对目前国内精铸（zhù）行业中广泛应（yīng）用（yòng）的4种制壳工艺（yì）的特点进行了（le）分析对比（bǐ）。从精铸（zhù）件质量比（bǐ）较，水玻璃型壳较（jiào）差，复合型壳、硅（guī）溶胶（jiāo）-低（dī）温蜡型壳次之（zhī），硅溶胶（jiāo）一（yī）中温蜡型（xíng）壳zui好。而从制壳成本比较，水玻璃型壳zui低，硅（guī）溶胶一（yī）中温（wēn）蜡（là）型壳zui高（gāo）。对这4种制壳（ké）工艺分别（bié）提出了改进措施（shī）。

目前国内精铸件生产中广泛采用的制壳工艺有以下4种：

A．水玻璃型壳；

B．复合型（xíng）壳；

C．硅溶胶型壳(低温蜡)；

D．硅（guī）溶胶（jiāo）型壳(中温蜡)。前（qián）3种（zhǒng）方案均（jun1）使用低温蜡(模)。

我公司4种工艺（yì）兼有，以充分满足（zú）市场对精铸件质量、价位的不同需求、增加市场竞争力和适应力。

1、水玻璃型壳

这一（yī）工艺在国内已有近（jìn）50年的生（shēng）产历史（shǐ），其厂（chǎng）点（diǎn）数（shù）至今仍占我（wǒ）国精铸（zhù）厂家的75%以（yǐ）上。经（jīng）过（guò）精（jīng）铸界同仁个半世纪的不（bú）懈努力，水玻（bō）璃型（xíng）壳工艺的应用和研究已达（dá）到了（le）很高水（shuǐ）平。

多年来由于背层型壳（ké）耐（nài）火材（cái）料的改进和新型（xíng）硬化剂的（de）推广应用，水玻璃型壳强度有了（le）成倍增长。铸件表面质（zhì）量、尺寸精度及成（chéng）品率有了很大提高（gāo），目前仍（réng）占（zhàn）很大的市场份额，并替（tì）代国外砂铸（zhù）件成批出口。

低廉的成本、zui短的生产周期、优良的（de）脱壳性能及高透气性至今（jīn）仍是（shì）其（qí）他（tā）任何型壳工（gōng）艺（yì）所不（bú）及的优（yōu）点。但铸（zhù）件的质（zhì）量，包括表面粗糙度、缺陷（xiàn）数量、尺（chǐ）寸精度、成（chéng）品率、返修率等均比其他（tā）3种工艺要差

1.1存（cún）在的主要问题

(1)水玻璃（lí）粘结剂（jì）固有的（de）缺点是Na2O含（hán）量高，型壳高温强度、抗（kàng）蠕变能力远不（bú）及硅溶剂型壳(只有它的1/30-1/50)。加之面层耐火料采用了价低质次（cì）、粒度级配（pèi）不（bú）良的石英砂(粉)，硬化剂至今仍限于使用氯化氨（ān），因（yīn）而必然不能获（huò）得高质（zhì）量的精铸件。

(2)型壳生产条件差，缺乏严格（gé）的生产过程及参数的（de）控制（zhì）。由（yóu）于硬化剂的强腐蚀性，除尘（chén）设备的简陋（lòu），很少车间有恒温、恒湿、除（chú）尘的生产（chǎn）环境。影响型壳和铸件质量（liàng）的涂（tú）料配制、硬（yìng）化、风（fēng）干（gàn）、脱蜡（là）等工序，极（jí）少按行业规定的操作规范严（yán）格控制。如定期检（jiǎn）测涂料粘度、涂片重、硬化剂浓度、pH值等（děng）。型壳风干（gàn）处的温度、湿度、风速等更（gèng）是不加控制，故常（cháng）在高、低温或梅雨（yǔ）季节发（fā）生批量报废的质量事（shì）故。总之，大部分（fèn）工厂停（tíng）留在手工作坊阶段，靠技艺（yì）而不是靠科学（xué）的质量（liàng）管理进行生产。这是水玻璃型壳数十年来铸件质量（liàng）不稳定、废品率、返修率高的重要原因（yīn）之（zhī）一。

1.2改进方向（xiàng）

(1)采用（yòng）高纯度的（de）硅微粉（fěn）(脉石英)代替常用的低品位的（de）石英砂粉作面层耐火材料，并应用“双峰”型粒度级配的圆形石英粉配制面层涂料。不仅可提（tí）高面（miàn）层型壳的热（rè）化学稳（wěn）定性，而且可以获（huò）得高粉液比涂（tú）料。我厂（chǎng）用模数为3.4、密度为1.28g/cm3的水玻（bō）璃配料，粉液（yè）比可达到（dào）1.4。硅微粉的技术（shù）要求见（jiàn）。

经湿法球（qiú）磨、单槽沉淀、磁选（xuǎn）及（jí）离子高纯水处（chù）理，自（zì）然形成圆形，双峰粒度（dù）级配，这种高纯低（dī）杂（zá）质的粉粒，比人工级配更理（lǐ）想。已在我（wǒ）公司实际应用，效果良好。

(2)加强（qiáng）制壳工序的现场质量管理，按行业标准（zhǔn）操作。同时应将涂料、撒砂（shā）、硬（yìng）化（huà）场地与型壳干（gàn）燥间（jiān）隔离。后者控制温度、湿度，前者（zhě）加强除（chú）尘（chén）、防腐，从（cóng）而（ér）有（yǒu）利于型壳质量（liàng）的（de）稳定及改善操作环（huán）境。

(3)采用石英-硅溶胶型壳代替一、二层石（shí）英-水玻璃（lí）型壳，彻（chè）底取消面（miàn）层和过渡层（céng）的水玻璃及氯化氨硬化剂。计算表（biǎo）明（míng）铸件成本仅增加0.46元（yuán）/kg，而制壳生产周（zhōu）期与水玻璃（lí）型壳基本相同。

2、复合型壳

为（wéi）克服（fú）上述水玻璃型壳的缺点（diǎn），目前不（bú）少工厂将一、二层改用锆英石及莫（mò）来石-硅溶胶型壳（ké）。背层（céng）仍采用原（yuán）有水玻璃型壳工艺。它是（shì）结合硅胶型壳的优（yōu）良的表面质量和水玻璃低（dī）成（chéng）本、短（duǎn）周期的优点的一（yī）种改进方案。与（yǔ）水玻璃型（xíng）壳相比，其铸件表（biǎo）面质量有（yǒu）了很大提（tí）高，表面粗糙度降（jiàng）低、表面缺陷减少、返（fǎn）修率下降（jiàng）。可应用于不锈钢、耐热钢（gāng）等高合金钢（gāng）。生产周（zhōu）期（qī）则比低（dī）温（wēn）蜡-硅溶胶型壳短得多，与（yǔ）水玻璃型壳（ké）相近。

2.1存在的主要问（wèn）题

(1)由于背（bèi）层保留（liú）了水（shuǐ）玻璃粘（zhān）结（jié）剂，故其型壳（ké）整体高温强度、抗蠕变能力比（bǐ）硅（guī）溶胶（jiāo）型壳低。其型焙烧温度只限于950℃以下。900℃以后（hòu）型壳变形量（liàng）增（zēng）加了30%。而硅溶胶型壳焙烧温度可达（dá）1000-1200℃，在1000℃以前型壳不变形。故（gù）复合型壳浇注（zhù）的（de）铸件尺寸精度(包（bāo）括形位公（gōng）差)均比不上（shàng）硅溶胶型壳。往（wǎng）往在浇注大型(10kg以上)铸件时要采取增加硅溶胶型（xíng）壳层数（shù）的（de）方法（fǎ）(一般至（zhì）少增加2层（céng）)以求获得高的（de）高温强（qiáng）度及（jí）防止铸件（jiàn）变形。

(2)由于（yú）型壳前2层是影响型壳透气（qì）性的主因，由（yóu）水玻璃型壳改为硅溶胶后，型壳的整体透（tòu）气（qì）性大幅降低，在（zài）焙烧温度较低、保温时间不够长时，常会造成铸件气孔及浇不足、冷隔等缺陷（xiàn），故（gù）复合型壳较难应用于薄壁(δ≤3mm)件（jiàn）、小件及特小件(小（xiǎo）于（yú）50g)。又因型壳高温强（qiáng）度不及硅溶胶型（xíng）壳，更易造成上述（shù）废（fèi）品。总之，复合（hé）型壳的透气性（xìng）不如（rú）水玻璃型壳也不如（rú）硅溶胶型（xíng）壳（ké）。

(3)复合（hé）型（xíng）壳铸（zhù）件质量（liàng）稳定性比水（shuǐ）玻（bō）璃（lí）好，但远不如硅溶胶型壳。其背层（céng）仍保留水玻璃粘（zhān）结（jié）剂，为降低成本仍采用（yòng）价格较低、质量不（bú）稳（wěn）定的（de）耐（nài）火材料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工（gōng）艺控制方面与水玻璃型壳相（xiàng）同，导致铸件质量稳定性差。尤其是10kg以上的（de）大件及1kg以下的小（xiǎo）件，废（fèi）品率（lǜ）及返修（xiū）率均比硅溶胶型壳高。

(4)复合型壳由于采用价昂（áng）的（de）锆英（yīng）石作面层（céng），其型壳成本是水（shuǐ）玻璃（lí）型壳的4.5倍（bèi），若背层采用莫来（lái）石（shí）砂粉，其型壳成本与硅溶胶型壳（ké）成（chéng）本相差无几，每kg铸件（jiàn）成本仅相差1元。其成（chéng）本低的优势并不明显（xiǎn）。

(5)复（fù）合型壳不能使用中（zhōng）温蜡料。中温蜡不（bú）能使用热（rè）水脱蜡。在高压釜中（zhōng）脱蜡（là）时，由于高温、高压（yā）(170℃，0.7MPa)中温蜡（là）液会（huì）与（yǔ）背（bèi）层中的水玻璃及残留硬化剂产生剧烈的（de）皂化（huà）反应(白（bái）色泡沫状皂化物)，不经回收处理无法回用。而硅溶胶型壳，则可以（yǐ）应用低、中（zhōng）温蜡，无（wú）此弊病。

综上所述，复合型壳是水玻璃型（xíng）壳的改进，在（zài）铸件表面（miàn）质量、成品率（lǜ）及返修（xiū）率方面比前者优越，但与硅溶（róng）胶型壳仍有本质（zhì）差别。除生产周期（qī）较短，制壳（ké）成本稍低之外其铸件质量及稳定（dìng）性不及硅（guī）溶（róng）胶型壳。

2.2改进方向

(1)采用石英（yīng）代替锆英（yīng）砂用于面（miàn）层型（xíng）壳耐火材料。铸（zhù）件（jiàn）表面质量不完全（quán）取决（jué）于面层型壳（ké）耐火材料（liào），而（ér）与粘结剂有密切关（guān）系，也与蜡料有关(蜡（là）模表面粗（cū）糙度（dù）、皂化物残留等)。复合型壳只能采用低温蜡，大部分应用于表面粗糙（cāo）度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精（jīng）度不甚高(CT4-CT6)的（de）精铸件，实践证明采用石英-硅（guī）溶胶面层代替（tì）锆英石-硅溶胶是完全可行的。

这一措施使每（měi）t铸件型壳成本由原4150-4830元下（xià）降到1360元（yuán），与水玻璃型（xíng）壳比仅增加460元（yuán）。

(2)加（jiā）强制壳（ké）工序尤其是（shì）背层制壳的（de）质量管理及环境改善(详见本文1，2节（jiē）)。

(3)背层应当采用质量稳定、高温性能优良而（ér）成本相对低廉的耐火（huǒ）材料，同时要兼顾与面层型壳耐火材料膨胀（zhàng）率（lǜ）相匹配（pèi）。推荐（jiàn）下（xià）列（liè）2种常用的背层材（cái）料。

①耐火粘土（tǔ）-石英粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破碎（suì）过筛（shāi）而制（zhì）成（chéng）)，其优（yōu）点是来源广、价格低，其型壳高温（wēn）强度和抗（kàng）蠕变能力均高于莫（mò）来石、铝矾（fán）土。价格仅为铝矾土的（de）1/2-1/3。它适用于锆（gào）英石或石英石作面层的复（fù）合型（xíng）壳。

②耐火粘（zhān）土-颗粒粉涂（tú）料(体积比为3：7)，撒颗粒砂（shā）。此方（fāng）案只适用于锆英石复（fù）合型壳。有些工厂复合型壳（ké）背层采（cǎi）用莫来石砂粉或铝（lǚ）矾土，其涂料性（xìng）能（néng）较稳定，壳薄、易焙烧，但成（chéng）本过高且其型壳高温性能不（bú）及上2种型壳。铝矾土脱壳性能（néng）较差。至（zhì）于废陶（táo）瓷器皿、硫璃瓦、地砖等（děng）破碎（suì）而成的材料价格虽低，但未经（jīng）高（gāo）温烧成，成分（fèn）复杂，型壳高温开裂倾向大（dà），耐火度偏低。浇注（zhù）后（hòu）(尤其是厚大件)脱（tuō）壳困难，不宜采用。

3、硅溶胶（低温（wēn）蜡（là））型壳

这一（yī）工艺符合国情，在铸造（zào）1kg以上，特别是5kg以上中大件（jiàn）铸件时，具有更（gèng）大（dà）的适（shì）应性和（hé）优越性(与中温（wēn）蜡相（xiàng）比)。

一般来说，中大铸件的质量要求，特别是表面粗糙度（dù）、尺（chǐ）寸精度以及形位公差（chà）的要求不会太高，采用高熔（róng）点中（zhōng）温蜡并（bìng）无必（bì）要。中温蜡需（xū）要高压(大（dà）于6-7MPa)或液态蜡压注蜡模，设备投资大。中温蜡厚大蜡（là）模易（yì）缩陷（xiàn）、变形（xíng）、成本（běn）高。低温蜡（là）成型容易（yì）、设备简单，而蜡模（mó）表面粗（cū）糙度相差不大。

这一工艺比复合型壳质量稳（wěn）定，尤其是铸件尺寸精度高，因它（tā）没有水玻璃存在，型壳高温性（xìng）能好，在1000-1200℃焙烧后型（xíng）壳透气性高，抗蠕（rú）变能力强，既可适用于（yú）薄壁件，复（fù）杂结构的中小件，又可生产重达50-100kg的特大件（jiàn），如水泵、叶（yè）轮、导流（liú）壳（ké）、泵体、球（qiú）阀体、阀板等。对于薄（báo）壁中小（xiǎo）件或大件可以采用叉壳或抬壳（ké）在炉前（qián）直接浇（jiāo）注，更可获得（dé）高成品率。

3.1存在（zài）问（wèn）题

(1)由于采用低温蜡，大部分型壳在水中（zhōng）脱蜡，难免有皂化物残留进入型壳中(尤其是（shì）复合型壳及水玻璃型壳同时脱蜡时（shí）)易产生铸件表面（miàn）夹杂，返修（xiū）率稍高，这是（shì）其（qí）缺点（diǎn）之一。

(2)制壳生产周期长（zhǎng）是它的zui大缺点和不足，尤（yóu）其（qí）在生产大件，有深孔、深槽件时，每层干燥常要（yào）24-48h。以50kg双流道叶（yè）轮为（wéi）例，常须10-15d

制壳时间，稍有未（wèi）干透（tòu）之（zhī）死角，在水脱蜡时（shí）会造成硅溶胶回溶，型壳裂纹。

(3)硅溶胶型壳(低温蜡)型（xíng）壳成本较水玻璃型壳高5倍(每t铸件制壳成本为5000元)，比复合型壳高17%。铸件成本相（xiàng）应较高（gāo）。

3.2改进方（fāng）向

(1)为防止因低温蜡回收（shōu）处理不彻底及（jí）用水脱蜡时与复合型壳（ké）或水玻璃（lí）型壳共用同一（yī）热水（shuǐ）槽（cáo），易产生（shēng）铸件皂化物夹（jiá）杂缺陷应采取以下措施。

①采用蒸气脱蜡（là）(蒸气压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代替（tì）水脱蜡，不仅可以防止皂（zào）化物夹杂而且型壳不易（yì）产生裂纹（wén），对铸件的质量稳定更（gèng）有（yǒu）保（bǎo）障。

②若采用热水脱蜡，应（yīng）在水中加人体积分数为（wéi）1%-3%的工（gōng）业盐酸，脱（tuō）蜡后再（zài）用（yòng）含（hán）盐酸的热水冲洗每组（zǔ）型壳以（yǐ）减少皂化物残留（liú）。尽可（kě）能不要与（yǔ）水玻璃型壳（ké）、复合型壳（ké）共用同（tóng）一槽水脱蜡（là），也可（kě）更（gèng）换水（shuǐ）液，单（dān）独集中脱蜡，以减少皂化物（wù）入壳。

③回（huí）收蜡处理可用（yòng）盐酸（suān）的体积分数为（wéi）3%-5%的酸化水，沸腾及沉淀时间（jiān）要足够长。冬季硬化水温度低，水玻璃及复合型（xíng）壳中（zhōng）Na2O的残（cán）留量高（gāo），蜡料皂化也较严（yán）重，应多加盐酸处理（lǐ）回收蜡，减少皂化物（wù）。蜡料处理后，及时补加硬脂酸也（yě）很重要。

(2)为缩短制壳生（shēng）产周期，可采用（yòng）“快干硅溶胶（jiāo）”制（zhì）壳，此工艺已日渐（jiàn）成熟（shú），其各层型壳干燥时间可缩短1/2以（yǐ）上。小件各（gè）层(除zui后层外)干燥仅须（xū）3h，制壳时间由原（yuán）63h缩短（duǎn）为（wéi）24h。中（zhōng）大（dà）件也较一（yī）般（bān）硅溶胶缩（suō）短50%。而其市场价只提高20-30%，完全可由场地、电耗（hào）的减少及生产（chǎn）率的提高（gāo）来（lái）弥补（bǔ）。快干硅（guī）溶胶（jiāo）的推广应用是硅溶胶制壳工艺的改革必由之路，将会逐步扩大应（yīng）用。

(3)为降低硅溶胶型壳（ké）的成（chéng）本，zui有效的方法是采用石英石代替锆英石作面层（céng）型壳耐火材料。目（mù）前锆英石耐（nài）火材料占整个硅溶胶制壳成（chéng）本的60%，改（gǎi）用石英后每t铸件制壳成本由5000元降为（wéi）2210元，下降55.8%。中大件可采用熔（róng）融石英砂(粉)取代锆英砂(粉)已逐步在推（tuī）广（guǎng）应用。

4、硅溶胶（中温蜡）型壳

这（zhè）是国际上通用的精（jīng）铸件生产（chǎn）工艺（yì），它具有zui高的铸（zhù）件质量（liàng）、zui低的返修率，特（tè）别适合于（yú）表面粗（cū）糙度要求高（gāo）(Ra0.8-3.2)，尺寸精度高(CT3-CT5级)的中小件、特小件(2-1000g)。但由于设备及成（chéng）本***，较少（shǎo）应用于中大件(5-100kg)。

4.1存在问题

(1)成本高，其型壳生产成（chéng）本是水（shuǐ）玻璃型壳的（de）8倍（bèi）。比（bǐ）低（dī）温蜡-硅（guī）溶（róng）胶型壳也高出（chū）25%。主要原因是其制壳、蜡（là）模材料成（chéng）本高（gāo），且设备耗电也大得（dé）多，设备投资（zī）也大。

(2)生产周（zhōu）期与低温蜡-硅溶胶型壳（ké）相同，比水玻璃（lí）及复合（hé）型壳长得多。

(3)生产5-50kg的中大（dà）件往往要采（cǎi）用中温液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注蜡（là），厚（hòu）壁（bì）蜡模易缩凹（āo），铸件尺寸精度并不太高，中大（dà）件对尺寸精（jīng）度（dù）、表面粗糙度要求也没有小件那么高，故中大（dà）件较少采（cǎi）用硅溶胶（jiāo）(中温蜡)型壳。

4.2改进（jìn）方向

(1)为降低成本，保（bǎo）证质量，在解决了石（shí）英（yīng）对中温蜡润湿性很差的难题后，采用石英石或（huò）熔融石英代替（tì）锆英石无疑是（shì）一方向。熔融石英其（qí）热膨胀系数仅（jǐn）为5×10-7/℃，且其价格只（zhī）有锆英石（shí）的（de）1/6。在国外，熔融石英已逐（zhú）步（bù）在扩大（dà）应用范围。

(2)采用快（kuài）干硅溶（róng）胶缩短制壳周期是国内外同行（háng）共同努力的方向(见前述（shù）)。

(3)研制国产的中温蜡或改进石蜡一（yī）硬脂酸低温蜡是我（wǒ）国精铸界的重要任务（wù）。如何（hé）解决（jué）国产（chǎn）中温蜡或改进型的低（dī）温蜡回收处（chù）理的难题，使其（qí）在（zài）生（shēng）产中（zhōng）能（néng）长期保（bǎo）持蜡料性能不变化是能否推广应（yīng）用的关键。

5、结（jié）束语

(1)各种（zhǒng）型壳工艺有其不（bú）同的适用对象，选择的依据（jù）是：铸件（jiàn）的质（zhì）量要求、价位及（jí）交货期。综合考（kǎo）虑（lǜ），正确选（xuǎn）用zui经济合理的制壳工艺方（fāng）案是保（bǎo）证生（shēng）产优质、低（dī）成本铸件的基础。

(2)水玻璃型壳虽有不少优点但粘结剂本身（shēn）固有的缺点使铸件质量难以（yǐ）提高，质量稳定性也差。今后将会（huì）逐步被复合型壳，尤其（qí）是成本（běn）低的石英一（yī）硅（guī）溶胶复合壳所取代。

(3)硅溶胶是理想的粘结剂，其型（xíng）壳质量高，铸（zhù）件质量稳定，返修（xiū）率低，是今后的发展方向。石英石、熔融石英耐火料（liào）在面（miàn）层型壳中的应用，快（kuài）干硅溶胶的推广，将其生产成本及制壳周期大大降低和（hé）缩短，克服了这2点不足，硅（guī）溶胶型（xíng）壳（ké）(低（dī）温蜡或中（zhōng）温蜡)将在我国精（jīng）铸界（jiè）得到（dào）广（guǎng）泛应用，毕竟高的铸件质量是zui重（chóng）要的指（zhǐ）标。