Cast-Designerは現場の経験を活かす

鹿取事務所

鹿取貞夫

米国テスラ社が人型ロボットに力を入れる。自社自動車工場の生産性を上げるだけでなく、ロボットに対するAI技術がEVや自動運転車にも活用できるからである。Cast-Designerは同社のギガキャスト開発から今日に至る重要パートナーである。同時に、多くのユーザーによって、ギガキャストに限らず、Cast-Designerはロボット部品、精密部品、小型部品類の方案設計と解析に幅広く使用されている。

日本の自動車は米国市場で難渋するほか、国内も逐次増加する米、中国車の輸入と価格競争で圧迫される。自動車に依存してきたダイカスト産業は製品モデルの変化、サプライ・チェーンの再編に対応を迫られる。時代は少品種大量生産から多品種小量生産に移行しつつある。

少量生産にも対応する優れた方法の一つはロストワックス（インベストメント鋳造）である。軽く、強く、精密でなくてはならないロボット部品は今最も注目される対象の一つである。Cast-Designerはマグネシウム・ダイカスト、マグネシウム成型の要求にも対応する。Cast-Designerは製品の品質を確実、高速に検証する構造解析のオプションも提供する。

●ロボット部品とマグネシウム鋳造

ロボットが自動車部品から食品加工まで広範囲に普及して行く。マグネシウム合金製品は軽量で強度に優れているためロボットには有用な材料である。Cast-Designerのチクソ・カスティング・モジュールは次の用途に使用される。適切な鋳造温度、固相率、流動速度、適切な鋳型温度調節方法、充填中に溶融粘度、流動速度、局所固相率、溶融塩の局所温度。

マグネシウム合金射出成型では、日本は1600トンまでの成型機が使われているが、海外では6000トンあるいは10,000トンを超える成型機が多く使われている。Cast-Designerは海外のマグネシウム合金の射出成型の解析に成果を挙げている。

半凝固鋳造プロセスには極めて狭いプロセスウィンドウが存在するため、鋳型のコンセプトと鋳造プロセスのレイアウトは、通常の金属鋳造よりもはるかに正確に開発する必要がある。Cast-Designerは、非ニュートン流など、様々な数値モデルを用いて、半凝固モデリングの様々な物理特性を解析できる。

マグネシウム合金鋳造シミュレーション

●低融点亜鉛ダイカストおよび高融点インベストメント鋳造

亜鉛ダイカストによる高速に低コストの精密部品が増加する。一方、高融点のステンレス、鋼、チタンの部品生産も増加する。亜鉛ダイカストの鋳造方案作成とシミュレーションにCast-Designerの標準が利用できる。

耐熱合金、ステンレス鋼、炭素鋼、アルミニウム合金など高融点の鋳造にはロスト・ワックス法（インベストメント・ダイカスト）が使われる。寸法精度が高いため、機械加工の工数と比較して、端面形状、薄肉など、設計的な自由度が向上してコストパフォーマンスが良い。Cast-Designerはインベストメント鋳造オプション・モジュールを提供している。

●大型鋳造、精密鋳造

応力シミュレーションは、市場におけるCast-Designerの大きな強みである。他社製品と比較して、高精度で高速に結果を提供できる。米国Tesla社は鋳造と金型変形シミュレーションの両方に当社の応力モジュールを使用する。同社がベンチマーク・テストを実施したところ、非常に複雑なギガキャスト・フレームのフルサイクル・シミュレーションにわずか2日間しかかからず、非常に良好な結果が得られた。一方、同社が他社ソフトウェアを使用したところ、シミュレーションに8日間を費やしたが結果は得られなかった。

バッテリーなどのメガ鋳造においても応力解析は非常に重要である。しかし、これを本当に活かすのは計算ではなく、エンジニアの経験である。新製品開発のためと、鋳造の基本を知る人材を育成するには学習が容易で、価格的に導入し易いCast-Designerが最適である。

●Cast-Designerの応力解析

Cast-Designerのオプション・モジュールCDCEは応力解析、変形解析に加え、さらに多項目の物理解析を果たす。Cast-Designerは、熱、流動、応力の完全な連成シミュレーションを実行できる。応力シミュレーションには熱応力と機械的応力の両方が含まれており、鋳造残留応力と変形を正確に予測する。

応力結果として、変形/変位、変形補正、法線応力、有効応力、ひずみ、疲労、熱間割れ、さらに、応力モジュールを使用することで、ユーザーは以下の目標を達成できる。鋳物および金型の応力とひずみの分布、部品の変形と歪み、鋳物と金型間の隙間の形成、弾性スプリングバックの予測、熱間割れおよび割れの検出、金型寿命の疲労を推定する。

●応力解析の前提

応力解析にはオプション・モジュールCDCEが必要である。解決が困難な問題の場合は、鹿取事務所への内容の詳しい説明が必要である。問題によっては、CDCEが提供する各種の手段の選択と利用のため開発元C3P社の協力が必要である。

相談料は原則無料であるが、問題の解決を検討する段階では有料となる。有料となる可能性がある場合は見積書を提出し、ユーザーの了承を得る。

●CDPEの主な機能

鋳造シミュレーション結果と性能シミュレーションを完全連動させる。

アイソパラメトリックな六面体、四面体、界面接着要素、棒要素、リンク要素のライブラリ。

ユーザー定義の多点拘束、全体座標および非全体座標における絶対拘束、リンク要素と組み合わせて一般的な周期境界条件を課す機能。

自動構築された多点拘束を用いて、位相的に異なるが幾何学的に合同なメッシュを接続するための接触結合機能。

回転中和速度を用いたソリッド要素および界面接着要素に対するロバストな有限ひずみ定式化その他多数項目。

●おわりに

国内ダイカスト業界は自動車部品の量的漸減と質的変化に対応しなければならない。海外企業とは異なり日本の企業は新規投資に保守的である。既存の投資を回収する必要と、残存するタテ型の産業構造、改革を排し改善のみを許容する企業文化がその原因である。

汎用AIが鋳造の実態をシミュレーションすることは不可能である。デジタル・ツイン手法によって機械毎の蓄積データまたは理想とする結果から最良の条件を得たとしても、それをシミュレーションによって確認しないわけにはいかない。

Cast-Designer日本販売店

鹿取事務所

〒222-0002　横浜市港北区師岡町1062-3

メール：katori@imold.jp

ホームページ：https://www.imold.jp

Cast-Designer開発元

C3P Software International Co. Ltd.

香港、広州市、ニューヨーク

ホームーページ：https://www.cast-designer.com/