压铸具有多种其他成形方法所不具有的特点，广泛应用于汽车(航空等行业"气缸盖罩是一种结构复杂的盖罩类零件，压铸是其常用的成形方法。本课题针对某型气缸盖罩实际生产过程产生的缺陷，运用anycasting铸造软件对铸造充型、凝固过程进行模拟，分析了工艺参数对缺陷形成的影响，通过正交设计优化了工艺参数!提高了气缸盖罩压铸成品率。

1 初始工艺方案

1.1 工艺特点与参数

气缸罩盖主要作用为防止隔绝、将机油冷凝回流，压铸件需保证其组织致密(表面无缺陷并满足气密性要求。气缸盖罩铸件材料为
ADC12铝合金,其热物性参数见表1

该零件平均壁厚为5.5mm,外形尺寸为428mm*278mm*84mm ,实际体积为1 303 394mm³，表面积为476 795mm²，其三维模型见图1。由于投影面积大且壁厚偏薄，在生产中易形成缩松缩孔、表面欠铸和浇不足等缺陷。气缸盖罩压铸模具材料为SDK61合金.其热物性参数见表2。

1.2 产品缺陷及分析
在铸件充型和凝固过程中，影响其质量的主要工艺参数是压射速度和浇注温度。压射速度过高易包卷气体形成气孔和加速模具磨损；压射速度低导致铸件致密性降低。

采用原工艺参数生产的压铸件，可以发现某些位置会产生欠铸、浇不足和缩孔、缩松等缺陷，见图2。经分析，产生表面欠铸和浇不足的原因是由于铸件有凸台且零件结构复杂，浇注温度和压射速度选择不当，气体和冷污的合金液不能有效排出引起的#产生缩孔、缩松的原因为浇注温度偏高，压射距离和压射速度不合适，导致铸件最后凝固处补缩能力不足。

用anycasting软件中的概率缺陷参数模块对缩松缩孔缺陷进行预测%并用残余熔体模数作为概率缺陷参数的判据。图3为某截面的概率缺陷分布，在图形标注区域深色处表示该处概率缺陷参数大于0.9，会出现缩孔、缩松缺陷；经截面概率缺陷参数分析发现，铸件最后凝固处概率缺陷参数值较大，容易出现缩孔、缩松等缺陷；铸件椭圆处有壁厚较大的孔，充型过程中容易出现憋气而造成缩孔、缩松缺陷$矩形处对应结构本身壁厚较厚，凝固时容易出现补缩不足导致缩孔、缩松等缺陷；在较深的凸孔处容易出现憋气、收缩得不到补充而产生缩孔、缩松缺陷。


2  优化试验

2.1  试验方案
采用浇注温度&慢’快压射距离以及压射速度进行3因素3水平正交试验。正交因素水平表见表4.


2.2  模拟结果分析
组工艺参数条件下压铸的充型时间、凝固时间以及残余熔体模数的正交模拟试验见表5。
由表5可知,影响残余熔体模数的最大因素是浇注温度,其次是慢’快压射距离,压射速度影响最小; 浇注温度对凝固时间的影响显著,浇注温度降低,凝固时间缩短; 压射速度加快及压室慢压射距离变短,充型时间将变短。

通过其均值可得到每个因素的最优值，最优的参数组合：浇注温度为630℃、慢/快压射距离为700/160mm,压射速度为6m/s.

3  优化工艺压铸过程分析
数值模拟方法可以对压铸件的充型过程、凝固时间及概率缺陷函数这三项直观分析和预测缺陷，判断浇注系统、排溢系统、工艺参数的合理性。现针对表3优化工艺参数，说明优化工艺压铸气缸盖罩的过程。

3.1  充型过程
图4 为充型过程模拟图。整个充型过程时间为0.139s,速度较快.最初的速度为0.5m/s,最初的速度为阶段,该阶段主要是将熔融金属液平稳送到内浇口处。避免卷气，当慢压射距离达到700mm时进入快压射阶段,其压射速度为6m/s.

由图4a可以看出，当t=0.110077sj时，金属液从浇道通过内浇口多股同时注入型腔。经溢流槽的改进和工艺参数优化后,液态金属从各内浇口进入型腔顺利有序,进入型腔后沿型腔内壁向前填充,最终充型位置位于溢流槽。由于其充型时间较短,充型阶段温度几乎不变.。

3.2  凝固过程
图5为铸件的凝固过程模拟图.铸件壁厚较薄处最先凝固,厚壁和深孔处后凝固,设置在充型末端的溢流槽比铸件大部分后凝固,可以起到一定的补缩作用。
而凝固过程的温度随时间的变化是先迅速下降,后变得平缓。


3.3  缺陷预测
用anycasting中的概率缺陷参数模块对缩孔、缩松缺陷进行预测，见图6可以看出，原生产工艺方案中容易出现概率参数值较大的部位，在工艺参数优化后其概率缺陷参数值减小至0.6以下。
4 生产验证
气缸盖罩压铸工艺优化后试制的铸件见图7。该铸件轮廓清晰、表面质量良好，未发现缺陷。经检测,其表面粗糙度较低,组织较为致密,强度和硬度较高,达到了企业对该型号零件的质量要求。


5 结论
运用anycasting,有效地预测成形时产生的缩孔、缩松等缺陷及位置，为改善浇注、排溢系统和优化工艺提供了依据。

优化后的气缸盖罩压铸新工艺压射速度较快,压室慢压射充型距离及充型、凝固时间缩短,温度降低,提高了生产效率；优化工艺后充型、凝固过程与原方案相比,残余熔体模数减小,各截面概率缺陷参数值降低,缩孔、缩松减少或消失,提高了铸件的质量。