鍛造シミュレーション — CAE用語解説

鍛造は金型で金属素材を高温・高圧で変形させる製造プロセスで、自動車のクランクシャフト・コンロッド・ギアのような高強度部品の製造に使われる。鍛造シミュレーションはこのプロセスをFEMで再現して、①材料の流れ（流動）が金型を完全に充填できるか（未充填・欠肉の予測）、②鍛造荷重（プレス機の必要容量）、③変形後の残留応力と硬度分布、④表面折れ込み（fold）やラップ（lap）などの欠陥発生リスクを事前に評価する。ボルトやポンプケーシングのような複雑形状では、金型設計の試行錯誤が実際の試作なしにシミュレーションで完結するから、開発コストと期間を大幅に短縮できるよ。

いくつかの技術的課題がある。①大変形とメッシュの歪み：50〜90%の高ひずみ変形でメッシュが著しく歪むから、ALE法（任意Lagrange-Euler）または自動リメッシュが必要だ。②温度依存の材料特性：鉄鋼は800〜1200℃の熱間鍛造温度域で流動応力が温度と変形速度（ひずみ速度）の関数になる（Zener-Hollomon則）。③金型との摩擦・熱伝達：金型への熱移動（工具冷却）と接触摩擦（Coulomb摩擦またはシアー摩擦）の正確なモデル化が仕上がり精度の予測に直結する。DeformというFEM鍛造専用ソフトは1980年代から使われていて、今でも業界標準の一つだよ。