JP2011194414A - Method of and apparatus for casting simulation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳造シミュレーション方法、及び、鋳造シミュレーション装置に関し、具体的には、ダイキャスト鋳造において鋳物に発生する割れの予測精度を向上させる技術に関する。 The present invention relates to a casting simulation method and a casting simulation apparatus, and more specifically to a technique for improving the prediction accuracy of a crack generated in a casting in die casting.
従来、鋳型内に溶湯を射出するダイキャスト鋳造において、溶湯が冷却・凝固する過程で熱収縮の不均一が生じることがある。そして、鋳物に応力や歪みが発生した結果、割れが生じる場合がある。このような割れを防止するため、ダイキャスト鋳造における溶湯の流速データや凝固時の温度データ等を基にして、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による鋳物の鋳造シミュレーションを行い、凝固欠陥の発生状況を予測する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。
Conventionally, in die casting in which a molten metal is injected into a mold, heat shrinkage may be uneven in the process of cooling and solidifying the molten metal. As a result of stress and distortion occurring in the casting, cracks may occur. In order to prevent such cracks, casting simulation of castings using CAE (Computer Aided Engineering) is predicted based on the flow rate data of molten metal in die casting and temperature data during solidification to predict the occurrence of solidification defects. The technique which performs is known (for example, refer
前記ダイキャスト鋳造においては、ゲートから鋳型内に流入する溶湯が、キャビティの内部における凹凸部、とりわけ局所的な突起部位（例えば、エンジンのシリンダブロックにおけるウォータージャケットを形成するためのウォータージャケット用中子のくびれ部分）等の特定の箇所を直撃することがある。これにより、当該箇所が過熱して凝固が遅れた場合は、割れの発生原因となるのである。 In the die-casting, the molten metal flowing into the mold from the gate is formed into uneven portions in the cavity, particularly local protrusions (for example, a water jacket core for forming a water jacket in an engine cylinder block). There are times when a specific part such as a constricted part) is hit directly. Thereby, when the said part overheats and solidification is overdue, it becomes a cause of generation | occurrence | production of a crack.
しかし、前記従来技術のような鋳造シミュレーションでは、このような場合に発生する割れについて事前に予測することができなかった。即ち、前記の場合に発生する割れに対しては、実鋳造によるトライアンドエラー評価による造りこみがなされていたのである。このように、ダイキャスト鋳造における事前予測による対策が可能なシミュレーション方法の確立が望まれていたのである。 However, in the casting simulation as in the prior art, it is impossible to predict in advance the cracks that occur in such a case. That is, for the cracks generated in the above case, a trial and error evaluation was performed by actual casting. Thus, it was desired to establish a simulation method capable of taking countermeasures based on prior prediction in die casting.
そこで本発明では、上記現状に鑑み、ゲートから鋳型内に流入する溶湯が特定の箇所を直撃することによる当該箇所の過熱、及び、それを原因とする割れの発生を、精度良く予測することができる、鋳造シミュレーション方法、及び、鋳造シミュレーション装置を提供するものである。 Therefore, in the present invention, in view of the above-described situation, it is possible to accurately predict the occurrence of cracks caused by overheating of the part due to the molten metal flowing from the gate into the mold directly hitting the specific part. A casting simulation method and a casting simulation apparatus are provided.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項１においては、鋳型内に溶湯を射出するダイキャスト鋳造における前記鋳型内での溶湯の湯流れ解析を行う、鋳造シミュレーション方法であって、前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した鋳型モデルを作成する、モデル作成工程と、湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件を決定する、射出条件決定工程と、前記射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、前記鋳型モデルの要素のうち、判定対象要素における溶湯の流速を算出する、流速算出工程と、前記流速算出工程で算出した溶湯の流速に基づいて、前記判定対象要素における流速積分値を算出する、積分値算出工程と、前記流速積分値が所定の判定値以上である場合には、前記判定対象要素において割れが発生したと判定し、前記流速積分値が前記判定値未満である場合には、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定する、判定工程と、を備えるものである。
That is, according to
請求項２においては、前記判定工程で、前記判定対象要素において割れが発生したと判定した場合は、前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した新たな鋳型モデルを作成し直す、モデル再作成工程と、湯流れ解析における前記新たな鋳型モデルに対する新たな射出条件を決定し直す、射出条件再決定工程と、前記新たな鋳型モデルにおいて、前記新たな射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、前記新たな鋳型モデルにおける要素のうち、所定の判定対象要素における溶湯の流速を算出する、流速再算出工程と、前記流速再算出工程で算出した溶湯の流速に基づいて、前記判定対象要素における流速積分値を算出する、積分値再算出工程と、前記流速積分値が所定の判定値以上である場合には、前記判定対象要素において割れが発生したと判定し、前記流速積分値が前記判定値未満である場合には、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定する、再判定工程と、を、前記再判定工程で、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定するまで繰り返すものである。 In claim 2, when it is determined in the determination step that a crack has occurred in the determination target element, a new mold model in which a cavity in the mold is divided into a plurality of elements is recreated. Re-determining the new injection conditions for the new mold model in the process and the molten metal flow analysis, in the injection condition redetermination step, and performing the molten metal flow analysis based on the new injection conditions in the new mold model; Based on the flow velocity recalculation step for calculating the flow velocity of the molten metal in a predetermined determination target element among the elements in the new mold model and the flow velocity of the molten metal calculated in the flow velocity recalculation step, the flow velocity in the determination target element When an integral value recalculation step for calculating an integral value and the flow velocity integral value is equal to or greater than a predetermined determination value, a crack has occurred in the determination target element Determining and determining that no crack has occurred in the determination target element when the flow velocity integral value is less than the determination value, the re-determination step in the determination target element The process is repeated until it is determined that no crack has occurred.
請求項３においては、前記射出条件決定工程では、前記鋳型内に溶湯を射出する射出速度と、前記鋳型内に溶湯を射出する射出ゲートの形状と、前記射出ゲートの前記鋳型に対する位置と、を決定するものである。 In the present invention, in the injection condition determining step, an injection speed for injecting the molten metal into the mold, a shape of the injection gate for injecting the molten metal into the mold, and a position of the injection gate with respect to the mold, To decide.
請求項４においては、モデル作成手段と、射出条件決定手段と、流速算出手段と、積分値算出手段と、判定手段と、を備え、鋳型内に溶湯を射出するダイキャスト鋳造における前記鋳型内での溶湯の湯流れ解析を行う、鋳造シミュレーション装置であって、前記モデル作成手段で、前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した鋳型モデルを作成し、前記射出条件決定手段で、湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件として、前記鋳型内に溶湯を射出する射出速度と、前記鋳型内に溶湯を射出する射出ゲートの形状と、前記射出ゲートの前記鋳型に対する位置と、を決定し、前記流速算出手段で、前記射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、前記鋳型モデルの要素のうち、判定対象要素における溶湯の流速を算出し、積分値算出手段で、前記流速算出工程で算出した溶湯の流速に基づいて、前記判定対象要素における流速積分値を算出し、前記判定手段で、前記流速積分値が所定の判定値以上である場合には、前記判定対象要素において割れが発生したと判定し、前記流速積分値が前記判定値未満である場合には、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定し、前記判定手段によって前記判定対象要素で割れが発生したと判定した場合には、前記モデル作成手段による前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した新たな鋳型モデルの再作成と、前記射出条件決定手段による前記新たな鋳型モデルに対する新たな射出条件の再決定と、前記流速算出手段による前記新たな鋳型モデルにおける前記新たな射出条件に基づく判定対象要素における溶湯の流速の再算出と、前記積分値算出手段による前記判定対象要素における流速積分値の再算出と、前記判定手段による前記判定対象要素における割れの再判定と、を、前記判定手段によって前記判定対象要素で割れが発生しなかったと判定するまで繰り返すものである。 In claim 4, a model creating means, an injection condition determining means, a flow velocity calculating means, an integral value calculating means, and a determining means are provided in the mold in die casting for injecting a molten metal into the mold. A casting simulation apparatus for performing a molten metal flow analysis of a molten metal, wherein a mold model in which a cavity in the mold is divided into a plurality of elements is created by the model creating means, and a molten metal flow analysis is performed by the injection condition determining means Determining the injection speed for injecting the molten metal into the mold, the shape of the injection gate for injecting the molten metal into the mold, and the position of the injection gate with respect to the mold, A flow rate calculation means performs a molten metal flow analysis based on the injection conditions, calculates a molten metal flow velocity in the determination target element among the elements of the mold model, and calculates an integral value. The means calculates a flow rate integral value in the determination target element based on the melt flow rate calculated in the flow rate calculation step, and the determination unit determines that the flow rate integral value is equal to or greater than a predetermined determination value. It is determined that a crack has occurred in the determination target element, and when the flow velocity integral value is less than the determination value, it is determined that no crack has occurred in the determination target element, and the determination means includes the determination target element. In the case where it is determined that a crack has occurred, re-creation of a new mold model in which the cavity in the mold is divided into a plurality of elements by the model creating means, and the new mold model by the injection condition determining means Re-determination of new injection conditions, and flow of molten metal in the determination target element based on the new injection conditions in the new mold model by the flow velocity calculation means Recalculation, recalculation of the flow velocity integral value in the determination target element by the integral value calculation means, and re-determination of cracks in the determination target element by the determination means in the determination target element by the determination means. The process is repeated until it is determined that no crack has occurred.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
本発明により、ゲートから鋳型内に流入する溶湯が特定の箇所を直撃することによる当該箇所の過熱、及び、それを原因とする割れの発生を、精度良く予測することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately predict the occurrence of overheating of a portion caused by the direct flow of a molten metal flowing into the mold from the gate and the occurrence of cracks caused by the portion.
次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。
Next, embodiments of the invention will be described.
It should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to the following examples, but broadly covers the entire scope of the technical idea that the present invention truly intends, as will be apparent from the matters described in the present specification and drawings. It extends.
［鋳造シミュレーション装置１０の構成］
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る鋳造シミュレーション方法は、鋳造シミュレーション装置１０により実行することができる。鋳造シミュレーション装置１０は、制御装置１１と、制御装置１１とそれぞれ接続される、入力装置１２、出力装置１３、記憶装置１４、及び、演算装置２０と、を主な要素として具備する。例えば、記憶装置１４や演算装置２０としては、電子計算機におけるＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部や、ＣＰＵからなる演算処理部等が用いられる。入力装置１２としては、電子計算機に接続されたキーボードやマウス等が用いられる。出力装置１３としては、電子計算機に接続されたモニタ等が用いられる。制御装置１１としては、電子計算機における各装置の動作を制御する制御盤等が用いられる。
[Configuration of Casting Simulation Device 10]
As shown in FIG. 1, the casting simulation method according to an embodiment of the present invention can be executed by a casting simulation apparatus 10. The casting simulation apparatus 10 includes a control device 11 and an input device 12, an output device 13, a storage device 14, and an arithmetic device 20 connected to the control device 11 as main elements. For example, as the storage device 14 or the arithmetic unit 20, a storage unit including a RAM or a ROM in an electronic computer, an arithmetic processing unit including a CPU, or the like is used. As the input device 12, a keyboard or a mouse connected to an electronic computer is used. As the output device 13, a monitor or the like connected to an electronic computer is used. As the control device 11, a control panel or the like for controlling the operation of each device in the electronic computer is used.
演算装置２０は、後述するように、モデル作成手段２１と、射出条件決定手段２２と、流速算出手段２３と、積分値算出手段２４と、判定手段２５と、を備える。
記憶装置１４には、鋳型や鋳物に関する情報や、鋳型に溶湯を射出する際の射出条件や、演算装置２０における演算に利用する情報や、その他演算処理を実行するためのプログラム等が格納されている。
As will be described later, the arithmetic unit 20 includes a model creation unit 21, an injection condition determination unit 22, a flow velocity calculation unit 23, an integral value calculation unit 24, and a determination unit 25.
The storage device 14 stores information related to the mold and casting, injection conditions when the molten metal is injected into the mold, information used for calculation in the calculation device 20, other programs for executing calculation processing, and the like. Yes.
［鋳造シミュレーション方法］
次に、本発明の一実施形態に係る鋳造シミュレーション方法の手順について、図２を用いて説明する。本実施形態に係る鋳造シミュレーション方法は、鋳型内に溶湯を射出するダイキャスト鋳造における鋳型内での溶湯の湯流れ解析を行うものである。
[Casting simulation method]
Next, the procedure of the casting simulation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The casting simulation method according to the present embodiment performs a molten metal flow analysis in the mold in die casting in which the molten metal is injected into the mold.
本実施形態に係る鋳造シミュレーション方法は、図２に示す如く、モデル作成工程（ステップＳ１）と、射出条件決定工程（ステップＳ２）と、流速算出工程（ステップＳ３）と、積分値算出工程（ステップＳ４）と、判定工程（ステップＳ５）と、を備える。以下、各ステップについて順に説明する。 As shown in FIG. 2, the casting simulation method according to the present embodiment includes a model creation step (step S1), an injection condition determination step (step S2), a flow velocity calculation step (step S3), and an integral value calculation step (step S4) and a determination step (step S5). Hereinafter, each step will be described in order.
まず、モデル作成工程（ステップＳ１）において、鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した鋳型モデルＭを作成する。本工程は、演算装置２０におけるモデル作成手段２１において行う。 First, in the model creation step (step S1), a mold model M is created by dividing a cavity in the mold into a plurality of elements. This process is performed in the model creation means 21 in the arithmetic unit 20.
本実施形態においては、図３に示すシリンダブロック５１を鋳造シミュレーションする場合について説明する。即ち、本工程においては、図３のＡ−Ａ断面である図４（ｂ）に示すシリンダブロック５１を、図４（ｃ）に示す如く小領域である要素Ｅの集まりとしてモデル化し、鋳型モデルＭを形成するのである。
なお、図４（ｃ）においては説明の便宜上二次元モデルとして記載しているが、実際には三次元モデルが用いられる。また、本発明の適用対象はシリンダブロックに限定されず、他の鋳造品についても適用対象とすることが可能である。
In the present embodiment, a case where a casting simulation is performed on the
In FIG. 4C, a two-dimensional model is illustrated for convenience of explanation, but a three-dimensional model is actually used. Moreover, the application object of the present invention is not limited to the cylinder block, and can be applied to other cast products.
図３に示す如く、シリンダブロック５１は、シリンダヘッドが取付けられる上面に円柱状に開口されるシリンダボア５４と、シリンダボア５４を囲む壁状部分であるシリンダ部５５を介してシリンダボア５４の周囲に溝状に形成されるウォータージャケット５６と、ウォータージャケット５６の周囲に複数（本実施形態においては１０個）開口されるヘッドボルト孔５２と、を有する。
As shown in FIG. 3, the
シリンダブロック５１は、本実施形態においては図３に示す如く、シリンダボア５４を４個備える直列４気筒エンジンの一部として構成されている。シリンダボア５４は中心軸方向が平行となるように隣り合う状態で一列に配設される。本実施形態においては、図３に示すシリンダブロック５１は、右側方の下部（図３における奥行方向側）に配設された図示しない射出ゲートから溶湯が射出されることにより成形されるものとする。即ち、図３のＡ−Ａ断面における鋳造時の状態において、図４（ａ）中の矢印に示す如く溶湯が流れることにより、シリンダブロック５１が成形されるのである。
In this embodiment, the
本実施形態におけるシリンダブロック５１を鋳造する際には、図４（ａ）に示す如く、溶湯がウォータージャケット５６等を形成するための中子を直撃することがある。これにより、ウォータージャケット５６が成形される部分の下側のうち、ヘッドボルト孔５２の近傍で局部的に過熱される。このため、図４（ｂ）に示す如く、当該箇所において割れが発生する場合がある。
When casting the
上記のことから、本実施形態においては、当該箇所における過熱、及び、それを原因としてシリンダブロック５１に発生する割れ（図４（ｂ）参照）を予測するものとする。具体的には、図４（ｃ）に示す如く、ウォータージャケット５６の下側のうち、ヘッドボルト孔５２に位置する要素Ｅのうちの２個を判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２として用いるのである。なお、判定対象要素の数や位置は本実施形態の構成に限定するものではない。
From the above, in this embodiment, it is assumed that overheating at the relevant location and cracks (see FIG. 4B) occurring in the
次に、射出条件決定工程（ステップＳ２）において、湯流れ解析における鋳型モデルＭに対する射出条件を決定する。本工程は、演算装置２０における射出条件決定手段２２において行う。
具体的には、湯流れ解析における鋳型モデルＭに対する射出条件として、鋳型内に溶湯を射出する射出速度と、鋳型内に溶湯を射出する射出ゲートの形状と、射出ゲートの鋳型に対する位置と、を決定するのである。なお、これらの射出条件は、記憶装置１４に格納されている射出条件に基づいて、射出条件決定手段２２が自動的に選択し、決定する構成とするが、作業者が射出条件を決定し、該射出条件を入力装置１２により入力する構成とすることも可能である。
Next, in the injection condition determination step (step S2), the injection conditions for the mold model M in the molten metal flow analysis are determined. This step is performed in the injection condition determining means 22 in the arithmetic unit 20.
Specifically, as injection conditions for the mold model M in the molten metal flow analysis, the injection speed for injecting the molten metal into the mold, the shape of the injection gate for injecting the molten metal into the mold, and the position of the injection gate with respect to the mold are: To decide. These injection conditions are configured to be automatically selected and determined by the injection condition determining means 22 based on the injection conditions stored in the storage device 14, but the operator determines the injection conditions, A configuration in which the injection condition is input by the input device 12 is also possible.
次に、流速算出工程（ステップＳ３）において、射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、鋳型モデルＭの要素Ｅのうち、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における溶湯の流速を算出する。本工程は、演算装置２０における流速算出手段２３において行う。
具体的には、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の流速より、それぞれにおける流速ｖ１、ｖ２を算出するのである。そして、時間ｔにおける流速ｖ１、ｖ２の平均値を、溶湯の流速スカラー値（以下、単に流速とする）ｖ（ｔ）とするのである。
Next, in the flow velocity calculation step (step S3), the molten metal flow analysis is performed based on the injection conditions, and the molten metal flow velocity in the determination target elements JE1 and JE2 among the elements E of the mold model M is calculated. This step is performed in the flow velocity calculation means 23 in the arithmetic unit 20.
Specifically, the flow velocities v1 and v2 in the x direction, the y direction, and the z direction of the determination target elements JE1 and JE2 are calculated. Then, the average value of the flow velocities v1 and v2 at the time t is set to a flow velocity scalar value (hereinafter simply referred to as a flow velocity) v (t) of the molten metal.
次に、積分値算出工程（ステップＳ４）において、流速算出工程で算出した溶湯の流速ｖ（ｔ）に基づいて、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における流速積分値Ｓを算出する。本工程は、演算装置２０における積分値算出手段２４において行う。 Next, in the integral value calculation step (step S4), the flow velocity integral value S in the determination target elements JE1 and JE2 is calculated based on the molten metal flow velocity v (t) calculated in the flow velocity calculation step. This step is performed in the integral value calculation means 24 in the arithmetic unit 20.
積分値算出工程においては、まず、溶湯の充填開始から充填終了まで、それぞれの時間（タイムステップ）ｔｉごとに、微小区間における積分値ｄＳを以下の数式１によって算出する。
In the integral value calculating step, first, until completion of filling from the filling start of the melt, for each time (time step) t i, and calculates the integral value dS in small sections by
即ち、図５に示す如く、流速ｖ（ｖ（ｔｉ−１）及びｖ（ｔｉ））と、時間ｔｉ−１からｔｉにおける時間差（ｔｉ−ｔｉ−１）と、で形成される台形の面積、つまり時間ｔｉ−１からｔｉまでの微小区間における溶湯の移動距離を、微小区間における積分値ｄＳとして算出するのである。 That is, as shown in FIG. 5, it is formed by the flow velocity v (v (t i-1 ) and v (t i )) and the time difference (t i -t i-1 ) from time t i-1 to t i . The area of the trapezoid to be performed, that is, the moving distance of the molten metal in the minute section from time t i-1 to t i is calculated as the integral value dS in the minute section.
そして、それぞれの時間（タイムステップ）ｔｉにおける積分値ｄＳを積算して、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における流速積分値Ｓを算出するのである。即ち、流速積分値Ｓは、溶湯の充填開始から充填終了までの判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における溶湯の移動距離の総計を示しているのである。 Then, each time by integrating the integral value dS at (time step) t i, is to calculate the flow rate integration value S in the determination target element JE1 · JE2. That is, the flow velocity integral value S indicates the total of the movement distance of the molten metal in the determination target elements JE1 and JE2 from the start of the filling of the molten metal to the end of the filling.
次に、判定工程（ステップＳ５）において、流速積分値Ｓと所定の判定値Ｄとの大きさを比較して、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における割れの有無を判断する。本工程は、演算装置２０における判定手段２５において行う。
具体的には、流速積分値Ｓが判定値Ｄ未満ではない（判定値Ｄ以上である）場合には、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生したと判定し、流速積分値Ｓが判定値Ｄ未満である場合には、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生しなかったと判定するのである。
Next, in the determination step (step S5), the magnitudes of the flow velocity integral value S and the predetermined determination value D are compared to determine the presence or absence of cracks in the determination target elements JE1 and JE2. This process is performed in the determination means 25 in the arithmetic unit 20.
Specifically, when the flow velocity integrated value S is not less than the determination value D (is greater than or equal to the determination value D), it is determined that a crack has occurred in the determination target elements JE1 and JE2, and the flow velocity integrated value S is determined as the determination value. When it is less than D, it is determined that no crack has occurred in the determination target elements JE1 and JE2.
本実施形態においては、前記判定値Ｄを、鋳型内に溶湯を射出するダイキャスト鋳造試験における試験結果を基に決定している。詳しくは、過去の鋳造試験でウォータージャケット用中子のくびれ部分に割れが発生した場合における、溶湯の移動距離の総計を基に決定しているのであり、本実施形態ではその値はＤ＝０．４（ｍ）としている。但し、判定値Ｄの値は鋳型の形状や大きさ等の鋳造条件により異なるものであるため、本実施形態での値に限定されるものではない。また、判定値Ｄには、試験結果ではなく、過去の鋳造シミュレーションの結果を用いることも可能である。 In the present embodiment, the determination value D is determined based on a test result in a die cast casting test in which a molten metal is injected into a mold. Specifically, it is determined on the basis of the total moving distance of the molten metal when a crack occurs in the constricted portion of the water jacket core in the past casting test. In this embodiment, the value is D = 0. 4 (m). However, since the value of the judgment value D varies depending on casting conditions such as the shape and size of the mold, it is not limited to the value in this embodiment. In addition, the determination value D can use the result of past casting simulation instead of the test result.
判定工程においては、上記の如く、流速積分値Ｓの大きさで割れの発生の有無を判定している。即ち、溶湯の充填開始から充填終了までの判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における溶湯の移動距離の総計である流速積分値Ｓが判定値Ｄよりも大きい場合は、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２が溶湯から受ける総受熱量が大きくなるため、シリンダブロック５１に割れが生じやすくなるのである。
In the determination step, as described above, the presence or absence of cracking is determined based on the magnitude of the flow velocity integral value S. That is, when the flow velocity integral value S, which is the sum of the movement distances of the molten metal in the determination target elements JE1 and JE2 from the start to the end of the molten metal, is larger than the determination value D, the determination target elements JE1 and JE2 receive from the molten metal. Since the total amount of heat received is increased, the
鋳造時に受ける総受熱量が大きくなると割れが生じる原因の一つとしては、例えば、特定の要素Ｅがヒートスポット化して異常過熱状態となり、溶湯の凝固が遅れることが考えられる。そして、鋳造後のシリンダブロック５１における凝固組織が粗大化し、強度不足が生じるため、鋳型から離間する際に割れが発生するのである。また、上記の場合は、凝固中にも割れが発生することがある。
As one of the causes of cracking when the total amount of heat received during casting increases, for example, it is conceivable that the specific element E becomes a heat spot and becomes an abnormal overheating state, and the solidification of the molten metal is delayed. And since the solidification structure | tissue in the
本実施形態においては、判定工程（ステップＳ５）で、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生したと判定した場合は、モデル再作成工程であるモデル作成工程（ステップＳ１）に戻るように構成している。即ち、モデル再作成工程（ステップＳ１）において、鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した新たな鋳型モデルＭを再度作成し直すのである。なお、本工程において、新たな鋳型モデルＭを、前回におけるモデル作成工程（ステップＳ１）で作成した鋳型モデルＭと同じものを作成する構成にすることも可能である。 In this embodiment, when it determines with the determination process (step S5) having cracked in determination object element JE1 * JE2, it returns to the model creation process (step S1) which is a model re-creation process. ing. That is, in the model re-creation process (step S1), a new mold model M in which the cavity in the mold is divided into a plurality of elements is re-created. In this step, it is also possible to adopt a configuration in which a new template model M is created that is the same as the template model M created in the previous model creation step (step S1).
その後、射出条件再決定工程である射出条件決定工程（ステップＳ２）において、湯流れ解析における、新たな鋳型モデルＭに対する新たな射出条件を決定し直すのである。具体的には、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２とした、ウォータージャケット５６の下側のうち、ヘッドボルト孔５２に位置する部分への、溶湯の充填開始から充填終了までの溶湯の移動距離が小さくなるように新たな射出条件を再度決定するのである。より詳細には、鋳型内に溶湯を射出する射出速度、鋳型内に溶湯を射出する射出ゲートの形状、又は、射出ゲートの鋳型に対する位置の何れかを設定し直すのである。
Thereafter, in the injection condition determination step (step S2), which is an injection condition re-determination step, new injection conditions for the new mold model M in the molten metal flow analysis are determined again. Specifically, the movement distance of the molten metal from the start of filling of the molten metal to the portion located in the
その後、新たな射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、新たな鋳型モデルＭにおける判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２での溶湯の流速を算出する流速再算出工程である流速算出工程（ステップＳ３）に進む。その後、積分値再算出工程である積分値算出工程（ステップＳ４）と、再判定工程である判定工程（ステップＳ５）と、に進み、前記と同様の処理を行うのである。そして、再判定工程（ステップＳ５）で、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生しなかったと判定するまで、この射出条件再決定工程（ステップＳ２）から再判定工程（ステップＳ５）を繰り返すのである。 Thereafter, the molten metal flow analysis is performed based on the new injection conditions, and the flow proceeds to a flow velocity calculation step (step S3) which is a flow velocity recalculation step for calculating the flow velocity of the molten metal in the determination target elements JE1 and JE2 in the new mold model M. . Thereafter, the process proceeds to an integral value calculation step (step S4) which is an integral value recalculation step and a determination step (step S5) which is a redetermination step, and the same processing as described above is performed. Then, in the redetermination step (step S5), the injection condition redetermination step (step S2) to the redetermination step (step S5) are repeated until it is determined that no crack has occurred in the determination target elements JE1 and JE2. .
上記の如く、本実施形態に係る鋳造シミュレーション装置においては、モデル作成手段２１と、射出条件決定手段２２と、流速算出手段２３と、積分値算出手段２４と、判定手段２５と、を備え、鋳型内に溶湯を射出するダイキャスト鋳造における前記鋳型内での溶湯の湯流れ解析を行う。 As described above, the casting simulation apparatus according to the present embodiment includes the model creation means 21, the injection condition determination means 22, the flow velocity calculation means 23, the integral value calculation means 24, and the determination means 25, and includes a mold. Analysis of the molten metal flow in the mold is performed in die casting in which the molten metal is injected into the mold.
そして、前記モデル作成手段２１で、鋳型を複数の要素に分割した鋳型モデルＭを作成し、射出条件決定手段２２で、湯流れ解析における鋳型モデルＭに対する射出条件として、鋳型内に溶湯を射出する射出速度と、鋳型内に溶湯を射出する射出ゲートの形状と、射出ゲートの前記鋳型に対する位置と、を決定する。さらに、流速算出手段２３で、射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、鋳型モデルＭの要素Ｅのうち、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における溶湯の流速ｖを算出する。また、積分値算出手段２４で、流速算出工程で算出した溶湯の流速ｖに基づいて、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における流速積分値Ｓを算出する。そして、判定手段２５で、流速積分値Ｓが所定の判定値Ｄ以上である場合には、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生したと判定し、流速積分値Ｓが判定値Ｄ未満である場合には、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生しなかったと判定するのである。 The model creating means 21 creates a mold model M in which the mold is divided into a plurality of elements, and the injection condition determining means 22 injects the molten metal into the mold as the injection conditions for the mold model M in the molten metal flow analysis. The injection speed, the shape of the injection gate that injects the molten metal into the mold, and the position of the injection gate with respect to the mold are determined. Further, the flow velocity calculation means 23 performs a molten metal flow analysis based on the injection conditions, and calculates the molten metal flow velocity v in the determination target elements JE1 and JE2 among the elements E of the mold model M. Further, the integral value calculation means 24 calculates the flow velocity integral value S in the determination target elements JE1 and JE2 based on the molten metal flow velocity v calculated in the flow velocity calculation step. When the determination unit 25 determines that the flow velocity integrated value S is equal to or greater than the predetermined determination value D, it is determined that a crack has occurred in the determination target elements JE1 and JE2, and the flow velocity integrated value S is less than the determination value D. In this case, it is determined that no crack has occurred in the determination target elements JE1 and JE2.
さらに、判定手段２５によって判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２で割れが発生したと判定した場合には、モデル作成手段２１による鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した新たな鋳型モデルＭの再作成と、射出条件決定手段２２による新たな鋳型モデルＭに対する新たな射出条件の再決定と、流速算出手段２３による判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における溶湯の流速ｖの再算出と、積分値算出手段２４による判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における流速積分値Ｓの再算出と、判定手段２５による判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における割れの再判定と、を、判定手段２５によって判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２で割れが発生しなかったと判定するまで繰り返すのである。
Further, when the determination unit 25 determines that a crack has occurred in the determination target elements JE1 and JE2, the model generation unit 21 recreates a new mold model M obtained by dividing the cavity in the mold into a plurality of elements. Re-determination of a new injection condition for the new mold model M by the injection condition determining means 22, re-calculation of the molten metal flow velocity v in the determination
なお、本実施形態においては、判定工程及び再判定工程（ステップＳ５）で、流速積分値Ｓが所定の判定値Ｄ以上であり、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２において割れが発生したと判定した場合には、モデル再作成工程（ステップＳ１）に戻るように構成しているが、判定結果を出力装置１３に表示するのみに構成することも可能である。 In the present embodiment, when it is determined in the determination step and the re-determination step (step S5) that the flow velocity integral value S is equal to or greater than the predetermined determination value D and cracks have occurred in the determination target elements JE1 and JE2. Is configured to return to the model re-creation step (step S1).
即ち、本実施形態ではモデル再作成工程（ステップＳ１）において、鋳型内のキャビティを複数の要素に分割する分割パターンを記憶装置１４に格納されている分割パターンに基づいて、モデル作成手段２１が自動的に選択し、新たな鋳型モデルＭを決定する構成としている。また、射出条件再決定工程（ステップＳ２）において、新たな射出条件を記憶装置１４に格納されている射出条件に基づいて、射出条件決定手段２２が自動的に選択し、決定する構成としているのである。しかし、出力装置１３に表示された判定結果に基づいて、作業者が再度決定した新たな鋳型モデルＭや新たな射出条件を入力装置１２により手動により入力し直し、再度モデル作成工程（ステップＳ１）から鋳造シミュレーション方法を実施する構成とすることも可能である。 That is, in the present embodiment, in the model re-creation process (step S1), the model creation means 21 automatically performs the division pattern for dividing the cavity in the mold into a plurality of elements based on the division pattern stored in the storage device 14. And selecting a new template model M. Further, in the injection condition redetermination step (step S2), the injection condition determination means 22 automatically selects and determines a new injection condition based on the injection condition stored in the storage device 14. is there. However, based on the determination result displayed on the output device 13, a new mold model M and a new injection condition determined again by the operator are manually input again by the input device 12, and the model creation step (step S1) is performed again. It is also possible to adopt a configuration in which the casting simulation method is performed.
また、本実施形態においては、図４（ｃ）に示す如く、ウォータージャケット５６の下側のうち、ヘッドボルト孔５２の近傍の一つを判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２と設定して、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における割れの有無を判定する構成としている。しかし、判定対象要素はそれぞれのヘッドボルト孔５２の近傍に複数設定することも可能である。即ち、図３に示すシリンダブロック５１において右側に位置するヘッドボルト孔５２の全てにおいて判定対象要素を設定し、それぞれにおける割れの有無を判定する構成にすることも可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4C, one of the lower sides of the
本実施形態においては上記の如く構成することにより、ゲートから鋳型内に流入する溶湯が、キャビティの内部における凹凸部、とりわけ局所的な突起部位（例えば、エンジンのシリンダブロック５１におけるウォータージャケット５６を形成するためのウォータージャケット用中子のくびれ部分）等、特定の箇所を直撃することによる当該箇所の過熱、及び、それを原因とする割れの発生を、精度良く予測することが可能となる。
In the present embodiment, as described above, the molten metal flowing into the mold from the gate forms uneven portions inside the cavity, particularly a local protrusion (for example, a
具体的には、溶湯の充填開始から充填終了までの判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２における溶湯の移動距離の総計である流速積分値Ｓを用いて、割れの発生の有無を予測するのである。より詳細には、流速積分値Ｓが判定値Ｄよりも大きい場合は、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２が溶湯から受ける総受熱量が大きくなるため、シリンダブロック５１に割れが生じやすくなると判断するのである。換言すれば、流速積分値Ｓを用いて、判定対象要素ＪＥ１・ＪＥ２が溶湯から受ける総受熱量を予測することにより、シリンダブロック５１における過熱の有無を予測することができるのである。即ち、本実施形態に係る鋳造シミュレーションにより、ダイキャスト鋳造において事前予測による対策が可能となるのである。
Specifically, the presence / absence of cracks is predicted using the flow velocity integral value S, which is the sum of the movement distances of the molten metal in the determination target elements JE1 and JE2 from the start of filling of the molten metal to the end of filling. More specifically, when the flow velocity integral value S is larger than the determination value D, it is determined that the
２１ モデル作成手段
２２ 射出条件決定手段
２３ 流速算出手段
２４ 積分値算出手段
２５ 判定手段
Ｍ 鋳型モデル
21 Model creation means 22 Injection condition determination means 23 Flow velocity calculation means 24 Integral value calculation means 25 Judgment means M Mold model
Claims (4)
前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した鋳型モデルを作成する、モデル作成工程と、
湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件を決定する、射出条件決定工程と、
前記射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、前記鋳型モデルの要素のうち、判定対象要素における溶湯の流速を算出する、流速算出工程と、
前記流速算出工程で算出した溶湯の流速に基づいて、前記判定対象要素における流速積分値を算出する、積分値算出工程と、
前記流速積分値が所定の判定値以上である場合には、前記判定対象要素において割れが発生したと判定し、前記流速積分値が前記判定値未満である場合には、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定する、判定工程と、を備える、
ことを特徴とする、鋳造シミュレーション方法。 A casting simulation method for performing molten metal flow analysis in the mold in die casting for injecting molten metal into a mold,
Creating a mold model in which the cavity in the mold is divided into a plurality of elements;
An injection condition determining step for determining an injection condition for the mold model in the molten metal flow analysis;
A flow rate calculation step of performing a molten metal flow analysis based on the injection conditions and calculating a flow rate of the molten metal in the determination target element among the elements of the mold model,
Based on the flow velocity of the molten metal calculated in the flow velocity calculation step, an integral value calculation step of calculating a flow velocity integral value in the determination target element;
When the flow velocity integral value is greater than or equal to a predetermined determination value, it is determined that a crack has occurred in the determination target element, and when the flow velocity integral value is less than the determination value, a crack is generated in the determination target element. A determination step for determining that no has occurred.
A casting simulation method characterized by the above.
前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した新たな鋳型モデルを作成し直す、モデル再作成工程と、
湯流れ解析における前記新たな鋳型モデルに対する新たな射出条件を決定し直す、射出条件再決定工程と、
前記新たな鋳型モデルにおいて、前記新たな射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、前記新たな鋳型モデルにおける要素のうち、所定の判定対象要素における溶湯の流速を算出する、流速再算出工程と、
前記流速再算出工程で算出した溶湯の流速に基づいて、前記判定対象要素における流速積分値を算出する、積分値再算出工程と、
前記流速積分値が所定の判定値以上である場合には、前記判定対象要素において割れが発生したと判定し、前記流速積分値が前記判定値未満である場合には、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定する、再判定工程と、を、
前記再判定工程で、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定するまで繰り返す、
ことを特徴とする、請求項１に記載の鋳造シミュレーション方法。 When it is determined in the determination step that a crack has occurred in the determination target element,
Re-creating a new mold model in which the cavity in the mold is divided into a plurality of elements;
An injection condition redetermination step for re-determining a new injection condition for the new mold model in the molten metal flow analysis;
In the new mold model, a flow rate recalculation step of performing a molten metal flow analysis based on the new injection condition and calculating a flow rate of the molten metal in a predetermined determination target element among the elements in the new mold model;
Based on the flow velocity of the melt calculated in the flow velocity recalculation step, the flow velocity integral value in the determination target element is calculated, an integral value recalculation step,
When the flow velocity integral value is greater than or equal to a predetermined determination value, it is determined that a crack has occurred in the determination target element, and when the flow velocity integral value is less than the determination value, a crack is generated in the determination target element. A re-determination step for determining that no has occurred.
In the re-determination step, repeat until it is determined that no crack has occurred in the determination target element,
The casting simulation method according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋳造シミュレーション方法。 In the injection condition determination step, the injection speed for injecting the molten metal into the mold, the shape of the injection gate for injecting the molten metal into the mold, and the position of the injection gate with respect to the mold are determined.
The casting simulation method according to claim 1, wherein the casting simulation method is characterized in that:
前記モデル作成手段で、前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した鋳型モデルを作成し、
前記射出条件決定手段で、湯流れ解析における前記鋳型モデルに対する射出条件として、前記鋳型内に溶湯を射出する射出速度と、前記鋳型内に溶湯を射出する射出ゲートの形状と、前記射出ゲートの前記鋳型に対する位置と、を決定し、
前記流速算出手段で、前記射出条件に基づいて湯流れ解析を行い、前記鋳型モデルの要素のうち、判定対象要素における溶湯の流速を算出し、
積分値算出手段で、前記流速算出工程で算出した溶湯の流速に基づいて、前記判定対象要素における流速積分値を算出し、
前記判定手段で、前記流速積分値が所定の判定値以上である場合には、前記判定対象要素において割れが発生したと判定し、前記流速積分値が前記判定値未満である場合には、前記判定対象要素において割れが発生しなかったと判定し、
前記判定手段によって前記判定対象要素で割れが発生したと判定した場合には、前記モデル作成手段による前記鋳型内のキャビティを複数の要素に分割した新たな鋳型モデルの再作成と、前記射出条件決定手段による前記新たな鋳型モデルに対する新たな射出条件の再決定と、前記流速算出手段による前記新たな鋳型モデルにおける前記新たな射出条件に基づく判定対象要素における溶湯の流速の再算出と、前記積分値算出手段による前記判定対象要素における流速積分値の再算出と、前記判定手段による前記判定対象要素における割れの再判定と、を、前記判定手段によって前記判定対象要素で割れが発生しなかったと判定するまで繰り返す、
ことを特徴とする、鋳造シミュレーション装置。 A model creating means, an injection condition determining means, a flow velocity calculating means, an integral value calculating means, and a judging means, and a molten metal flow analysis in the mold in the die-cast casting in which the molten metal is injected into the mold. A casting simulation apparatus,
The model creation means creates a mold model in which the cavity in the mold is divided into a plurality of elements,
In the injection condition determining means, as injection conditions for the mold model in the molten metal flow analysis, an injection speed for injecting the molten metal into the mold, a shape of the injection gate for injecting the molten metal into the mold, and the injection gate Determine the position relative to the mold,
The flow rate calculation means performs a molten metal flow analysis based on the injection conditions, and calculates the flow rate of the molten metal in the determination target element among the elements of the mold model,
An integral value calculation means calculates a flow velocity integral value in the determination target element based on the molten metal flow velocity calculated in the flow velocity calculation step,
In the determination means, when the flow velocity integral value is equal to or greater than a predetermined determination value, it is determined that a crack has occurred in the determination target element, and when the flow velocity integral value is less than the determination value, Determine that no cracks occurred in the element to be judged,
When it is determined by the determination means that a crack has occurred in the determination target element, the model creation means recreates a new mold model in which the cavity in the mold is divided into a plurality of elements, and determines the injection condition Re-determination of new injection conditions for the new mold model by the means, re-calculation of the flow velocity of the molten metal in the determination target element based on the new injection conditions in the new mold model by the flow velocity calculation means, and the integral value The recalculation of the flow velocity integral value in the determination target element by the calculation means and the re-determination of the crack in the determination target element by the determination means are determined by the determination means that no crack has occurred in the determination target element. Repeat until
A casting simulation apparatus characterized by that.
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