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ダイカストは短時間で鋳肌の良好な製品を得る鋳造法であるが、キャビティ内流動挙動や凝固様式が複雑であり、高品質製品を保証する湯流れシステムの開発を確立されていない。本研究は最適湯流れの解明、最適ベント条件の確立、欠陥発生に関連する流れ挙動の予測などを目的として、実験及びシミュレーションを行った。以下成果を具体的に示す。
(1)単純な内部障害物を有するキャビティに対して空気を用いた実験により、流れの最終合流面を調査し、最終充てん部へのベント配置の重要性を示した。
(2)(1)と同様の矩形障害物を有する直方体キャビティに対して水モデル実験により、流れ挙動の調査を行った。流れの剥離、合流部、渦の存在が明かになった。ナビエストークス式の2次元解析により流れのフロントラインなど充てん挙動を求めた。充てん時間、流れのフロントラインなどの実験結果をほぼ予測することができ、シミュレーションモデルの妥当性を確認できた。
(3)(2)の成果をさらに一般化するために、キャビティ側面に邪魔板を2ケ取り付れたものを用いて研究を行った。特に渦の生成、流れ境界部(湯境い)や未充てん領域の発生を重点的に調査した。ベント/ゲート断面積比をパラメータにとり、それら発生頻度との関係を定量化した。上記比率が約45%において未充てん領域や流れ境界部の発生が抑制されることが示され、ベント条件に最適状態が存在することが示唆された。
(4)(2)と同様の数式モデルを用いて、本キャビティに対して湯流れシミュレーションを行った結果、流れの特徴をよく説明できた。解析結果を高速度写真と比較し、流れ状態をほぼ予測できることがわかった。この結果、本数式モデルによるシミュレーションによりダイカスト充てん挙動の予測が可能であり、湯流れ最適化への有力な数値シミュレータ開発に基礎的知見を与えることができた。
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