大口径水表是一种较为重要的水量计量仪器,广泛应用于自来水公司、小区住宅、大型企业等重要领域。其壳体具有结构复杂、壁厚不均、型腔内径大于端口直径等特点,常采用消失模特种铸造方法进行生产。本研究针对其消失模铸造过程中极易出现的缩松缩孔、皱皮、裹气、夹渣等缺陷,通过对其浇注系统结构和工艺参数进行优化设计,达到减少浇注缺陷、缩短开发周期、降低研究成本、提高工艺良品率的目的。本文以WS-100垂直螺翼式水表壳体为研究对象,采用ProCAST铸造工艺仿真软件对其铸造过程进行数值分析。为研究浇注系统对缺陷的影响,设计了外底注式-立浇、外底注式-卧浇、内底注式-卧浇三种浇注系统结构,分析其特点与不足,优选出最优结构并进行冒口优化设计。对影响铸造缺陷较为显著的浇注温度、砂箱负压、模样密度等工艺参数进行了研究,获得最优工艺参数。不同浇注系统研究结果表明,外底注式-立浇结构凝固过程表现良好,但是由于WS-100垂直螺翼式水表壳体结构的特殊性,易出现埋砂“盲点”且浇注过程中易出现因金属液冲破涂料层造成的裹砂、夹渣等缺陷;外底注式-卧浇结构由于浇道尺寸过长,导致前沿金属液温度较低,充型能力较差,凝固时水表壳体顶端部位易出现孤立液相区,形成缩孔、浇不足等缺陷;内底注式-卧浇结构充型时金属液充型平稳,无反喷、断流等现象,凝固时符合顺序凝固理论,铸件内部缩松、缩孔缺陷出现几率较低,是一种较为合理地结构。在该结构的基础上,增设了冒口结构并进行仿真分析,有效地降低了铸件内部缩松出现的几率和缺陷区域的体积,提高了铸件良品率。不同工艺参数研究结果表明,各因素对铸件缩松缩孔缺陷体积的影响程度大小顺序为:浇注温度＞砂箱负压＞模样密度;各因素对铸件充型平稳程度的影响主次顺序为:模样密度＞浇注温度＞砂箱负压。随着浇注温度的升高,铸件缩松缩孔体积先增加后减小,金属液充型平稳程度逐渐减小;砂箱负压越大铸件缺陷区域越小,但是砂箱负压过大容易造成充型不平稳;随着模样密度的增大,缺陷体积逐渐增大并且金属液充型越来越不平稳。当浇注温度取1460℃、砂箱负压取0.05MPa、模样密度取22 kg/m~3时铸件的整体质量表现最好。对上述优化结果进行实际浇注验证,铸件整体质量表现优异,无浇不足、缩松、缩孔等缺陷,工艺良品率高达93%。