[7] ファスト・クーリングとフル金型クーリング解析
鹿取事務所 鹿取 貞夫
はじめに
クーリング・システムはフロー、凝固プロセスにそのまま影響する。ストレスと変形に関わる。カスティン グ品質、生産サイクル、収率、金型ライフの全てに関与する。一旦、金型に対するクーリング・システ ム設計が確定すると、その後の変更には多大のコストがかかる。 在来の CAE で、クーリング・システムの評価を行っても、モデルを修正するのは容易でない。設計 変更と再三のシミュレーションに要する労力と、時間の長さが設計者の大きな負担になる。 Cast-Designer は、モデリングと平行して、冷却の評価を実行できる。Cast-Designer は他のソフトに は無い、新しいコンセプトをクーリング・システム設計にもたらす。ファスト・クーリングとクーリング・システ ムのフル・パラメトリック設計である。 Cast-Designer は 4 つの方法を段階的に実施して時間と労力を大幅に節減する： 1. 「ファスト・クーリング」 2. Geo-Designerを併用する 3. シンプル金型モデルまたは フル金型モデルの冷却効果解析 4. サイクル解析後の詳細解析クーリング・チャネルの図形設計
Cast-Designer は、クーリング・チャネルを設計できるほか、外部 CAD からインポートすることもでき る。CAD に戻ることなく自身の CAD 機能を使っての設計および修正も可能である。 ラインを描いてのドラフト設計もできる。その端末を選択して、断面直径をアサインすればよい（図 1 と図 2）。位置変更、追加、削除が可能である。図 1. チャネルをプレビュー（左：ライン・プレビュー 右：3D プレビュー 図 2. フィーチャ・ラインと生成されたクーリング・チャネル
クーリング・チャネル・カルキュレータ
クーリング・チャネルの直径と合計長さをガイドするカルキュレータがある。パーツの体積、アロイのタイ プ、金型サイズ、生産性、チャネルの直径、メディアの流速、熱の影響を考慮して、直径と合計長さ を検討するユーティリティ-である。（図 3） 図 3. クーリング・チャンル・カルキュレータファスト・クーリング法
設計者は製品を最小の不良率、最大の生産性、ベスト 品の品質を確かにしなければならない。そのためクーリング・チ ャネルの効果を確かめつつ、パーツと金型設計の変更を繰 返えすプロセスが避けられない。しかし、クーリング・システムの 効果確認に必要な条件を設計初期段階で得ることは難し い。その時点では、チャネル形状、配置、金型図形、ゲート・ システムなどの CAD データがすべて完成しているわけではな いからである。Cast-Designer はその問題を回避できる。 インポートされたカスティング CAD 図形およびインポートま たは作成されたクーリング・チャネルに 2D メッシングを実行する。2～3 分でメッシングが終了する（図 4.）。メッシュ・サイズを小さくする必要はない。小さいメッシュ・サイズが精度を向上することはなく、表 示メモリを無駄にする。この後、CPI にスイッチし、ファスト・クーリングを実行する。 ファスト・クーリングのコンタ画像結 果を 2-3 分で得ることができる。この 機能は他のソフトには無い、 Cast-Designer に特有の機能であ る。ファスト・クーリングはパーツ・フィ ーチャ、チャネル数と配置、熱影響 を考慮する。最終結果はカスティン グ・パーツとクーリング・チャネルの間 の熱影響のレベルを凡例で示す（図 5.）。ユーザーは冷却不足エリアに対し、水管の位置変更、追 加などの対策を施す。パラメタを変更して再チェックする場合、再メッシングは追加の水管に対してす るだけでよい。奨： Geo-Designer を併用する
GEO-Designer（Cast-Designer の DFM システム）の併用を推奨する。MDI とは Mas Distribution Index で、カスティング・パーツの 体積分布を記述する。ユーザーが定義する メッシュ・サイズにもとづき、三次元厚さのマッ プをカラー・コンタで表示する。操作に必要な のは数分である。高い値は良好なクーリング を、低い値はクーリング不足を意味する(図 6)。 図 4. メッシング 図 5. ファスト・クーリング解析結果 図 6. EMDI 結果（パーツのみ表示）GEO-Designer の EMDI とファス ト・クーリング機能を一体にして、新 しいクーリング影響解析結果を得る ことができる（図 7）。方程式は次の 通りである：クーリング影響結果=ファ スト・クーリング・ファクタ-K*EMDI。 EMDI ファクタ K はユーザーが定義で きる。 表示コンタの凡例を 0.5 以下を 表示するように調整すると、3D 厚さ が大きく、クーリングが不足する領域 を見付けることができる。その場合、 チャネル場所を調整するか、チャネ ルを追加するかして熱影響をバラン スすることができる（図 8）。
アドバンス・クーリング・シミュレーション
クーリングの詳細シミュレーションにはアセンブリ・オプション・モジュールが必要である。知識ベース・シ ステムがガイドする。操作し易い。モデルの設定が簡単。複数ソリューションを比較できる。サイクリング 解析結果からの詳細シミュレーション結果を図に示す。（図 9） 凝固過程の温度 液相スポット 収縮ポロシティ 図 9. 詳細シミュレーション結果 図 7. ファスト・クーリング解析結果 図 8. 赤の領域はクーリング不足手 ポーネ に対し スティ ファス 金 実際の シンプ 算時 結果 短い計 理的で ネルを 13.）。 有用 HTC 検 14.）。 クー ション 明白 加える 事実で 常に少 図 ク 順は以下の通 ネントとクーリン して、それぞれ ング、クーリン ト・メッシュが使 型形状にシン のフルモデルが プル金型による 間を大きく節 に基いて経路 計算サイクルで である。シンプ をファスト・メッ 。熱伝達係数 な参考結果を は HTC ウィザ 証の経過と結 。 ーリング・システ と有（図 16） なことは、ポロ ることはほとん である。Cast-少ない手間と 図 15. （ポロ クーリング・シス 通りである。カ ング・システム れにメッシングを ング経路ともに 使える。（図 ンプル金型を使 がすでに存在 る検証を推奨 節減できる。クー 路を修正するの で検証を繰り プル金型、カス シュでメッシン 数（HTC）はデ をえられる。よ ザードから簡単 結果は図の通 テム無（図 15 ）の間には明ら ロシティの検証 んど必須の条件 -Designer は と時間で遂行 シティ） ステム無し カスティング・コ の CAD モデ を実施する。 に高速の六面 10.と図 11.） 使う（図 12.） 在する場合でも 奨する。これは ーリングは試行 のであるから、 り返すのが合 スティング、チャ ングする。（図 デフォルト値で より正確な 単に得られる 通りである（図 5）のシミュレー らかな差があ 証にクーリングを 件であるという その工程を非 行することができ 図 16 クーリ コン デル カ 面体 。 も、 は計 行 、 ャ でも る。 ー る。 を う 非 きる。 6. （ポロシティ ング・システム 図 10. 図 12. 図 14. ィ） ム有り . モデルを設 シンプル金型 温度経過（A 定 図 1 ャネル ュが使 型を作成 図 カ A） 温 1. カスティン ルにファスト・メ 使える 図 13. 金型ボ カスティングをメ 温度経過（B） ングとチ メッシ ボックスと メッシュ
