高圧ダイカストのモデル化において最も難しいのは高圧かつ高速度で射出された溶湯の挙動を正確に追跡すること。どのソフトにおいても噴流状の溶湯が引き起こす様々な欠陥を予測するのは、非常に難しい。

しかしFLOW-3DCASTでは、欠陥を予測し、高圧ダイカストの問題もいとも簡単に解くことができる。

FLOW-3DCASTは製造部品の品質向上を計るツールである。
＊FLOW-3DCASTは、品質に影響を与える引け巣の予測、凝固時に発生する偏析を
評価する。
＊FLOW-3DCASTは、詳細な温度履歴を持つ。冷却管の追加や修正、初期温度の変更など条件変更にも利用される。　

左図では赤は完全凝固を示し、部品の薄肉部は速く凝固し、厚肉部は凝固が遅れる様子を示している。

FLOW-3DCASTではシリンダー内の最適射出速度を解析する。
高圧ダイカストでは溶湯の高速充填のためにショットシリンダー使われている。その多くは水平に設置され、ピストンで溶湯を押し込み、シリンダーの端部から溶湯を射出する。

ショットスリーブ内では、凝固による未充填や内部欠陥を避けるため、できるだけ速く溶湯を射出することが望まれる。反面、速すぎるとシリンダー内で溶湯が多くのガスを巻き込み、内部欠陥の原因となる。

左図では、空気連行量を減らすようにピストン速度が変更された。カラーは表面酸化物濃度を表している。ピストンストロークの最後で表面酸化物は比較的小さなボリュームで押し込まれていく。

FLOW-3DCASTでは溶湯の充填、凝固による金型の加熱、スプレー、エアブロー、冷却管による冷却を考慮することができる。
ダイカストでは大量生産により同じ金型が繰り返し利用されるため熱サイクルはダイカストの解析には不可欠。
鋳造の各プロセスを通して金型の正確な温度分布が必要となる。

左図は、7サイクル目の金型温度分布を示す(概ね温度定常)。冷却管は金型表面における温度低下位置にあることが分かる。

FLOW-3DCASTは、砂型のような一般的な型を含めたモデル化を行う。
重力鋳造は、一般的に鉄、銅、真鍮、アルミニウム等から成る大物製品を鋳込む際に利用される。
ダイカストに比べて充填過程における溶湯挙動の乱れは少ないが、充填時の空気巻き込みや、収縮による欠陥で品質への影響がある。

FLOW-3DCASTは、溶湯界面の輸送、欠陥位置、温度変化を正確に予測することができ、充填完了後は凝固収縮などのモデル化が可能。
左図は、重力鋳造の充填解析(表面温度コンター)

ロストフォーム鋳造は薄肉で複雑な形状や、精密部品の生産に欠かせない鋳造方法の1つだ。砂型に粘結剤をほとんど使用しないので、砂型の再利用が可能でありコスト削減に有効。

この鋳造法が有効に活用されるには高い制御技術が要求されるが、
FLOW-3DCASTは、ロストフォーム鋳造を解析するための特別なモデルによりユーザーは
フォームの消失を伴う溶湯の流動から凝固、さらにフォーム残留、湯境などの欠陥予測も
解析可能。

連続鋳造は、溶融スチールからインゴット片もしくは圧延前の厚板を作るプロセス
1.溶融スチールは鋳造機のラドルから、移される。
2.ラドル下面のシャッターが開きタンディッシュ、さらに型へと制御された流量で溶湯が流れていく。
連続鋳造導入以前のスチールは静置されたインゴットの型に注湯されていた。
1950年代連続鋳造が導入されると改良が進み、より高品質、生産性、コスト削減が成し遂げられた。
現在FLOW-3DCASTを利用することで、環境保護に考慮した費用と時間コストの削減が
実現する！

タンディッシュモデル化_ラドルの変更
左のシミュレーションでは溶湯の流入し、温度の変化、温度上昇と界面の動きが確認できる。

タンディシュの工程で、最適化を目的とした様々な課題が挙げられる。
・鋳造立ち上がりにおける空のタンディッシュへの充填、・ラドル変更による溶湯流入時間
・ラドル変更後における運転レベルでのタンディッシュ充填量、・運転終了までの温度分布
・粒子流動、乱れた非対称な流れ、幾つか使用されていない型がある場合

ヘルシンキ工科大学の冶金研究所は連続鋳造における熱伝達や材料物性の数値モデルにおいて実績があり、製造工程から生産性、品質の向上にタンディッシュや、型の中の流れがいかに重要であるかを調査した。
☆ヘルシンキ工科大学の冶金研究所の研究員Sami Vapalahti氏の調査
・ラドルと型の間における容器の役割
・一定で連続的な溶湯供給・不純物の分離・均質なスチールの供給(温度、構成物、動的挙動の一貫性)・タンディッシュの最適化の評価・タンディッシュ形状・残留時間の変化(溶湯の高さ、充填率)
タンディッシュのモデル化_粒子の分布
タンディッシュが運転レベルまで充填されるとタンディッシュへの流入速度は通常の運転速度の3倍になる。この過程を解析する。粒子が界面のスラグに到達するために形状を変更すべきか銅かを検討することができる。

傾斜鋳造では型を水平にし、取瓶に溶湯を準備して、鋳造機が型を立ち上げることで
溶湯がキャビティに注がれる。この傾斜鋳造は様々な製品形状に対して有効。
左図では、薄肉部分への湯流れのようすを表している。FLOW-3DCASTの非慣性リファレンスフレームにより型の回転を模擬している。

FLOW-3DCASTの移動物体

この流体-構造の連成モデルは様々な応用例を持つ。
ここではラドルとショットスリーブの応用について
・移動に制限なし　・障害物は自由な運動、強制的な移動、回転を与えることができる。
・直線、回転を時間テーブルで入力できる。
・移動の範囲は回転軸、点回り。

左図は、ショットスリーブによるツリー型キャビティへの充填

スカラー濃度を使った空気連行の総量を示す。

溶湯挙動への影響なし

FLOW-3DCASTでは、高圧ダイカストの充填時における金型侵食のモデル化を行う。
溶湯圧力は速い流れの箇所で下がり、キャビテーションが発生し、
金型が侵食する可能性が生じる。

FLOW-3DCASTは流体の圧力とキャビテーション圧力との差から、キャビテーション位置を予測する。
金型侵食が最も発生しやすい指数：
圧力差が大きくかつ、領域が狭い箇所。

マクロ偏析は凝固過程における拡散、対流など溶質元素の輸送によって生じる。
FLOW-3DCASTでの偏析モデルは2成分での合成で開発が行われ、
溶質の浮力効果も考慮されている。

左図は、スチール(0.42%C)での浮力効果を示す。(赤:炭素濃度が高い箇所を示す。)
固相/液相面での炭素の分離から溶湯内での炭素濃度が高まる(平均分配係数0.19)。
熱と炭素濃度による密度変化から自然対流が生じ、炭素濃度は比較的上方に集まっているのがわかる。

FLOW-3DCAST合金凝固モデル：潜熱、凝固遷移域の特別なモデルが考慮されている。
FLOW-3DCAST凝固モデルは様々な鋳造プロセスに応用されている。

＜凝固時における、固相/液相の2層モデル化＞
・凝固初期は、凝固結晶が分離した形で発生している。
・固相/液相の混合流は、1つの流体として移動する。
・そのとき粘性効果は純液相時に比べ大きくなる。
・固相率依存で取り扱う。
・固相率が固着点に到達したとき凝固結晶は型に付着、静止状態となる。
・このとき流れは結晶間の流れ(ポラスメディア内での流れ)
に変わりダルシー則に基づく抵抗でモデル化される。
・流動限界固相率に到達すると半凝固状の溶湯は流動しなくなり、硬化する。
(ここでは抵抗が無限に大きくなるモデル化が行われる。)
・凝固過程は進行するが、溶湯は完全に固まったものと見做される。

2成分合金の偏析モデルでは、熱及び溶質濃度の密度変化による対流を考慮

凝固収縮による引け巣、マクロ、マイクロポロシティを予測し欠陥品の減少する。

酸化濃度や空気連行モデルとの併用によりポロシティを総合的に評価

1次、2次樹脂状結晶など様々な評価指標が利用できる。

応力、変形が解析できる。

半凝固時の凝固過程においてドリフトフラックスモデルにより液相と固相を分離する。

熱伝達の陰解法、速度計算のスキップなどの特別な数値解法モデルが用意されている。
(特に速度計算のスキップは充填完了後、溶湯の流れを無視できる場合に効果的！)

弾性応力の計算
一旦温度が固相点以下に達すると弾性応力モデルが起動し、各Time step毎に弾性応力が計算されていく。速く凝固する領域(狭い領域や、壁近傍)では速く収縮する。
溶融状態の溶湯は応力は０、さらい降伏値を設定する。
これにより応力を緩和することができる。

全ての弾性特性は温度依存を与えることができる。