Tecnopress S.p.A.社事例(イタリア；ダイカスト)：
驚くべきソリューションを提案する鋳造最適化

ダイカストは自動車部品の製造における重要なプロセスの一つです。この鋳造プロセスは、高品質な部品を高い生産性で提供でき、大量生産に適した競争力のある製造方法となっています。

ダイカストプロセスにおける主要な欠陥の一つに、溶湯の流速が非常に高いことによって生じる乱れ、つまり乱流があります。これによって空気巻き込みや製品部の未充填が生じます。そのため、ロバストなプロセス設計を実施し、最適化されたプロセスウィンドウを確立することが重要です。理想的には、このプロセス設計は企画段階での金型などのツール設計と同時に行われるべきです。

イタリアのTecnopress S.p.AはMAGMASOFT®を用いた仮想実験計画の手法を長年にわたり自動車部品の生産プロセス向上に適用してきました。この手法によって生産コストに影響を与えることなく、必要とする品質レベルを達成することができました。この設計された自動車部品の一つは、主に重機で使用されるブレーキシステムの空気圧バルブ用カバーです。この部品は高い機械的負荷にさらされることはありませんが、高い密閉性が品質要求として求められます。そのため、製造から最終組み立てまで、全ての生産段階で厳しい品質試験が行われています。

開発における最初の解析結果から、Tecnopressのエンジニアは充填時の流速と温度分布に関する分析を実施しました。その評価から特に製品部のいくつかの領域で空気巻き込みが生じうる懸念が明らかとなりました。

最初の試作型で製造されたサンプルについて、目視検査では欠陥が確認できませんでした。しかし、機械加工後、圧力密閉試験(最大で13barの空気)を実施したところ、高い不良率が確認されました。このサンプルに対してCTスキャンを実施し、不良の根本原因が特定されました。

機械加工された製品表面に近い2か所で集中した欠陥が確認でき、これによって高い不良率が発生しました。シミュレーションの結果を詳細に分析したところ、特定の充填挙動に関連して空気巻き込みが生じ、これが欠陥の主要因であることが確認されました。

ロバストなプロセス設定を確立するために、TecnopressのエンジニアはMAGMASOFT®の仮想最適化機能を使用しました。彼らは達成すべき目標を決定することから始めました。設定した目標として、ランナーとゲートの形状を設計変数として、空気巻き込み、溶湯の表面積(乱流化の評価)、及び収縮引けを最小限にすることを目的関数としました。大域的評価を実施するため、192 の異なるデザインを分析し、最適化な方案設計を選択するための土台を構築しました。

MAGMASOFT®の散布図において、充填時の空気巻き込み量と溶湯の表面積を縦軸と横軸に設定し分析したところ、両方の目的関数を満足する最適な設計を特定することができました(散布図内では各点が1 回の仮想実験の結果を示しています)。パラレルコーディネート図では、必要とする品質を満足する最適なプロセス条件とランナー設計を満たす各設計変数の値を簡単に特定することが可能です。

MAGMASOFT®による最適化によって、製品の重要な部分での空気巻き込みの傾向が、ゲート形状と寸法に特に敏感であることが明らかになりました。初期形状と比較して、3つのゲートの内1つは厚みの増加、1つは厚みの増加及び再配置を、1つは再配置のみが必要でした。最適化の実行によって提案された設計形状は、経験からくる形状とは異なる驚くべき形状となりました。

最適化された形状に従って金型などのツールが変更されました。試作においてサンプリングを実施したところ、非常に満足のいく結果を得られました。新しい設計によって、不良率は30%から2%へ削減されました。また、CT装置を使用しサンプルをCTスキャンしたところ、引け巣の集中している箇所は示されませんでした。

会社紹介：Tecnopress S.p.A.社

Tecnopress S.p.A.はイタリア、ブレシアのアルミダイカストメーカーです。30年におよぶ経験を持ち、品質保証システムISO TS 16946に基づいた幅広い仕上げ加工と精密加工を顧客に提供しています。主に自動車領域の顧客とのダイナミックな協業が同社の強みとなっており、鋳造シミレーションによる鋳造生産性の実現可能性評価から最終的な鋳物製造物の統合的な供給までをサポートしています。

本記事は、NMAGMA社の下記ウェブサイトに公開されている記事「https://www.magmasoft.de/en/solutions/die-casting/reference/Casting-Optimization-provides-surprising-Solutions/」を日本語訳したものです。