モデルの確認

さて、３DCADモデルが出来るとこれを用いて、CAPCASTで必要なSTL形式に変換します。STLは空間での３点で一つの三角形を形成し、これを用いて３D立体の表面を表す形式です。今回のモデルは非常に簡単なモデルですから、画像中の単純な三角形の集合体となります。
CAPCASTで使用するSTLには結構厳密なところがあり、面間の隙間、重なり、穴等の不具合を事前に修正対処しておく事が必要です。このために私の所ではMAGICSを使用しています。MAGICSは各種の不具合に付いて検出してくれると同時に、ある程度自動で検出した不具合を修復してくれます。しかし、それでも駄目な時は、やはり力仕事になります。
画像はMAGICSの検証の為の画面です。
修正対処して、正常なSTLになった後、これを基にCAPCASTの自動メッシュ機能を用いて有限要素法のメッシュを作成します。

モデル作成

製品形状及び方案に付いては前回完成しました。これだけでは充填解析のみしか出来ません。凝固解析を実施する為に、金型の部分を作らねばなりません。固定型、可動型をそれぞれブロックで作成し、前回作成した製品及び方案部分からブーリアン演算でくりぬきます。これで代替の型値は出来ました。次にボス部の鋳抜き穴を作成します。鋳抜きピンを作成して、ついでにこの鋳抜きピンの中に冷却部分、またボスの周囲に４カ所冷却を作成しておきます。冷却部分は射抜きピント同じですが、材料設定のときに水を設定します。

モデルの作成

気分一新。
こればかりで申し訳有りません。
今回から、詳細に手順を追って解析を進めたいと思います。

まずモデルを作らねばなりません。当然３Dモデルになります。私の所ではSolidWorksを使っています。どんなモデルにするか？皆さんの所ではお客様からの図面（２次元の紙で書かれたもの、または２DCADデータが多いと思います）を基にして製品図を起こさねばなりません。製品図が出来ると、これを基に素材図の検討に入ります。素材図の段階で所謂ノーハウを織り込んで実際鋳造した場合に欠陥発生が無い様に形状変更、加工部分の設定、方案の検討を行います。
本来CAEはこれらの部分を補完する為のもので、有効に使う事でノーハウの伝承すなわち認識知を集積する為のツールとなります。（この話はまたの機会に）
今回の解析では平板にドッチリしたボスが付いた製品を検討します。ボスが大きいと、この部分で欠陥が発生する事が期待出来ます（！？）。
製品にゲート方案、及びオーバーフローを取付けた、すなわち溶湯が充満してゆく領域を製品部として３DCADで定義します。今回の解析ではスリーブからの充填挙動を解析するのではなく、ビスケット端より溶湯が充填されてゆく解析を実施します。図に製品モデルを示します。

3D-CAD（３）

金型の面データを用いて鋳物ブロックからカットアウトする場合、面データをSTLデータとしてMagicsを用いて実施している。金型面データがしっかりしていないと、カットアウト出来なくなる。例えば、面が交差していたり、面が重複していたりと結構すんなりとは行かない。MagicsはSTLの論理演算とSTLの修正、問題チェック、またある程度自動で問題のあるSTLを修正してくれるが、最終的には人で作業で、力技。
金型の面修正が終わると、いよいよ鋳物ブロックから製品部の切り出しを行う。
金型鋳造した製品には時として鋳ばりが発生する（これが普通）。しかし、３Dモデルにも鋳ばりが発生する。これ信じられますか？
金型データは、金型が高温になったとき隙間が空かない様に若干小さく作ってある部分が有る。この事による隙間にカットアウトされた鋳物が残る。鋳ばりの様に！？また、鋳抜き部品で貫通部が有ったりすると、そこに膜ばりが発生する。まさに、実物の鋳物と同じ！？
実物の鋳物と同じだったら、３Dモデルも仕上げ工程で除去しないと、と言う事になります。ここからはまさに手作業、力技。本当の仕上げ工程と同じ努力が必要となります。
３Dデータで製品形状が有ればこんな苦労をしなくても良いのだが、、、、
姑息な手段で、少しためらうのですが、金型面データを少し太らせて鋳物ブロックからカットアウトするとバリの張らないモデルができます。解析誤差より小さい寸法変化なので、実務上はこれでも問題は無いのです。
でもやはり、コンカレントに物事は進めたいですね。

3D-CAD（２）

お客さんから、やっとデータが来ました。金型屋さんからのデータです。金型屋さんから来るデータはCAMで用いるデータの為３Dソリッドのデータではなく、３Dサーフェスつまり面情報のデータである場合が多くなります。解析のモデルを作る時は、STLデータを用いますので、面情報が有れば充分なのですが、寸法を変えたりする場合は３D/CADで変更可能なデータが便利です。
当然３Dデータとしてあるのは金型のデータ、すなわち製品の外周面のデータとなります。解析には、鋳物の形状が必要でこれをこのデータから作らねばなりません。私は鋳物形状を次の様な方法で作成しています。

1. 鋳物製品が収まる領域に鋳物のブロックを作成する
2. 金型の各部品で鋳物ブロックをカットアウトして削り出す
3. 残った部分が、鋳物と方案部分となる

まるで放電加工機で加工する様な方法です。
何か他に良い方法が有れば教えて下さい。

3D-CAD（１）

鋳物屋さんの場合に限ってお話させて頂きます。
解析を実行する上で避けて通れないのが３Dデータです。一昔前は、３Dデータを中核としたコンカレントエンジニアリングを売り言葉、買い言葉にして私等もいろいろなシステムを検討したものです。しかし、こんな大規模なシステムで、しかもCAD/CAM/CAEを系統立てて出来る所は、数限られた大きな企業、または大変先進的な企業に限定される様な気がしています。
現在受託解析と言う仕事柄、多くの企業様よりデータを頂きますが、CAEへ直結する様なデータを頂ける場合が約１割程度だと思います。特に私のお客様である鋳物企業が前述の企業形態ではない場合が多い為ではないかと思います。それとも意外に巷では３Dでの仕事が進んでいないのかな？
鋳物企業への仕事の依頼データとして、あわよくば３D/CAD、普通は２D図面が支給されます。鋳物屋さんは製品を型を使って製造しなくてはなりませんから、この製品データを基に、製品配置や方案を検討します。検討結果が型屋さんへ渡ります。
現在の型屋さんは、NCマシンを駆使して金型を加工します。このためには３D/CAMが大変充実しており、面精度なんかは３D/CADより格段よくなっています。ここで製品を作る為の外側のデータが３Dとして作成されツールパスが作成されNCマシンで加工されます。
鋳物屋さんから「解析やって頂戴」と言われ、「データ下さい」と言ったとき、出てくるのが、この金型屋さんからのデータなのです。最近はデータが中国へ流出して、金型屋さんが大損害を被るケースも増えてきている為、中々データが出てこないケースもありますが、、、
しかし、こうやって入手した３Dデータがこの後色々面白い事をやってくれます。