发动机缸盖是汽车发动机上的一种重要零件，缸盖的密封性是其重要性能指标，出现泄漏会造成整改发动机故障，而缸盖铸造过程中产生的缩孔缺陷则是引起泄漏的主要原因之一。缩孔是铸件在凝固过程中因补缩不良而在热节或最后凝固的区域形成的宏观孔洞，而缸盖等结构较复杂的零件，因壁厚分布不均，极易产生凝固热节，造成缩孔等缺陷。

为了有效的解决泄漏问题，首先需要明确缺陷种类，传统的缺陷定性手段通常是金相检测及能谱分析等手段，耗费大量的成本和时间。本文利用AnyCasting计算机仿真软件，能够快速准确的分析出产生缺陷部位的缺陷种类，形成机理，指导工艺人员解决铸造质量问题，提升效率，降低成本。

公司某系列铝合金缸盖采用低压铸造工艺成型，该工艺具有充型平稳、补缩效果好、铸件致密度高、力学性能好的优点，是生产铝合金缸盖的理想工艺。该缸盖内部结构复杂，壁厚不均，最薄壁厚处不到4mm，尺寸大约为417×273×152mm。产品外观结构见图1。在某一生产阶段出现了较高的泄漏率，泄漏部位主要为螺栓过孔处，通过解剖发现螺栓过孔处存在铸造缺陷，其缺陷如图2所示。

采用AnyCasting铸造仿真软件，分析缸盖在铸造过程中螺栓过孔产生缺陷的种类及原因，输入3D模型需包含铸件、内浇口、中间升液箱、升液管、冷却管路、模具等，如图3所示。

图4为软件计算结果，从凝固顺序看，因在凝固过程中补缩中断，造成孤立液相区，将压力隔断，导致该部位后期不受压力作用，易形成缩孔。该螺栓过孔机加后效果如图5所示，补缩通道中断的位置在水道隔板与螺栓过孔相交处，形成的缩孔刚好处于机加孔左侧的薄壁部分，该处机加后壁厚仅3.5mm左右，形成的缩孔导致水道与螺栓过孔贯穿，造成泄漏。

方案制定

01）侧模增加点冷管

02）优化水道结构：增加水道圆角

改进铸件结构设计，减小铸件壁厚差，使铸件厚壁与薄壁部位平滑过渡，尽量避免形成孤立热节。而水道隔板与螺栓孔过渡处圆角为R3，不符合平滑过渡的要求，所以容易形成热节，现将圆角增加到R5、R6、R7以验证结构优化后补缩是否有效。

方案仿真分析结果

1）冷却工艺分析结果

首先是侧模增加点冷管的方案分析结果，三种冷却方案50s、60s、70s开启时间凝固顺序分别如下：

从分析结果不难看出，螺栓过孔的孤立液相区没有完全消失，仍然会形成缩松缩孔，但是在50s开启结果来看，形成的液相区已经有所减少，说明增加冷却的方案有一定的效果，只是不能完全解决该问题。现场对开启时间50s，持续100s冷却方案进行试验，对比增加冷却前后缺陷数，用Mintab软件中的双比率检验法确定冷却工艺是否为影响产品质量的要因，如下图：

双比率检验法为6sigma质量工具中假设检验的一种检验方法，假设检验是一种数学验证，它可以确定事情的结果是偶然发生还是真的发生了实质性的变化，它只有两种可能出现的结果，假设没有变化的原假设和假设有变化的备择假设。通常来说，我们用95%的置信度证明结果是否发生了变化，如果p值小于0.05，就拒绝原假设，认为有了实质性的变化。

从图9来看，小批量验证后用双比率检验，结果P值小于0.05，拒绝原假设，说明两种方案的水道泄漏缺陷率存在显著性差异，证明冷却工艺是影响水道泄漏的关键因子。

2）水道结构优化结果

以下分别为R5、R6、R7水道圆角方案分析结果。通过增加水道隔板与螺栓过孔的补缩通道，孤立液相可以看出明显的减少，当圆角增加到R7的时候该处补缩通道能完全补缩到缺陷位置，可以看到孤立液相消失，形成顺序凝固。

对上述R7圆角方案进行修模验证，机加102件，泄漏数0件。对数据进行双比率检验，结果如下：

小批量验证后用双比率检验，结果P值小于0.05，说明两种方案的水道泄漏缺陷率存在显著性差异，产品结构是影响水道泄漏的关键因子。

方案生产验证结果

将两种方案同时进行了大批量验证，没有再出现该处螺栓过孔缺陷泄漏问题，说明了这两种方案都是有效的，充分证明仿真结果与实际生产结果达到了高度吻合。

1） 利用AnyCasting铸造仿真软件分析缺陷来源，准确找出缺陷形成原因，为后续方案制定，方案验证提供了有力的支撑，确定了冷却及结构优化两种方案实施方向，产品泄漏率从7%降低至0%。

2) 生产实践证明，AnyCasting软件仿真结果与实际生产结果达到了高度吻合，可以将铸造仿真技术推广应用到其他铸造质量问题解决中，不仅可以缩短问题整改的周期，还能大大降低问题整改成本。

3) 在质量问题解决过程中，充分应用6sigma质量管理工具，可以快速的锁定问题要因，做到质量与效率极高，成本最低，过程的周期最短，利润最大。

文章来源：第十四届中国国际压铸会议/第5届有色合金及特种铸造技术国际研讨会