HOME 製品群 AnyCastingTM

AnyCastingTMは鋳造工程の湯の充填及び凝固現象を基本として、工程上で発生し得る鋳造欠陥を予測することで実際鋳造の欠陥発生を収める鋳造専門シミュレーションソフトウェアです。

AnyCastingTMは高圧・低圧鋳造、砂型鋳造、金型鋳造、精密鋳造、遠心鋳造のような多種多様な鋳造工程の精度良い解析に対応可能です。又、複数CoreSystemを用いてより高速な解析処理ができます。

AnyCastingTMはWindow基盤且つOpenGL方式の画面構造を適用しており、操作の便利性はもとより解析結果の滑らかな表し方と処理速度の速さが強みです。

  • Hybrid Methodを用いたReal Flowの適用
  • オートメッシュ機能を用いて要素生成の省力化
  • 湯流れ解析の精度良さに基づいた気泡欠陥の予測
  • 複数要因を考慮した凝固欠陥予測が可能
  • 定量分析を用いて結果の数値化が可能
  • 結果確認の容易性
  • ユーザーの意見を早目に受け入れ、持続的なアップデート対応
※ AnyCastingTMの詳細情報
  • 高圧鋳造
  • 低圧鋳造
  • 砂型鋳造(鋳鉄/鋳鋼)

主に非鉄系合金(Al、Mg、Zn)に適用される工程であり、金型に溶湯を高速、高圧で注入して鋳造する方式です。

ランナーの形状、ゲートの断面積、オーバーフローの位置及びサイズなどの適切な方案変更により、ガス、湯境及び介在物の混入などの不良を取り除きます。また、反復的な製品生産による金型の過熱で収縮不良や組織の粗粒化及びサイクルタイムの遅延などの問題が生じる可能性があります。このような問題は冷却ラインを設けることで金型の温度を一定に保たせ、欠陥を最小化します。

密閉された坩堝内の溶湯面に比較的小さな圧力(空気あるいは不活性ガス)をかけて重力と反対方向に溶湯を押し上げ、給湯管から製品内に注入する工法です。

製品の重量が増えて形状が複雑になると方向性凝固や溶湯の円滑な流れのために金型の温度を上げなければならないが、金型の温度が上がると凝固完了時間が遅延されて生産性が低下し、製品の組織が荒くなり機械的性質も低くなる傾向があります。健全な製品を得るためには適正な湯口と位置設定、加圧条件及びチャンネルの位置、条件設定がとても重要です。

砂型鋳造は、鋳鉄や鋳鋼などの高融点合金の鋳造で使用される工法です。

鋳物砂を造形して鋳型を作り、湯口系及び押湯などの鋳造方案を適切に設計しないと充填欠陥(ガス、砂落ち)や凝固欠陥(収縮)などを制御することができます。

  • 傾動鋳造
  • 精密鋳造
  • 遠心鋳造

重力鋳造は通常の砂型鋳造より引張強度、延伸率、切削性などの機械的性質が約30%くらい向上されるだけではなく、きれいで美しい外観で商品のクオリティをもっと高められます。

精密鋳造の場合はセラミックスで金型を作るので、耐熱合金のように融点が高い合金に多く適用されます。充填結果を基に不要なゲートの位置及びランナーの厚さなどを把握や凝固時間の分布により押湯及びランナーの有効性を判断することができます。これによって製品の鋳造方案及び条件を設定することができるだけではなく、全体的な歩留りの向上も図れます。

速いスピードで回転するMoldに溶湯を注入して遠心方向への冷却と凝固を誘導させ組織緻密性と一方向凝固組織を獲得する鋳造法であり、垂直・水平式遠心鋳造時の最適鋳造方案を模索することができます。

  • 自動車

    自動車を構成する内部の部品解析の実例を申し上げます。

  • 電子製品

    携帯電話、ノートパソコンのような最新電子製品に適用された実例を申し上げます。

  • 重工業

    船造りに使われる大型製品の解析に適用された実例を申し上げます。

  • 特殊鋳造

    PFC, Strip Casting等のような連続鋳造工法に適用された実例を申し上げます。

REAR HEAD

コンプレッサーは自動車のエンジン動力で作動され、冷媒を吸入、圧縮、循環させる原理です。Rear Headは このコンプレッサーを構成する部品であります。 低圧ガスの冷媒を圧縮し高温、高圧のガス状態にして凝縮装置へ送る機能を持っています。

コンプレッサー部品の特性満足度SPEC

  • 局部的温度低下によるMis-Run不良防止
  • 内部・外部Leak未欠陥
  • ガス、酸化物、収縮除去
제품 재질 ADC12
液相線/固相線 580℃ / 515℃
주입 온도 630℃
중량 3.34 kg
금형 재질 SKD61
초기 온도 190℃
플런저 직경 80mm
저속/고속 0.28 3.0 m/sec

AnyCastingを利用した上記製品の解析は、Real Flowを基にした正確な流動によって計算されたガス巻き込み結果と注入中温度分布、 充填中発生される酸化物による欠陥エリアを予測した事例です。

注入中の温度結果

  • 液相線 : 580℃
  • 固相線 : 515℃
  • 現製品の場合、稼働側内部からの約10℃程度の温度低下が予測されるだけであり、注入中の温度低下によるMis-Run不良は予測されない。

ガス巻き込み結果

  • 充填中表記されたエリアにおいて、溶湯流動特性によって完充されなかったエリアで気泡孤立の圧力結果を観察するとき、気泡が孤立される可能性が大きいエリアとして判断される。

凝固収縮欠陥結果

  • 凝固中最終的に凝固されるエリアで、収縮欠陥が最も頻繁に発生されるエリアの一つである。これは製品内の厚肉エリアで収縮欠陥が発生する確率が高く、これを解決するために加圧ピンの使用方案を採用した。

OIL PUMP HOUSING

自動車エンジンに結合される部品でエンジン内

解析結果のポイント

  • 溶湯流動中のガス巻き込みエリアの分布を予測
  • 充填中、溶湯の温度が低下するエリアを予測
  • 酸化物の捕集エリアを予測
제품 재질 ADC12
液相線/固相線 580℃ / 515℃
주입 온도 630℃
중량 3.34 kg
금형 재질 SKD61
초기 온도 190℃
플런저 직경 80mm
저속/고속 0.28 ▶ 3.0 m/sec

AnyCastingを用いた上記の解析は、温度解析を利用したMis-Run可能エリアの判断と、Real Flowを基盤にした正確な流動解析手法によるガス巻き込み欠陥位置の確認及び酸化物モデルを利用した酸化物の最終分布エリアの予測、凝固様子の予測による収縮欠陥エリアを判断した事例です。

ガス巻き込み結果

  • 表記された最終充填エリアでガス巻き込み欠陥が起こる確率が高く表われる。

注入中の温度結果

  • 液相線 : 580℃
  • 固相線 : 515℃
  • 固定側が表記された最終充填エリアにおいて、注入温度640℃対比、約20℃低下された溶湯が分布しているが、固相線より高い温度で分布していて、注入中にMis-Run欠陥は予測されない。

酸化物の分布結果

  • 表記されたエリアにおいて酸化物がオーバーフローの右側へ排出されず残存していて、後加工時あるいは使用時に欠陥が発生するおそれがあるものと判断される。

EGR HOUSING

EGR(Exhaust Gas Recirculation)は排気ガスの再循環装置のことを言います。EGRの主な目的は燃焼温度を低くして窒素酸化物の排出ガスを最小化することです。温度を下げるためにEGR Coolerを取り付けたりします。また、EGRに流れる量を増加させると燃焼温度を下げることができるので窒素酸化物の含有量は減るが、燃焼温度を下げることによって微細煤煙粒子は増加することになります。.

解析結果のポイント

  • 水平型および垂直型の方案に対するガス巻き込みエリアを予測
  • 水平型および垂直型の方案に対する中子ガスエリアを予測
  • 水平型および垂直型の方案に対する温度分布を予測
제품 재질 ADC12
液相線/固相線 580℃ / 515℃
주입 온도 630℃
중량 3.34 kg
금형 재질 SKD61
초기 온도 190℃
플런저 직경 80mm
저속/고속 0.28 3.0 m/sec
  • AnyCastingを用いた上記の解析は垂直及び水平式方案に対する解析比較資料であり、充填を基盤にしたガス巻き込みエリアの予測と中子で発生するガスの最終経路追跡及び溶湯の温度分布とを比較した事例です。

ガス巻き込み結果

  • 水平型方案の場合、最終充填エリアが製品の上段で行われて製品内のガス巻き込み確率が高く予測される。

中子ガス結果

  • 中子で発生されたガスは一部は鋳型の通気度によって排出されるが、残存するガスは溶湯の流れに沿って移動し製品の任意のエリアに捕集される。水平型方案の場合はガスが押湯へ排出されないが、垂直型の充填様子によって上部押湯へほとんどのガスが捕集されるものと予測される。

温度分布結果

  • 注入中、溶湯温度分布の場合、垂直型方案の方が水平型方案に比べてより安定的な温度分布を見せてくれるものと予測される。

INTAKE MANIFOLD

Intake Manifoldは吸気多岐管と言い、気化器又はスロットルボディーとシリンダーをつなげる通路あるいは管のことを言います。空気や混合ガスをシリンダーに混入させるパイプとして鋳鉄や鋼管又はアルミニウム合金で作られ、吸入抵抗が少なくて各シリンダーに均等に配分されるよう構成されています。

解析結果のポイント

  • 傾動鋳造による充填様子
  • 注入中、溶湯温度の分布予測
소재 재질 AC4C
금형 FCD370
중자 R.C.S
초기온도 용탕온도 700˚C
금형온도 300˚C
플런저 경동시간 17 초
경동각도 90 도

AnyCastingを用いた上記の解析は、Real Flowを基盤にした正確な流動によって計算されたガス巻き込み結果と充填中、製品内の溶湯温度低下エリアを予測した事例です。

ガス巻き込み結果

  • 充填中、製品の上部と下部が先に充填されることで製品の中心部に気泡が孤立される可能性が予測される。

温度分布結果

  • 初期充填された製品の下部側において溶湯の温度低下が凝固温度である560℃近く低下される様子が予測され、特定エリアの急激な溶湯温度低下は製品組織の均一度に影響を与えて機械的特性の面でよくない結果をもたらすものと判断される。

TM Case

通常の自動車用内燃機関の場合,一定速度でトルクが最大になるが、走り出すときはもっと強いトルクと低い回転を必要とし、速度が速くなるにつれてコートよりも回転速度が必要になります。よって、エンジンの回転を一定に保つためにギアを使って出発するときは回転速度を減らすと同時にトルクを増やし、速度が速くなるにつれて回転を上げる役割をするのが変速機の役割であり、これを覆う製品をTM Caseと言います。

解析結果のポイント

  • 充填時の最終充填エリアを予測
  • 気泡エリアとガスエリアを予測
  • 充填中の温度分布を予測
제품 재질 MRI153M
液相線/固相線 601˚C
주입 온도 680˚C
중량 6.9KG
금형 재질 SKD61
초기 온도 200˚C
플런저 직경 150mm
저속/고속 0.4 ▶ 3.5m/sec

AnyCastingを用いた上記製品の解析は、Real Flowを基盤にした正確な流動によって計算された気泡孤立結果とガス孤立エリアを予測し、充填中の温度分布を観察した事例です。

充填解析結果

  • 円型製品形態の特性上、表記されたエリアにおいて最終充填が予測され、エア及びガス孤立が生じる可能性のあるエリアとして判断される。

エア&ガス孤立結果

  • 充填中、エアは充填解析の結果から示されているように最終充填エリアにおいて、ほとんどの孤立が表われるものと予測される。また、ガスの場合も類似エリアで分布するものと予測される。

温度分布結果

  • 最終充填になるエリアにおいて注入中、溶湯温度の低下が予想され、これはガス孤立位置と類似する。すなわち、注入中、溶湯温度の低下はガス又は酸化物の移動を妨害する要素として働き、Mis-Run以外の欠陥を引き起こすおそれがある。

Cell Phone Case

現在、携帯電話の場合、ほとんどの製造社で薄い製品の生産に総力を注ぐくらい超薄板ケースを必要としています。しかし、薄板の場合、薄さによる溶湯の流れ性の低下に起因する未充填とエア、酸化物、変形などほとんどの欠陥が問題化されています。

解析結果のポイント
充填時の温度分布の結果を予測
エア及び酸化物の分布エリアを予測
熱変形を予測

充填様子結果

製品の溶湯注入位置を変更した二つの方案において、Case2の場合は溶湯の注入がCase1に比べ不安定に注入される様子が予測される。
- 気泡が孤立される可能性が高い

Case 1
Case 2
Case 1

温度分布結果

  • ランナー位置による温度分布結果を観察するとき、Case2の場合はゲート前の形状による注入様子の不安定とこれによる溶湯温度の低下が予想される。
Case 2

エア孤立結果

  • 充填中、エアが孤立される可能性のあるエリアにおいて孤立されたエアの圧力が溶湯の圧力より高いエリアを圧力分布で表現し孤立エア地域を予測する。

温度及び酸化物の結果

  • 溶湯充、填中に溶湯の温度が低下されるエリアにおいて酸化物の分布が高く表われる。酸化物は溶湯の流動に沿って動くが溶湯の流動性が弱まる温度低下エリアではもうそれ以上、移動できず捕集される傾向がある。

熱変形結果

薄板製品の場合は熱変形による欠陥が主な欠陥の一つである。特定時点の温度データを基に変形を起こしたほどに応力が集中されるところを予測する。

Impeller

軸に取り付けられた複数の羽根で成り立っている回転体、ターボ型流体機械の中で軸動力とのエネルギー交換が行われる部分であり、羽根車とも言われます。ポンプ、送風機、圧縮機でのように流体にエネルギーを与えるものをImpellerと言い、水車でのようにエネルギーを受け入れるものをランナーと言って区別したりもします。なお、流体がImpellerから出てくる方向によって遠心力式、斜流式、出流式などに区分されます。

解析結果のポイント
充填時、温度分布の結果を予測
酸化物分布エリアを予測

温度分布結果

溶湯は下部から上部に順次的に注入されるが、長い注入時間によって製品下部のブレイドエリアで溶湯温度の低下が予測される。

酸化物分布結果

ほとんどの酸化物は製品上段に設置された押湯に流入されるが、充填中の溶湯温度が低下されるブレイドエリアにおいては捕集された酸化物が移動できず製品の内部に残存するもとの予測される。

凝固様子及び収縮欠陥の結果

  • 最終凝固は製品の中心部で生じ、中心を囲っている押湯の場合は発熱スリーブ効果によって給湯性を最大化した。こうした結果から製品内の収縮はもっとも厚肉エリアである製品の中心部で行われると予測され、これを改善するため中心部の押湯に発熱スリーブ及び発熱材を使用することを検討した。

Impeller Blade

解析結果のポイント
押湯サイズによる収縮結果の様子を予測
鋳造方案による収縮結果の様子を予測

押湯サイズによる収縮欠陥の結果

  • 製品上部に設置された押湯サイズに比例して収縮欠陥の位置が変更される事例である。押湯サイズが大きくなると図のように収縮欠陥の位置が押湯の方に上がっていく傾向が表われて回収率が落ちるので、発熱剤を使って押湯の効率を増加させたり方案を取替える方法を講じなければならない。

方案変更による収縮欠陥の結果

  • 垂直型と水平型の方案における収縮欠陥結果を比較した場合、現在の製品に対しては水平型方案で鋳造した方が良品を得る可能性が高いものと判断される。

Nitinol合金を利用した連続鋳造工程の最適化

本研究は数値解析を用いて健全なBilletを製造するための最適化方案を考えるものであり、実験結果と比較した熱伝達係数の最適化、引出速度の影響分析、モールドの冷却条件変化など様々な変数を調整して最適の工程条件を導き出そうとしました。 連続鋳造工程の解析のためには各部位の材質に対する正確な熱物性値が必要であり、各物質間の接触熱伝達係数、機器の状態などによって結果が異なってくるので、実験結果と解析との比較による基礎値の算出作業はとても重要です。

引出速度別,温度分布(注入温度1350℃)

引出速度別,温度分布(注入温度1400℃)

PFC工程を利用したウラン箔工程における変数の最適化

ウラン箔(Uranium Foil)は、研究用原子炉の核原料及び癌診断用同位元素の原料として使われるなど特殊な分野において使用されている材質であり、従来の製造方法である熱間圧延法は約600℃の高温で数回、繰り返し圧延したあと急冷する方式です。これはPFC(Planar Flow Casting)工程に比べて時間や条件が厳しく、コストや人的資源の問題など様々な問題を抱えています。 本研究ではPFC工法に対し数値解析を用いて最適化方案を導き出そうとしました。

単一Roll PFC工法の模式図及びTundish内の溶湯流動

Rollの回転速度によるFoilの健全性評価

急速凝固手法を用いるPFC工程での上記解析の場合、Roll速度が増加するほど、Tundish内から吐出された溶湯が凝固とともに生成されるFoilの厚さが安定的になるといった結果が得られた。グラフで示されたように速度が増加するとFoil厚の標準偏差が低く分布することが予測される。

Rollの回転速度によるFoilの健全性評価