ProCAST活用事例 Swerea SWECAST 社
Casting
Heavy Industry & Machinery
Swerea SWECAST社は、笔谤辞颁础厂罢を使用して薄肉鋳钢品の开発に成功しました。
高精度鋳造シミュレーション
使用ソフト：ProCAST
笔谤辞颁础厂罢を使用して薄肉鋳钢品の开発に成功
経纬
スウェーデン政府からの资金援助により「軽量の薄肉鋳造品の製造」プロジェクトが始まりました。このプロジェクトの目的は、薄肉鋳钢品およびアルミニウム鋳造品の设计と製造の条件を决定することと、薄肉鋳造を容易にするためのシミュレーション活用方法を确立することの二つです。このプロジェクトでは、まずシミュレーションソフトウェアを使用し、プロトタイプ鋳造の试作结果を比较し、次にプロセスパラメータが注汤プロセスにどんな影响を与えるのかを确认するという実験を行いました。この実験から得られた知见は、现在、実际の製造工程に适用されています。
课题
薄肉鋳造においては、いかに廃棄物の発生量を適正にするか、あるいはいかに寸法を許容差内に収めるかなどが、课题となります。薄肉鋳造のノウハウは容易に入手できないため、多くの設計者は、安全係数を組み込んで必要以上に厚い肉厚の設計を行うなどして、薄肉化や軽量化への取り組みに消極的になりがちです。
効果
-
部品の肉厚が6尘尘から3.5尘尘に减少した
-
鋳造品が大幅に軽量化された
-
総生产コストが30%削减された
「ProCASTソフトウェアを活用したことで、薄肉鋳鋼のシミュレーションが可能になりました。特に、薄肉形状のシミュレーションにおいて、ProCASTは優れていました」スウェーデンSmalands Stalgjuteri社、管理担当ディレクタ(プロジェクトメンバーおよび鋼部品サプライヤ)、 Per Ytterell氏
実験の范囲
このプロジェクトでは、薄肉鋳钢における溶融金属の汤流れを把握するためのシミュレーションを実施しました。この事例では长さ400尘尘、直径100尘尘、肉厚3尘尘の円筒パイプのプロトタイプ鋳造(図3)でのシミュレーションを题材にご説明します。
试作
このプロトタイプ鋳造では、従来の砂型とシェル鋳型を使用しています。実験用に開発した注湯/充填システムは加圧システムで、湯受けが取り付けられています。この実験の最大の目的は、薄肉の鋳型に注湯された溶融金属の挙動を把握することを通じて、溶湯がどのように凝固しどのようにコールドフローが発生するのかを理解することでした。注湯温度や注湯速度など各種パラメータを変更したり、鋳型キャビティを部分的に充填したりするなどして、试作を繰り返しました。また试作品から得られた実データと、ProCASTによるシミュレーションから得られたデータとの比較も行いました。
パラメータ
试作とシミュレーションの结果比較に
おいては良い相関関係が确认された
鋳型への注汤プロセスに影响を与えるパラメータは多数ありますが、どのパラメータを変更できるかは、使用するシミュレーションプログラムに応じて异なります。今回の结果比较では、结果への影响が最も大きいと思われる次の5パラメータに着目することにしました。
-
壁面摩擦
-
マッシーゾーンの粘性
-
伝热係数
-
メッシュサイズ
-
曲面张力
ここでの目的は、各パラメータが注湯プロセスにどの程度影響するのかを把握し、シミュレーションの過程を、実際の製造工程に、限りなく近づけることでした。分析の结果、これの5つのパラメータは、いずれも注湯プロセスに影響することが分かりました。特に影響が大きかったのは、壁面摩擦、伝热係数、およびマッシーゾーンの粘性です。壁面摩擦は、鋳型の壁面に沿って移動する溶融金属を適切に扱うためのパラメータで、この値は、合金と鋳型の材料によって変化します。伝热係数は、温度勾配の関数として変化し、特に薄肉鋳造では、注入時の熱特性を忠実に再現するために重要なパラメータとなります。また、マッシーゾーンの温度依存粘性を組み込むことで、さらに良いモデルを構築できます。
シミュレーションの结果比较で良い相関が确认された
????（図2とは异なるパラメータを使用）
构筑したモデルが元の形状を正しく表现している限り、メッシュサイズはそれほど重要ではありません。また、表面张力は、现象としてあまりに复雑であるため、シミュレーションは困难であり、贵重な计算时间の浪费につながる可能性があります。またアルミニウム鋳造の场合と比べ、鋳钢において、表面张力はそれほど重要なパラメータではありません。时间的な制约も考虑し、今回の実験では表面张力の考虑は见送りました。
この他、適正な圧力ヘッド、流速、およびチョークの各値を得るために、湯流れを忠実に再現することにも注意を払いました。最終的に、プロトタイプ鋳造の试作とシミュレーションの结果比較においては、良い相関関係が示されました(図2、図3)。
シミュレーション结果の、実际の部品製造への适用
実験を通じて得た最适な工程パラメータは、薄肉钢部品の実际の开発に适用する必要があります。まず、最适な注汤/充填システムを开発するためのシミュレーションを行いました。さらに坚牢性をを得るための工程パラメータの最适化を実施しました。図4は、シェル鋳型による薄肉部品です。これらシミュレーションの结果に基づき、设计を修正すれば、最小肉厚3.5尘尘の钢部品が製造できるという确信が得られました(図5)。
结果
今回のプロジェクトを通じて、薄肉鋳造品のシミュレーションが可能になり、また、製造工程で実际に使用できる材料データの取得と検証を行う手法も确立できました。优れたソフトウェアの活用により、鋳型キャビティ内の溶融金属の挙动予测も可能になり、アルミニウム製の薄肉部品(2尘尘)の开発も実施できました。