JP2014144478A - 鋳型造型用金型の摩耗予測方法、摩耗予測装置及び摩耗予測プログラム - Google Patents
鋳型造型用金型の摩耗予測方法、摩耗予測装置及び摩耗予測プログラム Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】下型のキャビティ面の形状データとブローノズルの位置データとに基いて、ブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定し、この面形状の判定結果に基いて、鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を算出し、該摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定し、その判定結果を表示する。
【選択図】図5
Description
データ格納手段に格納された上記キャビティ面の形状データと上記ブローノズルの位置データとに基いて、上記複数のブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定するステップと、
上記キャビティ面各部の面形状の判定結果に基いて、当該ブローノズルから吐出される鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を予め設定され演算条件によって算出するステップと、
上記キャビティ面各部の上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定するステップと、
上記判定結果を表示するステップとを備えていることを特徴とする。
上記摩耗指数を算出するステップでは、上記データ格納手段に格納された各ブローノズルから吐出する鋳砂のキャビティ面に対する衝突速度と上記形状指数と上記衝突エネルギー付加時間とに基いて上記各分割面の摩耗指数を算出することを特徴とする。
上記ブローノズルの設定が変更された条件下で、上記キャビティ面の分割及び面形状の判定を行なうステップ、上記摩耗指数を算出するステップ、上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定するステップ、及び上記判定結果を表示するステップを繰り返すステップとを備えていることを特徴とする。
上記キャビティ面の形状データと、上記ブローノズルの位置データとを格納するデータ格納手段と、
上記データ格納手段の上記形状データと上記位置データとに基いて、上記複数のブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定する判定手段と、
上記判定手段によるキャビティ面各部の面形状の判定結果に基いて、当該ブローノズルから吐出される鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を予め設定され演算条件によって算出する演算手段と、
上記キャビティ面各部の上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定する判定手段と、
上記判定結果を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする。
上記キャビティ面各部の面形状を判定する判定手段は、上記キャビティ面を各ブローノズルが担当する充填領域毎に分割し、各分割面についてその面形状に基いて摩耗の生じ易さに関する形状指数と鋳砂による衝突エネルギー付加時間とをそれぞれ予め設定された判定条件によって判定し、
上記演算手段は、上記各分割面について上記鋳砂の衝突速度と上記形状指数と上記衝突エネルギー付加時間とに基いて摩耗指数を算出することを特徴とする。
上記ブローノズルの設定が変更された条件下で、上記キャビティ面の分割及び面形状の判定、上記摩耗指数の算出、上記摩耗指数が基準値以下であるか否かの判定、並びに上記判定結果の表示を繰り返す手段とを備えていることを特徴とする。
上記キャビティ面の形状データと、上記ブローノズルの位置データとを格納するデータ格納手段、
上記データ格納手段の上記形状データと上記位置データとに基いて、上記複数のブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定する判定手段、
上記判定手段によるキャビティ面各部の面形状の判定結果に基いて、当該ブローノズルから吐出される鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を予め設定され演算条件によって算出する演算手段、
上記キャビティ面各部の上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定する判定手段、及び
上記判定結果を表示するための出力手段、
として機能させることを特徴とする。
上記キャビティ面各部の面形状を判定する判定手段は、上記キャビティ面を各ブローノズルが担当する充填領域毎に分割し、各分割面についてその面形状に基いて摩耗の生じ易さに関する形状指数と鋳砂による衝突エネルギー付加時間とをそれぞれ予め設定された判定条件によって判定することを特徴とする。
上記キャビティに鋳砂を充填するための各ブローノズルからの鋳砂の吐出は所定時間に完了するという条件下に、各ブローノズルが担当する充填領域の体積とノズル孔径とに基いて上記衝突速度を算出して上記データ格納手段に格納する手段として機能させることを特徴とする。
上記摩耗指数が基準値を超える分割面があるとき、上記ブローノズルの設定に関して、予め摩耗係数と基準値との差の大きさ及び/又は面形状の種別に対応して設定された処理方式で、上記ブローノズルの位置の変更、ノズル孔径の拡大及びブローノズルの追加のうちの少なくとも一つの変更を行なう手段、及び
上記ブローノズルの設定が変更された条件下で、上記キャビティ面の分割及び面形状の判定を行なうステップ、上記摩耗指数を算出するステップ、上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定するステップ、及び上記判定結果を表示するステップを繰り返す手段として機能させることを特徴とする。
図1に示す実施形態に係る鋳型造型装置1は、エンジンのシリンダヘッド用の鋳型や、該シリンダヘッドのウォータジャケット用の中子等を造型するコールドボックス鋳型造型装置である。この鋳型造型装置1は鋳型造型用金型2とガス硬化性の鋳砂3を貯留するブローヘッド4とを備えている。金型2は鋳型造型用のキャビティ5を形成する上型6及び下型7を備え、上型6の上方にブローヘッド4が配置されている。ブローヘッド4のブロープレート8に鋳砂3を吐出する複数のブローノズル9が設けられており、ブローノズル9は上型6のノズル挿入孔11に差し込まれる。ブローヘッド4に貯留された鋳砂3は、加圧エアで加圧されてブローノズル9から下型7のキャビティ面12に向かって吐出される。
以下、鋳砂3の衝突によって下型7のキャビティ面12に発生する摩耗の程度を予測する手法を説明する。
キャビティ面各部の摩耗の程度を予測するために摩耗指数を導入する。
そうして、キャビティ面各部の摩耗指数を算出し、摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定して、その判定結果を表示する。また、摩耗指数が基準値を超えるときは、必要に応じて、所定の処理方式でブローノズル9の位置の変更、ブローノズル9のノズル孔径の拡大、及びブローノズル9の追加のうちの少なくとも一つの変更を行なって摩耗を予測するという手順を繰り返す。
各ブローノズル9がキャビティ5において担当する鋳砂充填領域を決定し、該充填領域毎にキャビティ面12を分割する。具体的には、充填領域はノズル孔径に応じた吐出量の鋳砂3によってブローノズル9のノズル孔中心と同心の円柱状に形成されると仮定してその充填領域毎にキャビティ面12を分割する。隣接するブローノズル9同士で充填領域がオーバーラップする領域は、その隣接するブローノズル9のノズル孔中心を結ぶ直線と直交する線分で二分するように区分けする(図14参照)。
キャビティ5に鋳砂3を充填するための各ブローノズル9からの鋳砂3の吐出はブローヘッド4の鋳砂加圧時間Tp(例えば、0.2秒)で完了するという条件下に、各ブローノズル9が担当する充填領域の体積Vrとノズル孔径Dとに基いて各キャビティ分割面に対する鋳砂3の衝突速度Uを算出する。
[衝突エネルギー付加時間(ステップS4)]
衝突エネルギーの付加時間は次の下体積から見積もる。下体積は、ブローノズル9の担当充填領域における鋳砂3が衝突する当該衝突部位よりも下側の領域の体積である。
図9は鋳砂3の衝突角度θと摩耗量との関係を調べるテスト装置のモデル図である。平板状の試験片41がブローノズル9の鋳砂吐出方向に対して垂直になった状態、すなわち、鋳砂3を平面で受ける状態を衝突角度θ=0とし、その衝突角度θによって試験片41の摩耗量がどのように異なるかを調べた。結果を図10に示す。X=sinθ=0〜0.45では衝突角度θが増大するにつれて摩耗量が緩やかに増大し、X=0.45付近から衝突角度θの増大に伴う摩耗量の増大が急になってX=0.80で摩耗量がピークになり、その後は衝突角度θの増大に伴って摩耗量が比較的急に減少している。また、実機の下型7のキャビティ面12の摩耗状態を調べると、エッジ部では斜面よりも摩耗が甚だしい。
形状係数=900
・X≧0.80
形状係数=450
・0.80>X≧0.45
形状係数=−42089×X4+99652×X3−84953×X2+31309×X−4000
(R2=0.997の相関式)
・0.45>X≧0.00
形状係数=128.57×X2+10.571×X+200.17(R2=0.999の相関式)。
図6に示すように、摩耗指数が基準値を超えるキャビティ分割面がエッジ31を含むときは、当該分割面に係るブローノズル9の位置をそのノズル孔中心がエッジ31から離れる方向(上面32側)に所定量ずらす。これにより、図11に示すように下体積Vuが小さくなって摩耗係数が低下し、或いは図12に示すように鋳砂3の衝突面が平面になる。
図14は当初設定されたブローノズルB1〜B8のキャビティ面12での配置及び各ブローノズルに対応するキャビティ面12の分割状態を示す。上記予測手法によるブローノズルB1〜B8のノズル孔径、下体積、分割面の面形状、形状指数、摩耗指数は表1に示すとおりであった。キャビティの体積は約2600000cm3であり、鋳砂3の充填時間は0.2秒である。なお、表1の面形状に関し、斜面の角度は「度(゜)」で表した。
ところで、各ブローノズル9から吐出する鋳砂3の速度は必ずしも同じではないことが知られている。本発明者が、キャビティを構成する金型を座標系上にモデル化した型モデル中のキャビティに鋳砂3が充填されていく様子を順次算出する充填解析(シミュレーション)を行なった結果(鋳砂3の速度)の一例を図16に示す。この解析結果によれば、当該2つのブローノズルから吐出される鋳砂3の速度は大きく異なる。従って、このような充填解析で得られる鋳砂速度を上記摩耗予測手法に組み込めば、その摩耗予測結果の信頼度がさらに高くなる。
上述の如く、本発明によれば、キャビティ面各部について信頼度の高い摩耗予測を行なうことができる。よって、当該摩耗予測をブローノズル9の設定変更の契機とすることができ、或いは、ブローノズル9の設定変更では摩耗指数が基準値を超えることを避けることが難しいことが判明したときは、当該摩耗予測を、局部摩耗の抑制のためにキャビティ面(鋳造品)の設計変更など他の対策をとる契機とすることができる。
2 鋳型造型用金型
3 鋳砂
4 ブローヘッド
5 キャビティ
6 上型
7 下型
9 ブローノズル
12 キャビティ面
13 局部的摩耗部
14 鋳型
15 鋳造品
16 欠肉部
21 CPU(判定手段,演算手段)
22 ディスプレイ(表示手段)
23 キーボード(入力手段)
25 RAM(データ格納手段)
31 エッジ
36 斜面
Claims (12)
- 上型と下型とによって鋳型造型用のキャビティが形成され、上型の上方に貯留された鋳砂が加圧されて複数のブローノズルから下型のキャビティ面に向かって吐出される鋳型造型用金型において、上記鋳砂の衝突によって生ずる上記キャビティ面の摩耗の程度を予測するプログラムされたコンピュータによる鋳型造型用金型の摩耗予測方法であって、
データ格納手段に格納された上記キャビティ面の形状データと上記ブローノズルの位置データとに基いて、上記複数のブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定するステップと、
上記キャビティ面各部の面形状の判定結果に基いて、当該ブローノズルから吐出される鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を予め設定され演算条件によって算出するステップと、
上記キャビティ面各部の上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定するステップと、
上記判定結果を表示するステップとを備えていることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測方法。 - 請求項1において、
上記衝突面の形状を判定するステップでは、上記キャビティ面を各ブローノズルが担当する充填領域毎に分割し、各分割面についてその面形状に基いて摩耗の生じ易さに関する形状指数と鋳砂による衝突エネルギー付加時間とをそれぞれ予め設定された判定条件によって判定し、
上記摩耗指数を算出するステップでは、上記データ格納手段に格納された各ブローノズルから吐出する鋳砂のキャビティ面に対する衝突速度と上記形状指数と上記衝突エネルギー付加時間とに基いて上記各分割面の摩耗指数を算出することを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測方法。 - 請求項2において、さらに、
上記キャビティに鋳砂を充填するための各ブローノズルからの鋳砂の吐出は所定時間に完了するという条件下に、各ブローノズルが担当する充填領域の体積とノズル孔径とに基いて上記衝突速度を算出して上記データ格納手段に格納するステップを備えていることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測方法。 - 請求項2又は請求項3において、さらに、
上記摩耗指数が基準値を超える分割面があるとき、上記ブローノズルの設定に関して、予め摩耗係数と基準値との差の大きさ及び/又は面形状の種別に対応して設定された処理方式で、上記ブローノズルの位置の変更、ノズル孔径の拡大及びブローノズルの追加のうちの少なくとも一つの変更を行なうステップと、
上記ブローノズルの設定が変更された条件下で、上記キャビティ面の分割及び面形状の判定を行なうステップ、上記摩耗指数を算出するステップ、上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定するステップ、及び上記判定結果を表示するステップを繰り返すステップとを備えていることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測方法。 - 上型と下型とによって鋳型造型用のキャビティが形成され、上型の上方に貯留された鋳砂が加圧されて複数のブローノズルから下型のキャビティ面に向かって吐出される鋳型造型用金型において、上記鋳砂の衝突によって生ずる上記キャビティ面の摩耗の程度を予測する鋳型造型用金型の摩耗予測装置であって、
上記キャビティ面の形状データと、上記ブローノズルの位置データとを格納するデータ格納手段と、
上記データ格納手段の上記形状データと上記位置データとに基いて、上記複数のブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定する判定手段と、
上記判定手段によるキャビティ面各部の面形状の判定結果に基いて、当該ブローノズルから吐出される鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を予め設定され演算条件によって算出する演算手段と、
上記キャビティ面各部の上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定する判定手段と、
上記判定結果を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測装置。 - 請求項5において、
上記データ格納手段には各ブローノズルから吐出する鋳砂のキャビティ面に対する衝突速度が格納されていて、
上記キャビティ面各部の面形状を判定する判定手段は、上記キャビティ面を各ブローノズルが担当する充填領域毎に分割し、各分割面についてその面形状に基いて摩耗の生じ易さに関する形状指数と鋳砂による衝突エネルギー付加時間とをそれぞれ予め設定された判定条件によって判定し、
上記演算手段は、上記各分割面について上記鋳砂の衝突速度と上記形状指数と上記衝突エネルギー付加時間とに基いて摩耗指数を算出することを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測装置。 - 請求項5において、さらに、
上記キャビティに鋳砂を充填するための各ブローノズルからの鋳砂の吐出は所定時間に完了するという条件下に、各ブローノズルが担当する充填領域の体積とノズル孔径とに基いて上記衝突速度を算出して上記データ格納手段に格納する手段を備えていることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測装置。 - 請求項6又は請求項7において、さらに、
上記摩耗指数が基準値を超える分割面があるとき、上記ブローノズルの設定に関して、予め摩耗係数と基準値との差の大きさ及び/又は面形状の種別に対応して設定された処理方式で、上記ブローノズルの位置の変更、ノズル孔径の拡大及びブローノズルの追加のうちの少なくとも一つの変更を行なう手段と、
上記ブローノズルの設定が変更された条件下で、上記キャビティ面の分割及び面形状の判定、上記摩耗指数の算出、上記摩耗指数が基準値以下であるか否かの判定、並びに上記判定結果の表示を繰り返す手段とを備えていることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測装置。 - 上型と下型とによって鋳型造型用のキャビティが形成され、上型の上方に貯留された鋳砂が加圧されて複数のブローノズルから下型のキャビティ面に向かって吐出される鋳型造型用金型において、上記鋳砂の衝突によって生ずる上記キャビティ面の摩耗の程度を予測するために、コンピュータを、
上記キャビティ面の形状データと、上記ブローノズルの位置データとを格納するデータ格納手段、
上記データ格納手段の上記形状データと上記位置データとに基いて、上記複数のブローノズル各々に対応するキャビティ面各部の面形状を判定する判定手段、
上記判定手段によるキャビティ面各部の面形状の判定結果に基いて、当該ブローノズルから吐出される鋳砂の衝突による該キャビティ面各部の摩耗指数を予め設定され演算条件によって算出する演算手段、
上記キャビティ面各部の上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定する判定手段、及び
上記判定結果を表示するための出力手段、
として機能させるための鋳型造型用金型の摩耗予測プログラム。 - 請求項9において、
さらに、上記コンピュータを、各ブローノズルから吐出する鋳砂のキャビティ面に対する衝突速度を格納する格納手段として機能させ、
上記キャビティ面各部の面形状を判定する判定手段は、上記キャビティ面を各ブローノズルが担当する充填領域毎に分割し、各分割面についてその面形状に基いて摩耗の生じ易さに関する形状指数と鋳砂による衝突エネルギー付加時間とをそれぞれ予め設定された判定条件によって判定し、
上記演算手段は、上記各分割面について上記鋳砂の衝突速度と上記形状指数と上記衝突エネルギー付加時間とに基いて摩耗指数を算出することを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測プログラム。 - 請求項10において、さらに、上記コンピュータを、
上記キャビティに鋳砂を充填するための各ブローノズルからの鋳砂の吐出は所定時間に完了するという条件下に、各ブローノズルが担当する充填領域の体積とノズル孔径とに基いて上記衝突速度を算出して上記データ格納手段に格納する手段として機能させることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測プログラム。 - 請求項10又は請求項11において、上記コンピュータを、さらに、
上記摩耗指数が基準値を超える分割面があるとき、上記ブローノズルの設定に関して、予め摩耗係数と基準値との差の大きさ及び/又は面形状の種別に対応して設定された処理方式で、上記ブローノズルの位置の変更、ノズル孔径の拡大及びブローノズルの追加のうちの少なくとも一つの変更を行なう手段、及び
上記ブローノズルの設定が変更された条件下で、上記キャビティ面の分割及び面形状の判定を行なうステップ、上記摩耗指数を算出するステップ、上記摩耗指数が基準値以下であるか否かを判定するステップ、及び上記判定結果を表示するステップを繰り返す手段として機能させることを特徴とする鋳型造型用金型の摩耗予測プログラム。
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