射出成形・鋳造:強度も合わせて解析、設計での利用進む

 射出成形のシミュレーション(一覧表[4])については、製品軽量化のため樹脂の利用が拡大するにつれて、使い方が若干変化している。ショートショット(樹脂が金型内に十分に行き渡らず欠損になること)、成形後のそり(変形)という成形性についての2項目の評価が基本であることに変わりはないが、「生産技術での検証だけでなく、設計検討への利用が進んでいる」(JSOL)という。

 特に、繊維強化樹脂では、射出時の樹脂の流れによって繊維の向きが変わり、同じ形で同じ材料であっても強度が変わることになる。つまり、ゲート位置を変えることで製品の強度をコントロールでき、しかもコストが増えることはほとんどないため、ゲート位置は設計で検討すべき項目になっている。力の掛かる構造部材を金属から樹脂へ置き換えて軽量化を図る際にも、強度は重要なポイントになる。

 強度は、射出成形シミュレーションの結果を構造解析ツールに渡して検証する。例えば「Moldex3D」(台湾CoreTech System社)の場合、繊維配向の情報を材料特性の計算ツール「Digimat」に、さらにその結果を構造解析ツール「LS-DYNA」などに渡して強度を計算できる。

図4●鋳造シミュレーションも設計用途に拡大
図4●鋳造シミュレーションも設計用途に拡大
生産技術向けのツール「Vulcan」と同じソルバを用い、自動メッシュ作成機能を組み合わせて設計者向けツールにした「Click2Cast」(スペインQuantech ATZ社)。
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 鋳造(一覧表[5])についても、設計検討に用途が拡大する動きがある。2012年にはスペインQuantech ATZ社が設計者向けの鋳造シミュレーション・ツール「Click2Cast」を開発、発売した(図4)。もともと生産技術の専門家向けに同社が開発した「Vulcan」と同じソルバを用い、操作を簡単にしたツール。STLデータを基に自動的にメッシュ定義する機能を組み合わせた。設計段階で、エアトラップなどの典型的な鋳造欠陥の危険性を検出できる。

一覧表●加工シミュレーション・ツールの例(射出成形)
製品名 開発会社 概要 連絡先
射出成形
3D-TIMON 東レエンジニアリング 金型冷却解析、充填解析、保圧冷却解析、繊維配向解析、そり解析の解析ソルバ群で構成。インサート成形、 2色成形、樹脂レンズの複屈折解析、超薄肉製品などのオプション・モジュールがある。 東レエンジニアリング
ASU/MOLD 先端力学シミュレーション研究所 3Dソリッド要素により、製品の収縮やそりなどの変形のシミュレーション精度を高めた。インサート成形にも対応。 先端力学シミュレーション研究所
Autodesk Simulation Moldflow 米Autodesk社 金型の加熱による温度変化、成形開始から金型温度が安定するまでの成形サイクル数、熱硬化性樹脂での繊維配向計算、実験計画法による最適化などが可能。 オートデスク
MAPS-3D 韓国VMTech社 3Dソリッド要素を高速で扱えるソルバによって、大規模なモデルのシミュレーションも可能にしたツール。中立面要素、表面メッシュ要素は使わない。1990年にSAMSUNG電子研究所が開発を始めた。 アプライドデザイン
Moldex3D 台湾CoreTech System社 保圧時の密度変化、金型冷却過程、製品の収縮やそりなどのシミュレーションができる。マルチコンポーネント成形(MCM)、射出圧縮成形(ICM)、流体アシスト射出成形(FAIM)や、微細発泡成形(MuCell)、熱硬化性樹脂の射出成形にも対応。 JSOLセイロジャパン第一システムエンジニアリング
Simpoe-Mold 仏Simpoe社 保圧、冷却、そり・変形のシミュレーションが可能。3D-CAD(SolidWorks、Solid Edge、CreoElements/Pro)との統合版がある。 テラバイト
一覧表●加工シミュレーション・ツールの例(鍛造)
製品名 開発会社 概要 連絡先
鋳造
ADSTEFAN 茨城日立情報サービス 湯流れ、凝固のシミュレーションに加え、引け巣形状、鋳込み温度や型温度、後処理での熱応力などを計算する機能がある。東北大学、岡山県立大学、岩手大学との産学連携で開発。 茨城日立情報サービス
Click2Cast スペインQuantech ATZ社 同じ開発元による「Valcan」のソルバを用い、ユーザーインタフェースを直観的にした製品設計者向けツール。 アプライドデザイン
MAGMASOFT 独MAGMA Giessereitechnologie社 湯流れ、凝固、機械的特性、熱応力や変形などのシミュレーションに加え、動力学成長モデルによるアルミニウム合金とマグネシウム合金の相形成なども扱う。 SCSK
Vulcan スペインQuantech ATZ社 重力砂型鋳造、重力傾斜鋳造、重力金型鋳造、低圧鋳造、高圧鋳造(ダイカスト)に対応。遠心鋳造、ロストフォームプロセスにも対応予定。CFD(計算流体力学)とCTM(結合熱機械的特性)の連成解析を行う。 アプライドデザイン
FIELDVIEW 米Intelligent Light社 ポストプロセッサ ヴァイナス
POINTWISE 米Pointwise社 プリプロセッサ(メッシュ分割) ヴァイナス
SCLUPTOR 米Optimal Solutions Software社 プリプロセッサ(メッシュのモーフィング) ヴァイナス