JPS5921445A - 鋳造鋳型方案作製方法 - Google Patents

鋳造鋳型方案作製方法

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JPS5921445A
JPS5921445A JP4562682A JP4562682A JPS5921445A JP S5921445 A JPS5921445 A JP S5921445A JP 4562682 A JP4562682 A JP 4562682A JP 4562682 A JP4562682 A JP 4562682A JP S5921445 A JPS5921445 A JP S5921445A
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molten metal
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mold
casting
determined
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JP4562682A
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JPS6316215B2 (ja
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Yoshitomo Arase
荒瀬 良知
Shinichi Ohama
大浜 信一
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00Moulds or cores; Moulding processes

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は収縮巣の発生を防止する鋳造鋳型方案の作製
方法に係り、更に詳しく言えば鋳型とそのキャビティ内
の溶湯とを組にした解析モデルについて数値計算を施し
、所要の条件を満たず鋳型形状、構造すなわち鋳型方案
を求めることによセ収縮巣の発生を防止する方法に係る
鋳造品では溶融金属いわゆる溶湯が鋳型内で凝固する過
程において溶湯補給の困難な個所或いは最後に凝固する
個所に収縮巣を生づ″ることeよ広ぐ知られており、種
々の対′策が講じられている。すなわち収縮巣の発生し
易い個所の上部或いは外側に押湯を設けで溶湯を収縮巣
発生個所に供給し、押湯部分は凝固後に切捨てる吉か、
或いは収縮巣発生のおそれのあるLころは凝固を促進さ
ぜるとか、溶湯の供給を妨げるような例えばくびれだ部
分にけ余肉をつけて凝固を遅らせる等積々の方法が採用
され、経1験によってまとめられた実験式が提案さtl
、押湯の大きさ或いは余肉のっけ方等が計算できるよう
になっている。
しかしながら常に一定形状の鋳造品を製作する場合でも
最初は試行錯誤的に鋳込試験を繰返して収縮巣の発生を
防IJ−する鋳型構造、換「すれば鋳型方案を求めてお
pl−品生産の場合には押湯や余肉を過大に設けるとか
或いHX線検査等圧よって鋳造品内部の収縮巣の有無を
調べ、溶接補修が可能なものについては補修を行なうこ
さが日常性なわれている。
これに対して電7v機の普及に伴ない、鋳造品の凝固過
程の数値引算によって収縮巣の発生しないような鋳型構
造、形状を求める試みが行なわれでいる。
例えば鋳造品上部に押湯を設置づた場合、鋳造品ってR
&1次進行するような鋳型条件を求めて収縮巣の発生を
防止する方法が試みられ、収縮巣の発生が予測される場
合には造型方案上の手当てにユ′って成る程度成績を上
げている。然しなから等凝固時間曲線から鋳型の構造、
形状を変えて収縮巣の発生を防止する方法ではif算結
果から等凝固時間曲線が上方の押湯に向ってほぼ平行に
画かれ、押湯に向って凝固が進行するように思われる場
合でも収縮巣が発生することが知られている。
本発明者は鋳型とそのキャビティ内の溶湯がら成る解析
モデルを使用した数f10Inと実際n造品の収縮巣発
生の関係について研究の結果、後述する↓うに解析モデ
ルのセクションにおいて想定した要素の固相率勾配Fの
値が成る一定の値以下の場合に収縮巣が発生することを
知った。木兄1ノIJはこの知見に基づき、鋳型と溶湯
から成る解析モデルの各七・ンジョン上の溶湯要素が一
定値を超える固相率勾配値r2を持つような鋳造鋳型方
案を求めることによって鋳造品の収縮巣発生を防止する
方法を提IJ(することを目的とし、鋳型と該鋳型キャ
ビティ内の溶湯吉よυ成る解析モデルを一つ才たは平行
な複数個のセクションに分断し、各セクションを四角形
または三角形に区切って要素に分割し7、各要素に材質
を与えて鋳型要素と溶湯要素とに分け、各要素に初期温
度を与えると共に各境界に境界条件を与え、微小時間ご
とに求めた各要素間の熱量の流れから各要素の温度変化
を換算し、該温度における溶湯要素の固相率fi  を
次式によって求め 各溶湯要素ごとに該溶湯要素の凝固終了時の周囲要素と
の固相率勾配Fを次式によって求めただし△ji  −
要素節点間距離、 F≦0.2となるときけ解析モデルを作υ直して上記の
計算を繰返し、全溶湯要素が凝固完了したさきの各溶湯
要素の固相率勾配Fを0.2を超える大きさとすること
を特徴さする収縮巣の発生を防止する鋳造鋳型方案の作
業法に係る。
次に添付図面を参照しながらコンブレツーり用ベーンを
例にして本発明の詳細な説明する。
第1〜第2図に示すベーンIKついて従来の方法に従っ
て等凝固時間曲線を求めると例えばI−■断面について
は第3図のようになセ、ベーンの先端2から次第に下方
のベーン基部3に向って凝固が進行することが読みとら
れ、羽根部4の内部には収縮巣が発生することは予測さ
れない。しかしながら実際の鋳造品には第4図に示すよ
うに羽根4のほぼ中央部に収縮巣5が発生していること
がX線写真によって認められた。
本発明の方法によってこの収縮巣の発生を防止すること
のできる鋳型構造、形状を求めるのにd:次のようにす
る。
11”鋳型6およびそのギャビテイ内の溶湯7より成る
第6へ一8図に示すような解析モデルを設定し2、こ′
11を通例の手順によって数値計算にかける。
鋳造品がほぼ左右対称の場合には計算を簡単にするため
例7えば本例のベーンの場合には第3図の一点鎖線で示
す断面でベーンを左右に分割し、該断面を断熱面として
いずれか一方について数値iIl算にかければよい。
この解析モデルを等凝固時間曲線を求める通例の計算方
法の場合と同様に例えば第1図1−i断面に平行な面に
よって第7〜8図に示すように複数個のセクションS1
、S2、S3、・・・に1l−j−る。各セクションの
取り方は計算結果を検討するときに少ないセクション数
によって鋳造品全体が見えるようにとるとよい。本例の
ベーンの場合のようにほぼ平たい形状をしたものの場合
は羽根に平?jにセクションをきった方が羽根に直角方
向にセクションをとるよりも少ないセクションで鋳造品
内部を見ることができることは容易に理解されよう。な
おセクションの数は二次元解析の場合は−・”′つ、三
次元解析の場合は複数個とする。
次IC各セクションを第9図に示すように四角形要する
時間が多くなる。一方大き過ぎると計η:yq度は低下
するが、計算時間は短くて済む。従っ゛C鋳造品の形状
にもよるが一般的には数朋から数m大の四角形に区切る
次に各要素8に材質を与える。すなわち鋳型材料×或い
は溶湯○の記号によって各要素が区別゛Cきるようにす
る。材質によって各要素の熱伝導率、比重、比熱が異な
る。
次に境界条件すなわち断熱十か空気へかをNC号で記入
する。
以上の処理を施した解析モデルのセクションの例を第1
0図および第11図に例示しである。
上記のとおシ周知の方法で処理した各セクションの各要
素について次のようにして周囲要素吉の間の固相率勾配
を求める。それにはまず各要素に初期温度(例えば溶湯
要素に1600℃、鋳型要素に1 (150℃)を−7
7え、要素中心の節点にその酸素温度を代表させ、時間
ゼロから微小時間Atごとに各要素間の熱J^の流れを
次の(1)式で求め温度変化を計算する。
熱バー−要素間面積×温度差×/熱抵抗・・・(1)熱
抵抗はそれぞれの材質(熱伝導率)と節点間る の距離および熱伝達率によって定ま))0この熱量の移
動によって各要素の温度の変化を次の(2)式によって
求める。ただし要素の密度をd1同じく比熱を01同じ
く体積をVとして、温度変化=”/axcxV  ・・
・・・・(2)次に溶湯要素の固相率を求める。各要素
は時間の経過と共に温度が下がるが、溶湯要素は液相線
温度1゛I7と固相線温度Tsとの間で同相率fi  
が第12図に示すように、温度の降下に比例してゼロか
ら1まで変化するものとする。従って要素Iの温度Tノ
  における同相率17 は次の(3)式によって求め
ることができる。
次に各溶湯要素ごとにその要素が凝固終了しまたときの
周囲の要素との間の固相率勾配Fを次の(4)式によっ
て求める。ただしΔliけi要素の節点吉の間の距離で
ある。
式中nは二次元計算では4、三次元計算では6である。
各溶湯要素が凝固終了するごとて固相率勾配Fを計算す
れば各溶湯要素は第13図に例示するようにそれぞれの
F値を有することになる。
固相率勾配Fは凝固部分への溶湯の供給の離易を表わす
パラメータと考えられるので、Fの値が小さいほど収縮
巣は発生し易くなる。
発明者はF値と収縮巣の発生との関係を調査した結果F
≦0.2になると其処に収縮巣が発生することが判った
。従って所望の形状の鋳造品について鋳型の材質、厚さ
および境界条件を変えて解析モデルを作シ、上記の計算
を繰返し2て全ての溶湯要素についてF≦0.2となら
ない、すなわちF〉(1,2と、するQ(j型条件、境
界条件を求め、このJ゛5i冷り)(すおよび尤充シ”
たφ1′トで帛待造するこ占によ−って1[又縮)キ1
の発生を防止できることになる。
i(■記の第1〜・2図に示すベーンについて収縮巣の
発生を防止するだめには羽根4の下半部の凝固を憚らせ
ればよいてあろうき考えら)しるので第1.41”Q+
こ示すように羽根部下半部の鋳型6′の外側に厚さ12
間のセラミックウール断熱材9を巻いた。なお鋳型6の
材料はジルコン・シャモット系で厚さ8繭としである。
このような鋳型構造で凝固解析を行ない、各溶湯要素に
ついてF値を求め、セクション5についてI” = 0
.2およびI” = 0.3の等分布曲線を例示すると
第14図に記入しであるとおりである。これではなおF
≦0.2の領域があり、収縮巣の発生を防止できないこ
吉が判った。
よって次に羽根部の上半部の鋳型部分6″の厚さを8間
から半分の4馴に減じた鋳型構造で凝固解析を行安い、
Jパ分布を求めた結果のうちセクション5についての等
分布曲線を例示すると第15図に示すとおりである。こ
の図から明らかなように1′≦0.2の場所が存在せず
、全てF ) 0.2であり、収縮巣の発生を防止でき
ることが予想できたので実際にこの構造で鋳型を造型し
、クロノ・系ステンレス鋼を1600℃で注入してベー
ンを鋳造し、X線検査を行なつで収縮巣が発生していな
いことを確認した。
以上説明したよりに本発明の方法によれば従来の経験或
いは実験式に頼一つた造型方案では余肉をつけたp過度
に押湯を大きくしてもなお防止できないような収縮巣の
発生を防止するこきができる。
計算は電子計算機を用い、予め組んだブログラノ・によ
って行なえば容易に行なうことができる。
而して収縮巣を防止できる最も経済的な鋳型構造、従っ
て技術的に最適ガ造型方案を求めることができ、その実
用上の効果はきわめて大きい。
なお溶湯の冷却速度を変えてJ、i≦0.2の場所を無
くず方法あるいは手段とし゛C1−1,上記の鋳型肉J
lyを変えるほかに断熱材を用いる、ヒーターを組みこ
んで部分的に加熱する、圧縮空気等を吹きつけて部分的
に強制冷却する、鋳型の一部に冷し金を用い、イ)、伐
いは押湯を適所に設ける等従来公知の手段を用いること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法の実施態様を説明するためのベー
ンの(a)正面図お上びの〕平面図、第2図は同じく側
面図、第3図は従来方法による等凝固時間線図、第4図
は同じく収縮巣の存在を示すX線9図は同じく要素の取
p方を示す要部セクション図、第10図は鋳型要素よυ
成るセクションの一例を示すグラフ、第11図は鋳型要
素と溶湯要素より成るセクションの一例を示すグラフ、
第12図は溶湯要素の温度と固相率吉の関係を示すグラ
フ、第13図は溶湯要素と固相率勾配の分布の一例を示
すグラフ、第14図は収縮巣の発生した解析モデルセク
ションの一例の等固相率勾配分布線図、第15図は収縮
巣の発生を防止した一例の等固相率勾配分布線図である
。 1・・・ベーン、2・・・ベーン先ψl、3・・・ベー
ン基部、4・・・ベーン羽根部、5・・・収縮巣、6・
・・鋳型、7・・・キャビティ内溶湯、8・・・要素、
9・・・セラミックウール 出願人代理人  弁理士 鴨志1)次 男第1図  第
え図  第3図 第4図    第5図 第9図 (52,53,5758) (S5) 第11図 手 続 補 正 書 く方式) 昭和58年9月2日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和57年特許願 第 45626号 2、発明の名称 鋳造鋳型方案作製方法 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 東京都千代田区大手町二丁目2番1号名 称 
(009)石川島播磨重工業株式会社4、代 理 人 
■232  電話 横浜<045 ) 731−325
4住 所 神奈川県横浜市南区六ツ用−丁目154番地
6、補正により増加する発明の数  なし7、補正の対
象 明細書の発明の名称の欄8、補正の内容

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 に分断し、 各セクションを四角形または三角形に区切って要素古し
    、 各要素に材質を与えて鋳型要素と溶湯、要素とに分け、 各要素に初期温度を与えると共に各境界に境界条件を与
    え、 微小時間ごとに求めた各要素間の熱量の流れから各要素
    の温度変化を換算し、 該温度における溶湯要素の固相率fL を次式によって
    求め、 各溶湯要素ごとに該溶湯要素の凝固終了時の周囲要素と
    の固相率勾配Fを次式によって求め、ただし 、alt
    =節点距離、 F≦0.2きなるときは解析モデルを作り直して上記の
    計算を繰返し、 全溶湯要素が凝固完了したとき各溶湯要素の固相率勾配
    Fを0.2を超える大きさどすることを特徴とする 収縮巣の発生を防止する鋳造鋳型方案の作製法。
JP4562682A 1982-03-24 1982-03-24 鋳造鋳型方案作製方法 Granted JPS5921445A (ja)

Priority Applications (1)

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JP4562682A JPS5921445A (ja) 1982-03-24 1982-03-24 鋳造鋳型方案作製方法

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JP4562682A JPS5921445A (ja) 1982-03-24 1982-03-24 鋳造鋳型方案作製方法

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JPS5921445A true JPS5921445A (ja) 1984-02-03
JPS6316215B2 JPS6316215B2 (ja) 1988-04-07

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ID=12724575

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JP4562682A Granted JPS5921445A (ja) 1982-03-24 1982-03-24 鋳造鋳型方案作製方法

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017006986A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 株式会社日立製作所 金型鋳造鋳型における縦方向中子の設計方法および該金型鋳造鋳型

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017006986A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 株式会社日立製作所 金型鋳造鋳型における縦方向中子の設計方法および該金型鋳造鋳型

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JPS6316215B2 (ja) 1988-04-07

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