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砂型プレスキャスティングにおけるプレス工程のモデリングと最適デザインに関する研究

砂压铸件压制工艺建模及优化设计研究

基本信息

批准号：
09J01741
负责人：
田崎良佑
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

プレスキャスティング技術は,鋳物産業における周知の従来鋳鉄鋳造法に比べ,超高歩留まり・エネルギーコスト削減などの多くの利点をもつ期待がある.本研究では,この手法の特徴を利用し,飛躍的な生産性向上・高付加価値を生む,多種・複雑・薄肉形状の高品質鋳物成形手法の確立を目指している.砂鋳型内における溶融金属のプレス時流動挙動について,圧力計測と温度解析を実施し,品質向上のためのプレス速度制御システムに用いる制御モデル構築を行った,透明アクリル鋳型を用いた水プレス実験機を製作し,上鋳型の上部に設置したロードセルから得られる反力データによって,液体圧力推定が可能であることを確認した.さらに,ベルヌーイ式から導出した数理モデルは,液体接触型の圧力センサ(高温の溶融金属では使用困難)での計測データとよく一致し,プレス速度の制御設計に有効であることが確認された。また,CFDモデルを用いた温度挙動解析により,鋳型への熱伝達により温度が低下することで流体粘度が増加し,制御対象の圧力値が増大することが確認された.品質評価の対象として溶解金属・砂粒子間の差込み現象に着目し,この界面現象に関する物理モデルに基づいた,砂鋳型と溶解金属を用いた実験的解析から差込み現象の発生メカニズム,および発生境界条件を明らかにしている.プレス中の液体流動について,計算流体力学(CFD)モデルを援用した溶湯プレス解析,および,水実験による直接観察での解析・評価を行い,その流動特性を確認している.これらの解析結果をもとに,過去に提案したプレス中の簡易数理圧力モデリングの評価を行っている.提案アルゴリズムによる圧力制御システムについて,CFDモデル解析および溶湯プレス実験における有用性を確認している.ここで,溶湯実験においては,実用製品形状の成形での高速・高品質化を実現することが確認された.

The technology of iron and steel production is well known in the industry. It is expected to reduce the profit points of iron and steel production. This study aims to utilize the characteristics of these techniques to improve productivity, increase productivity, and establish methods for forming high-quality objects with multiple, complex, and thin meat shapes. The molten metal in the sand mold flows in the middle, pressure measurement and temperature analysis are implemented, and the quality of the molten metal is improved. The speed control system is used in the control system construction. The transparent molten metal in the sand mold is manufactured. The upper part of the molten metal in the sand mold is set up. The reaction force is obtained. The liquid pressure estimation is possible. In addition, the formula derived from the mathematical model, liquid contact type pressure (high temperature molten metal is difficult to use), measurement data and consistency, speed control design has been confirmed. In addition, it is confirmed that the fluid viscosity increases due to the decrease in temperature and the increase in pressure value of the control object. Quality evaluation of the image and dissolved metal sand particles between the phenomenon of the difference between the eye, the interface phenomenon related to the physical matrix, sand sand type and dissolved metal in the use of the analysis of the phenomenon of the difference between the occurrence of the phenomenon, the occurrence of the boundary conditions. Fluid flow analysis, computational fluid dynamics (CFD) analysis, direct observation of water flow, and verification of flow characteristics. The analytical results of this paper are presented in the paper. The utility of CFD analysis and solution design was confirmed. This is the confirmation of the high speed and high quality of the product shape forming process.