メガ鋳造のための鋳造シミュレーションの力を解き放つ
製造効率を高めるためのシミュレーションの重要性
2024年 4月 30日
マーク・フロリック
製造において、精度と効率は極めて重要です。鋳造プロセスのアプローチを革新した
ツールの一つが、鋳造シミュレーションです。この技術により、かつての試行錯誤の時
代は終わり、鋳造プロセスのあらゆる側面を前例のない精度で予測、分析、最適化
することが可能になりました。
今回は、ESIの ProCAST鋳造ソリューションの製品マネージャーであり鋳造の専門家
であるロイク・カルバさんとお話しし、鋳造シミュレーションの主な利点と、それが提供
する洞察について探ります。
鋳造とは何か、そしていつ使用されるのか？
ロイク・カルバ： 鋳造プロセスとは、溶融金属を型の空洞に注ぎ込み、それを固化さ
せて型の形状を取るというものです。その後、脱型、ゲートカット、クリーニング、機械
加工、仕上げといった後処理が行われます。
鋳造プロセスは、自動車、航空宇宙、重機械、海洋などさまざまな産業で広く利用さ
れています。自動車や航空宇宙産業では、エンジン部品、トランスミッション部品、構
造部品の製造に鋳造が広く使用され、その理由は高い強度対重量比で複雑な形状
を実現できるからです。重機械では、ポンプ、ハウジング、インゴットなどの非常に大
きな部品の製造に鋳造が使用され、これらの部品はしばしば数メートルのサイズにな
ります。さらに、海洋産業では、船舶の部品、プロペラ、オフショア構造物の製造に鋳
造が利用されています。
主要な鋳造プロセスには、砂型鋳造、精密鋳造（ロストワックス法）、およびダイカスト
があります。
1. 砂型鋳造: 砂とバインダーを混合して型を作成し、それをパターンの周りに詰
め、溶融金属を空洞に注ぎます。このプロセスは汎用性が高く、コスト効率が
良いため、大型で複雑な部品を低〜中量生産するのに適しています。
2. 精密鋳造（ロストワックス法）: ワックスのパターンをセラミックスラリーでコーテ
ィングして型を形成し、それを溶かして空洞を作り、溶融金属を注ぐ方法です。
このプロセスは、航空宇宙、自動車、医療業界に適しており、精密で高品質な
表面仕上げを必要とする複雑な部品の製造に理想的です。
3. ダイカスト: 高圧で溶融金属を鋼製の型の空洞に注入し、タイトな公差と滑ら
かな表面を持つ部品を製造する方法です。これは、自動車部品や消費者向け
電子機器などの複雑な形状を持つ部品の大量生産に一般的に使用されま
す。
どの鋳造プロセスが部品に最適かをどのように決定するのか？
ロイク・カルバ： 高圧ダイカスト、精密鋳造、砂型鋳造の選択は、部品の複雑さ、生産
量、材料の特性、および表面仕上げの要件などの要因に基づいて行われます。
• 高圧ダイカスト は、非鉄金属（アルミニウム、亜鉛、マグネシウムなど）で作ら
れた複雑で幾何学的に複雑な部品の高ボリューム生産に適しています。
• 精密鋳造 は、特に低〜中量生産向けに、非常に詳細でほぼ仕上がりに近い
形状の部品を製造するのに選ばれます。これは、ステンレス鋼、チタン、超合
金などの高い融点を持つ材料を鋳造する際に特に有用です。
• 砂型鋳造 は、大型で重い部品の低〜中量生産に理想的であり、鉄および非
鉄金属を含むさまざまな金属と合金を鋳造するための汎用性を提供し、試作
品や短期生産のためのコスト効率の高いツーリングとセットアップを可能にし
ます。
Example of a casted engine component
自動車業界の主要なトレンド：メガ鋳造
ロイク・カルバ： メガ（またはギガ）鋳造は、大規模で一体型の鋳造品を高度な鋳造
技術を使用して製造する方法で、通常は車両フレームやバッテリーエンクロージャー
などの自動車構造部品に使用されます。これらの鋳造品は、その巨大なサイズと複
雑な幾何学形状が特徴であり、従来の方法で製造するのはしばしば困難です。
自動車業界では、メガ鋳造は重量の削減、構造強度の向上、および組み立てプロセ
スの合理化のためにますます利用されています。複数の小型コンポーネントを一つの
メガ鋳造品に統合することで、自動車メーカーは全体的な車両の剛性と衝突安全性
を向上させながら、重要な重量削減を達成できます。さらに、メガ鋳造は、製造の複
雑さの軽減、組み立てコストの削減、およびスケーラビリティの向上などの利点を提
供し、電気自動車（EV）やその他の先進的な自動車用途にとって魅力的なソリューシ
ョンとなっています。
メガ鋳造の課題
ロイク・カルバ： メガ鋳造の製造には、その巨大なサイズ、複雑な幾何学形状、およ
び厳しい品質要件のため、標準的な鋳造コンポーネントに比べていくつかの課題があ
ります。主要な課題の一つは、鋳造全体で均一な固化および冷却速度を確保し、収
縮、ポロシティ、およびホットスポットなどの欠陥を防ぐことです。また、メガ鋳造品の
取り扱いや輸送には、そのサイズと重量により特殊な設備と施設が必要であり、物流
上の課題が発生します。さらに、寸法精度と構造的完全性を大きな範囲で維持するこ
とも重要であり、鋳造パラメータおよび鋳造後のプロセスの正確な制御が必要です。
鋳造シミュレーションソフトウェアの役割
ロイク・カルバ： 私たちのソフトウェアは、主要な 3つの鋳造プロセスおよびその多く
のバリアントに対応する、使いやすく効率的なガイド付きワークフローを提供します。
鋳造シミュレーションは、物理的なプロトタイプを製造する前に鋳造プロセスの詳細な
洞察を提供することで、製造プロセスにおいていくつかの重要な利点を提供します。
鋳造シミュレーションを使用することで、エンジニアは鋳型充填、固化、冷却速度、お
よびポロシティ、収縮、インクルージョンなどの欠陥の形成など、鋳造プロセスのさま
ざまな側面を正確に予測および分析することができます。これにより、鋳造設計を最
適化し、欠陥を最小限に抑え、鋳造コンポーネントの全体的な品質を向上させること
が可能です。さらに、鋳造シミュレーションは、さまざまな材料、プロセスパラメータ、お
よび幾何学形状を探索することを可能にし、コスト削減、開発時間の短縮、および製
造プロセスの効率向上に寄与します。
メガ鋳造の複雑さを考慮すると、シミュレーションはプロセスを正しく実行し、長期間の
物理的な反復ループとそれに伴う長いリードタイムおよび高コストに陥ることなく、望
ましい特性と性能を達成するために絶対に必要です。
自動車メーカーが「すぐに」これらの部品のシミュレーションを開始するのは
どの程度簡単か？
ロイク・カルバ： 既に高圧ダイカストシミュレーションに精通している顧客であれば、標
準的な充填および固化シミュレーションを追加のトレーニングなしでセットアップできる
はずです。しかし、モデルのサイズとオブジェクトの数が非常に大きいため、さらにマ
スターする必要のある複雑さがあります。オブジェクトの命名と順序付けのためのクリ
ーンな構造が必要であり、コンポーネントを正確にメッシュすることに注意を払う必要
があります。
特に難しい部分は、部品に正確な応力をモデリングすることで、これが最終的には脱
型後や常温に冷却する際の歪みの原因となります。応力分布のわずかな変化が、こ
れらの大きな部品にとって、最終的な歪みの大きさに大きな影響を与える可能性があ
ります。幸いにも、私たちの応力ソルバーは有限要素法に基づいているため、これら
の大きな部品であっても、歪みは数ミリメートルの公差内で予測することができます。
これらの高価な部品のために適切な結果を得るために、私たちは通常、プロセス全
体を通じてお客様を密接にガイドします。初回の試行では、お客様にステップバイス
テップでガイドし、必要な専門知識を身につけ、これらの複雑な部品のプロセスをモデ
リングする際の洞察と信頼を得られるようにします。
結論
鋳造シミュレーションの使用、特にメガ鋳造の文脈での使用は、製造における重要な
進展を表しています。業界が鋳造の可能性の限界を押し広げ続ける中、ESIの
ProCAST鋳造ソリューションのようなツールは、これらの課題に正面から取り組むた
めに必要な精度、効率、およびスケーラビリティを提供します。鋳造プロセスの正確な
制御と最適化を可能にすることで、シミュレーションは製品の品質を向上させるだけで
なく、製造業における革新を推進します。
ESIについて
ESIグループは、Keysight Technologiesの一部であり、予測物理モデリングと仮想プ
ロトタイピングの専門知識に基づいた信頼性の高いカスタマイズされたソリューション
を提供します。ESIのソリューションは、自動車、陸上輸送、航空宇宙、防衛、重工業
などの業界で特に影響力があります。ESIのソフトウェアを活用することで、エンジニ
アは機械設計、スマート製造プロセス、人間中心のワークフローをシミュレートし、製
品ライフサイクルの早い段階でより良い意思決定を行うことができます。
ESIグループの親会社である Keysightは、S&P 500に名を連ねる企業であり、設計、
エミュレーション、およびテストソリューションの市場をリードしています。ESIグループ
と Keysightは協力して、エンジニアがリスクを減らしながら、より迅速に製品を開発お
よび展開するのを支援します。詳細については、ESIグループのウェブサイトをご覧く
ださい。
マーク・フロリックは ESI グループのシニアプロダクトマーケティングマネージャーです。
航空宇宙工学のバックグラウンドを持ち、スマート製造ソリューションを専門としてい
ます。詳細については、ESIグループのウェブサイトをご覧ください。
