スーパーコンピューターによるシミュレーションで 鋳巣発生部位の時系列予測に成功 -高圧ダイカスト鋳造における巻込み空気と鋳巣形成を可視化-

2026-04-07 東北大学

東北大学の研究グループは、スーパーコンピューターを用いた高忠実度シミュレーションにより、高圧ダイカスト鋳造における鋳巣(内部欠陥)の発生位置を時系列で特定することに世界で初めて成功した。VOF法とLESを統合し、気体の圧縮性と凝固過程を含む三次元解析を実施することで、溶湯中の気泡の生成・移動・封じ込め挙動を詳細に可視化した。さらに、実製品のX線CTデータとの比較により最大60%の位置一致を達成し、予測精度の有効性を実証した。本技術は鋳造欠陥の原因解明と品質向上に寄与し、製品設計の効率化や量産時の品質保証に大きく貢献すると期待される。

スーパーコンピューターによるシミュレーションで 鋳巣発生部位の時系列予測に成功 -高圧ダイカスト鋳造における巻込み空気と鋳巣形成を可視化-
図1. 鋳造解析専用ソフトウェア開発の変遷(溶湯混相流体の圧縮性を考慮し、凝固過程をシミュレート可能なソフトウェア開発に成功した)

<関連情報>

圧縮性多相高圧ダイカストにおける空気混入と多孔形成の可視化と検証 Visualization and Validation of Air Entrapment and Porosity Formation in Compressible Multiphase High-Pressure Die Casting

Hideaki Yamada,Jun Ishimoto,Fumikazu Sato & Yoshikatsu Nakano
International Journal of Metalcasting  Published:23 March 2026
DOI:https://doi.org/10.1007/s40962-026-01946-y

Abstract

This study presents a novel computational solver, DiecastCompressibleInterFoam, for the investigation of air entrapment and porosity formation during high-pressure aluminum die casting, with a focus on visualizing and predicting internal defects that significantly impact product reliability in automotive and precision components. Using the multiphase fluid dynamics framework in OpenFOAM, an open-source fluid analysis software, both compressibility and solidification effects are incorporated in three-dimensional simulations. The solver combines the Volume of Fluid method and Large Eddy Simulations to enable precise analysis of bubble dynamics during turbulent filling and cooling. Polyhedral mesh strategies and mesh optimization improve conformity to complex casting geometries, while real injection waveform data and mapped molten metal temperature distributions ensure realistic boundary conditions. Comparative analysis with X-ray computed tomography data from actual products demonstrates a porosity location agreement rate of up to 60%, confirming the validity of the simulations. Furthermore, optimization of the vent design and outlet boundary conditions effectively reduces air entrapment and porosity rates. Regarding computational efficiency, mesh structure refinement, symmetry modeling, and split analysis for sleeve components are employed, reducing the computation time by up to 55% for the optimized case, compared with the baseline configuration based on the full domain. The proposed modeling approach significantly improves defect prediction accuracy, enabling valuable process feedback and supporting quality assurance in die-cast aluminum components.

0705金属加工
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