JP2020019032A - Prediction method of casting defect position, defect position prediction device, defect position prediction program and recording medium thereof - Google Patents

Prediction method of casting defect position, defect position prediction device, defect position prediction program and recording medium thereof Download PDF

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英樹 米澤
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Abstract

To provide a prediction method of casting defect position by which consistency between analysis result and actual casting result can be improved, a defect position prediction device, a defect position prediction program and a recording medium thereof.SOLUTION: A casting defect position prediction method, which predicts a defect position of casting in pressure casting in which molten metal is injected under pressure into a casting mold, comprises: a casting mold model creation process; a fluidity analysis process in which state quantity of plural elements is calculated; a gas pressure threshold calculation process in which a threshold of a gas pressure in plural elements is calculated on the basis of fluidity analysis result and defect generation condition to be predicted in castings; and a defect position prediction process in which a defect position at the end time of molten metal filling on the basis of a gas pressure, a flow velocity, and a threshold of gas pressure which have been calculated in the fluidity analysis.SELECTED DRAWING: Figure 4A

Description

本開示は、鋳造品の欠陥位置予測方法、欠陥位置予測装置、欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体に関するものである。   The present disclosure relates to a defect position prediction method, a defect position prediction device, a defect position prediction program, and a recording medium thereof for a casting.

従来より、鋳造品の欠陥等を低減させるために、鋳造シミュレーションにより鋳造品の欠陥を判定することが行われている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, in order to reduce defects and the like of a cast product, a defect of a cast product is determined by a casting simulation (for example, see Patent Document 1).

特許文献1には、溶湯の充填解析を行い、その結果得られたガスの情報も考慮して凝固解析に利用することで、溶湯充填中のガス巻き込みを考慮した実際の鋳造過程に近い鋳巣解析を行い得る金属鋳物の鋳巣解析方法が開示されている。   Patent Literature 1 discloses that a filling cavity close to an actual casting process in consideration of gas entrainment during filling of a molten metal is performed by performing a filling analysis of a molten metal and using the obtained gas information in a solidification analysis in consideration of the information. A method for analyzing a porosity of a metal casting that can be analyzed is disclosed.

特開2010−131607号公報JP 2010-131607 A

ところで、従来の鋳造シミュレーション解析結果と、実際の鋳造品とでは、欠陥の発生位置にずれがあり、解析結果と実際の鋳造結果との間の整合性が低いという問題があった。   By the way, there is a problem that there is a deviation in a defect generation position between a conventional casting simulation analysis result and an actual casting, and the consistency between the analysis result and the actual casting result is low.

そこで本開示では、解析結果と実際の鋳造結果との整合性を向上させることができる鋳造品の欠陥位置予測方法、欠陥位置予測装置、欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体を提供することを課題とする。   In view of the foregoing, an object of the present disclosure is to provide a defect position prediction method, a defect position prediction device, a defect position prediction program, and a recording medium for the defect position prediction of a casting, which can improve the consistency between the analysis result and the actual casting result. I do.

上記の課題を解決するために、ここに開示する第1の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測方法は、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する方法であって、上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、上記欠陥位置予測工程は、任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程とを備え、上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出することを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a method of predicting a defect position of a casting according to a first technique disclosed herein is a method of predicting a defect position of a casting in pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure. A mold model creating step of creating a mold model obtained by dividing the cavity of the mold into a plurality of elements; and, for the mold model, under the same casting conditions as in the pressure casting, from the start of filling of the molten metal to the end of filling. A molten metal flow analysis for each predetermined time step until the molten metal flow analysis step of calculating a state quantity of the plurality of elements including a gas pressure of the plurality of elements and a flow velocity of the molten metal at each time step; A gas pressure threshold value calculating step of calculating a threshold value of the gas pressure in the plurality of elements based on a result of the molten metal flow analysis and a defect occurrence condition to be predicted in the casting. A defect position prediction step of predicting a defect position at the end of filling of the molten metal based on the gas pressure, the flow velocity, and the gas pressure threshold value calculated in the analysis. In the result of the melt flow analysis at an arbitrary time step, a defect precursor generation determination step of determining that a defect precursor has occurred in an element where the gas pressure exceeds the threshold, and the defect precursor has occurred A molten metal inflow determining step of determining whether the molten metal has flowed into the element determined as above, and, when it is determined that the molten metal has flowed into the element, the element and / or an element surrounding the element A movement calculation step of calculating the movement of the defect precursor from the flow velocity of the molten metal flowing into the melt to determine a defect movement position; A defect precursor position setting step of setting as a position of a defect precursor in a molten metal flow analysis of a time step subsequent to the time step; and a step of setting the defect precursor position from the defect precursor generation determination step until the filling of the molten metal. A defect position determining step of determining the defect position at the end of the filling of the molten metal by repeating the steps up to the step, wherein in the gas pressure threshold value calculating step, residual air and lubricant generated under the casting conditions of the pressure casting are provided. The threshold value of the gas pressure is calculated in consideration of information on the volatile gas and the release agent volatile gas.

本技術では、ガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定し、湯流れ解析情報を用いて欠陥前駆体の移動位置を算出し、最終的な欠陥位置を評価する。本構成によれば、ガス圧の閾値を、実際の圧力鋳造時に発生するガス情報を考慮して設定することにより、より正確な欠陥位置の予測が可能となる。   In the present technology, it is determined that a defect precursor has occurred in an element in which the gas pressure exceeds a threshold value, the movement position of the defect precursor is calculated using the melt flow analysis information, and the final defect position is evaluated. According to this configuration, by setting the gas pressure threshold value in consideration of gas information generated during actual pressure casting, it is possible to more accurately predict a defect position.

第2の技術は、第1の技術において、上記移動計算工程は、上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、1要素分の移動距離を算出する1要素分移動距離算出工程と、上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記1要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程とを備えたことを特徴とする。   The second technique is the first technique, wherein in the movement calculation step, in the element in which the defect precursor is generated and the melt is determined to have flown, the flow rate of the molten metal flowing into the element is determined by: A moving distance calculating step of calculating a moving distance of the defect precursor, and a moving direction determining step of determining a moving direction of the defect precursor from a flow rate of the molten metal flowing into the element and / or a peripheral element of the element, A one element movement distance calculation step for calculating a movement distance for one element based on the size of each of the elements and the movement direction determined in the movement direction determination step, and a movement calculated in the movement distance calculation step A moving distance determining step of determining a moving destination element of the defect precursor when it is determined that the distance exceeds the moving distance of one element.

本技術によれば、湯流れ解析情報のうち、欠陥前駆体が発生した要素及び当該要素の周辺の要素における溶湯の流速情報から欠陥前駆体の移動位置を算出し、最終的な欠陥位置を評価する。本構成によれば、より正確な欠陥位置の予測が可能となる。   According to the present technology, among the melt flow analysis information, the movement position of the defect precursor is calculated from the flow rate information of the molten metal in the element in which the defect precursor has occurred and elements in the vicinity of the element, and the final defect position is evaluated. I do. According to this configuration, a more accurate defect position can be predicted.

第3の技術は、第1又は第2の技術において、上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測することを特徴とする。   A third technology is the first or second technology, wherein in the gas pressure threshold value calculation step, the defect occurrence condition includes information on a defect size, and the defect position prediction step includes the step of adding the defect position to the defect position. Further, a defect size at the time of completion of the filling of the molten metal is predicted.

本技術によれば、より正確な欠陥位置及び欠陥サイズの予測が可能となる。   According to the present technology, it is possible to more accurately predict a defect position and a defect size.

ここに開示する第4の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測装置は、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する装置であって、上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成手段と、上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析手段と、上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出手段と、上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測手段とを備え、上記欠陥位置予測手段は、任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定し、上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定し、上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定し、上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定し、上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体の発生判定、上記溶湯の流入判定、上記移動計算、及び上記欠陥前駆体の位置設定を繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定するものであり、上記ガス圧閾値算出手段は、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出することを特徴とする。   A defect position predicting device for a casting according to a fourth technique disclosed herein is a device for predicting a defect position of a casting in pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure. Mold model creating means for creating a mold model divided into elements; and, for the mold model, a molten metal flow at predetermined time steps from the start to the end of filling of the molten metal under the same casting conditions as in the pressure casting. A flow analysis means for performing an analysis to calculate a state quantity of the plurality of elements including a gas pressure of the plurality of elements and a flow rate of the molten metal at each time step; a result of the flow analysis; Gas pressure threshold value calculating means for calculating the gas pressure threshold values for the plurality of elements based on defect occurrence conditions desired to be predicted in the product; A gas pressure, the flow rate, and a defect position prediction unit that predicts a defect position at the end of the filling of the melt based on the gas pressure threshold value. In the result of the molten metal flow analysis, it is determined that a defect precursor has occurred in an element in which the gas pressure exceeds the threshold, and whether the molten metal has flowed into the element in which it has been determined that the defect precursor has occurred. Determine whether or not, when it is determined that the molten metal has flowed into the element, from the flow rate of the molten metal flowing into the element and / or the element around the element, to perform the movement calculation of the defect precursor, Determining the defect movement position, setting the defect movement position obtained by the movement calculation as the position of the defect precursor in the flow analysis of the next time step after the arbitrary time step, Until the filling of the molten metal is completed, the defect position at the end of the filling of the molten metal is determined by repeating the determination of the occurrence of the defective precursor, the determination of the inflow of the molten metal, the calculation of the movement, and the setting of the position of the defective precursor. Wherein the gas pressure threshold value calculating means calculates the gas pressure threshold value in consideration of information on residual air, lubricant volatile gas, and release agent volatile gas generated under the casting conditions of the pressure casting. It is characterized by.

第5の技術は、第4の技術において、上記欠陥位置予測手段は、上記移動計算として、上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出し、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定し、上記各要素のサイズと、上記移動方向とに基づき、1要素分の移動距離を算出し、上記欠陥前駆体の移動距離が、上記1要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定することを特徴とする。   A fifth technology is the fourth technology, in the fourth technology, wherein the defect position predicting means has flowed into the element as the movement calculation, where the defect precursor is generated and the molten metal is determined to have flowed. The moving distance of the defect precursor is calculated from the flow velocity of the molten metal, and the moving direction of the defect precursor is determined from the flow velocity of the molten metal flowing into the element and / or an element surrounding the element. The moving distance for one element is calculated based on the size and the moving direction, and when it is determined that the moving distance of the defect precursor exceeds the moving distance for one element, the defect precursor is determined. It is characterized in that the element to which the body moves is determined.

第6の技術は、第4又は第5の技術において、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、上記欠陥位置予測手段は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測することを特徴とする。   A sixth technique is the fourth technique or the fifth technique, wherein the defect occurrence condition includes information on a defect size, and the defect position predicting means includes, in addition to the defect position, The method is characterized by estimating a defect size.

ここに開示する第7の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測プログラムは、溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測するためのプログラムであって、上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、上記欠陥位置予測工程は、任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程とを備え、上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出することを特徴とする。   The defect position prediction program for a casting according to the seventh technology disclosed herein is a program for predicting a defect position of a casting in pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure. A mold model creation step of creating a mold model divided into a plurality of elements, and, for the mold model, under the same casting conditions as in the pressure casting, at predetermined time steps from the start of filling of the molten metal to the end of filling. Performing a molten metal flow analysis, a molten metal flow analysis step of calculating a state quantity of the plurality of elements including the gas pressure of the plurality of elements and a flow velocity of the molten metal at each time step, and a result of the molten metal flow analysis, A gas pressure threshold value calculating step of calculating the gas pressure threshold value in the plurality of elements based on a defect occurrence condition desired to be predicted in the casting, and The gas pressure, the flow velocity, and the gas pressure calculated based on the threshold value of the gas pressure, the defect position prediction step of predicting the defect position at the end of the filling of the molten metal, the defect position prediction step, In the result of the molten metal flow analysis at an arbitrary time step, a defect precursor generation determining step of determining that a defect precursor has occurred in an element where the gas pressure exceeds the threshold, and determining that the defect precursor has occurred A molten metal inflow determining step of determining whether the molten metal has flowed into the element, and flowing into the element and / or an element surrounding the element when it is determined that the molten metal has flowed into the element. The movement calculation of the defect precursor is performed based on the flow velocity of the molten metal, and a movement calculation step of determining a defect movement position, and the defect movement position obtained by the movement calculation is determined by the arbitrary time. A defect precursor position setting step to be set as the position of the defect precursor in the molten metal flow analysis of the next time step, and from the defect precursor generation determination step to the defect precursor position setting step until the filling of the molten metal is completed. And a defect position determining step of determining the defect position at the end of the filling of the molten metal.In the gas pressure threshold value calculating step, the residual air generated under the casting conditions of the pressure casting, the lubricant volatile gas And the threshold value of the gas pressure is calculated in consideration of the information of the release agent volatile gas.

第8の技術は、第7の技術において、上記移動計算工程は、上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、1要素分の移動距離を算出する1要素分移動距離算出工程と、上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記1要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程とを備えたことを特徴とする。   An eighth technique is the seventh technique, wherein in the movement calculation step, in the element in which the defect precursor is generated and the melt is determined to have flown, the flow rate of the molten metal flowing into the element is determined by: A moving distance calculating step of calculating a moving distance of the defect precursor, and a moving direction determining step of determining a moving direction of the defect precursor from a flow rate of the molten metal flowing into the element and / or a peripheral element of the element, A one element movement distance calculation step for calculating a movement distance for one element based on the size of each of the elements and the movement direction determined in the movement direction determination step, and a movement calculated in the movement distance calculation step A moving distance determining step of determining a moving destination element of the defect precursor when it is determined that the distance exceeds the moving distance of one element.

第9の技術は、第7又は第8の技術において、上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測することを特徴とする。   In a ninth technique, in the seventh or eighth technique, in the gas pressure threshold value calculation step, the defect occurrence condition includes information on a defect size, and the defect position prediction step includes adding the defect position to the defect position. Further, a defect size at the time of completion of the filling of the molten metal is predicted.

ここに開示する第10の技術に係る鋳造品の欠陥位置予測プログラムを記録した記録媒体は、第7乃至第9の技術に記載された鋳造品の欠陥位置予測プログラムを記録したものである。   The recording medium on which the program for predicting a defect position of a casting according to the tenth technology disclosed herein is recorded with the program for predicting a defect position of a casting according to the seventh to ninth technologies.

以上述べたように、本開示によると、ガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定し、湯流れ解析情報を用いて欠陥前駆体の移動位置を算出し、最終的な欠陥位置を評価する。本構成によれば、ガス圧の閾値を、実際の圧力鋳造時に発生するガス情報を考慮して設定することにより、より正確な欠陥位置の判定が可能となる。   As described above, according to the present disclosure, in an element in which the gas pressure exceeds the threshold value, it is determined that a defect precursor has occurred, and the movement position of the defect precursor is calculated by using the melt flow analysis information. The defect location. According to this configuration, the threshold value of the gas pressure is set in consideration of gas information generated at the time of actual pressure casting, so that a more accurate defect position can be determined.

本開示の実施形態に係るダイカストマシンの概略を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a die casting machine according to an embodiment of the present disclosure. 同ダイカストマシンで得られるエンジンのシリンダブロックの斜視図。FIG. 3 is a perspective view of a cylinder block of the engine obtained by the die casting machine. 本開示の実施形態に係る欠陥位置予測装置を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a defect position prediction device according to an embodiment of the present disclosure. 同実施形態に係る欠陥位置予測方法のフローチャートである。It is a flowchart of the defect position prediction method according to the embodiment. 図4Aの欠陥位置予測方法の欠陥位置予測工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the defect position prediction process of the defect position prediction method of FIG. 4A. 任意のタイムステップにおける湯流れ解析において得られたガス圧の値の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the value of the gas pressure obtained in the hot water flow analysis in an arbitrary time step. 欠陥前駆体発生判定工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a defect precursor generation judging process. 溶湯流入判定工程、移動距離算出工程及び移動方向決定工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a molten metal inflow judging process, a movement distance calculation process, and a movement direction decision process. 移動方向決定工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a moving direction decision process. 移動方向決定工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a moving direction decision process. 移動方向決定工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a moving direction decision process. 移動方向決定工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a moving direction decision process. 移動計算繰り返し工程を説明するための図である。It is a figure for explaining a movement calculation repetition process. 欠陥位置決定工程を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a defect position determination step.

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。   Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiments is merely exemplary in nature and is in no way intended to limit the present disclosure, its applications or uses.

(実施形態1)
≪鋳型の一例≫
図1に示すように、本実施形態に係る鋳型はハイプレッシャーダイカスト(溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造)に使用される金型1であり、キャビティを減圧した状態でダイカストが行われる真空ダイカスト用金型である。なお、図1はダイカストマシンを概略的に描いたものである。金型1(鋳型)は、中子2を備え、例えば図2に示すエンジンのシリンダブロック3(鋳造品)を鋳造するためのキャビティ4を有する。固定盤5には、ランナ6、ゲート7及びベントランナー8が形成されている。固定盤5には、ランナ6を介して溶湯Mをキャビティ4に射出するためのスリーブ10とプランジャチップ9とを有する射出シリンダ11が配設されている。また、固定盤5には、真空引き通路であるベントランナー8を介してキャビティ4を減圧するための真空ポンプ(図示省略)が取付けられている。
(Embodiment 1)
≪Example of mold≪
As shown in FIG. 1, the mold according to the present embodiment is a mold 1 used for high pressure die casting (pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure). It is a die casting die. FIG. 1 schematically illustrates a die casting machine. The mold 1 (mold) includes a core 2 and has a cavity 4 for casting, for example, a cylinder block 3 (cast product) of an engine shown in FIG. A runner 6, a gate 7, and a vent runner 8 are formed on the fixed platen 5. The fixed platen 5 is provided with an injection cylinder 11 having a sleeve 10 and a plunger tip 9 for injecting the molten metal M into the cavity 4 via the runner 6. Further, a vacuum pump (not shown) for reducing the pressure of the cavity 4 via a vent runner 8 which is a vacuum passage is attached to the fixed platen 5.

図2のシリンダブロック3は、4つのシリンダボア12を備えた直列4気筒エンジンのシリンダブロックであり、アルミニウム合金製である。なお、第1気筒〜第4気筒を#1〜#4の符号で示している。また、図2において、矢印で示す方向を左右方向とする。そして、本実施形態に係る欠陥位置予測方法は、エンジンのシリンダブロックに限らず、種々の鋳造品に適用することができる。   2 is a cylinder block of an in-line four-cylinder engine having four cylinder bores 12, and is made of an aluminum alloy. The first to fourth cylinders are denoted by reference numerals # 1 to # 4. Also, in FIG. 2, the direction indicated by the arrow is the left-right direction. The defect position prediction method according to the present embodiment can be applied not only to the cylinder block of the engine but also to various castings.

≪欠陥位置予測装置≫
本開示の実施形態に係る欠陥位置予測方法には、例えば図3に示す欠陥位置予測装置21を利用することができる。
≪Defect position prediction device≫
In the defect position prediction method according to the embodiment of the present disclosure, for example, a defect position prediction device 21 illustrated in FIG. 3 can be used.

欠陥位置予測装置21は、鋳造用CAE(Computer Aided Engineering)システムであり、制御装置22、入力装置23、出力装置24、記憶装置25及び演算装置26を備えている。入力装置23、出力装置24、記憶装置25及び演算装置26は制御装置22に接続されている。入力装置23は、コンピュータに接続されるキーボードやマウスによって構成される。出力装置24は、コンピュータに接続されるディスプレイ等によって構成される。記憶装置25としては、コンピュータにおけるRAMやROM等からなる記憶部が用いられ、演算装置26としては、コンピュータのCPUからなる演算処理部等が用いられる。   The defect position prediction device 21 is a CAE (Computer Aided Engineering) system for casting, and includes a control device 22, an input device 23, an output device 24, a storage device 25, and an arithmetic device 26. The input device 23, the output device 24, the storage device 25, and the arithmetic device 26 are connected to the control device 22. The input device 23 includes a keyboard and a mouse connected to a computer. The output device 24 is configured by a display or the like connected to a computer. As the storage device 25, a storage unit such as a RAM or a ROM in a computer is used, and as the arithmetic unit 26, an arithmetic processing unit including a CPU of the computer is used.

記憶装置25には、金型1に関する情報、溶湯射出条件に関する情報、演算装置26における演算に関する情報、並びに演算処理を実行するプログラム等が記憶されている。特に、記憶装置25には、後述するように、シリンダブロック3の鋳型モデルにおける湯流れ解析の結果としての複数の要素の状態量、ガス圧閾値、欠陥前駆体位置、及び欠陥位置等が記憶されている。   The storage device 25 stores information relating to the mold 1, information relating to the molten metal injection conditions, information relating to computations in the computation device 26, a program for executing computation processing, and the like. In particular, the storage device 25 stores the state quantities, gas pressure thresholds, defect precursor positions, defect positions, and the like of a plurality of elements as a result of the melt flow analysis in the mold model of the cylinder block 3 as described later. ing.

演算装置26は、後述する鋳型モデル作成手段、射出条件設定手段、湯流れ解析手段、ガス圧閾値算出手段、及び欠陥位置予測手段を構成する。   The arithmetic unit 26 constitutes a mold model creation unit, injection condition setting unit, molten metal flow analysis unit, gas pressure threshold value calculation unit, and defect position prediction unit, which will be described later.

≪欠陥位置予測方法≫
本開示の実施形態に係る欠陥位置予測方法を図4A,図4Bに示すフローチャート、及び図5〜図13を参照して説明する。
≪Defect location prediction method≫
A defect position prediction method according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to flowcharts illustrated in FIGS. 4A and 4B and FIGS.

本開示の実施形態に係る欠陥位置予測方法は、図4Aに示すように、鋳型モデル作成工程S1と、湯流れ解析工程S2と、ガス圧閾値算出工程S3と、欠陥位置予測工程SIとを備える。   As shown in FIG. 4A, the defect position prediction method according to the embodiment of the present disclosure includes a mold model creation step S1, a molten metal flow analysis step S2, a gas pressure threshold value calculation step S3, and a defect position prediction step SI. .

<鋳型モデル作成工程>
鋳型モデル作成工程S1において、上記シリンダブロック3を鋳造する鋳型である金型1のキャビティ4を複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する。
<Mold model creation process>
In a mold model creation step S1, a mold model is created by dividing the cavity 4 of the mold 1 as a mold for casting the cylinder block 3 into a plurality of elements.

この鋳型モデル作成工程S1は演算装置26の鋳型モデル作成手段において行う。鋳型モデルの作成には、製品CADモデルに基づいて金型の設計段階で作成される鋳造方案CADモデルを用いる。モデル作成手段は、鋳造方案CADモデルをメッシュ分割することにより、キャビティ4が複数の要素に分割されてなる鋳型モデル(有限要素モデル)を作成する。なお、要素のサイズや形状は任意であるが、例えば、1つの要素を0.5mm以上2mm以下角の立方体とすることができる。また、例えば、鋳造品の鋳型モデルを10万個以上10億個以下の要素に分割することができる。また、本明細書において、複数の要素を「メッシュ」と称することがある。   This mold model creation step S1 is performed by the mold model creation means of the arithmetic unit 26. To create the mold model, a casting plan CAD model created at the stage of designing the mold based on the product CAD model is used. The model creating means creates a mold model (finite element model) in which the cavity 4 is divided into a plurality of elements by dividing the casting plan CAD model into meshes. Although the size and shape of the elements are arbitrary, for example, one element may be a cube having a square of 0.5 mm or more and 2 mm or less. Further, for example, a mold model of a casting can be divided into 100,000 or more and 1 billion or less elements. In this specification, a plurality of elements may be referred to as “mesh”.

<湯流れ解析工程>
湯流れ解析工程S2において、上記鋳型モデルを用いてCAEによる湯流れ解析を行う。この工程は演算装置26の湯流れ解析手段において行う。具体的には、図2の鋳造品の圧力鋳造のときと同じ溶湯射出条件で湯流れ解析を行う。溶湯射出条件の設定は、演算装置26の射出条件設定手段において行う。溶湯射出条件として、溶湯温度、射出速度、ゲートの形状及び位置等を設定する。これら射出条件は、記憶装置25に格納されている射出条件に基づいて、射出条件設定手段が自動的に選択して設定する。なお、作業者が射出条件を入力装置23により入力するようにしてもよい。
<Molten flow analysis process>
In the molten metal flow analysis step S2, a molten metal flow analysis by CAE is performed using the above-described mold model. This step is performed by the hot water flow analysis means of the arithmetic unit 26. Specifically, the molten metal flow analysis is performed under the same molten metal injection conditions as in the pressure casting of the cast product in FIG. The setting of the molten metal injection condition is performed by the injection condition setting means of the arithmetic unit 26. As the molten metal injection conditions, the molten metal temperature, the injection speed, the shape and position of the gate, and the like are set. These injection conditions are automatically selected and set by the injection condition setting means based on the injection conditions stored in the storage device 25. Note that the operator may input the injection condition using the input device 23.

湯流れ解析手段には、例えば、MAGMA GmbHの「MAGMASOFT」、クオリカ社の「JSCAST」等の汎用の鋳造解析ソフトウェアを用いることができる。そして、任意に設定されたタイムステップ毎に計算を、溶湯の充填開始(充填率0%)から充填終了(充填率100%)まで繰り返し行い、各タイムステップにおける各要素の種々の状態量を算出することができる。各タイムステップ間の時間間隔は、特に限定されるものではないが、例えば0.1秒以上2秒以下に設定することができる。   General-purpose casting analysis software such as “MAGMASOFT” by MAGMA GmbH and “JSCAST” by Qualica can be used as the molten metal flow analysis means. The calculation is repeated for each arbitrarily set time step from the start of filling of the molten metal (filling rate of 0%) to the end of filling (filling rate of 100%) to calculate various state quantities of each element in each time step. can do. The time interval between each time step is not particularly limited, but can be set to, for example, 0.1 seconds or more and 2 seconds or less.

この湯流れ解析により、上記キャビティの各要素における状態量として、各要素におけるガス圧、各要素に到達した溶湯の流速を算出する。なお、各要素に到達した溶湯の流速は、ベクトル情報で得られる。   By this molten metal flow analysis, the gas pressure in each element and the flow velocity of the molten metal reaching each element are calculated as the state quantities in each element of the cavity. Note that the flow velocity of the molten metal that has reached each element can be obtained from vector information.

また、本明細書において、「ガス圧」とは、各要素のうち溶湯が充填されていない要素の圧力情報をいう。例えば、図5に示すように、16個の要素からなるメッシュM1を考える。メッシュM1において、0と表示されている要素は、溶湯が100%充填しており、ガスが存在しておらず、そのガス圧が0であることを示している。また、例えば、100と表示された要素は、溶湯の充填率が100%ではなく、ガスが存在しており、そのガス圧が100mbarであることを示している。   Further, in this specification, “gas pressure” refers to pressure information of an element that is not filled with the molten metal among the elements. For example, consider a mesh M1 composed of 16 elements as shown in FIG. The element indicated as 0 in the mesh M1 indicates that 100% of the molten metal is filled, no gas is present, and the gas pressure is 0. Further, for example, an element indicated by 100 indicates that the filling rate of the molten metal is not 100%, but a gas is present, and the gas pressure is 100 mbar.

図5には、タイムステップTS1〜TS3における湯流れ計算で得られたメッシュM1の各要素のガス圧の値を示している。   FIG. 5 shows the gas pressure values of the respective elements of the mesh M1 obtained by the calculation of the molten metal flow in the time steps TS1 to TS3.

タイムステップTS1では、9個の要素においてガス圧値が100mbarとなっており、当該9個の要素からなる領域にガスが存在していたと考えられる。そして、タイムステップTS2では、当該9個の要素のうち、中心部の3個の要素において、ガス圧が300mbarに上昇していることが判る。さらにタイムステップTS3では、上記3個の要素のうちの1つにおいてガス圧が900mbarに上昇していることが判る。   In the time step TS1, the gas pressure value is 100 mbar in the nine elements, and it is considered that the gas was present in the region including the nine elements. Then, in the time step TS2, it can be seen that the gas pressure has increased to 300 mbar in the three central elements among the nine elements. Furthermore, at time step TS3, it can be seen that the gas pressure has increased to 900 mbar in one of the three elements.

これらのガス圧の表示から、タイムステップTS1以前に上記9個の要素からなる領域においてガス領域が生じ、タイムステップ毎に上記ガス領域の周辺から当該ガス領域の要素に溶湯が流入して上記ガス領域の体積が縮小するとともに、当該ガス領域を構成する要素におけるガス圧が上昇したものと考えられる。   From the display of these gas pressures, a gas region is generated in the region consisting of the nine elements before the time step TS1, and at each time step, the molten metal flows from the periphery of the gas region into the element of the gas region and the gas flows. It is considered that the volume of the region was reduced and the gas pressure in the elements constituting the gas region was increased.

このように、上述の汎用ソフトウェアでは、各要素におけるガス圧の最大値の履歴が各タイムステップにおける湯流れ計算の結果として表示される。そして、後述するように、当該ガス圧が所定の閾値を超えた場合に、当該要素において、いずれ鋳造品内の欠陥となる気泡、すなわち「欠陥前駆体」が発生したと判定することができる(後述するガス圧閾値算出工程S3、欠陥位置予測工程SIの記載参照)。なお、上述の汎用ソフトウェアでは、ガス圧値が高い要素にいずれかのタイムステップで欠陥前駆体が発生したとしてもその移動を正確に表示することはできない。また、汎用ソフトウェアでは、ガス圧は、残留空気のガス圧だけを計算することができ、その他のガス成分に由来するガス圧は計算結果には反映されていない。   Thus, in the above-described general-purpose software, the history of the maximum value of the gas pressure in each element is displayed as a result of the calculation of the molten metal flow in each time step. Then, as described later, when the gas pressure exceeds a predetermined threshold value, it can be determined that a bubble serving as a defect in the casting, that is, a “defect precursor” is generated in the element at some time ( (See the description of the gas pressure threshold value calculation step S3 and the defect position prediction step SI described later.) It should be noted that the above-mentioned general-purpose software cannot accurately display the movement of a defect precursor even if an element having a high gas pressure value is generated at any time step. Further, with the general-purpose software, the gas pressure can calculate only the gas pressure of the residual air, and the gas pressure derived from other gas components is not reflected in the calculation result.

<ガス圧閾値算出工程>
ガス圧閾値算出工程S3において、湯流れ解析工程S2で得られた湯流れ解析の結果と、鋳造品であるシリンダブロック3において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、鋳型モデルに含まれる各要素におけるガス圧の閾値を算出する。「ガス圧の閾値」とは、上述の欠陥前駆体が発生すると判定できるガス圧の下限値のことをいう。当該算出は、ガス圧閾値算出手段としての演算装置26により実行される。そして、算出されたガス圧の閾値は記憶装置25に格納される。
<Gas pressure threshold calculation step>
In the gas pressure threshold value calculation step S3, based on the result of the molten metal flow analysis obtained in the molten metal flow analysis step S2 and the defect generation conditions to be predicted in the cylinder block 3 which is a casting, each element included in the mold model is determined. Calculate the gas pressure threshold. The “gas pressure threshold” refers to the lower limit of the gas pressure at which it can be determined that the above-mentioned defect precursor is generated. The calculation is performed by the arithmetic unit 26 as a gas pressure threshold value calculating unit. Then, the calculated gas pressure threshold value is stored in the storage device 25.

−ガス圧閾値算出方法−
ガス圧の閾値は、例えば、ボイル・シャルルの法則を適用し、下記式(1)を用いて、以下のようにして算出される。
-Gas pressure threshold calculation method-
The threshold value of the gas pressure is calculated, for example, by applying the Boyle-Charles law and using the following equation (1) as follows.

P1・V0/T1≧P2・V2/T2 ・・・(1)
但し、式(1)中、P2、V2、T2は、鋳造品において発生を予測したい欠陥発生条件に関する値であり、それぞれ、予測鋳造圧、予測欠陥体積、予測溶湯温度である。なお、予測鋳造圧P2は、実際に鋳造を行うときに想定される鋳造圧、予測欠陥体積V2は、実際の鋳造品において欠陥と判定され得る空隙の体積、予測溶湯温度T2は、実際に鋳造を行うときに想定される溶湯温度を採用することができる。
P1 · V0 / T1 ≧ P2 · V2 / T2 (1)
However, in the equation (1), P2, V2, and T2 are values relating to the defect generation conditions for which it is desired to predict the occurrence in the casting, and are a predicted casting pressure, a predicted defect volume, and a predicted molten metal temperature, respectively. The predicted casting pressure P2 is a casting pressure assumed when actually performing casting, the predicted defect volume V2 is a volume of a void that can be determined as a defect in an actual cast product, and the predicted molten metal temperature T2 is an actual casting temperature. The temperature of the molten metal that is assumed when performing the above can be adopted.

また、P1、T1は、湯流れ解析工程S2の湯流れ解析値であり、それぞれ、任意のガス領域のガス圧、当該ガス領域の温度である。なお、当該ガス領域は、1又は2以上の要素からなる。そして、V0は、湯流れ解析工程S2の湯流れ解析結果から得られる上記ガス領域の体積の値V1を、後述するように、実際に欠陥を生じ得るガス成分量を考慮して補正した値である。   P1 and T1 are the molten metal flow analysis values in the molten metal flow analysis step S2, and are the gas pressure of an arbitrary gas region and the temperature of the gas region, respectively. Note that the gas region is composed of one or more elements. V0 is a value obtained by correcting the volume value V1 of the gas region obtained from the molten metal flow analysis result in the molten metal flow analysis step S2 in consideration of a gas component amount that can actually cause a defect, as described later. is there.

まず、T1=T2と仮定する。なお、本実施形態ではT1=T2と仮定する例について説明するが、T1及びT2の関係については、この限りではない。すなわち、溶湯の凝固時には、一般的に溶湯温度は低下するため、計算条件としてT1及びT2を異なる値と仮定することもできる。   First, assume that T1 = T2. In this embodiment, an example will be described in which T1 = T2 is assumed, but the relationship between T1 and T2 is not limited to this. That is, during solidification of the molten metal, the temperature of the molten metal generally decreases, so that T1 and T2 can be assumed to be different values as calculation conditions.

次に、鋳造品であるシリンダブロック3において発生を予測したい欠陥の最小直径R(欠陥サイズの情報)を決定する。そして、上述の最小直径Rから、欠陥を真球とみなして、欠陥の体積V2を下記式(2)のように仮定する。   Next, the minimum diameter R (defect size information) of the defect whose occurrence is to be predicted in the cylinder block 3 which is a casting is determined. Then, from the minimum diameter R described above, the defect is regarded as a true sphere, and the volume V2 of the defect is assumed as in the following equation (2).

V2=4π(R/2)/3=πR/6 ・・・(2)
次に、湯流れ解析工程S2の湯流れ解析の結果得られた上記領域の体積V1を、実体補正してV0の値を得る。具体的に、補正は以下の通り行う。
V2 = 4π (R / 2) 3/3 = πR 3/6 ··· (2)
Next, the volume V1 of the region obtained as a result of the melt flow analysis in the melt flow analysis step S2 is substantively corrected to obtain the value V0. Specifically, the correction is performed as follows.

すなわち、汎用ソフトウェアによる湯流れ解析では、残留空気の体積のみしか計算することができない。従って、湯流れ解析の結果得られた上記領域の体積V1は、残留空気の体積を示している。   That is, in the hot water flow analysis using general-purpose software, only the volume of the residual air can be calculated. Therefore, the volume V1 of the region obtained as a result of the hot water flow analysis indicates the volume of the residual air.

しかしながら、キャビティ4内には、真空引き条件下においても、残留空気に加え、プランジャチップ9の摺動潤滑用の潤滑剤の揮発ガス、キャビティ面に塗布される離型剤の揮発ガス、水素ガス等が存在している。   However, in the cavity 4, in addition to the residual air, the volatile gas of the lubricant for sliding lubrication of the plunger tip 9, the volatile gas of the release agent applied to the cavity surface, Etc. exist.

なお、これらの成分からなる残留ガスの発生量及び成分量は、後述するように、通常、公知のガス分析により分析することができる。そして、本願発明者らは、ガス分析の結果と、実際の鋳造品の分析結果から、残留ガス内に含まれるガス成分のうち、欠陥発生原因となり得る成分は残留空気を含む特定の成分であることを見出した。   In addition, the amount of generated residual gas and the amount of components composed of these components can be analyzed by a known gas analysis, as described later. The inventors of the present application have found that, from the results of gas analysis and the results of analysis of actual castings, among the gas components contained in the residual gas, a component that may cause a defect is a specific component including residual air. I found that.

そうすると、ステップ2の湯流れ解析の結果得られた領域の体積V1は、残留空気の体積であるから、上記残留ガスのうち、残留空気に加えて、その他の欠陥発生原因となり得る成分の体積を考慮して、体積V1を欠陥発生原因となり得る特定成分の体積V0に換算することが適切である。従って、欠陥発生原因となり得る特定成分の体積を1、特定成分中の空気の体積の割合をtとすると、欠陥発生原因となり得る特定成分の体積V0は、下記式(3)により得ることができる。   Then, since the volume V1 of the region obtained as a result of the hot water flow analysis in step 2 is the volume of the residual air, in addition to the residual air, of the residual gas, the volume of other components that may cause a defect is determined. In consideration of the above, it is appropriate to convert the volume V1 into a volume V0 of a specific component that can cause a defect. Therefore, assuming that the volume of a specific component that can cause a defect is 1 and the ratio of the volume of air in the specific component is t, the volume V0 of the specific component that can cause a defect can be obtained by the following equation (3). .

V0=V1×1/t=V1/t ・・・(3)
上記式(2),(3)を上記式(1)に代入して整理すると、下記式(4)を得る。
V0 = V1 × 1 / t = V1 / t (3)
When the above equations (2) and (3) are substituted into the above equation (1) and rearranged, the following equation (4) is obtained.

P1≧(πR・t/6V1)×P2 ・・・(4)
式(4)より、ガス圧P1の閾値は、(πR・t/6V1)×P2であることが判る。
P1 ≧ (πR 3 · t / 6V1) × P2 (4)
From equation (4), the threshold value of the gas pressure P1 is found to be (πR 3 · t / 6V1) × P2.

−ガス圧閾値算出の一例−
例えば、予測鋳造圧P2=60MPa(=60×10mbar)、ガス中に含まれる欠陥発生原因となり得る特定成分中における空気の体積の割合t=0.158(後述するガス分析の実験例16のライトボスの窒素割合から空気割合を算出)、発生を予測したい欠陥の最小直径R=0.5mm、V1=6.6mmとすると、式(4)から、P2≧934mbarとなり、ガス圧P1の閾値は934mbarと算出することができる。
-Example of gas pressure threshold calculation-
For example, the predicted casting pressure P2 = 60 MPa (= 60 × 10 4 mbar), the ratio t = 0.158 of the volume of air in a specific component which may be a cause of defects contained in the gas (Experimental example 16 of gas analysis described later) Calculate the air ratio from the nitrogen ratio of the light boss), assuming that the minimum diameter of the defect whose occurrence is to be predicted is R = 0.5 mm and V1 = 6.6 mm 3 , from equation (4), P2 ≧ 934 mbar, and the gas pressure P1 The threshold can be calculated as 934 mbar.

−実際の鋳造品におけるガス分析−
シリンダブロック3の鋳造時に、鋳型の各部で生成される鋳造サンプルについて、公知のガスクロマトグラフィー分析及び鋳造サンプルの目視による組織観察結果により、ガス量とガス成分(種類:H,O,CH,CO,CO,C,C)並びに欠陥量及び欠陥位置との関係を分析した。鋳造サンプルの構成を表1に示す。
-Gas analysis in actual casting-
When casting the cylinder block 3, the gas amount and gas components (types: H 2 , O 2 , CH) of the cast sample generated in each part of the mold are determined by a known gas chromatography analysis and a visual observation of the structure of the cast sample. 4 , CO, CO 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 ) and the relationship between the defect amount and the defect position were analyzed. Table 1 shows the structure of the cast sample.

Figure 2020019032
Figure 2020019032

表1中、実験例1の保持炉内溶湯は、固定盤5内に配設された溶湯の保持炉内で形成されたロッド状の粗鋳造品である。実験例2のナマコ又は実験例3の押出ナマコは、スリーブ10の予熱のための手動捨て打ち(実験例2)又は自動捨て打ち(実験例3)の結果得られた粗鋳造品であり、スリーブ10内で円柱状に凝固した溶湯である。実験例4〜14は、シリンダブロック3の各部であり、第1気筒ボア排気側、第1気筒ボア吸気側、第2気筒ボア排気側、第2気筒ボア吸気側、第3気筒ボア排気側、第3気筒ボア吸気側、第4気筒ボア排気側、第4気筒ボア吸気側、バックメタル及びライトボスは、図2中それぞれ符号121、122、123、124、125、126、31及び32で示される部位である。なお、実験例13のレフトボスは、図2中には図示していないが、シリンダブロック3の左側の側面に、実験例16のライトボスと同様に、補機等の組み付け用に配設された管状又は円柱状の突起部位である。実験例15は、図1中符号8で示すベントランナーにおいて凝固した粗鋳造品である。   In Table 1, the molten metal in the holding furnace of Experimental Example 1 is a rod-shaped crude casting formed in the holding furnace for the molten metal provided in the fixed platen 5. The sea cucumber of the experimental example 2 or the extruded sea cucumber of the experimental example 3 is a crude cast product obtained as a result of manual dumping (experimental example 2) or automatic dumping (experimental example 3) for preheating the sleeve 10. It is a molten metal that has solidified in a cylindrical shape within 10. Experimental examples 4 to 14 are each part of the cylinder block 3 and include a first cylinder bore exhaust side, a first cylinder bore intake side, a second cylinder bore exhaust side, a second cylinder bore intake side, a third cylinder bore exhaust side, The third cylinder bore intake side, the fourth cylinder bore exhaust side, the fourth cylinder bore intake side, the back metal and the light boss are indicated by reference numerals 121, 122, 123, 124, 125, 126, 31 and 32 in FIG. Part. The left boss of Experimental Example 13 is not shown in FIG. 2, but, like the right boss of Experimental Example 16, is a tubular boss disposed on the left side surface of the cylinder block 3 for assembling auxiliary equipment and the like. Or it is a columnar projection. Experimental Example 15 is a crude casting product solidified in a bent runner indicated by reference numeral 8 in FIG.

鋳造条件は、以下の通りである。すなわち、2250トンのハイプレッシャーダイカストマシン(UBE社製)を用いた。鋳造圧は60MPa、溶湯はアルミニウム合金、溶湯温度は約650℃、溶湯射出速度は6.0m/s、金型温度は約180℃であった。また、プランジャチップ9の摺動潤滑用の潤滑剤は、精製鉱植物油黒鉛分散体(日本黒鉛工業株式会社製、プランジャーハイトF-1G)、成形面塗布用の離型剤は、変性有機官能性ポリシロキサン(日本アチソン株式会社製、Deltacast liquid powder 1)を用いた。なお、潤滑剤及び離型剤の塗布は、ハイプレッシャーダイカスト装置に付設された噴霧装置により行った。潤滑剤及び離型剤から発生し得る主なガス成分は、H,O,CH,CO,CO,C,Cと考えられる。潤滑剤及び離型剤の塗布の有無は、表1中、○(塗布あり)及び×(塗布なし)で示している。なお、実験例2〜15の潤滑剤の塗布量は、8.0mLであった。また実験例4〜15の離型剤の塗布量は、7.0mLであった。 The casting conditions are as follows. That is, a 2250 ton high pressure die casting machine (made by UBE) was used. The casting pressure was 60 MPa, the molten metal was an aluminum alloy, the molten metal temperature was about 650 ° C., the molten metal injection speed was 6.0 m / s, and the mold temperature was about 180 ° C. The lubricant for sliding lubrication of the plunger tip 9 is refined mineral vegetable oil graphite dispersion (Plunger Height F-1G, manufactured by Nippon Graphite Industry Co., Ltd.). Water-soluble polysiloxane (Deltacast liquid powder 1 manufactured by Acheson Japan Limited) was used. The application of the lubricant and the release agent was performed by a spray device attached to the high pressure die casting device. The main gas components that can be generated from the lubricant and the release agent are considered to be H 2 , O 2 , CH 4 , CO, CO 2 , C 2 H 4 , and C 2 H 6 . The presence or absence of the application of the lubricant and the release agent is shown in Table 1 by ○ (with coating) and X (without coating). The amount of the lubricant applied in Experimental Examples 2 to 15 was 8.0 mL. The amount of the release agent applied in Experimental Examples 4 to 15 was 7.0 mL.

また、鋳造サンプルの目視による組織観察は、観察者1名が鋳造サンプルの組織を観察し、約0.5mm以上の径の空隙を欠陥として、下記の4段階で評価することにより行った。   The structure of the cast sample was visually observed by one observer observing the structure of the cast sample and evaluating the voids having a diameter of about 0.5 mm or more as defects by the following four steps.

× 欠陥なし又はほとんどなし
△ 欠陥少しあり
○ 欠陥あり
◎ 欠陥かなり多い
表1,2に、実験例1〜15の鋳造サンプルについて、残留ガス量(総量及び鋳造サンプル100g当たり)と、残留ガスの成分割合の分析結果、及び鋳造サンプルの目視による観察結果を示す。
× No or almost no defects △ Some defects ○ Some defects ◎ Many defects Tables 1 and 2 show the amounts of residual gas (total amount and per 100 g of cast sample) and components of residual gas for the cast samples of Experimental Examples 1 to 15. The results of ratio analysis and the results of visual observation of cast samples are shown.

Figure 2020019032
Figure 2020019032

実験例1の保持炉内溶湯や実施例2のナマコの鋳造サンプルでは、目視による組織観察の結果から、欠陥量が少なく、残留ガス中に含まれる水素ガスは、欠陥を生じにくい成分であることが判る。もっとも、これらの鋳造サンプルにおいても、残留空気(後述するように、表2のガス成分の窒素割合から算出)による欠陥は発生していると考えられる。   In the molten metal in the holding furnace of Experimental Example 1 and the cast sample of sea cucumber in Example 2, the amount of defects was small, and the hydrogen gas contained in the residual gas was a component that hardly caused defects, based on the result of visual observation of the structure. I understand. However, it is considered that a defect due to residual air (calculated from the nitrogen ratio of the gas components in Table 2 as described later) also occurs in these cast samples.

実験例3の押出ナマコの鋳造サンプルでは、少し欠陥が観察された。また、ガス成分では、水素Hの割合が減少し、二酸化炭素COの割合が増加し、メタンCH、一酸化炭素COもトレース量検出されている。これは、プランジャチップ9に塗布された潤滑剤の影響によるものと考えられる。なお、潤滑剤は、溶湯内に取り込まれる前に揮発してガス状態で溶湯内に取り込まれるか、又は液体状態で溶湯内に取り込まれて、鋳造時に揮発し、欠陥を生じると考えられる。 In the cast sample of the extruded sea cucumber of Experimental Example 3, some defects were observed. In the gas components, the ratio of hydrogen H 2 decreases, the ratio of carbon dioxide CO 2 increases, and trace amounts of methane CH 4 and carbon monoxide CO are also detected. This is considered to be due to the effect of the lubricant applied to the plunger tip 9. It is considered that the lubricant volatilizes before being taken into the molten metal and is taken into the molten metal in a gaseous state, or is taken into the molten metal in a liquid state and volatilizes during casting to cause defects.

実験例4〜11のボアでは、実験例1〜3のものに比べて、残留ガス量が増加し、水素H、窒素N、メタンCH、一酸化炭素CO、二酸化炭素COが10〜30%程度検出されている。また、実験例4〜11では、実験例1〜3のものに比べて、欠陥量が増加した。これは、特に成形面に塗布された離型剤の影響によるものと考えられる。離型剤についても、潤滑剤と同様に、溶湯内に取り込まれる前に揮発してガス状態で溶湯内に取り込まれるか、又は液体状態で溶湯内に取り込まれて、鋳造時に揮発し、欠陥を生じると考えられる。 In the bores of Experimental Examples 4 to 11, the residual gas amount was increased as compared with those of Experimental Examples 1 to 3, and hydrogen H 2 , nitrogen N 2 , methane CH 4 , carbon monoxide CO, and carbon dioxide CO 2 were reduced by 10%. About 30% is detected. Further, in Experimental Examples 4 to 11, the defect amount was increased as compared with those in Experimental Examples 1 to 3. This is considered to be due particularly to the influence of the release agent applied to the molding surface. Similarly to the lubricant, the release agent volatilizes before being taken into the molten metal and is taken into the molten metal in a gaseous state, or is taken into the molten state in a liquid state and volatilized at the time of casting, causing defects. Likely to occur.

実験例12のバックメタルでは、実験例4〜11のボアに比べ、二酸化炭素CO量がトレース量となり、一酸化炭素CO量が特に増加しているものの、欠陥量はバックメタルとボアとではほとんど変化が見られない。 In the back metal of Experimental Example 12, as compared with the bores of Experimental Examples 4 to 11, the amount of carbon dioxide CO 2 becomes a trace amount, and the amount of carbon monoxide CO is particularly increased. Little change is seen.

実験例13,14のボスでは、実験例4〜11のボアと比較して、ガス成分の種類はほぼ同一であるものの、残留ガス量が増加し、欠陥量も増加している。ボスは、シリンダブロック3の側面に突起状に設けられているため、ボアに比べ溶湯の充填が困難であり、残留ガスによる欠陥が発生しやすいことが原因と考えられる。   In the bosses of Experimental Examples 13 and 14, as compared with the bores of Experimental Examples 4 to 11, the types of gas components are almost the same, but the residual gas amount is increased and the defect amount is also increased. Since the boss is provided in a protruding shape on the side surface of the cylinder block 3, it is considered that the filling of the molten metal is more difficult than that of the bore, and a defect due to residual gas is likely to occur.

実験例15のベントランナーでは、残留ガス量及び欠陥量が大幅に増加した。ベントランナーは真空引き通路であるため、鋳型内の残留ガスが集中しやすく欠陥が生じやすいと考えられる。   In the vent runner of Experimental Example 15, the residual gas amount and the defect amount increased significantly. Since the vent runner is a vacuum evacuation passage, it is considered that the residual gas in the mold tends to concentrate and defects are likely to occur.

−欠陥を生じ得るガス成分−
上記ガス分析結果から、キャビティ内に存在するガスの成分のうち、欠陥発生原因となり得る成分は、残留空気、離型剤揮発ガス及び潤滑剤揮発ガスであることが判る。また、ガス中に含まれる成分のうち、水素は、鋳造圧により鋳造中にほとんど抜けてしまうため、欠陥の原因とはなりにくい。
-Gas components that can cause defects-
From the results of the gas analysis, it can be seen that among the components of the gas existing in the cavity, components that may cause defects are residual air, release agent volatile gas and lubricant volatile gas. In addition, among the components contained in the gas, hydrogen almost escapes during casting due to the casting pressure, and thus hardly causes defects.

従って、ガス圧P1の閾値を求める際に、鋳造品の欠陥発生条件の1つとして、圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して補正後の体積V0を設定することができる。具体的には、上記式(4)において、残留ガス中に含まれるガス成分のうち、欠陥発生原因となり得る特定成分、すなわち残留空気、離型剤揮発ガス、及び潤滑剤揮発ガス(具体的には、メタンCH、一酸化炭素CO、二酸化炭素CO、エチレンC、エタンC等であり、離型剤及び潤滑剤の種類等によって、ガス成分は変化し得る)の体積の割合を1、当該特定成分中の残留空気の割合をtとして、補正後の体積V0を算出することができる。なお、残留ガス中に含まれる残留空気の割合は、例えば、空気の成分割合を窒素N:酸素O:残部=78:21:1として、表2のガス成分の窒素割合から算出することができる。 Therefore, when obtaining the threshold value of the gas pressure P1, as one of the defect occurrence conditions of the casting, information on residual air, lubricant volatile gas and release agent volatile gas generated under the casting conditions of pressure casting is considered. The corrected volume V0 can be set. Specifically, in the above formula (4), of the gas components contained in the residual gas, specific components that may cause defects, namely, residual air, release agent volatile gas, and lubricant volatile gas (specifically, Is methane CH 4 , carbon monoxide CO, carbon dioxide CO 2 , ethylene C 2 H 4 , ethane C 2 H 6 and the like, and the gas component can change depending on the type of the release agent and the lubricant. Assuming that the ratio of the volume is 1 and the ratio of the residual air in the specific component is t, the corrected volume V0 can be calculated. In addition, the ratio of the residual air contained in the residual gas is calculated from the nitrogen ratio of the gas components in Table 2, for example, assuming that the air component ratio is nitrogen N 2 : oxygen O 2 : balance = 78: 21: 1. Can be.

−鋳造品の各部の欠陥発生状況−
上記ガス分析結果に示すように、シリンダブロック3製造用鋳型の各部で生成される鋳造サンプルについて、実際に発生した欠陥位置、欠陥のサイズ、ガス成分の割合を検討すると、各部毎に欠陥の発生しやすさが異なることが判る。
-Defect occurrence status of each part of casting-
As shown in the above gas analysis results, the defect position, the size of the defect, and the ratio of the gas component actually occurring in the cast sample generated in each part of the mold for manufacturing the cylinder block 3 are examined. It turns out that ease of use is different.

従って、ガス圧P1の閾値は、ダイカストで得た鋳造品の各部の性状に基づいて、該鋳造品に係る鋳型の対応する当該各部毎に異なる値を設定してもよい。具体的には例えば、シリンダブロック3の鋳型モデルのうち、ボアとボスとでは、上述のごとく、残留ガス量及び欠陥発生率について差異があった。従って、ボアとボスとでは、欠陥発生原因となり得る特定成分中における残留空気の体積の割合tについてそれぞれ表2の結果を反映させることで、ガス圧P1の閾値として異なる値を設定するようにしてもよい。   Therefore, the threshold value of the gas pressure P1 may be set to a different value for each of the corresponding parts of the mold related to the casting based on the properties of the respective parts of the casting obtained by die casting. Specifically, for example, among the mold models of the cylinder block 3, the bore and the boss differed in the residual gas amount and the defect occurrence rate as described above. Therefore, for the bore and the boss, different values are set as the threshold value of the gas pressure P1 by reflecting the results of Table 2 on the ratio t of the volume of the residual air in the specific component that may cause the defect. Is also good.

<欠陥位置予測工程>
図4A,図4Bに示す欠陥位置予測工程SIは、任意のタイムステップにおける湯流れ解析結果を取得し、当該湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する工程である。当該欠陥位置予測工程SIは、欠陥位置予測手段としての演算装置26により実行される。また、欠陥位置予測工程SIにおいて算出された結果は、記憶装置25に格納される。
<Defect position prediction process>
The defect position prediction step SI shown in FIGS. 4A and 4B obtains a flow analysis result at an arbitrary time step, and calculates the gas pressure, the flow velocity, and the gas pressure threshold calculated in the flow analysis. Is a step of predicting a defect position at the time of completion of the filling of the molten metal based on the above. The defect position prediction step SI is executed by the arithmetic unit 26 as defect position prediction means. The result calculated in the defect position prediction step SI is stored in the storage device 25.

欠陥位置予測工程SIは、図4Bに示すように、欠陥前駆体発生判定工程S4と、溶湯流入判定工程S5と、移動計算工程SIIと、欠陥前駆体位置設定工程S11と、繰り返し計算工程S12と、欠陥位置決定工程S13とを備える。   As shown in FIG. 4B, the defect position prediction step SI includes a defect precursor generation determination step S4, a molten metal inflow determination step S5, a movement calculation step SII, a defect precursor position setting step S11, and a repetition calculation step S12. And a defect position determining step S13.

−欠陥前駆体発生判定工程−
欠陥前駆体発生判定工程S4において、任意のタイムステップにおける鋳型モデルのメッシュのうちガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定する。
-Defect precursor generation determination process-
In the defect precursor generation determining step S4, it is determined that a defect precursor has been generated in an element of the mesh of the mold model at an arbitrary time step where the gas pressure exceeds the threshold.

具体的には、上記ガス圧閾値算出の一例の項目の値を例にとると、ある要素におけるガス圧が閾値として設定した930mbarを超えたときに、その要素において、最小直径Rを有する真球の体積と同一の体積を有する欠陥前駆体が発生したと判定する。なお、連続する複数の要素においてガス圧が閾値を超えたときは、最小直径Rを有する真球の体積に要素数をかけて得られた体積の欠陥前駆体が発生したと判定される。当該欠陥前駆体の体積は、溶湯の充填終了時において最終的に得られる欠陥の体積に等しい。このように、欠陥前駆体の体積は、最小直径Rの大きさ及び要素数により決定され、最小直径Rの設定と要素数により、最終的に得られる欠陥のサイズを予測することができる。   Specifically, taking the value of an example of the above gas pressure threshold value calculation as an example, when the gas pressure in a certain element exceeds 930 mbar set as a threshold, a sphere having a minimum diameter R in that element is used. It is determined that a defect precursor having the same volume as that of the defect precursor has been generated. When the gas pressure exceeds a threshold value in a plurality of continuous elements, it is determined that a defect precursor having a volume obtained by multiplying the volume of a true sphere having the minimum diameter R by the number of elements has been generated. The volume of the defect precursor is equal to the volume of the defect finally obtained at the end of filling the molten metal. As described above, the volume of the defect precursor is determined by the size of the minimum diameter R and the number of elements, and the size of the finally obtained defect can be predicted based on the setting of the minimum diameter R and the number of elements.

図6は、鋳型モデルの一部の解析画像の一例であり、左上の図はガス圧表示、右上の図は流速表示(矢印の方向はベクトルの方向を示している)、右下の図は欠陥評価表示である。なお、図6では、理解のため各要素の表示を省略している。また、図6は、2次元表示であるが、解析は3次元の鋳型モデルについて行うことができる。   FIG. 6 is an example of an analysis image of a part of the mold model. The upper left diagram shows the gas pressure, the upper right diagram shows the flow velocity (the direction of the arrow indicates the direction of the vector), and the lower right diagram shows the It is a defect evaluation display. In FIG. 6, the display of each element is omitted for understanding. Although FIG. 6 shows a two-dimensional display, analysis can be performed on a three-dimensional template model.

図6の左上の図に示すように、例えば、符号A1で示す範囲に含まれる1つの要素a1において、ガス圧が930mbarを超えたとする。そうすると、右下の図に示すように、当該要素a1において、最小直径Rを有する真球の体積と同一の体積の欠陥前駆体Bが発生したと判定される。   As shown in the upper left diagram of FIG. 6, for example, it is assumed that the gas pressure exceeds 930 mbar in one element a1 included in the range indicated by reference numeral A1. Then, as shown in the lower right figure, it is determined that a defect precursor B having the same volume as the volume of a true sphere having the minimum diameter R has been generated in the element a1.

なお、ガス圧が930mbarを超えていない要素では、欠陥前駆体Bの発生は判定されないから、図4Bに示すフローにおいて、後述する欠陥前駆体位置設定工程S11に進み、欠陥位置の設定は行われないまま、次のタイムステップの欠陥位置予測工程SIの処理に進む。   Since the generation of the defect precursor B is not determined for an element whose gas pressure does not exceed 930 mbar, the flow proceeds to a defect precursor position setting step S11 to be described later in the flow illustrated in FIG. 4B, and the defect position is set. The process proceeds to the defect position prediction process SI in the next time step without any change.

−欠陥前駆体が発生したと判定された要素への溶湯流入判定工程−
溶湯流入判定工程S5において、欠陥前駆体Bが発生したと判定された要素a1に溶湯が流入したか否かを判定する。
-Determining the flow of molten metal into the element determined to have a defect precursor-
In the molten metal inflow determination step S5, it is determined whether the molten metal has flowed into the element a1 for which it has been determined that the defect precursor B has occurred.

具体的には、例えば図7に示すように、要素a1における溶湯の流速の大きさが0を超えると、当該要素a1に溶湯が流入したと判定される。溶湯の流入により、要素a1において発生した欠陥前駆体Bの移動が開始される。   Specifically, for example, as shown in FIG. 7, when the magnitude of the flow velocity of the molten metal in the element a1 exceeds 0, it is determined that the molten metal has flowed into the element a1. With the inflow of the molten metal, the movement of the defect precursor B generated in the element a1 is started.

なお、要素a1に溶湯が流入していないと判定された場合は、欠陥前駆体位置設定工程S11に進み、次のタイムスステップの欠陥位置予測工程SIの処理に進む。このとき、次のタイムステップにおいて、欠陥前駆体Bの位置は、当該要素a1の位置に設定される。   When it is determined that the molten metal has not flowed into the element a1, the process proceeds to the defect precursor position setting step S11, and proceeds to the defect position prediction step SI of the next time step. At this time, in the next time step, the position of the defect precursor B is set to the position of the element a1.

−移動計算工程−
移動計算工程は、先の溶湯流入判定工程S5において要素a1に溶湯が流入したと判定されたときに、要素a1に流入した溶湯の流速から、欠陥前駆体Bの移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する工程である。
-Movement calculation process-
In the movement calculation step, when it is determined in the melt inflow determination step S5 that the melt has flowed into the element a1, the movement of the defect precursor B is calculated from the flow velocity of the melt flowing into the element a1, and the defect movement position is determined. Is a step of determining

移動計算工程SIIは、図4Bに示すように、移動距離算出工程S6と、移動方向決定工程S7と、1要素分移動距離算出工程S8と、移動距離判定工程S9と、繰り返し移動計算工程S10とを備える。   As shown in FIG. 4B, the movement calculation step SII includes a movement distance calculation step S6, a movement direction determination step S7, a movement distance calculation step S8 for one element, a movement distance determination step S9, and a repetition movement calculation step S10. Is provided.

〜移動距離算出工程〜
まず、移動距離算出工程S6において、要素a1に流入した溶湯の流速から、欠陥前駆体Bの移動距離を算出する。
~ Moving distance calculation process ~
First, in the moving distance calculation step S6, the moving distance of the defect precursor B is calculated from the flow velocity of the molten metal flowing into the element a1.

具体的には例えば、図7に示すタイムステップiにおいて、湯流れ解析の結果から、要素a1に流入した溶湯は、ある流速v(ベクトル量)(矢印で示す方向に速さ|v|)を有するという情報が得られる。その流速情報から、計算を行っている現在のタイムステップiにおける欠陥前駆体Bの移動距離Rを下記式(6)に基づいて算出する。 Specifically, for example, in a time step i shown in FIG. 7, the results of the hot water flow analysis, molten metal flowing into the element a1 is the flow velocity v i (vector quantity) (speed in the direction indicated by the arrow | v i | ) Is obtained. From the flow rate information is calculated based on the moving distance R i of the defective precursor B at the current time step i, which we calculated the following equation (6).

=|v|×(ti+1−t)+△Ri−1 ・・・(6)
但し、ti+1−tは、次のタイムステップi+1と現在のタイムステップiとの間の時間、△Ri−1は前回タイムステップi−1における残移動量である。ti+1−tは、限定する意図ではないが、例えば0.01mm秒〜10秒とすることができる。なお、前回タイムステップi−1における残移動量△Ri−1については、後述する。
R i = | v i | × (t i + 1 -t i) + △ R i-1 ··· (6)
Here, t i + 1 −t i is the time between the next time step i + 1 and the current time step i, and ΔR i−1 is the remaining movement amount in the previous time step i−1. t i + 1 −t i is not intended to be limited, but may be, for example, 0.01 mm seconds to 10 seconds. The remaining movement amount △ R i-1 in the previous time step i-1 will be described later.

〜欠陥前駆体の移動方向決定工程〜
移動方向決定工程S7において、例えば図7に示すように、要素a1に流入した溶湯の流速vの方向から、欠陥前駆体Bの移動方向を例えば下記の方法を用いて決定する。
-Defect precursor moving direction determination step-
In the moving direction determination step S7, for example, as shown in FIG. 7, from the direction of the flow velocity v i of the molten metal that has flowed into the elements a1, determined using the direction of movement, for example, the following method of the defective precursor B.

具体的には例えば、要素a1は立方体であるとし、x軸、y軸、z軸の各軸が、要素a1の中心及び要素a1の側面を形成する正方形の1つの中心を通る直交座標系を考える。そして、図8,図9に示すように、要素a1の例えばxy平面における断面、すなわちxy断面を考える。要素a1の周りには符号D1〜D8で示す8つの要素が存在している。要素a1に流入した溶湯の流速vのxy断面における成分、すなわち流速vのxy成分vxyは、図10の矢印で表されている。なお、流速vのyz断面、xz断面における各成分は、それぞれvyz、vxzで表される。 Specifically, for example, it is assumed that the element a1 is a cube, and the x-axis, the y-axis, and the z-axis each define an orthogonal coordinate system that passes through the center of the element a1 and one center of a square forming the side surface of the element a1. Think. Then, as shown in FIGS. 8 and 9, a cross section of the element a1 in, for example, the xy plane, that is, an xy cross section is considered. Eight elements indicated by reference numerals D1 to D8 exist around the element a1. Component in the xy cross section of the flow velocity v i of the molten metal that has flowed into the elements a1, i.e. xy component v xy of the flow velocity v i is represented by arrows in FIG. 10. Incidentally, each component in the yz cross section, xz cross section of the flow velocity v i, respectively v yz, v is represented by the xz.

流速vのxy成分vxyと、x軸の正方向とのなす角度をθとすると、角度θの大きさに応じて、図9中矢印で示す欠陥前駆体Bの移動方向は異なってくる。要素a1の流速vから、欠陥前駆体Bの移動方向の象限を各断面(xy断面、xz断面、yz断面)において算出する。なお、角度θは、xy断面ではx軸の正方向とvxyとのなす角、yz断面ではy軸の正方向とvyzとのなす角、xz断面ではz軸の正方向とvxzとのなす角とする。θに伴う移動量の設定と移動方向の要素の判定基準を表3に示す。 And xy component v xy of the flow velocity v i, when the angle between the positive direction of the x-axis and theta, depending on the magnitude of the angle theta, the moving direction of the defect precursor B shown in FIG. 9 arrow varies . From the flow velocity v i elements a1, calculated in each cross section the movement direction of the quadrant of the defective precursor B (xy section, xz cross, yz cross section). The angle θ is the angle between the positive direction of the x axis and v xy in the xy section, the angle between the positive direction of the y axis and v yz in the yz section, and the positive direction of the z axis and v xz in the xz section. Angle. Table 3 shows the setting of the amount of movement according to θ and the criteria for determining the element in the moving direction.

Figure 2020019032
Figure 2020019032

そして、表3に従い算出した各断面における欠陥前駆体Bの移動方向の象限の結果について、各断面における結果を統合して、欠陥前駆体Bの移動方向の要素を決定する。なお、表4に示すように、各断面の結果について、各軸方向の結果が同一であれば、各軸方向の移動量は当該断面の結果を当該軸方向の移動量とする。具体的には例えば、表4のx軸の結果であれば、xy断面、xz断面の結果はいずれも1で同一であるから、x軸方向の欠陥前駆体Bの移動量は1となる。   Then, regarding the result of the quadrant in the moving direction of the defect precursor B in each section calculated according to Table 3, the result in each section is integrated to determine the element of the moving direction of the defect precursor B. As shown in Table 4, if the result of each section is the same in each axial direction, the amount of movement in each axis direction is the result of the section in the axial direction. Specifically, for example, in the case of the results on the x-axis in Table 4, since the results on the xy section and the xz section are both the same and are the same, the moving amount of the defect precursor B in the x-axis direction is 1.

Figure 2020019032
Figure 2020019032

また、表5に示すように、各断面の結果について、各軸方向の結果が異なる場合は、各軸方向の移動量のうち大きい方の移動量を当該軸方向の移動量とする。具体的には例えば、表5のx軸の結果であれば、xy断面、xz断面の結果はそれぞれ1と0で異なる。この場合、移動量の大きい方を採用して欠陥前駆体Bのx軸方向の移動量は1となる。   In addition, as shown in Table 5, when the results of the respective sections are different in the results of the respective axial directions, the larger of the amounts of movement in the respective axial directions is regarded as the amount of movement in the relevant axial direction. Specifically, for example, in the case of the results on the x-axis in Table 5, the results on the xy section and the xz section differ by 1 and 0, respectively. In this case, the larger the moving amount is adopted, the moving amount of the defect precursor B in the x-axis direction is 1.

Figure 2020019032
Figure 2020019032

なお、移動方向決定工程S7において、欠陥前駆体Bが存在する要素a1の周辺要素の材質が鋳造品であるか否かを判定する工程をさらに設けてもよい。   In the moving direction determining step S7, a step of determining whether the material of the peripheral element of the element a1 where the defect precursor B exists is a cast product may be further provided.

要素a1の全周辺要素の材質が鋳造品、すなわち溶湯又はキャビティ空間である場合には、例えば上述の方法に従って、欠陥前駆体Bの移動方向が決定される。   When the material of all peripheral elements of the element a1 is a cast product, that is, a molten metal or a cavity space, the moving direction of the defect precursor B is determined according to, for example, the above-described method.

一方、要素a1の周辺要素の少なくとも1つの要素の材質が鋳造品以外の材質、具体的には例えば金型の成形面など溶湯が流入不可能な材質である場合には、鋳造品以外の材質である要素には欠陥前駆体Bは移動できない。従って、要素a1の周辺要素のうち少なくとも1つの要素の材質が鋳造品ではないと判定された場合には、要素a1に流入した溶湯の流速vの方向に加え、要素D1〜D8の材質及び流速情報を考慮して、例えば以下の通り、欠陥前駆体Bの移動方向を定める。 On the other hand, if the material of at least one of the peripheral elements of the element a1 is a material other than a cast product, specifically, a material such as a molding surface of a mold into which molten metal cannot flow, a material other than the cast product The defect precursor B cannot move to the element having Therefore, when the material of at least one element of the peripheral elements of the element a1 is determined not to be in castings, in addition to the direction of the flow velocity v i of the molten metal that has flowed into the elements a1, the material of the elements D1~D8 and The moving direction of the defect precursor B is determined in consideration of the flow velocity information, for example, as follows.

例えば、図10に示すように、xy断面において、要素a1の周辺要素のうち、要素D3が鋳造品以外の材質であるとする。そして、要素a1の流速vのxy成分vxyを、要素a1の中心と要素D3の中心とを通る直線L1と平行な方向であり且つ要素a1から要素D3へ向かう方向を正とする方向の成分vxy1(図10ではy軸方向の成分)とその直交成分vxy2(図10ではx軸方向の成分)との2成分に分解するとする。 For example, as shown in FIG. 10, in the xy cross section, among the peripheral elements of the element a1, the element D3 is assumed to be a material other than the cast product. The xy component v xy of the flow velocity v of the element a1 is a component in a direction parallel to the straight line L1 passing through the center of the element a1 and the center of the element D3 and in which the direction from the element a1 to the element D3 is positive. It is assumed that v xy 1 (the component in the y-axis direction in FIG. 10) and its orthogonal component v xy 2 (the component in the x-axis direction in FIG. 10) are decomposed into two components.

また、図11の例えば要素D7に示すように、要素Dk(図11ではk=7)の溶湯の流速vDkのxy断面成分vxyDkを、要素Dkの中心と要素a1の中心とを通る直線L2に平行な方向であり且つ要素Dkから要素a1へ向かう方向を正とする方向(図11ではy軸方向)の成分vxyDk1と、その直交方向(図11ではx軸方向)の成分vxyDk2との2成分に分解したときに、vxyDk1>0である場合を、「要素Dkの流速vのvxyの方向が要素a1に向かう方向である」といい、vxyDk1≦0である場合を、「要素Dkの流速vのvxyの方向が要素a1から離れる方向である」というものとする。 Further, as shown in, for example, an element D7 in FIG. 11, the xy cross-sectional component v xy Dk of the flow velocity vDk of the molten metal of the element Dk (k = 7 in FIG. 11) is defined by a straight line passing through the center of the element Dk and the center of the element a1. A component v xy Dk1 in a direction (the y-axis direction in FIG. 11) parallel to L2 and with the direction from the element Dk toward the element a1 being positive, and a component v in the orthogonal direction (x-axis direction in FIG. 11). When xy Dk2 is decomposed into two components, the case where v xy Dk1> 0 is referred to as “the direction of v xy of the flow velocity v of the element Dk toward the element a1”, and v xy Dk1 ≦ 0 Is defined as "the direction of v xy of the flow velocity v of the element Dk is a direction away from the element a1".

(1)まず、要素a1の周辺要素Dkのうち、溶湯の流速成分vxyDk1>0である周辺要素Dkを移動先候補から除外する。例えば図11であれば、周辺要素D5,D7は、vxyD51>0,vxyD71>0となるから、移動先候補から除外される。 (1) First, among the peripheral elements Dk of the element a1, peripheral elements Dk satisfying the flow velocity component v xy Dk1> 0 of the molten metal are excluded from the destination candidates. For example, in FIG. 11, the peripheral elements D5 and D7 satisfy v xy D51> 0 and v xy D71> 0, and are therefore excluded from the destination candidates.

(2)次に、要素a1の流速について、vxy1>0,vxy2≠0である場合は、直交成分vxy2の方向の要素を移動方向の要素の候補として選択する。従って、図10の例は、当該vxy1>0,vxy2≠0である場合に該当するから、vxy2の方向の要素D1が移動方向の要素の候補として選択される。 (2) Next, when v xy 1> 0 and v xy 2 ≠ 0, the element in the direction of the orthogonal component v xy 2 is selected as a candidate for the element in the moving direction. Accordingly, since the example of FIG. 10 corresponds to the case where v xy 1> 0 and v xy 2 ≠ 0, the element D1 in the direction of v xy 2 is selected as a candidate for the element in the movement direction.

(3)そして、要素a1の流速について、vxy1>0,vxy2=0である場合(図11参照)は、周辺の要素D1,D2,D4,D6,D8のうち、材質が鋳造品であり、且つ流速vのvxyの方向が要素a1から離れる方向である要素を移動方向の要素の候補として選択する。また、移動方向の要素が2以上存在する場合は、要素DkのvxyDkと、要素a1のvxyとのなす角が大きい方の要素を移動方向の要素の候補として選択する。 (3) If v xy 1> 0 and v xy 2 = 0 (see FIG. 11) with respect to the flow velocity of the element a1, the material is cast among the peripheral elements D1, D2, D4, D6, and D8. an article, and the direction of v xy of the flow velocity v i to select the elements that are away from the element a1 as a candidate for the moving direction of the element. Also, when an element in the direction of movement there are two or more, and v xy Dk elements Dk, selected as v element movement direction of the element having a larger angle between the xy candidate elements a1.

(4)vxy1≦0である場合は、上述の表3〜表5に定める方法で移動方向の要素の候補を選択する。 (4) If v xy 1 ≦ 0, a candidate for an element in the moving direction is selected by the method defined in Tables 3 to 5 above.

(1)〜(4)の処理をxy断面、xz断面、yz断面の全てにおいて行い、最終的な移動方向の要素を選択する。移動先の要素の候補が2以上存在するときは、vxyとvxyDkとのなす角、vxzとvxzDkとのなす角、vyzとvyzDkとのなす角のうち最も角度が大きい流速成分を有する要素を移動方向の要素とする。 The processing of (1) to (4) is performed on all of the xy section, the xz section, and the yz section, and the final element in the moving direction is selected. Most angle of when the candidate of the destination element is present 2 or more, v the angle between the xy and v xy Dk, v the angle between the xz and v xz Dk, v the angle between the yz and v yz Dk An element having a large flow velocity component is defined as an element in the movement direction.

なお、鋳型モデル作成工程S1において、1つの要素を0.5mm以上2mm以下角の立方体とし、鋳造品の鋳型モデルを10万個以上10億個以下の要素に分割した場合には、要素a1の周辺要素D1〜D8のうち1つの要素だけが鋳造品以外の材質であることは考えにくく、連続する3つ以上の要素において鋳造品以外の材質であると考えることができる。具体的には例えば、図11において、要素D3が鋳造品以外の材質である場合、要素D3と隣り合う要素D2,D4も鋳造品以外の材質である場合が多い。   In the mold model creation step S1, if one element is a cube having a square of 0.5 mm or more and 2 mm or less and the mold model of the casting is divided into 100,000 or more and 1 billion or less elements, It is unlikely that only one of the peripheral elements D1 to D8 is a material other than a cast product, and it can be considered that three or more continuous elements are materials other than a cast product. Specifically, for example, in FIG. 11, when the element D3 is made of a material other than the cast product, the elements D2 and D4 adjacent to the element D3 are often made of a material other than the cast product.

〜1要素分の移動距離算出工程〜
先の移動方向決定工程S7において移動方向の要素が決定された場合、1要素分移動距離算出工程S8において、要素サイズと、当該移動方向とに基づき、1要素分の移動距離Qを下記式(7)により算出する。なお、「1要素分の移動距離Q」とは、欠陥前駆体Bが、現在の存在位置である要素a1から、上記移動方向に存在する当該要素a1に最も近い周辺要素に移動するために必要な最小移動距離のことをいう。
移動 Step of calculating moving distance for one element〜
If in the previous moving direction determination step S7 in the elements of the moving direction is determined, in one element moving distance calculation step S8, the element size, based on the said moving direction, the following formula movement distance Q i of one element It is calculated by (7). The “movement distance Q i for one element” means that the defect precursor B moves from the element a1, which is the current position, to the peripheral element closest to the element a1 in the movement direction. It refers to the required minimum moving distance.

=x軸方向の移動量×メッシュ幅△x+y軸方向の移動量×メッシュ幅△y+z軸方向の移動量×メッシュ幅△z ・・・(7)
但し、式(7)において、x軸方向の移動量、y軸方向の移動量、z軸方向の移動量は、例えば表4,表5に示すように、上記移動方向決定工程S7で算出された値である。メッシュ幅△x,△y,△zは、それぞれ要素のx軸方向、y軸方向、z軸方向のサイズであり、最小要素サイズ、要素の形状等により適宜変更され得る。例えば、要素が立方体であり、最小要素サイズがdである場合は、△x=△y=△z=dである。
Q i = movement amount in x-axis direction × mesh width △ movement amount in x + y-axis direction × mesh width △ movement amount in y + z-axis direction × mesh width △ z (7)
However, in equation (7), the movement amount in the x-axis direction, the movement amount in the y-axis direction, and the movement amount in the z-axis direction are calculated in the movement direction determination step S7 as shown in Tables 4 and 5, for example. Value. The mesh widths △ x, △ y, and △ z are the sizes of the elements in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction, respectively, and can be appropriately changed according to the minimum element size, the element shape, and the like. For example, if the element is a cube and the minimum element size is d, then △ x = △ y = △ z = d.

〜移動距離判定工程〜
移動距離判定工程S9において、先の移動距離算出工程S6で算出した移動距離Rが、先の1要素分移動距離算出工程S8で算出した1要素分の移動距離Qを超えているか否か判定する。そして、移動距離Rが1要素分の移動距離Qを超えている(R>Q)と判定されたときに、先の移動方向決定工程S7の結果に基づいて、欠陥前駆体Bの移動先の要素を決定する。
~ Moving distance judgment process ~
In the moving distance determining step S9, whether the moving distance R i calculated by the mobile previous distance calculation step S6 is, exceeds the movement distance Q i of one element calculated in one element of the previous minute moving distance calculation step S8 judge. When the moving distance R i is determined to exceed the moving distance Q i of one element (R i> Q i), based on a result of the movement preceding direction determination step S7, the defect precursor B Determines the destination element of.

また、移動距離Rが1要素分の移動距離Qを超えていない(R≦Q)と判定されたときは、欠陥前駆体Bは要素a1に留まるから、欠陥前駆体位置設定工程S11に進み、欠陥前駆体Bの位置は要素a1に設定されて、次のタイムステップの欠陥位置予測工程SIの処理に進む。 The moving distance R i is not greater than the movement distance Q i of one element (R i ≦ Q i) and when it is determined, since the defect precursor B stays elements a1, defect precursors position setting step Proceeding to S11, the position of the defect precursor B is set to the element a1, and the process proceeds to the defect position prediction step SI in the next time step.

〜移動計算繰り返し工程〜
先の移動距離判定工程S9において、移動距離R>1要素分の移動距離Qと判定された場合は、欠陥前駆体Bを移動先の要素と決定された要素へ移動させ、その移動距離が移動距離Rにほぼ達するまで移動距離算出工程S6〜移動距離判定工程S9までの工程を繰り返す。
~ Movement calculation repetition process ~
In previous travel distance decision step S9 in, if it is determined that the moving distance R i> 1 moving distance Q i of element content, move to that determined defective precursor B to move the element element, the moving distance There repeating the steps until the moving distance calculation step S6~ travel distance decision step S9 to almost reach the moving distance R i.

具体的には例えば、図12に示すように、欠陥前駆体Bは、1回の移動で範囲A1の要素a1から範囲A2の要素a2に移動するとする。そして、2回目の移動で範囲A3の要素a3に移動するとする。このように、欠陥前駆体Bの最終的な移動距離が移動距離Rにほぼ到達するまで、上記工程を繰り返す。 Specifically, for example, as shown in FIG. 12, the defect precursor B moves from the element a1 in the range A1 to the element a2 in the range A2 by one movement. Then, it is assumed that the second movement moves to the element a3 in the range A3. Thus, until the final movement distance of the defect precursor B is substantially reaches the moving distance R i, and repeats the above steps.

なお、移動距離R>1要素分の移動距離Qの場合に、欠陥前駆体Bの移動を繰り返すと、移動距離R≦1要素分の移動距離Qとなる場合に到達する。この場合、下記式(8)で表される残移動量△Rを保持したまま、欠陥前駆体Bは、最後の移動先の要素に保持された状態で、欠陥前駆体位置設定工程S11に進み、次のタイムスステップの欠陥位置予測工程SIの処理に進む。 In the case of moving distance R i> 1 element content moving distance Q i of, repeating the movement of the defect precursor B, and reach the case where the moving distance R i ≦ 1 element content moving distance Q i of. In this case, the defect precursor B is held in the last movement destination element while maintaining the remaining movement amount ΔR i represented by the following equation (8), and then the defect precursor B is set in the defect precursor position setting step S11. Then, the process proceeds to a defect position prediction process SI of the next time step.

△R=移動距離R−Σ1要素分の移動距離Q ・・・(8)
但し、式(8)中、Σ1要素分の移動距離Qは、移動距離R≦1要素分の移動距離Qとなる直前までの1要素分の移動距離Qの合計である。
R i = moving distance R i -Σ1 element content of the movement distance Q i ··· (8)
In the formula (8), the movement distance Q i of Σ1 element content is the sum of the movement distances Q i of one element just before as the moving distance R i ≦ one element moving distance Q i of.

一方、1要素分の移動距離Q>移動距離Rの場合は、移動距離Rを残移動量△Rとして保持したまま、欠陥前駆体位置設定工程S11に進み、欠陥前駆体Bの位置は要素a1に設定されて、次のタイムスステップの欠陥位置予測工程SIの処理に進む。 On the other hand, in the case of the moving distance Q i> moving distance R i of one element, while retaining the moving distance R i as the remaining travel △ R i, the process proceeds to the defect precursors position setting step S11, the defect precursor B The position is set to the element a1, and the process proceeds to the defect position prediction process SI of the next time step.

−次タイムステップにおける欠陥前駆体位置設定工程−
欠陥前駆体位置設定工程S11において、移動計算工程SIIにより得られた欠陥前駆体Bの移動先の要素を、次のタイムステップにおける欠陥前駆体位置として設定する。
-Defect precursor position setting process in next time step-
In the defect precursor position setting step S11, the destination element of the defect precursor B obtained in the movement calculation step SII is set as the defect precursor position in the next time step.

なお、次タイムステップにおける欠陥前駆体位置が設定された段階で、当該欠陥前駆体位置情報を計算結果として出力してもよい。そして、当該計算結果を例えば上述のMAGMA GmbHの「MAGMASOFT」、クオリカ社の「JSCAST」等の汎用の鋳造解析ソフトウェアに再度入力することにより、例えば図6,図7,図12,図13に例示するように、タイムステップ毎の欠陥前駆体位置情報を湯流れ解析において可視化することができる。   At the stage where the defect precursor position is set in the next time step, the defect precursor position information may be output as a calculation result. Then, by inputting the calculation results again into general-purpose casting analysis software such as “MAGMASOFT” by MAGMA GmbH and “JSCAST” by Qualica, for example, as shown in FIG. 6, FIG. 7, FIG. 12, and FIG. As described above, the defect precursor position information for each time step can be visualized in the flow analysis.

−繰り返し計算工程−
繰り返し計算工程S12において、鋳型モデルに溶湯が充填終了(100%充填)するまで、欠陥前駆体発生判定工程S4〜欠陥前駆体位置設定工程S11の繰り返し計算を行う。
-Iterative calculation process-
In the repetitive calculation step S12, the repetition calculation of the defect precursor generation determination step S4 to the defect precursor position setting step S11 is performed until the filling of the molten metal in the mold model is completed (100% filling).

−欠陥位置決定工程−
そして、欠陥位置決定工程S13において、最終的に得られた欠陥前駆体位置を、溶湯の充填終了時における欠陥位置として決定する。
-Defect position determination process-
Then, in the defect position determination step S13, the finally obtained defect precursor position is determined as the defect position at the end of filling the molten metal.

例えば、模式的な一例として図13に示すように、欠陥前駆体Bは、欠陥前駆体発生判定工程S4において発生が判定された後、上記計算によって、範囲A1→A2→A3→A4→A5の順に移動し、最終的に範囲A5の要素a5の位置まで到達したとする。そうして、要素a5が、溶湯の充填終了時における最終的な欠陥位置として決定される。   For example, as shown in FIG. 13 as a schematic example, after the occurrence of the defect precursor B is determined in the defect precursor occurrence determination step S4, the defect precursor B is calculated in the range A1 → A2 → A3 → A4 → A5 by the above calculation. It is assumed that the objects move sequentially and finally reach the position of the element a5 in the range A5. Thus, the element a5 is determined as the final defect position at the end of the filling of the molten metal.

<作用効果>
以上述べたように、本実施形態に係る欠陥位置予測方法によれば、湯流れ解析情報のうち、ガス圧が閾値を超えた要素において、欠陥前駆体が発生したと判定するとともに、欠陥前駆体が発生した要素及び当該要素の周辺の要素における溶湯の流速情報から欠陥前駆体の移動位置を算出し、繰り返し計算を行うことにより、最終的な欠陥位置を評価する。そうして、より正確な欠陥位置及び欠陥サイズの予測が可能となり、鋳造解析シミュレーションの解析結果と鋳造品との欠陥位置の整合性が向上する。
<Effects>
As described above, according to the defect position prediction method according to the present embodiment, it is determined that a defect precursor has occurred in an element in which the gas pressure exceeds the threshold value in the melt flow analysis information, and the defect precursor The moving position of the defect precursor is calculated from the flow rate information of the molten metal in the element in which the element occurs and the element in the vicinity of the element, and the final defect position is evaluated by repeatedly performing the calculation. In this way, it is possible to more accurately predict the defect position and the defect size, and the consistency between the analysis result of the casting analysis simulation and the defect position with the casting is improved.

実際に、実施例として、上述のシリンダブロック3について、湯流れ解析手段として、鋳造解析ソフトウェアMAGMASOFT(MAGMA GmbH社製)を用い、上記ガス圧閾値算出工程S3のガス圧閾値算出の一例の項目で述べた条件で、欠陥位置の予測を行った。また、比較例として、MAGMASOFTによる湯流れ解析を100%充填まで行い、最終的に得られたガス圧の値が930mbarを超えた要素を欠陥位置と判定した。そうすると、比較例の場合に比べて、実施例の場合では、解析結果と実際の鋳造品における欠陥位置の整合性は、56%から83%へと向上した。   Actually, as an embodiment, for the cylinder block 3 described above, casting analysis software MAGMASOFT (manufactured by MAGMA GmbH) is used as a molten metal flow analysis means, and an example of the gas pressure threshold value calculation in the gas pressure threshold value calculation step S3 is described below. Under the conditions described above, a defect position was predicted. As a comparative example, the flow of the molten metal by MAGMASOFT was analyzed up to 100% filling, and an element having a finally obtained gas pressure value exceeding 930 mbar was determined as a defect position. Then, in the case of the example, the consistency between the analysis result and the defect position in the actual casting was improved from 56% to 83% as compared with the case of the comparative example.

このようにして、本実施形態に係る欠陥位置予測方法を用い、鋳造条件を調整して解析を行うことにより、欠陥が低減された鋳造品の鋳造条件を予め算出することができる。そうして、低コスト且つ短時間で、実際の鋳造品の歩留まりの向上に資することができる。   As described above, by using the defect position prediction method according to the present embodiment and adjusting the casting conditions to perform the analysis, it is possible to calculate the casting conditions of the casting with reduced defects in advance. Thus, it is possible to contribute to an improvement in the yield of the actual cast product at a low cost and in a short time.

≪欠陥位置予測プログラム及びその記録媒体≫
以上の欠陥位置予測方法は全て、欠陥位置予測プログラムとしてプログラム化されておいる。この欠陥位置予測プログラムは、記憶装置25に格納された状態で、制御装置22により実行され得る。また、当該欠陥位置予測プログラムは、記憶装置25に格納された状態に限らず、例えば光ディスク媒体や磁気テープ媒体など、コンピュータ読み取り可能な種々の周知の記録媒体に記録させておくことができ、かかる記録媒体を制御装置22の読み出し装置に装着してプログラムを読み出すことにより実行可能である。
<< Defect position prediction program and its recording medium >>
All of the above defect position prediction methods are programmed as a defect position prediction program. This defect position prediction program can be executed by the control device 22 while being stored in the storage device 25. Further, the defect position prediction program is not limited to the state stored in the storage device 25, and can be recorded on various known computer-readable recording media such as an optical disk medium and a magnetic tape medium. The program can be executed by mounting the recording medium on the reading device of the control device 22 and reading the program.

(その他の実施形態)
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態1と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
(Other embodiments)
Hereinafter, other embodiments according to the present disclosure will be described in detail. In the description of these embodiments, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description will be omitted.

湯流れ解析工程S2において、上記複数の要素の状態量として、溶湯の温度、鋳型の温度、溶湯年齢(溶湯が射出開始から当該要素に到達するまでの経過時間)、ゲートから当該要素に到達するまでの溶湯流動距離、並びに当該要素に到達した溶湯の空気との接触時間等を算出してもよい。そして、ガス圧閾値算出工程S3において、ガス圧の閾値を算出する際に、これらの情報を考慮するようにしてもよい。   In the molten metal flow analysis step S2, as the state quantities of the plurality of elements, the temperature of the molten metal, the temperature of the mold, the molten metal age (elapsed time from when the molten metal starts to be injected to the element), and the element reaches the element from the gate. The flow length of the molten metal up to, and the contact time of the molten metal reaching the element with the air may be calculated. Then, in the gas pressure threshold value calculation step S3, these information may be considered when calculating the gas pressure threshold value.

移動方向決定工程S7において、直交座標系を基準としたが、これに限られるものではなく、斜交座標系や極座標系等その他の座標系を基準としてもよい。   In the moving direction determining step S7, the orthogonal coordinate system is used as a reference, but the present invention is not limited to this, and another coordinate system such as an oblique coordinate system or a polar coordinate system may be used as a reference.

鋳造品は、シリンダブロック3に限らず、ミッションケース、クラッチハウジング、ロアブロック、サスハウジング、ロアアーム等の高圧鋳造部品や、シリンダヘッド、リアハブサポート等の低圧鋳造部品等の車両部品、その他の各種鋳造品であってもよい。   The castings are not limited to the cylinder block 3, but high-pressure casting parts such as a transmission case, a clutch housing, a lower block, a suspension housing, a lower arm, low-pressure casting parts such as a cylinder head and a rear hub support, and other various castings. It may be an article.

また、圧力鋳造は、ハイプレッシャーダイカスト、すなわち高圧鋳造に限らず、低圧鋳造、マグネシウム鋳造や半凝固鋳造等、溶湯成分や鋳造形態が異なるダイカストプロセス、鋳鉄や樹脂を原料とする圧力鋳造等であってもよい。   Pressure casting is not limited to high pressure die casting, that is, high pressure casting, but also includes low pressure casting, magnesium casting, semi-solid casting, a die casting process having a different molten metal component and casting form, and a pressure casting using cast iron or resin as a raw material. You may.

1 金型(鋳型)
3 シリンダブロック(鋳造品)
4 キャビティ
21 欠陥位置予測装置
22 制御装置
23 入力装置
24 出力装置
25 記憶装置
26 演算装置(鋳型モデル作成手段、射出条件設定手段、湯流れ解析手段、ガス圧閾値算出手段、欠陥位置予測手段)
S1 鋳型モデル作成工程
S2 湯流れ解析工程
S3 ガス圧閾値算出工程
S4 欠陥前駆体発生判定工程
S5 溶湯流入判定工程
S6 移動距離算出工程
S7 移動方向決定工程
S8 1要素分移動距離算出工程
S9 移動距離判定工程
S10 繰り返し移動計算工程
S11 欠陥前駆体位置設定工程
S12 繰り返し計算工程
S13 欠陥位置決定工程
SI 欠陥位置予測工程
SII 移動計算工程
移動距離
1要素分の移動距離
B 欠陥前駆体
1 mold (mold)
3 Cylinder block (cast product)
4 Cavity 21 Defect position prediction device 22 Control device 23 Input device 24 Output device 25 Storage device 26 Calculation device (Mold model creation means, injection condition setting means, molten metal flow analysis means, gas pressure threshold value calculation means, defect position prediction means)
S1 mold model creation step S2 molten metal flow analysis step S3 gas pressure threshold value calculation step S4 defect precursor generation determination step S5 molten metal inflow determination step S6 movement distance calculation step S7 movement direction determination step S8 one element movement distance calculation step S9 movement distance determination Step S10 Iterative movement calculation step S11 Defect precursor position setting step S12 Iterative calculation step S13 Defect position determination step SI Defect position prediction step SII Movement calculation step R i Move distance Q i Move distance of one element B Defect precursor

Claims (10)

溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する方法であって、
上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、
上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、
上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、
上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、
上記欠陥位置予測工程は、
任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、
上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、
上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、
上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、
上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程と
を備え、
上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測方法。
A method for predicting a defect position of a casting in pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure,
A mold model creating step of creating a mold model obtained by dividing the mold cavity into a plurality of elements,
For the mold model, under the same casting conditions as in the pressure casting, perform a melt flow analysis for each predetermined time step from the start of filling of the molten metal to the end of filling, and the gas pressure of the plurality of elements in each time step. A molten metal flow analysis step of calculating a state quantity of the plurality of elements including the flow velocity of the molten metal,
A gas pressure threshold value calculating step of calculating a threshold value of the gas pressure in the plurality of elements based on a result of the molten metal flow analysis and a defect occurrence condition to be predicted in the casting.
A defect position prediction step of predicting a defect position at the end of the filling of the molten metal based on the gas pressure, the flow velocity, and the gas pressure threshold calculated in the molten metal flow analysis,
The defect position prediction step includes:
In the result of the molten metal flow analysis at an arbitrary time step, a defect precursor generation determination step of determining that a defect precursor has occurred in an element in which the gas pressure exceeds the threshold,
A molten metal inflow determining step of determining whether the molten metal has flowed into the element determined to have generated the defect precursor,
When it is determined that the molten metal has flowed into the element, the movement of the defect precursor is calculated from the flow velocity of the molten metal flowing into the element and / or an element around the element to determine a defect movement position. Moving calculation process
A defect precursor position setting step of setting the defect movement position obtained by the movement calculation as a position of a defect precursor in the flow analysis of the next time step of the arbitrary time step,
Until the completion of the filling of the molten metal, by repeating from the defect precursor generation determination step to the defect precursor position setting step, a defect position determining step of determining the defect position at the end of the filling of the molten metal,
In the gas pressure threshold value calculation step, the gas pressure threshold value is calculated in consideration of information on residual air, lubricant volatile gas and release agent volatile gas generated under the casting conditions of the pressure casting. Defect location prediction method for castings.
請求項1において、
上記移動計算工程は、
上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、
上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、
上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、1要素分の移動距離を算出する1要素分移動距離算出工程と、
上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記1要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程と
を備えた
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測方法。
In claim 1,
The above movement calculation step
In the element in which the defect precursor is generated and the molten metal is determined to have flowed, a moving distance calculating step of calculating a moving distance of the defect precursor from the flow velocity of the molten metal flowing into the element,
A moving direction determining step of determining a moving direction of the defect precursor from the flow rate of the molten metal flowing into the element and / or an element around the element;
A one element moving distance calculating step of calculating a moving distance of one element based on the size of each element and the moving direction determined in the moving direction determining step;
A moving distance determining step of determining a moving destination element of the defect precursor when it is determined that the moving distance calculated in the moving distance calculating step exceeds the moving distance of the one element. A defect position predicting method for a casting.
請求項1又は請求項2において、
上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、
上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測方法。
In claim 1 or claim 2,
In the gas pressure threshold value calculation step, the defect occurrence condition includes information on a defect size,
A defect position prediction method for a casting, wherein the defect position prediction step predicts, in addition to the defect position, a defect size at the end of filling the molten metal.
溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測する装置であって、
上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成手段と、
上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析手段と、
上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出手段と、
上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測手段とを備え、
上記欠陥位置予測手段は、
任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定し、
上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定し、
上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定し、
上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定し、
上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体の発生判定、上記溶湯の流入判定、上記移動計算、及び上記欠陥前駆体の位置設定を繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定するものであり、
上記ガス圧閾値算出手段は、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測装置。
A device for predicting a defect position of a casting in pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure,
A mold model creating means for creating a mold model obtained by dividing the mold cavity into a plurality of elements,
For the mold model, under the same casting conditions as in the pressure casting, perform a melt flow analysis for each predetermined time step from the start of filling of the molten metal to the end of filling, and the gas pressure of the plurality of elements in each time step. Molten metal flow analysis means for calculating a state quantity of the plurality of elements including the flow rate of the molten metal,
Gas pressure threshold value calculation means for calculating a threshold value of the gas pressure in the plurality of elements based on a result of the molten metal flow analysis and a defect occurrence condition to be predicted in the casting.
Defect position prediction means for predicting a defect position at the end of filling of the molten metal based on the gas pressure, the flow velocity, and the gas pressure threshold calculated in the molten metal flow analysis,
The defect position prediction means includes:
In the result of the molten metal flow analysis at an arbitrary time step, it is determined that a defect precursor has occurred in an element in which the gas pressure exceeds the threshold,
Determine whether the molten metal has flowed into the element determined that the defect precursor has occurred,
When it is determined that the molten metal has flowed into the element, the movement of the defect precursor is calculated from the flow velocity of the molten metal flowing into the element and / or an element around the element to determine a defect movement position. And
The defect movement position obtained by the movement calculation is set as the position of the defect precursor in the flow analysis of the next time step of the arbitrary time step,
Until the filling of the molten metal is completed, the defect position at the time of completing the filling of the molten metal is determined by repeating the determination of the occurrence of the defective precursor, the determination of the inflow of the molten metal, the calculation of the movement, and the setting of the position of the defective precursor. To do
The gas pressure threshold value calculation means calculates the gas pressure threshold value in consideration of information on residual air, lubricant volatile gas, and release agent volatile gas generated under the casting conditions of the pressure casting. Defect position prediction device for castings.
請求項4において、
上記欠陥位置予測手段は、上記移動計算として、
上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出し、
上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定し、
上記各要素のサイズと、上記移動方向とに基づき、1要素分の移動距離を算出し、
上記欠陥前駆体の移動距離が、上記1要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測装置。
In claim 4,
The defect position predicting means calculates the movement as:
In the element where it is determined that the molten metal has flowed while the defect precursor has been generated, the moving distance of the defect precursor is calculated from the flow velocity of the molten metal flowing into the element,
The moving direction of the defect precursor is determined from the flow rate of the molten metal flowing into the element and / or an element around the element,
A movement distance for one element is calculated based on the size of each element and the movement direction,
When the moving distance of the defect precursor is determined to exceed the moving distance of one element, the element to which the defect precursor is moved is determined. apparatus.
請求項4又は請求項5において、
上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、
上記欠陥位置予測手段は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測装置。
In claim 4 or claim 5,
The defect occurrence conditions include information on defect size,
The defect position estimating means for estimating a defect size at the end of filling of the molten metal in addition to the defect position.
溶湯を鋳型に加圧注入する圧力鋳造における鋳造品の欠陥位置を予測するためのプログラムであって、
上記鋳型のキャビティを複数の要素に分割してなる鋳型モデルを作成する鋳型モデル作成工程と、
上記鋳型モデルについて、上記圧力鋳造のときと同じ鋳造条件で、上記溶湯の充填開始から充填終了まで所定のタイムステップ毎の湯流れ解析を行って、各タイムステップにおける上記複数の要素のガス圧と上記溶湯の流速とを含む上記複数の要素の状態量を算出する湯流れ解析工程と、
上記湯流れ解析の結果と、上記鋳造品において予測したい欠陥発生条件とに基づいて、上記複数の要素における上記ガス圧の閾値を算出するガス圧閾値算出工程と、
上記湯流れ解析において算出された上記ガス圧と、上記流速と、上記ガス圧の閾値とに基づいて、上記溶湯の充填終了時における欠陥位置を予測する欠陥位置予測工程とを備え、
上記欠陥位置予測工程は、
任意のタイムステップにおける上記湯流れ解析の結果において、上記ガス圧が上記閾値を超えた要素において欠陥前駆体が発生したと判定する欠陥前駆体発生判定工程と、
上記欠陥前駆体が発生したと判定された上記要素に上記溶湯が流入したか否かを判定する溶湯流入判定工程と、
上記要素に上記溶湯が流入したと判定されたときに、上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した上記溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動計算を行い、欠陥移動位置を決定する移動計算工程と、
上記移動計算により得られた欠陥移動位置を、上記任意のタイムステップの次のタイムステップの湯流れ解析における欠陥前駆体の位置として設定する欠陥前駆体位置設定工程と、
上記溶湯の充填終了まで、上記欠陥前駆体発生判定工程から上記欠陥前駆体位置設定工程までを繰り返すことにより、上記溶湯の充填終了時における上記欠陥位置を決定する欠陥位置決定工程と
を備え、
上記ガス圧閾値算出工程において、上記圧力鋳造の鋳造条件で発生する残留空気、潤滑剤揮発ガス及び離型剤揮発ガスの情報を考慮して、上記ガス圧の閾値を算出する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測プログラム。
A program for predicting a defect position of a casting in pressure casting in which a molten metal is injected into a mold under pressure,
A mold model creating step of creating a mold model obtained by dividing the mold cavity into a plurality of elements,
For the mold model, under the same casting conditions as in the pressure casting, perform a melt flow analysis for each predetermined time step from the start of filling of the molten metal to the end of filling, and the gas pressure of the plurality of elements in each time step. A molten metal flow analysis step of calculating a state quantity of the plurality of elements including the flow velocity of the molten metal,
A gas pressure threshold value calculating step of calculating a threshold value of the gas pressure in the plurality of elements based on a result of the molten metal flow analysis and a defect occurrence condition to be predicted in the casting.
A defect position prediction step of predicting a defect position at the end of the filling of the molten metal based on the gas pressure, the flow velocity, and the gas pressure threshold calculated in the molten metal flow analysis,
The defect position prediction step includes:
In the result of the molten metal flow analysis at an arbitrary time step, a defect precursor generation determination step of determining that a defect precursor has occurred in an element in which the gas pressure exceeds the threshold,
A molten metal inflow determining step of determining whether the molten metal has flowed into the element determined to have generated the defect precursor,
When it is determined that the molten metal has flowed into the element, the movement of the defect precursor is calculated from the flow velocity of the molten metal flowing into the element and / or an element around the element to determine a defect movement position. Moving calculation process
A defect precursor position setting step of setting the defect movement position obtained by the movement calculation as a position of a defect precursor in the flow analysis of the next time step of the arbitrary time step,
Until the completion of the filling of the molten metal, by repeating from the defect precursor generation determination step to the defect precursor position setting step, a defect position determining step of determining the defect position at the end of the filling of the molten metal,
In the gas pressure threshold value calculation step, the gas pressure threshold value is calculated in consideration of information on residual air, lubricant volatile gas and release agent volatile gas generated under the casting conditions of the pressure casting. Defect location prediction program for castings.
請求項7において、
上記移動計算工程は、
上記欠陥前駆体が発生するとともに上記溶湯が流入したと判定された上記要素において、該要素に流入した該溶湯の流速から、上記欠陥前駆体の移動距離を算出する移動距離算出工程と、
上記要素及び/又は上記要素の周辺の要素に流入した溶湯の流速から上記欠陥前駆体の移動方向を決定する移動方向決定工程と、
上記各要素のサイズと、上記移動方向決定工程で決定された移動方向とに基づき、1要素分の移動距離を算出する1要素分移動距離算出工程と、
上記移動距離算出工程で算出された移動距離が、上記1要素分の移動距離を超えていると判定されたときに、上記欠陥前駆体の移動先の要素を決定する移動距離判定工程と
を備えた
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測プログラム。
In claim 7,
The above movement calculation step
In the element in which the defect precursor is generated and the molten metal is determined to have flowed, a moving distance calculating step of calculating a moving distance of the defect precursor from the flow velocity of the molten metal flowing into the element,
A moving direction determining step of determining a moving direction of the defect precursor from the flow rate of the molten metal flowing into the element and / or an element around the element;
A one element moving distance calculating step of calculating a moving distance of one element based on the size of each element and the moving direction determined in the moving direction determining step;
A moving distance determining step of determining a moving destination element of the defect precursor when it is determined that the moving distance calculated in the moving distance calculating step exceeds the moving distance of the one element. A defect position prediction program for a casting.
請求項7又は請求項8において、
上記ガス圧閾値算出工程で、上記欠陥発生条件は、欠陥サイズの情報を含んでおり、
上記欠陥位置予測工程は、上記欠陥位置に加え、上記溶湯の充填終了時における欠陥サイズを予測する
ことを特徴とする鋳造品の欠陥位置予測プログラム。
In claim 7 or claim 8,
In the gas pressure threshold value calculation step, the defect occurrence condition includes information on a defect size,
The defect position prediction step predicts a defect size at the time of completion of the filling of the molten metal, in addition to the defect position.
請求項7乃至請求項9のいずれか一に記載された鋳造品の欠陥位置予測プログラムを記録した記録媒体。   A recording medium on which the program for predicting a defect position of a casting according to any one of claims 7 to 9 is recorded.
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