also described above, the solidus temperature T S and the eutectic solidification temperature T E of the equilibrium state is a physical property value, the coefficients a and b can be identified from the experimental values as described above. Therefore, when the temperature T 0 ne during continuous cooling and the cooling rate R are specified, T 0 of the equation (3-4) is obtained from the equation (3-5), and f is obtained from the functional equation of the solid phase ratio in the equilibrium state. By s (T 0 ) = f s0 , the solid phase ratio in the supercooled state is obtained.
Is as follows when the last T 0 ne = T E ne.
T 0 = T E (3-7)
At this time, the solid phase ratio in the supercooled state is obtained as f s0 = f s (T E ).

以上のような過冷凝固特性のモデル化により、過冷凝固を考慮した凝固解析を進めることが可能となる。なお、本実施形態では、比例計算方法を用いた過冷凝固特性のモデル化を示したが、このモデル化は比例計算方法に限られる訳ではなく、過冷状態を巧く取り込めるなら他の手法を用いても良い。   By modeling the supercooling solidification characteristics as described above, it is possible to proceed with solidification analysis in consideration of supercooling solidification. In the present embodiment, the modeling of the supercooling solidification characteristics using the proportional calculation method is shown, but this modeling is not limited to the proportional calculation method, and other methods can be used if the supercooling state can be skillfully taken in. May be used.

(b)凝固解析ステップ
凝固解析ステップは、過冷凝固特性に基づいて合金溶湯が充填されたキャビティ要素である充填要素内の合金溶湯が凝固する凝固過程を経時的に算出するステップである。凝固解析ステップは、例えば、合金溶湯が充填された充填要素について潜熱放出量、温度、冷却速度および固相率等を順次繰り返す小ステップから構成される。こうして、微小なキャビティ要素毎に、微小時間毎の合金溶湯の物理的挙動が解析される。具体的には、各充填要素間または金型の最表面とそれに接する充填要素との間における伝熱(熱伝導、熱伝達)が解析され、各充填要素の合金溶湯の温度等が経時的に算出される。そしてこの際、本発明では、凝固特性値定義ステップで定義された過冷凝固特性に基づいて解析が進められる。
(B) Solidification analysis step The solidification analysis step is a step of calculating with time the solidification process in which the molten alloy in the filling element, which is a cavity element filled with molten alloy, solidifies based on the supercooling solidification characteristics. The solidification analysis step includes, for example, small steps that sequentially repeat the latent heat release amount, temperature, cooling rate, solid phase rate, and the like for the filling element filled with the molten alloy. Thus, the physical behavior of the molten alloy for each minute time is analyzed for each minute cavity element. Specifically, heat transfer (heat conduction, heat transfer) between each filling element or between the outermost surface of the mold and the filling element in contact therewith is analyzed, and the temperature of the molten alloy of each filling element is changed over time. Calculated. At this time, in the present invention, the analysis proceeds based on the supercooling solidification characteristic defined in the solidification characteristic value defining step.

本発明では、基本的な合金溶湯の凝固解析手法自体は特に限定されない。例えば、伝熱解析の基礎式として、エネルギー保存則(図8の式(2−2))が用いられる。この微分方程式の数値解法として、例えば、前進オイラー法、後退オイラー法、クランク−ニコルソン法、ルンゲ・クッタ法等の公知または慣用された手法やそれらを改良した手法が用いられる。   In the present invention, the basic solidification analysis method itself of the molten alloy is not particularly limited. For example, an energy conservation law (formula (2-2) in FIG. 8) is used as a basic formula for heat transfer analysis. As a numerical solution method of this differential equation, for example, a known or commonly used method such as a forward Euler method, a backward Euler method, a crank-Nicholson method, a Runge-Kutta method, or a method obtained by improving them is used.

また凝固の取り扱い方法としては、温度回復法、等価比熱法、エンタルピ法等の公知または慣用された手法やそれらを改良した手法が用いられる。特に、温度回復法を用いる場合、上述した式(2−2)の基礎式を図8の式(2−3a)と変形し、凝固の取り扱いは温度回復法を表現した式(2−3b)を用いても良い。ちなみに、温度回復法とは、伝熱基礎式を2段階に分けて解く方法である。すなわち、先ず凝固を考慮せずに式(2−3a)の基礎式を解き、次に凝固潜熱放出量とそれに相応する温度回復量を求める方法である。
こうして算出される固相率は、キャビティ要素内に充填された合金溶湯全体を100質量%としたときの固相の質量%などで表される。
As a method for handling solidification, a known or commonly used method such as a temperature recovery method, an equivalent specific heat method, an enthalpy method, or a method obtained by improving them is used. In particular, when the temperature recovery method is used, the basic equation of the equation (2-2) described above is transformed into the equation (2-3a) in FIG. 8, and the solidification is expressed by the equation (2-3b) expressing the temperature recovery method. May be used. By the way, the temperature recovery method is a method of solving the heat transfer basic equation in two stages. That is, first, the basic equation of Formula (2-3a) is solved without considering solidification, and then a solidification latent heat release amount and a temperature recovery amount corresponding thereto are obtained.
The solid phase ratio calculated in this way is expressed by mass% of the solid phase when the entire molten alloy filled in the cavity element is 100 mass%.

実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
〈冷却速度依存性〉
先ず、本発明のダイカストシミュレーションを行う際に必要となる共晶凝固温度の冷却速度依存性を調査した。具体的には、鋳造用Al合金(JIS:ADC12)を用いてダイカスト実験及び流込み注湯実験を行い、連続冷却時の凝固完了までの温度変化を各々測定した。なお、用いたAl合金(ADC12)の化学組成は、Cu:2.89%、Si:11.62%、Mg:0.21%、Zn:0.93%、Fe:0.88%、Mn:0.34%、Ni:0.05%、Al:残部(単位:質量%)であった。
The present invention will be described more specifically with reference to examples.
<Cooling rate dependency>
First, the cooling rate dependency of the eutectic solidification temperature required for performing the die casting simulation of the present invention was investigated. Specifically, a die casting experiment and a pouring experiment were performed using an Al alloy for casting (JIS: ADC12), and temperature changes until solidification at the time of continuous cooling were measured. The chemical composition of the Al alloy (ADC12) used was Cu: 2.89%, Si: 11.62%, Mg: 0.21%, Zn: 0.93%, Fe: 0.88%, Mn : 0.34%, Ni: 0.05%, Al: remainder (unit: mass%).

(1)ダイカスト実験
縦型ダイカスト機に、製品部(キャビティ)寸法が100mmx100mmx肉厚10mmのキャビティを持つ工具鋼(JIS:SKD61)製の金型を設置した。この金型のキャビティに先端直径0.1mmで応答時間0.05s以下の高応答性アルメルクロメル熱電対を取り付けた。
上記のAl合金を電気抵抗炉で溶解したAl合金溶湯を、上記のキャビティに連結された射出スリーブ内に注湯した。そして溶湯温度が610℃、640℃または670℃の各々の温度に達したときに、Al合金溶湯をキャビティに充填した。このときの鋳造圧力(プランジャ圧力)は50MPaとした。
(1) Die Casting Experiment A tool steel (JIS: SKD61) mold having a cavity with a product part (cavity) size of 100 mm × 100 mm × thickness 10 mm was installed in a vertical die casting machine. A highly responsive alumel chromel thermocouple having a tip diameter of 0.1 mm and a response time of 0.05 s or less was attached to the cavity of this mold.
A molten Al alloy obtained by melting the Al alloy in an electric resistance furnace was poured into an injection sleeve connected to the cavity. When the molten metal temperature reached 610 ° C., 640 ° C. or 670 ° C., the Al alloy molten metal was filled in the cavity. The casting pressure (plunger pressure) at this time was 50 MPa.

Al合金溶湯を射出するときの注湯温度を670℃として、Al合金溶湯が凝固完了するまでの温度変化を記録した。これを図11に示す。
先ず、図11のプランジャ変位を観ると、0.95s付近でその変化がほぼ無くなり、溶湯が金型のキャビティ内に充満したことがわかる。このとき、充填された溶湯の温度が一旦最大になった後(図11中のA点)、急速に温度が低下し、温度変化が非常に小さい緩やかな部分が現れた(図11中のB点)。この部分は、共晶凝固が進行している部分であり、このときの初期温度を連続冷却時の共晶凝固温度とした。この共晶凝固温度は、540℃であり、平衡状態にある上記Al合金(ADC12)の共晶凝固温度(568.4℃)よりも低い。従って、本実験の場合、過冷凝固状態で共晶が晶出していることが明らかである。
The pouring temperature when injecting the Al alloy melt was 670 ° C., and the temperature change until the Al alloy melt was completely solidified was recorded. This is shown in FIG.
First, when the plunger displacement shown in FIG. 11 is observed, it can be seen that the change almost disappears in the vicinity of 0.95 s, and the molten metal is filled in the cavity of the mold. At this time, after the temperature of the molten metal once reached the maximum (point A in FIG. 11), the temperature dropped rapidly, and a gentle portion with a very small temperature change appeared (B in FIG. 11). point). This portion is a portion where eutectic solidification is proceeding, and the initial temperature at this time was defined as the eutectic solidification temperature during continuous cooling. This eutectic solidification temperature is 540 ° C., which is lower than the eutectic solidification temperature (568.4 ° C.) of the Al alloy (ADC12) in an equilibrium state. Therefore, in the case of this experiment, it is clear that the eutectic crystallizes in the supercooled solidified state.

(2)流込み注湯実験
電気抵抗炉で溶解した上記のAl合金(ADC12)を種々の鋳型に流し込み、凝固完了までの温度変化を前述した熱電対と同じ高応答性熱電対(直径:0.1mm)を用いて測定した。種々の鋳型を用いたのは、Al合金溶湯の冷却速度を変化させるためである。用いた鋳型は、銅金型(50x150x100mm)およびシェル型(φ40x50mm)である。各鋳型へ注ぎ込んだAl合金溶湯の温度は、いずれも650℃とした。
(2) Casting pouring experiment The Al alloy (ADC12) melted in an electric resistance furnace was poured into various molds, and the temperature change until solidification was completed was the same as the thermocouple described above (diameter: 0). 0.1 mm). The reason why the various molds were used is to change the cooling rate of the molten Al alloy. The molds used were a copper mold (50 × 150 × 100 mm) and a shell mold (φ40 × 50 mm). The temperature of the Al alloy melt poured into each mold was 650 ° C. for all.

前述したダイカスト実験の場合と同様にして、それぞれの場合の測定結果から共晶凝固温度を読み取った。
銅金型を用いた場合の冷却速度は約840℃/sで共晶凝固温度は548.3℃、シェル型を用いた場合の冷却速度は約14.9℃/sで共晶凝固温度は564.5℃であった。冷却速度が低いものは平衡状態の共晶凝固温度(568.4℃)に近かったが、冷却速度が大きなもの平衡状態の共晶凝固温度はよりも低かった。
The eutectic solidification temperature was read from the measurement results in each case in the same manner as in the above-described die casting experiment.
When using a copper mold, the cooling rate is about 840 ° C./s, the eutectic solidification temperature is 548.3 ° C., and when using the shell mold, the cooling rate is about 14.9 ° C./s and the eutectic solidification temperature is 564.5 ° C. The low cooling rate was close to the equilibrium eutectic solidification temperature (568.4 ° C.), but the high cooling rate was lower than the equilibrium eutectic solidification temperature.

(3)共晶凝固温度および固相率の冷却速度依存性
上記のダイカスト実験および流込み注湯実験で測定した共晶凝固温度と文献に記載された共晶凝固温度と併せて、共晶凝固温度と冷却速度との相関を図12に示した。そしてこの図12から、前述した式(3−1)の係数aおよびbを求めた後、式(3−5)〜(3−7)を用いて、各冷却速度における固相率と温度の関係を求めた。この結果を図13に示す。
(3) Dependence of eutectic solidification temperature and cooling rate on cooling rate The eutectic solidification temperature is combined with the eutectic solidification temperature measured in the above-mentioned die casting experiment and pouring experiment and the eutectic solidification temperature described in the literature. The correlation between temperature and cooling rate is shown in FIG. And after calculating | requiring the coefficient a and b of Formula (3-1) mentioned above from this FIG. 12, using the Formula (3-5)-(3-7), the solid-phase rate and temperature of each cooling rate Sought a relationship. The result is shown in FIG.

《試験1》
〈ダイカスト鋳物の製造〉
(1)金型
図14に示す形状の試験用の金型を用意した。この製品部(鋳物部)の形状が本発明でいうキャビティ形状(領域)に相当する。各部のサイズは次の通りである。
製品部 :100x100x肉厚2(mm)
ゲート :幅25x厚さ2(mm)
ランナ :10x20x50(mm)
スリーブ :φ60x300(mm)
<< Test 1 >>
<Manufacture of die castings>
(1) Mold A test mold having the shape shown in FIG. 14 was prepared. The shape of the product part (casting part) corresponds to the cavity shape (region) in the present invention. The size of each part is as follows.
Product part: 100x100x wall thickness 2 (mm)
Gate: width 25 x thickness 2 (mm)
Runner: 10x20x50 (mm)
Sleeve: φ60x300 (mm)

(2)ダイカスト鋳造
現物であるダイカスト鋳物を、上記の金型を用いて135tのダイカスト機を用いて製造した。このとき、充填中の合金溶湯がキャビティ内の空気を巻き込まないようにした。具体的には、プランジャを低速(射出速度:0.01m/s)で0.1s間移動させた後、高速(射出速度:0.4m/s)に切り替えて合金溶湯を充填した。
(2) Die-casting The actual die-casting was manufactured using a 135-ton die-casting machine using the above mold. At this time, the molten alloy being filled was prevented from entraining air in the cavity. Specifically, the plunger was moved at a low speed (injection speed: 0.01 m / s) for 0.1 s and then switched to a high speed (injection speed: 0.4 m / s) to fill the molten alloy.

金型のキャビティへ合金溶湯を加圧充填するプランジャは、サイズがφ60x300(mm)のものを用いた。キャビティ内のガスはガス排出孔から排出して、キャビティ内を50torr(キャビティ内の実測値)まで減圧した。注湯温度は、保持炉で約670℃とした。こうして、アルミニウム合金(前述したADC12合金)製の平板試験片(製品部の肉厚が2mmのダイカスト鋳物)を得た。   A plunger having a size of φ60 × 300 (mm) was used as the plunger for pressurizing and filling the molten alloy into the mold cavity. The gas in the cavity was discharged from the gas discharge hole, and the pressure in the cavity was reduced to 50 torr (actual measurement value in the cavity). The pouring temperature was about 670 ° C. in a holding furnace. In this way, a flat plate test piece (die casting with a product part thickness of 2 mm) made of an aluminum alloy (ADC12 alloy described above) was obtained.

このダイカスト鋳造の際、製品部に相当する金型のキャビティ内に溶湯が充填されてから凝固完了するまでの温度変化を、前述した場合と同様に直径0.1mmのアルメルクロメル熱電対で測定した。この温度変化の様子を図15に示した。   During this die casting, the temperature change from the filling of the molten metal into the mold cavity corresponding to the product portion to the completion of solidification was measured with an alumel chromel thermocouple having a diameter of 0.1 mm as described above. . The state of this temperature change is shown in FIG.

〈ダイカストシミュレーション〉
本発明の合金溶湯の凝固解析方法に係るダイカストシミュレーションを行い、その結果と上記の実測結果とを比較して両者の適合性を評価した。以下、その内容を詳述する。
(1)モデル設定工程
図14に示した金型の設計時に作成したCADデータを用いて、ダイカストシミュレーションに用いる型モデルを形成した(モデル形成ステップ)。そして、その型モデルを微小要素に分割した(要素作成ステップ)。分割方法は、矩形要素でメッシュ分割とした。さらに、各要素をキャビティ要素または型要素として定義した(要素定義ステップ)。プランジャの内壁面近傍にあるキャビティ要素を選定して、その選定キャビティ要素に加圧流入位置を設定した(流入位置設定ステップ)。
<Die-casting simulation>
A die casting simulation according to the solidification analysis method of the molten alloy according to the present invention was performed, and the result was compared with the above measurement result to evaluate the compatibility between them. The details will be described below.
(1) Model setting process Using the CAD data created at the time of designing the mold shown in FIG. 14, a mold model used for die casting simulation was formed (model formation step). Then, the mold model was divided into minute elements (element creation step). The division method was a mesh division with rectangular elements. Furthermore, each element was defined as a cavity element or a mold element (element definition step). A cavity element in the vicinity of the inner wall surface of the plunger was selected, and a pressurized inflow position was set in the selected cavity element (inflow position setting step).

(2)充填解析工程および凝固解析工程
上記金型モデルのキャビティ要素(空隙要素)への合金溶湯の凝固解析は、現実の鋳造条件を考慮しつつ、既述した図6に示す各ステップに沿って行った。充填完了は、キャビティ要素の90%以上が充填要素になった時点で判断し、凝固完了は、キャビティ要素の固相率が1となった時点で判断した。この凝固完了によりシミュレーションが終了する。
(2) Filling analysis step and solidification analysis step Solidification analysis of the molten alloy into the cavity element (void element) of the above-mentioned mold model follows the steps shown in FIG. 6 described above in consideration of actual casting conditions. I went. Completion of filling was judged when 90% or more of the cavity elements became filling elements, and completion of solidification was judged when the solid phase ratio of the cavity elements became 1. The simulation is completed when the solidification is completed.

ところで、このシミュレーションを行うに際して、図13に示した冷却速度に依存した固相率と温度との関係(式(1)参照)を過冷凝固特性として定義した(凝固特性定義ステップ)。また、エネルギー保存則(式(2−3a)参照)および温度回復法(式(2−3b)参照)に基づき凝固解析ステップを行った。
なお、比較のため、上記の凝固特性定義ステップを省略した従来の凝固解析工程からなるシミュレーションも併せて行った。この際に必要となる凝固特性値には、平衡状態の物性値を用いた。
By the way, when performing this simulation, the relationship between the solid phase ratio and temperature depending on the cooling rate shown in FIG. 13 (see formula (1)) was defined as the supercooling solidification characteristic (solidification characteristic definition step). In addition, a solidification analysis step was performed based on the energy conservation law (see formula (2-3a)) and the temperature recovery method (see formula (2-3b)).
For comparison, a simulation including a conventional solidification analysis process in which the above-described solidification characteristic definition step is omitted was also performed. As solidification characteristic values required at this time, physical property values in an equilibrium state were used.

〈評価〉
ダイカスト鋳造時の温度変化に関して、前述した実測値と、上記のシミュレーションから求めた解析結果とを図15に併せて示した。
実測値の共晶凝固温度は約540℃で推移した。本発明に係る解析結果の共晶凝固温度は、約542℃から開始し、その後間もなく実測値と重なるように推移した。これより、本発明に係るシミュレーションは現実の実験結果と極めてよく一致することが確認された。
これに対して従来の解析方法で得られた共晶凝固温度は568.4℃から開始し、現実の実験結果と大きく乖離したものであることが確認された。
<Evaluation>
Regarding the temperature change at the time of die casting, the actual measurement value described above and the analysis result obtained from the above simulation are shown together in FIG.
The measured eutectic solidification temperature was about 540 ° C. The eutectic solidification temperature of the analysis result according to the present invention started from about 542 ° C. and changed so as to overlap with the measured value soon after. From this, it was confirmed that the simulation according to the present invention agrees very well with the actual experimental results.
On the other hand, it was confirmed that the eutectic solidification temperature obtained by the conventional analysis method started from 568.4 ° C. and greatly deviated from the actual experimental results.

《試験2》
前述したダイカスト鋳物の製品部の肉厚を2mmから10mmに変更して、試験1の場合と同様に、現実のダイカスト鋳造およびダイカストシミュレーションを行い、温度変化を調べた。これらの結果を図16に示す。
<< Test 2 >>
The thickness of the product part of the die cast product described above was changed from 2 mm to 10 mm, and in the same manner as in the case of Test 1, actual die casting and die casting simulation were performed to check the temperature change. These results are shown in FIG.

製品部の肉厚が増加したことで、温度測定箇所に相当するキャビティ部分(またはキャビティ要素)の冷却速度が遅くなる。このため、実測値の共晶凝固温度は約550℃になり、試験1の場合よりも約10℃高かった。本発明に係るシミュレーションから得られた解析結果の共晶凝固温度は、その実測値よりも少し低めの約544℃から開始したものの、その後間もなく実測値に近接しつつ推移した。これより、本発明に係るシミュレーションは、キャビティ形状等が変更になって冷却速度が変化する場合であっても、現実の実験結果と極めてよく一致する結果が得られることが確認された。   By increasing the thickness of the product portion, the cooling rate of the cavity portion (or cavity element) corresponding to the temperature measurement point becomes slow. For this reason, the measured eutectic solidification temperature was about 550 ° C., which was about 10 ° C. higher than that in Test 1. The eutectic solidification temperature of the analysis result obtained from the simulation according to the present invention started from about 544 ° C., which is a little lower than the actual measurement value, but soon moved closer to the actual measurement value. From this, it was confirmed that the simulation according to the present invention can obtain a result that agrees very well with the actual experimental result even when the cooling rate changes due to a change in the cavity shape or the like.

これに対して従来の解析方法で得られた共晶凝固温度は、568.4℃から開始しその後も実測値と乖離したまま推移して実測値には接近しなかった。
以上から明らかなように、本発明に係るシミュレーションによれば、現実の実験結果をより高精度に再現した解析結果が得られることが確認された。
On the other hand, the eutectic solidification temperature obtained by the conventional analysis method started from 568.4 ° C., and remained unchanged from the actual measurement value and did not approach the actual measurement value.
As is clear from the above, it was confirmed that according to the simulation according to the present invention, an analysis result reproducing the actual experimental result with higher accuracy can be obtained.

本発明の合金溶湯の凝固解析方法の処理手順を示すメインフローチャートである。It is a main flowchart which shows the process sequence of the solidification analysis method of the molten alloy of this invention. メインフローチャートの中のモデル設定工程を詳述したサブフローチャートである。It is a subflowchart which detailed the model setting process in the main flowchart. 型モデルを微小要素に分割した様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the type | mold model was divided | segmented into the microelement. 分割した微小要素を型要素またはキャビティ要素と定義した様子を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows a mode that the divided | segmented microelement was defined as a mold element or a cavity element. 充填解析で用いた基礎方程式を示す図である。It is a figure which shows the basic equation used by the filling analysis. メインフローチャートの中の充填解析工程を詳述したサブフローチャートである。It is a subflowchart which explained the filling analysis process in the main flowchart in detail. メインフローチャートの中の凝固解析工程を詳述したサブフローチャートである。It is a sub-flowchart which explained in detail the solidification analysis process in the main flow chart. 凝固解析で用いた基礎方程式を示す図である。It is a figure which shows the basic equation used by the solidification analysis. 過冷凝固特性のモデル化に用いた固相率と温度との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the solid-phase rate used for modeling of a supercooling solidification characteristic, and temperature. 過冷凝固特性のモデル化に用いた固相率と温度との関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between the solid-phase rate used for modeling of a supercooling solidification characteristic, and temperature. 合金溶湯の温度変化を示す実測値を記録したグラフである。It is the graph which recorded the measured value which shows the temperature change of a molten alloy. 共晶凝固温度の冷却速度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the cooling rate dependence of eutectic solidification temperature. 冷却速度の相違による固相率と温度との相関(過冷凝固特性)を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation (supercooling solidification characteristic) with the solid-phase rate by temperature difference, and temperature. ダイカスト鋳造の製品部およびダイカストシミュレーションの型モデルの形状を示す図である。It is a figure which shows the shape of the product model of die-casting, and the type | mold model of die-casting simulation. 製品部の肉厚を2mmとしたときの合金溶湯の温度と時間の関係を、実測した場合とシミュレーションした場合とで対比したグラフである。It is the graph which contrasted the case of the actual measurement, and the case of simulation about the relationship between the temperature of molten alloy when the thickness of a product part is 2 mm, and time. 製品部の肉厚を10mmとしたときの合金溶湯の温度と時間の関係を、実測した場合とシミュレーションした場合とで対比したグラフである。It is the graph which compared the case where it measured, and the case where it simulated about the relationship between the temperature of molten alloy, and time when the thickness of a product part was 10 mm.

Claims (5)

合金元素を含む金属の溶湯である合金溶湯が充填されるキャビティを構成する型を座標系上にモデル化した型モデルを設定するモデル設定工程と、
該設定された型モデル中のキャビティへ合金溶湯が充填される充填過程を順次算出する充填解析工程と、
該充填された合金溶湯が凝固する凝固過程を順次算出する凝固解析工程とからなる合金溶湯の凝固解析方法において、
前記モデル設定工程は、
前記型モデルを座標系上に位置づけて形成するモデル形成ステップと、
該形成された型モデル中の領域を微小に分割した多数の微小要素を作成する要素作成ステップと、
該作成された微小要素の内で該型モデル中のキャビティ領域に対応する微小要素をキャビティ要素と定義すると共に該型モデル中の型領域に対応する微小要素を型要素と定義する要素定義ステップとを備え、
前記凝固解析工程は、
前記合金溶湯の凝固割合である固相率または該合金溶湯中から共晶が晶出し始める温度である共晶凝固温度と、該合金溶湯の冷却速度との相関を示す過冷凝固特性を定義する凝固特性定義ステップと、
該過冷凝固特性に基づいて前記合金溶湯が充填されたキャビティ要素である充填要素内で該合金溶湯が凝固する凝固過程を経時的に算出する凝固解析ステップと、
を備えることを特徴とする合金溶湯の凝固解析方法。
A model setting step for setting a mold model in which a mold constituting a cavity filled with a molten alloy that is a molten metal containing an alloy element is modeled on a coordinate system;
A filling analysis step for sequentially calculating a filling process in which the molten alloy is filled into the cavity in the set mold model;
In a solidification analysis method for a molten alloy comprising a solidification analysis step for sequentially calculating a solidification process in which the filled molten alloy solidifies,
The model setting step includes
A model forming step of positioning and forming the mold model on a coordinate system;
An element creating step for creating a large number of minute elements obtained by finely dividing a region in the formed mold model;
An element defining step of defining a microelement corresponding to a cavity region in the mold model as a cavity element among the created microelements and defining a microelement corresponding to the mold region in the mold model as a mold element; With
The solidification analysis step includes
Define a solidification ratio that is a solidification ratio of the molten alloy or a eutectic solidification temperature that is a temperature at which eutectic starts to crystallize from the molten alloy and a supercooling solidification characteristic that indicates a correlation between a cooling rate of the molten alloy. A solidification characteristic definition step;
A solidification analysis step for calculating over time a solidification process in which the molten alloy solidifies in a filling element that is a cavity element filled with the molten alloy based on the undercooling solidification characteristics;
A solidification analysis method for molten alloy, comprising:
前記過冷凝固特性は、平衡状態にある合金溶湯の温度と凝固割合である固相率との相関を示す平衡凝固特性に、過冷状態にある前記共晶凝固温度と前記冷却速度との相関を示す共晶凝固温度の冷却速度依存性を加味して算出される請求項1に記載の合金溶湯の凝固解析方法。   The supercooling solidification characteristic is a correlation between the eutectic solidification temperature in the supercooled state and the cooling rate in the equilibrium solidification characteristic indicating the correlation between the temperature of the molten alloy in the equilibrium state and the solid phase ratio as the solidification rate. The solidification analysis method for molten alloy according to claim 1, wherein the solidification analysis is calculated taking into account the cooling rate dependence of the eutectic solidification temperature. 前記合金溶湯は、アルミニウム(Al)合金からなるAl合金溶湯またはマグネシウム(Mg)合金からなるMg合金溶湯である請求項1または2に記載の合金溶湯の凝固解析方法。   3. The solidification analysis method for molten alloy according to claim 1, wherein the molten alloy is an molten Al alloy made of an aluminum (Al) alloy or a molten Mg alloy made of a magnesium (Mg) alloy. 前記Al合金溶湯は、全体を100質量%としたときにケイ素(Si)を10〜13%含む請求項3に記載の合金溶湯の凝固解析方法。   The solidification analysis method for molten alloy according to claim 3, wherein the molten Al alloy contains 10 to 13% of silicon (Si) when the whole is 100 mass%. 請求項1〜4のいずれかに記載の合金溶湯の凝固解析方法をコンピュータを機能させて実行することを特徴とする合金溶湯の凝固解析プログラム。   5. A solidification analysis program for molten alloy according to claim 1, wherein the solidification analysis method for molten alloy is executed by causing a computer to function.
JP2008285511A 2008-11-06 2008-11-06 Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof Pending JP2010110792A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008285511A JP2010110792A (en) 2008-11-06 2008-11-06 Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008285511A JP2010110792A (en) 2008-11-06 2008-11-06 Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010110792A true JP2010110792A (en) 2010-05-20

Family

ID=42299784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008285511A Pending JP2010110792A (en) 2008-11-06 2008-11-06 Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010110792A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020185607A (en) * 2019-05-17 2020-11-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 Method for determining casting conditions
JP7521009B2 (en) 2020-05-28 2024-07-23 ヘレウス アムロイ テクノロジーズ ゲーエムベーハー SIMULATION SYSTEM FOR SELECTING ALLOYS AND PRODUCTION PROCESSES FOR PRODUCING WORKPIECES HAVING AMORPHOUS CHARACTERISTICS - Patent application

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006247684A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Method, apparatus and program for simulating die-casting, and recording medium for recording the program
JP2008155248A (en) * 2006-12-22 2008-07-10 Nissan Motor Co Ltd Heat transfer solidification analysis method for casting

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006247684A (en) * 2005-03-09 2006-09-21 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Method, apparatus and program for simulating die-casting, and recording medium for recording the program
JP2008155248A (en) * 2006-12-22 2008-07-10 Nissan Motor Co Ltd Heat transfer solidification analysis method for casting

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020185607A (en) * 2019-05-17 2020-11-19 アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 Method for determining casting conditions
JP7300888B2 (en) 2019-05-17 2023-06-30 株式会社アイシン Casting condition determination method
JP7521009B2 (en) 2020-05-28 2024-07-23 ヘレウス アムロイ テクノロジーズ ゲーエムベーハー SIMULATION SYSTEM FOR SELECTING ALLOYS AND PRODUCTION PROCESSES FOR PRODUCING WORKPIECES HAVING AMORPHOUS CHARACTERISTICS - Patent application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8355894B2 (en) Method for simulating casting defects and microstructures of castings
Bounds et al. A computational model for defect prediction in shape castings based on the interaction of free surface flow, heat transfer, and solidification phenomena
Ravi et al. Casting solidification analysis by modulus vector method
JP4914429B2 (en) Solidification analysis method and solidification analysis program for molten alloy
JP2007330977A (en) Casting simulation method, apparatus therefor, program therefor, the program-recording medium, and casting method
Boettinger et al. Solidification
Sui et al. Effects of different parameters on porosity defects between the horizontal and vertical shot sleeve processes
JP2010110792A (en) Solidification analysis method for alloy molten metal and solidification analysis program thereof
Mehr et al. Investigation of the efficacy of a water-cooled chill on enhancing heat transfer at the casting-chill interface in a sand-cast A319 engine block
Guo et al. Modeling of alloy casting solidification
Ktari et al. On the improvement of castings quality in hybrid low-pressure sand-casting (LPSC) process in a fully integrated CAE environment
CN114004097B (en) Method for predicting influence of alloy initial components on Al alloy casting microstructure
Lv et al. Experimental and numerical studies on the influence of centrifugal casting parameters on the solidification structure of Al-Cu alloy
JP5442242B2 (en) Cast hole analysis method and cast hole analysis program for die casting
Zarbini Seydani et al. A 2D filling and solidification benchmark test: validating smoothed particle hydrodynamics (SPH) simulations for sand gravity casting
Papanikolaou et al. Sustainable casting processes through simulation-driven optimization
JP5061078B2 (en) Casting simulation method and program thereof
JP4052006B2 (en) Molding simulation method, molding simulation apparatus, molding simulation program, and computer-readable recording medium recording the molding simulation program
Wang et al. Study on the heat transfer at the casting-mould interface in resin-bonded sand mould casting of Mg-Gd-Y-Zr alloy
JP2008155248A (en) Heat transfer solidification analysis method for casting
Abboud et al. Methodology for Thermodynamic Analysis Coupled with Computational Fluid Dynamics Modeling for Casting a Novel Aluminum–Cerium Alloy
Chiumenti et al. A phenomenological model for the solidification of eutectic and hypoeutectic alloys including recalescence and undercooling
JP4373353B2 (en) DIE-CAST SIMULATION METHOD, ITS DEVICE, ITS PROGRAM, AND RECORDING MEDIUM CONTAINING THE PROGRAM
JP5096970B2 (en) Filling and solidification analysis method for molten material and its filling and solidification analysis program
Su Computer-aided optimization of an investment bi-metal casting process

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110328

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120913

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20120927

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20130205

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02