前言高端液压铸一般被运用于高等领域中，包括航空航天、军事等领域，技术壁垒极高，是工业驱动的心脏，目前我国高端液压领域尚有欠缺，若因为质量不够导致同批次中出现不良产品，可能会引起严重的质量事故和经济损失，因而在逐渐生产过程中必须具备高强度的工艺保障能力。
一、 铸件主要技术要求本课题研究的大型液压罩盖铸件，材料为高牌号灰铸铁，采用是先进铸造技术设计理念，结合模拟先进的仿真 CAE 平 台进行设计与开发，我公司试验开发的中间体材质为 HT300，单重 45Kg，铸件最大轮廓尺寸： φ495³210mm 铸件主要壁厚：28mm，见图 1。
生产条件是：ACE 造型生产线，砂箱尺寸为 800x 600 x 300/300 mm；熔炼设备是 5T/h 中频感应电炉。
一、液压罩盖铸件易产生问题及改进在铸造产品生产过程中，存在铸造缺陷种类有很多，但我们可以分为二大类，一种是显性问题，一种是隐性问题。
显性问题容易确定其形成原因，直接解决即可，不要复杂化，例如：冷隔、错型、掉砂、粘砂、尺寸不符等缺陷。
而隐性问题是铸造难点，不能直接明确问题产生的原因，需对问题先进行分析，然后找方法加以解决，如气孔、渣眼、“苍蝇脚”等问题现分述之。
气孔的改进其原因分析此产品的浇注温度是1400℃相对较低，导致铁水在往上冲型的过程中速度变慢，铁水到达顶部时，铁水已经凝固，形成一层氧化膜（双层膜理论），导致气体无法溢出，形成气泡停留在氧化膜里，形成皮下气孔。
解决措施新改进方案中，在铸件上法兰面厚大部位设置溢流冒口，加强气体的溢出。
其次在不引起其他铸造缺陷的前提下，提高浇注温度30～40℃，可以显著提高气体的溢出能力，采用新工艺措施后，产生气孔概率大大降低，可以有效防止气孔的产生。
铸件的渣眼较多，主要原因就是浇注系统工艺设计不佳，加上铁水的氧化及杂物多或浇包内的耐火材料形成的玻璃态渣，熔炼和浇注过程的扒渣的控制也不够规范化，这些因素是渣眼缺陷形成的主要原因，这也是一个控制难点。
铸件的浇注系统设计时，改进前内浇道采用图中的方式不能全封闭，对其进行充型模拟分析中发现第一股进入的脏铁水容易进入铸件，挡渣效果差，目前我们很多浇注系统设计挡渣能力相对较差，无法保证铸件表面质量。
如果对浇注系统进行改进，则可以有效降低夹杂物缺陷的比例。
解决措施中采用双重挡渣浇注系统（造型线适用），除了设置过滤网外，采用高横浇道和薄内浇道的封闭式浇注系统，可以高效的防止铸件渣眼，得到光洁美观的铸件。
“苍蝇脚”是灰铁铸件特有的缺陷，有人称之为疏松，其实这不是铸造补缩产生的所谓的缩松，它是一种灰铁材质中由于石墨粗大引起的石墨在加工过程中由于车刀的切削导致石墨及周围的基体掉落引起的微小孔洞，俗称“苍蝇脚”。
此类铸件比较厚大，冷却速度较慢，引起的石墨粗大。
解决措施中对于解决“苍蝇脚”可以采取降低碳当量、增加一些合金元素、强化孕育等措施细化石墨，减轻这种缺陷。
其次、在车削过程中，最后一刀采用较细的刀具进行加工，会降低这种缺陷的宏观表现，对熔炼工艺进行改进优化。
详细改进方案：以上有明显疏松问题的铸件，要降低碳当量，C：3.0-3.2，Si：1.3-1.9，Mn：0.8-1.0，P:≤0.1，S：0.06-0.09。
孕育采用稀土硅铁（0.2%）硅钡（0.3%），出铁时采用冲入法加入，最好采用出铁时漏斗随流加入。
大包翻小包时，采用0.2-0.7mm颗粒的孕育剂进行孕育(也可以适当大一些的粒度，但不要超过1.5mm)，孕育量为0.1%。
出铁温度要控制在1530℃左右，浇注温度一般控制在1400℃左右，不能过高,考虑解决气孔的问题，针对此产品适当提高到1430℃，这些件的冒口全部采用进水的热冒口，冒口颈适当开大一些。
不要采用冷冒口，冒口颈适当开大一些（因为碳当量适当降低，缩松倾向会更大，因此需要适当增大冒口颈进行有效的顺序补缩）。
该方案是上述方案的继续改进，先做上述方案改进，如果石墨细化程度有限，下一步就是采用锑合金化，采购Sb和Si的合金(含Sb大约30%左右)，然后出铁时在铁水包中加冲入法添加这种合金，合金的加入量为1000kg，加1000g的这种合金。
这会细化石墨和提高强度，同时可以适当增加碳当量，减少铸件的缩松倾向。
合金的添加如果添加纯Sb金属（炉内加入），加入量是上述的1/3即可。
我们开发的大型液压罩盖铸件浇注系统设计，工艺图7所示在横浇道A处设置蜂窝过滤网。
渣孔是液压铸件缺陷比例较高缺陷之一，渣孔一方面是铁液中夹杂物流入型腔，尤其浇注铁水中含有一定的玻璃渣，容易在浇注过程中带入型腔形成渣孔。
该产品的铸件的渣孔较多，主要原因就是浇注系统工艺设计不佳如图6，加上铁水的氧化及杂物多或浇包内的耐火材料形成的玻璃态渣，熔炼和浇注过程的扒渣的控制也不够规范化，这些因素是渣眼缺陷形成的主要原因，这也是一个控制难点。
对浇注系统设计采用高窄横浇道和薄而宽（通常5-8mm范围内），内浇道的封闭式浇注系统，可以高效的防止铸件渣眼，另外增加防磕碰台如图B处等措施也可以降低灰铸铁件边缘磕碰伤的问题。
铸件的浇注系统设计如图7所示，内浇道采用图中的方式不能全封闭，对其进行模拟分析，发现第一股进入的脏铁水容易进入铸件，挡渣效果差，浇注系统设计挡渣能力相对较差，无法保证铸件表面质量。
如果对浇注系统进行改进，则可以有效降低夹杂物物缺陷的比例，采用双重挡渣浇注系统，除了设置过滤网外，采用高横浇道及薄内浇道的封闭式浇注系统如图b处，可以高效的防止铸件渣眼，得到光洁美观的铸件。
新工艺在浇注过程中，铁液优先充满整个横浇道后，铁液才进入内浇道，冲型平稳、无涡流、夹渣起到很好的挡渣效果。
采用双重挡渣浇注系统，除了设置过滤网外，采用高横浇道和薄内浇道的封闭式浇注系统，可以高效的防止铸件渣眼，得到光洁美观的铸件。
浇冒系统采用控制压力冒口，对内浇道、V型有利于冒口破壳等进行优化设计。
虚拟仿真CAE平台上对产品的模流要求严格，需要电子天平准确称量，不能多加或错加（这是合金化元素，添加多了会产生不利影响），此点非常重要。
分析并优化冒口颈，横浇道和直浇道。
对于此次的大型液压罩盖铸件是不采用发热冒口，就可无冷铁也可实现完全消除缩松。
采用独特的浇冒系统和浇注系统高窄的设计原理念，遵从冒口及冒口颈的模数、形状；内浇道的模数、形状；横浇道和直浇道的模数及形状，进行全方位的工艺的设计，确保对铸件的补缩效果。
液压罩盖铸件是的形状复杂，油路多铸件，大量的采用全壳型铸造，覆膜砂在浇注过程中发气量较大，铸件容易产生气渣、气隔缺陷。
要想彻底解决液压件气渣类缺陷，必须采用“排减溢”的原则，可有效解决液压件的质量问题问题，尤其是一些复杂铸件难以解决的气孔问题，该原则是十分有效的。
该原则的使用可以完全消除液压铸件气孔，为稳定生产提供了有力保障。
适当提高浇注温度20C°-30C°，实际生产中从起浇浇注温度1410，提高浇注温度1440C°利于气体的“溢”出。
三、基于铸造CAE模拟技术平台上模拟仿真针对罩盖类铸件可能出现的一些问题，开发及改进中应对其进行进行过专门讨论并进行虚拟仿真，在进行模拟计算时，确定的初始数据和边界条件特别重要。
在生产中要根据模拟结果和实际结果比较，进行跟踪搜集参数，最终找到准确的数据参数值。
铸件的浇注系统设计，充型平稳、无卷气、涡流，温度场变化比较小，图8中第一股脏铁水未有效避掉。
图9中改进方案由于内浇道采用图中的方式能够完全封闭，对其模拟分析，发现第一股进入的脏铁水在冲满集渣窝和横浇道后才进入铸件，并且冲型速度基本一致，冲型稳定无卷气涡流及夹渣，达到设计预期。
四、总结通过实施以上改进措施后，铸件相关质量信息详见表1和表2及图10所示。
通过制定详细的工艺改进措施并且严格实施且加以验证后，改进效果比较显著，相关铸造缺陷问题大幅度减少，改进后相关铸件质量信息详见表2所示。
通过长期产品开发与改进总结得到得出，设计开发与改进后产品的质量差别，本质上就在于理念的差别。
目前铸造企业在设计开发与改进普遍存在的问题，急需克服上述技术瓶颈。
使用CAE模拟仿真，对原有浇注系统进行优化改进，采用高横浇道薄内浇道的封闭式浇注系统，使其整个挡渣效果大大提高，可以有效减少铸件砂渣眼缺陷。
利用“排、减、溢”原则会有效的解决气孔缺陷。
针对上述改进，废品率从最初11.73%，下降到3.33%以内，每年可以节约成本238.132万元，外部质量风险大大降低，同时可以增加客户的满意度。
上述方案推广到有类似缺陷的产生产质量十分稳定，大大提高生产效率。