コップ

前回の３DCADを基に形状STLファイルを作成し、メッシュを作成したものを示します。（内部が良く判る様にコップの部分は省略してあります）初期溶湯が入っている青色（１）の部分が約１５Kメッシュ、その上の空の部分緑色（２）が約１９Kメッシュ。溶湯を受ける空の領域赤紫（３）が約３１Kメッシュ有ります。有限要素法を用いるため形状再現性が良いのが特徴です。ここで表示したメッシュは全て溶湯が動きうる空間を定義しています。また、CAPCASTでは自動メッシュ機能が付いており、型の部分と合わせて短時間で良好なメッシュモデルの作成が可能です。手間がかかるのがSTLファイルの修正の様です。
さて、流動解析の結果を動画で示します。

コップ

さて、まずコップモデルの作成が必要です。今回のモデルはコップで注湯するので、いわゆる傾転鋳造と同じです。溶湯の入ったコップが順次回転して内部の溶湯を空のコップに移す事になります。
空のコップ、溶湯の入ったコップ、とコップからコップへの溶湯移動する空間の３種類をモデル化する必要が有ります。
作成したモデルを画像で示します。ピンク色の部分が空のコップです。銀色の部分が溶湯の入ったコップの溶湯部分で、緑色の部分が溶湯の入ったコップのからの部分です。青色の部分が二つのコップを連結する連結部分で溶湯が流れる部分となります。この他にコップの部分を作成してあります（画像には表示させていません）。
何かおかしい。そうです、溶湯の入ったコップが既に９０度傾いている！？
計算上溶湯の入ったコップ、及び連結部分には傾転鋳造を想定して重力が時間変化してかかる設定になります。結果表示はこれに呼応してコップ及び連結部が傾転する様になっています。計算としては−９０度から０度へ回転すると指定します。すなわち、画像に示しているのは最終状態で、初期はこれより−９０度の場所になります。この時、溶湯充満部は初期用と言う充填領域として妥当な領域となります。
明日はこの充填挙動結果を見てみましょう。

コップ

CADの話ばかりでは面白くないので、ここらでCAEのサンプル作りをしてみましょう。
と言っても、今からサンプルを作るのでご容赦をm(_ _)m
まず最初のサンプルはと、、、
コップから、コップへ液体を注いでみよう！
具体的なイメージは、鋳物の解析を生業としているので「溶湯を取鍋（とりべ）より型へ注湯する」をイメージしています。今回は具体的に液体をアルミ材として取鍋（とりべ）は断熱性の優れた材料、型はSKD61として計算してみましょう。作業が進む順番で次回以降報告してゆきます。乞うご期待？

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。

肩の力を抜いて、さて出発進行

はじめまして、鋳造関係のCAEに携わって約１８年。今では3D-CADを操ってモデルの作成、これを基に凝固、湯流れ、欠陥解析とコンピュータ親父をやっております。
解析の手順や、サンプル、日々思う事や、趣味の話等を交えながら、コツコツ、コツコツと、取り敢えず今年一杯を目標にスタートしたいと思います。
ちなみに、私の所の解析環境は、3D-CADとしてSolidWorks、STLの補正用ソフトとしてMagics、鋳造解析は有限要素法CAPCASTを使用しています。