对目前国内精铸行业中广泛应用的4种制壳工艺的特点（diǎn）进行了分（fèn）析对比。从精铸（zhù）件质量比较，水（shuǐ）玻璃型壳较差，复合型（xíng）壳（ké）、硅溶（róng）胶-低温（wēn）蜡（là）型壳次之（zhī），硅溶胶一中（zhōng）温蜡型壳zui好。而从制壳（ké）成（chéng）本比较，水玻璃型壳zui低，硅（guī）溶胶一中温（wēn）蜡型壳zui高。对这4种制壳工艺分（fèn）别（bié）提（tí）出了改（gǎi）进（jìn）措施。

目前国内精铸件生产中广泛采用的制壳工艺（yì）有以下（xià）4种：

A．水玻璃型壳（ké）；

B．复合型壳；

C．硅溶胶型壳(低温蜡)；

D．硅（guī）溶胶（jiāo）型壳(中温蜡)。前3种方案均使（shǐ）用低（dī）温蜡(模)。

我公（gōng）司4种工艺兼有（yǒu），以充（chōng）分满足市场对精铸件质量、价位的（de）不（bú）同需求、增加市场竞争力和适应力。

1、水玻璃（lí）型（xíng）壳

这一工艺在国内已有近50年的（de）生（shēng）产历史，其厂点数至今仍（réng）占（zhàn）我国精铸厂家的（de）75%以（yǐ）上。经过（guò）精铸界同仁个半世纪的（de）不懈努力，水（shuǐ）玻璃型壳工艺的应用和研究（jiū）已达到了很高（gāo）水平（píng）。

多年来由于背层型壳耐火（huǒ）材料的改进和新型硬化剂的推广应用，水玻（bō）璃型壳（ké）强（qiáng）度有了成倍增长。铸件表面质量、尺（chǐ）寸（cùn）精度及成品（pǐn）率有了很大（dà）提高（gāo），目前仍占很大的市场份额，并替（tì）代国外砂铸件成（chéng）批出口。

低廉的成本、zui短的（de）生（shēng）产周期、优（yōu）良的脱壳（ké）性（xìng）能及高透气性至今仍是其他任何型壳工艺所不及（jí）的优点（diǎn）。但（dàn）铸件（jiàn）的质量，包括表（biǎo）面粗糙度、缺（quē）陷数量、尺寸精度、成品率、返修率等均比（bǐ）其他3种工艺要（yào）差

1.1存在的主（zhǔ）要问题

(1)水玻璃粘（zhān）结剂固有的缺点是（shì）Na2O含量高，型壳高温强度、抗（kàng）蠕变能力远不及硅溶剂型壳(只有它的1/30-1/50)。加（jiā）之面层耐（nài）火料采用了价（jià）低质（zhì）次、粒度级配不良的石英（yīng）砂(粉)，硬化剂至今仍限（xiàn）于使用氯化氨，因而必（bì）然不（bú）能获（huò）得高质量的（de）精（jīng）铸（zhù）件。

(2)型壳生产条件差，缺乏严格的生产过程及参数（shù）的（de）控制。由于（yú）硬化剂（jì）的强腐蚀性，除尘设（shè）备的简（jiǎn）陋，很少车（chē）间有恒温、恒湿、除（chú）尘的生产环境（jìng）。影响型（xíng）壳和铸件（jiàn）质量（liàng）的（de）涂料配制、硬化（huà）、风干、脱蜡等工（gōng）序，极少（shǎo）按行（háng）业规定的操作规范严格控制（zhì）。如定期检测涂（tú）料粘度（dù）、涂（tú）片重、硬化剂浓度、pH值等。型壳风干处的温度、湿度、风速等更是不（bú）加控制（zhì），故（gù）常在（zài）高、低温（wēn）或梅雨（yǔ）季节发生批量报废的质量事故。总之，大部分工厂停留（liú）在手工作坊阶段，靠技艺而不是靠科学的质（zhì）量管理进行生（shēng）产。这是水（shuǐ）玻璃型壳数十年（nián）来铸件质量不（bú）稳定、废（fèi）品（pǐn）率（lǜ）、返修率高的（de）重（chóng）要原因之一。

1.2改进方向

(1)采用高纯度的硅微粉(脉石英)代替（tì）常用的低品位的石英砂粉作面层耐火材料，并应用“双峰（fēng）”型粒度级配（pèi）的（de）圆形石英粉配制面层（céng）涂料（liào）。不（bú）仅可（kě）提高面层型壳（ké）的热化学稳定性，而且可以（yǐ）获得高粉液比（bǐ）涂料。我厂用模（mó）数为（wéi）3.4、密度（dù）为1.28g/cm3的水玻（bō）璃配料，粉液比（bǐ）可达到1.4。硅微粉的技（jì）术要求（qiú）见（jiàn）。

经湿法球磨、单槽沉（chén）淀（diàn）、磁选及离子高纯水处理，自然形成圆形（xíng），双峰粒度级配（pèi），这种高纯低杂质的粉粒，比人工级配更理想。已在我（wǒ）公司实（shí）际应用，效果良好。

(2)加强制壳工序的现场（chǎng）质量（liàng）管理，按（àn）行（háng）业标准（zhǔn）操作（zuò）。同时（shí）应将涂（tú）料、撒砂、硬化场地（dì）与型（xíng）壳干燥间（jiān）隔离。后者控（kòng）制温度、湿（shī）度，前者加强除尘、防腐（fǔ），从而（ér）有利（lì）于型壳质量的稳（wěn）定及改善操作环境。

(3)采用石（shí）英-硅（guī）溶（róng）胶型壳代替一、二层石英-水玻（bō）璃型壳，彻底取消面层和过渡层的水玻璃及氯化氨硬化（huà）剂。计算表明铸件成本仅增加（jiā）0.46元/kg，而制壳生产周期与水玻璃（lí）型（xíng）壳基本（běn）相（xiàng）同（tóng）。

2、复合型（xíng）壳

为克服（fú）上（shàng）述水（shuǐ）玻（bō）璃型（xíng）壳的缺点，目前不少工（gōng）厂将（jiāng）一、二层改用锆英石（shí）及莫来石-硅溶胶型壳。背层仍采用原有水玻（bō）璃（lí）型壳工艺。它（tā）是结合硅胶型壳的（de）优良的表（biǎo）面质量（liàng）和（hé）水玻（bō）璃低成本、短周期的（de）优（yōu）点的一（yī）种改进方案。与水玻璃型壳相比（bǐ），其铸件表面质量（liàng）有了（le）很大（dà）提高，表面粗（cū）糙（cāo）度降低、表面缺陷减少（shǎo）、返修率下降（jiàng）。可应用（yòng）于不锈钢、耐热（rè）钢等高合（hé）金钢。生产（chǎn）周期则比（bǐ）低（dī）温蜡-硅溶胶型壳（ké）短得多，与水玻璃型壳相近（jìn）。

2.1存在（zài）的主要问（wèn）题

(1)由于背层保留了水玻璃粘结剂，故其型壳整体（tǐ）高温（wēn）强度、抗蠕变能力比硅溶胶型壳低。其型焙烧温度只限于950℃以下。900℃以后型壳变形量增加了（le）30%。而硅（guī）溶（róng）胶型壳焙烧温度（dù）可达1000-1200℃，在1000℃以前型壳不变形。故（gù）复合型壳（ké）浇注的铸件尺寸精度(包括形位公（gōng）差)均比不上硅溶胶（jiāo）型壳。往往在浇注（zhù）大型（xíng）(10kg以上)铸件时要采取增加硅溶（róng）胶型壳层数的方法(一般至（zhì）少（shǎo）增加（jiā）2层)以求获得高的高（gāo）温强度（dù）及防止铸件变（biàn）形。

(2)由于型壳（ké）前2层是影响型壳透气性的（de）主因，由水玻璃型（xíng）壳改为（wéi）硅溶胶后，型壳的整体透气性大幅（fú）降低，在焙烧温（wēn）度较低、保温时间不够（gòu）长时，常（cháng）会造成铸件气孔及浇（jiāo）不足、冷隔等缺（quē）陷，故复（fù）合型壳较（jiào）难应（yīng）用于薄壁(δ≤3mm)件（jiàn）、小件及特（tè）小件(小于（yú）50g)。又因型（xíng）壳高温强度不及硅溶胶型（xíng）壳，更易造（zào）成上述废品。总之，复合型壳的透（tòu）气性不如水玻璃型（xíng）壳也不如硅溶胶型壳。

(3)复合（hé）型（xíng）壳铸件质量（liàng）稳定性比水玻璃好，但远不如硅溶胶（jiāo）型壳。其背层仍保留水玻璃粘结剂，为降低（dī）成本仍（réng）采用价格较（jiào）低（dī）、质量不稳定的耐火材料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方面与水（shuǐ）玻璃型壳相同，导致铸件质量稳（wěn）定性差。尤其是10kg以上的大（dà）件及1kg以下的小件（jiàn），废品率及返修率（lǜ）均比硅溶胶型壳高。

(4)复合型壳由于采（cǎi）用（yòng）价（jià）昂（áng）的锆英石作面层，其型壳成本是水玻璃型壳的4.5倍，若（ruò）背层采用莫来石砂粉，其型壳成本与硅溶胶型壳（ké）成本相差无几，每kg铸（zhù）件成本仅（jǐn）相差1元。其成本低的优（yōu）势并不明显。

(5)复合型壳不能使用（yòng）中温蜡料。中温蜡（là）不能使用热（rè）水脱蜡。在高压釜中脱蜡时，由于高温（wēn）、高压(170℃，0.7MPa)中温（wēn）蜡液会（huì）与背（bèi）层中的水玻璃及残留硬化（huà）剂产生剧（jù）烈的皂化反应（yīng）(白色泡沫状皂化物)，不经回收处理无法回用。而硅溶胶（jiāo）型壳，则可以（yǐ）应用低（dī）、中温（wēn）蜡，无此弊病。

综上所述，复合型（xíng）壳是（shì）水（shuǐ）玻璃型（xíng）壳的改进，在铸件表面（miàn）质量、成品率及返（fǎn）修率方面比前者优越，但与硅溶胶型（xíng）壳仍有（yǒu）本质差（chà）别。除生（shēng）产周（zhōu）期较短，制壳成本稍低之外其铸件质量及（jí）稳定性（xìng）不及硅溶胶型壳。

2.2改（gǎi）进方向

(1)采用石英代替锆英砂用于面层型壳（ké）耐火材料。铸件表面（miàn）质（zhì）量（liàng）不完全（quán）取决（jué）于面层型壳耐火材料，而与粘结剂有密切（qiē）关系，也与蜡料有关(蜡模表面粗糙度、皂化（huà）物（wù）残（cán）留等)。复合型壳只能采（cǎi）用（yòng）低温蜡，大部（bù）分应用于表（biǎo）面粗糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸（cùn）精度不甚高（gāo）(CT4-CT6)的精（jīng）铸件，实践证（zhèng）明采（cǎi）用石（shí）英（yīng）-硅（guī）溶胶面（miàn）层代替（tì）锆英石-硅溶胶是完全可行（háng）的。

这一（yī）措施使（shǐ）每t铸（zhù）件型（xíng）壳成本（běn）由原4150-4830元下降到1360元，与（yǔ）水玻璃型壳（ké）比仅增加460元（yuán）。

(2)加强制壳工序尤其是背层制（zhì）壳的质量管理及（jí）环境改善(详见本文1，2节)。

(3)背（bèi）层应当采用（yòng）质量（liàng）稳（wěn）定、高（gāo）温性能优良而（ér）成本相对（duì）低廉的耐火材料，同时要兼顾与（yǔ）面层型壳（ké）耐火材料膨（péng）胀率相匹配。推荐下列2种常用的背层材料。

①耐火粘土-石英粉涂（tú）料（liào）(各50%)，撒颗（kē）粒砂(耐（nài）火砖废（fèi）料破碎（suì）过筛而制成)，其优点是（shì）来源广、价格低，其型（xíng）壳高（gāo）温强（qiáng）度和（hé）抗蠕变能力均高于莫来石、铝矾土（tǔ）。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它适用于锆（gào）英石或石英石作面层的复合型壳。

②耐火粘土-颗粒粉（fěn）涂料(体积（jī）比为3：7)，撒颗粒砂。此方（fāng）案只适用于锆英石（shí）复合（hé）型壳。有些工厂复合型壳背层采用莫来石砂粉或铝矾土，其涂料性能（néng）较稳定（dìng），壳（ké）薄、易焙烧，但成（chéng）本过高且其（qí）型壳高温性能不及（jí）上2种型壳。铝矾土（tǔ）脱壳性（xìng）能较差。至于废陶（táo）瓷器皿（mǐn）、硫璃瓦、地砖等破（pò）碎而成的材料价格虽低，但未经高温烧成，成分复杂，型壳高温开裂倾向大，耐火度偏低（dī）。浇注后(尤（yóu）其是厚大件)脱壳困难，不宜采用。

3、硅（guī）溶胶（低温蜡）型（xíng）壳

这一工艺符合国（guó）情，在铸造1kg以上，特别是（shì）5kg以上中大件铸件时，具有（yǒu）更大的适应性和优越性（xìng）(与（yǔ）中温蜡相（xiàng）比（bǐ）)。

一般来说，中大铸（zhù）件的质（zhì）量要（yào）求，特别是表面粗糙度、尺寸精度以及形位公差的要求不会太高，采用高（gāo）熔点中温蜡（là）并（bìng）无必要（yào）。中温蜡需要（yào）高压(大于（yú）6-7MPa)或液态蜡压注蜡（là）模（mó），设备（bèi）投资（zī）大。中（zhōng）温蜡厚大蜡模（mó）易（yì）缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容易（yì）、设备简单，而蜡（là）模表面粗（cū）糙度（dù）相差（chà）不大。

这一工艺比复合型壳质量稳定，尤（yóu）其是铸件（jiàn）尺寸精度（dù）高，因它没有水玻（bō）璃存在，型壳高温性能好，在1000-1200℃焙烧后型壳透气性高，抗蠕变能力强，既可适用于薄壁件，复杂结构的中小件（jiàn），又可生产重达50-100kg的特（tè）大件，如（rú）水泵（bèng）、叶轮、导（dǎo）流壳、泵体、球阀体（tǐ）、阀板（bǎn）等。对于薄壁中小件或大（dà）件可以采用叉壳或抬壳（ké）在炉前（qián）直接浇注，更可获得高（gāo）成品（pǐn）率。

3.1存在问题（tí）

(1)由于采用低温（wēn）蜡，大部分型壳在（zài）水中脱蜡，难免有皂化物残留进入型壳中（zhōng）(尤其（qí）是复合型壳（ké）及水（shuǐ）玻璃型壳同（tóng）时脱蜡时)易（yì）产生铸件表面夹杂（zá），返修（xiū）率稍高，这是其缺点之一。

(2)制壳生产周期长是它的zui大（dà）缺点和（hé）不足，尤其在生产（chǎn）大件，有深（shēn）孔、深槽件时，每层（céng）干（gàn）燥常要24-48h。以50kg双流道叶轮为例，常须10-15d

制壳时间，稍有未干透（tòu）之死角，在水（shuǐ）脱蜡（là）时会造成硅溶胶回溶，型壳裂纹。

(3)硅溶胶型壳(低温蜡)型壳成（chéng）本（běn）较水（shuǐ）玻璃型壳高（gāo）5倍(每t铸件制壳成本为5000元)，比复合型壳高17%。铸件成本（běn）相（xiàng）应较高（gāo）。

3.2改进方向

(1)为防止因低温蜡回收处理（lǐ）不（bú）彻底及用水脱蜡时与复（fù）合型壳或水玻璃型壳共用同一热水槽（cáo），易产生铸件皂化（huà）物夹杂缺陷应（yīng）采取（qǔ）以下措施。

①采用蒸气脱（tuō）蜡(蒸气压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代（dài）替水脱蜡，不仅可以防止皂化物夹杂而且型壳不易产生裂纹，对（duì）铸件（jiàn）的（de）质量稳（wěn）定（dìng）更有（yǒu）保障。

②若采用热水脱蜡，应（yīng）在水中加人体积分数（shù）为1%-3%的工（gōng）业盐酸，脱蜡后再用含盐酸（suān）的热水（shuǐ）冲洗每组型壳以减少皂化（huà）物残留。尽可（kě）能不要（yào）与水玻璃型壳（ké）、复合型（xíng）壳共用同一槽（cáo）水脱蜡，也（yě）可（kě）更换水液，单独集中脱蜡，以（yǐ）减少皂化物入壳。

③回收蜡处理可用盐酸的体积（jī）分数为3%-5%的酸化水，沸腾及沉淀（diàn）时间要（yào）足够长。冬季硬化水温度低，水玻璃及（jí）复（fù）合型壳中Na2O的残留（liú）量高，蜡料皂化也较严（yán）重，应多加盐酸处理回收蜡，减少皂化物。蜡（là）料处（chù）理（lǐ）后，及时补加硬（yìng）脂酸也（yě）很重要。

(2)为缩短制壳（ké）生产周期，可采（cǎi）用“快（kuài）干硅溶胶”制壳（ké），此工（gōng）艺已日渐（jiàn）成熟，其各层型（xíng）壳干燥（zào）时间可缩短1/2以（yǐ）上。小件各层(除zui后层外)干燥仅须3h，制壳时间由原63h缩短为24h。中大件也较一般硅溶（róng）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（jiǎn）少及生产率的（de）提高来弥补。快干硅溶胶的推广应用（yòng）是硅溶胶制壳工艺的改革必由之路，将会逐步（bù）扩大应用。

(3)为降低硅（guī）溶（róng）胶型壳的（de）成本，zui有效的方法是采用石英（yīng）石（shí）代替锆英（yīng）石作面层型（xíng）壳耐火材（cái）料（liào）。目前锆英石耐火材（cái）料（liào）占整个硅溶（róng）胶制（zhì）壳成（chéng）本的60%，改（gǎi）用石英后每t铸（zhù）件制壳成本由5000元（yuán）降为2210元（yuán），下降55.8%。中大件可采用熔融石（shí）英砂(粉)取代（dài）锆英砂(粉)已逐（zhú）步在推广应用。

4、硅溶（róng）胶（中温（wēn）蜡）型壳

这是国际（jì）上通用的精铸件生产工艺（yì），它具有zui高的（de）铸（zhù）件质量、zui低的返修率，特别适合于表面粗糙度（dù）要求高(Ra0.8-3.2)，尺（chǐ）寸精度高(CT3-CT5级)的中（zhōng）小件（jiàn）、特小（xiǎo）件(2-1000g)。但由于（yú）设备及成本***，较少应（yīng）用于中大件(5-100kg)。

4.1存在问（wèn）题

(1)成本高，其型壳生产成本是（shì）水玻璃型壳的（de）8倍。比（bǐ）低温蜡-硅溶胶型壳也高出25%。主要原因是其（qí）制壳、蜡（là）模材料成本高，且设备耗电也大得多，设备投资（zī）也大。

(2)生产（chǎn）周期与低温蜡-硅溶胶型壳（ké）相同，比水玻璃及复合型壳长（zhǎng）得多。

(3)生（shēng）产5-50kg的中（zhōng）大件往往要采用中（zhōng）温液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注蜡，厚壁蜡模易缩凹，铸件尺寸精度并不太高，中（zhōng）大件对尺寸精度（dù）、表面粗糙度要求也没（méi）有小（xiǎo）件那么高，故中大件较（jiào）少采用硅溶（róng）胶(中温蜡)型壳。

4.2改进方向

(1)为（wéi）降低成本，保证质量，在（zài）解决了石英对中温蜡润湿性很差的难题后，采（cǎi）用石（shí）英石或熔融石英（yīng）代替（tì）锆英石（shí）无疑是一方向。熔融石英其热（rè）膨胀系（xì）数（shù）仅为5×10-7/℃，且其价格只（zhī）有（yǒu）锆英石的（de）1/6。在国外，熔融（róng）石（shí）英已逐步在扩大应（yīng）用范围（wéi）。

(2)采用快干（gàn）硅溶胶（jiāo）缩（suō）短制壳（ké）周期（qī）是（shì）国内外同行共同（tóng）努力的（de）方向(见前述)。

(3)研制国产的中（zhōng）温蜡或改进石蜡一硬脂酸低温蜡是我国精铸界（jiè）的重（chóng）要任（rèn）务。如何解决国产中温蜡或（huò）改进型的低温蜡回收处（chù）理的难题，使其在生产中（zhōng）能长期保持蜡（là）料性能不变（biàn）化是（shì）能否推广（guǎng）应用的关键。

5、结束语

(1)各种型壳工艺（yì）有（yǒu）其不（bú）同（tóng）的适用对象（xiàng），选择（zé）的依（yī）据是：铸件（jiàn）的质量要求、价位及交货期。综合考虑，正确选用zui经（jīng）济合理的（de）制壳工艺（yì）方案是保证生（shēng）产优质（zhì）、低成本铸（zhù）件的基础。

(2)水玻璃型壳虽有（yǒu）不少优点但粘结剂本身固有的缺点（diǎn）使铸件质量难以提高，质（zhì）量（liàng）稳定性也差。今后将会逐（zhú）步被复合型壳，尤（yóu）其是（shì）成本（běn）低的石英一（yī）硅溶胶复合壳所取代。

(3)硅溶胶是（shì）理想的粘结剂（jì），其型（xíng）壳（ké）质量（liàng）高（gāo），铸件质量稳定，返（fǎn）修率低，是今后的（de）发展方向。石英石、熔融石英耐火料在面层型壳中的应用，快干硅（guī）溶胶（jiāo）的推广，将其生产成本及制壳周（zhōu）期大（dà）大（dà）降低和缩短，克（kè）服了这2点不足，硅（guī）溶胶（jiāo）型壳(低温蜡或中温蜡)将（jiāng）在我国（guó）精铸（zhù）界得（dé）到广泛（fàn）应用（yòng），毕竟高的铸件质量是（shì）zui重要的指标。