对目前国（guó）内精（jīng）铸行业中广泛应用的4种制壳工（gōng）艺的（de）特点进行了分析对（duì）比（bǐ）。从精铸件质量比较，水玻璃型壳较差，复合型壳、硅溶胶-低温蜡型（xíng）壳次之，硅（guī）溶胶一中温蜡型（xíng）壳zui好。而从（cóng）制壳成本（běn）比（bǐ）较，水玻璃（lí）型壳zui低，硅溶（róng）胶一中温蜡型壳zui高（gāo）。对（duì）这4种制壳工艺分别提出了改进措施。

目前国内精铸件生产中广泛采用的（de）制壳工艺有以（yǐ）下（xià）4种：

A．水玻璃型壳；

B．复合型壳；

C．硅溶胶型壳(低（dī）温蜡（là）)；

D．硅溶胶型壳(中温蜡)。前3种方案（àn）均使用低温蜡(模)。

我（wǒ）公司4种（zhǒng）工艺兼有，以充（chōng）分满足市场对（duì）精铸件质量、价位的不（bú）同需求、增加市场竞争（zhēng）力和适应力。

1、水玻（bō）璃型壳

这一工艺在国内（nèi）已有（yǒu）近50年的生（shēng）产（chǎn）历史（shǐ），其厂点数至（zhì）今（jīn）仍占我国（guó）精铸（zhù）厂家的75%以上。经过精（jīng）铸界同（tóng）仁个半世纪的不懈（xiè）努力，水玻璃型壳工艺的应用和研究已达到了很高水平。

多年来由于背层型壳耐火材料的改进和新型硬化剂的推广应用，水玻璃型壳（ké）强度有了成倍增长。铸（zhù）件表面质量、尺寸精度及成品率有了很大提（tí）高（gāo），目前（qián）仍占很大的市场（chǎng）份额，并替代国外砂铸件成批出口。

低（dī）廉的成本、zui短的生产周期、优（yōu）良的（de）脱壳性能及高透气性至今仍是其他任（rèn）何型壳（ké）工艺所不及的优（yōu）点。但铸件的质（zhì）量，包括表（biǎo）面（miàn）粗糙度、缺陷数（shù）量、尺寸精（jīng）度、成品率（lǜ）、返修率等（děng）均比（bǐ）其他3种工艺要差

1.1存在的主要（yào）问题

(1)水玻璃粘结剂固（gù）有的缺（quē）点是Na2O含量高，型壳高（gāo）温强度、抗（kàng）蠕变能力远不及（jí）硅溶剂型壳（ké）(只有它的1/30-1/50)。加之面层耐（nài）火料采用了（le）价低（dī）质次、粒（lì）度级（jí）配不良（liáng）的石英砂(粉)，硬化剂至今仍限（xiàn）于使用氯化氨（ān），因而必然不能获得（dé）高（gāo）质量的精（jīng）铸件（jiàn）。

(2)型（xíng）壳生产条件差，缺（quē）乏严格的生产过程及参数的控（kòng）制。由于硬化剂（jì）的强腐蚀性，除尘设备的简陋，很少车间有恒温（wēn）、恒湿、除尘的（de）生产环境。影响（xiǎng）型壳和铸件质量的涂料配制、硬化、风干、脱（tuō）蜡等工序，极少按行（háng）业规定的操作（zuò）规范严格控制。如定期检测涂料粘度、涂片重、硬化剂浓（nóng）度、pH值等。型（xíng）壳风（fēng）干处的温度（dù）、湿度、风速等更是不加控制，故常在（zài）高（gāo）、低温或梅雨季节（jiē）发生批量报废的质量事故。总之（zhī），大部分工厂停（tíng）留在手工作坊阶段，靠技艺（yì）而不是靠科学的质量管理进行生产（chǎn）。这是水玻（bō）璃型壳数十年来铸（zhù）件质量不稳定、废品率、返（fǎn）修率（lǜ）高的重要原因之一。

1.2改进方向

(1)采用高纯（chún）度（dù）的硅微粉(脉（mò）石英)代替常用的低品位的石英砂粉作面层耐火材（cái）料，并应（yīng）用“双峰”型粒度级（jí）配的圆形石英粉配制面层涂料。不仅可（kě）提高（gāo）面层型（xíng）壳的热化学稳定性，而且可以获得高（gāo）粉液（yè）比涂料（liào）。我厂用模数为3.4、密度为1.28g/cm3的水（shuǐ）玻（bō）璃配料，粉液比可达到（dào）1.4。硅微粉的技术要（yào）求见。

经湿法球磨、单（dān）槽沉（chén）淀（diàn）、磁选及（jí）离子高纯水处（chù）理，自然形（xíng）成圆形，双峰粒度级配，这种高纯低杂质（zhì）的粉粒，比人工（gōng）级配更理想（xiǎng）。已在我公司实际应用，效果良好。

(2)加（jiā）强制（zhì）壳工序（xù）的现场质量管理，按行业标准操作。同时应将涂料、撒砂、硬化（huà）场地（dì）与型壳（ké）干燥（zào）间隔离。后者控制温（wēn）度（dù）、湿度，前者（zhě）加强除尘、防腐，从而有利于型壳质量的稳定及（jí）改善操作环境（jìng）。

(3)采用石英-硅（guī）溶胶型（xíng）壳代（dài）替一、二层石英-水玻璃（lí）型壳，彻底取（qǔ）消（xiāo）面（miàn）层和过渡层的水玻璃及氯化氨硬化剂。计算表明铸件成本仅增加0.46元/kg，而制壳（ké）生产周期与水（shuǐ）玻璃型壳基本相同。

2、复合型壳（ké）

为克服上（shàng）述水玻璃型壳的（de）缺点，目（mù）前不少工厂（chǎng）将一、二层改（gǎi）用锆英（yīng）石及莫来石-硅溶胶（jiāo）型壳（ké）。背层仍采用原有水玻璃型壳工艺（yì）。它是结合硅胶型壳的（de）优（yōu）良的表面质量（liàng）和水玻（bō）璃低成（chéng）本、短周期的优点的一种改（gǎi）进（jìn）方案。与水（shuǐ）玻璃型壳相（xiàng）比，其铸件表面（miàn）质（zhì）量有了很大（dà）提高，表面粗（cū）糙度（dù）降低、表面缺陷减（jiǎn）少、返修（xiū）率（lǜ）下降。可应用于不锈钢、耐（nài）热钢等高合金钢。生产周期则比低（dī）温蜡-硅溶胶型壳短得多，与水玻璃型壳相近。

2.1存在（zài）的主要问题

(1)由于（yú）背层保留了水（shuǐ）玻璃粘（zhān）结剂，故其型壳整体高温强度、抗蠕变（biàn）能力比硅溶胶（jiāo）型壳低。其型焙（bèi）烧温度（dù）只限于950℃以下（xià）。900℃以后（hòu）型壳（ké）变形量增加（jiā）了（le）30%。而硅溶胶（jiāo）型壳焙烧温度可（kě）达1000-1200℃，在1000℃以（yǐ）前型壳不变（biàn）形（xíng）。故复合型（xíng）壳浇注（zhù）的铸件尺寸（cùn）精度(包括形位（wèi）公（gōng）差)均比不上硅溶胶型壳。往往在浇注大型(10kg以上（shàng）)铸件时（shí）要采取增加硅溶胶型壳层数的（de）方法(一般至少增（zēng）加2层)以求（qiú）获得高（gāo）的高温强度（dù）及防止铸件变（biàn）形（xíng）。

(2)由（yóu）于（yú）型壳（ké）前2层是影响型壳透气性（xìng）的（de）主（zhǔ）因，由水玻璃型壳改（gǎi）为硅溶胶后，型（xíng）壳的（de）整（zhěng）体（tǐ）透气（qì）性（xìng）大（dà）幅（fú）降（jiàng）低，在焙烧温度较（jiào）低、保温时间不（bú）够长时，常会造成铸件气（qì）孔（kǒng）及浇不足、冷（lěng）隔等缺陷，故（gù）复（fù）合（hé）型壳（ké）较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件及特小件(小于50g)。又因型壳高温强度不及硅（guī）溶胶型壳，更（gèng）易造成上述废品。总（zǒng）之（zhī），复（fù）合型（xíng）壳（ké）的透气（qì）性不如水玻璃型壳也不如硅（guī）溶胶型壳。

(3)复合型壳铸件质量稳定性比（bǐ）水玻璃好（hǎo），但（dàn）远不如硅（guī）溶胶型壳。其背层仍保留水玻璃粘结剂，为降低成本（běn）仍（réng）采用价格较低、质量不稳定的耐火材（cái）料，如粘（zhān）土（tǔ）、颗（kē）粒粒砂（shā）等，且在制（zhì）壳工艺控制（zhì）方面（miàn）与水玻璃（lí）型壳相同，导致铸件（jiàn）质量稳定（dìng）性差。尤其是（shì）10kg以上的（de）大（dà）件（jiàn）及1kg以下的（de）小件，废品率及返修率均比硅溶胶（jiāo）型壳高。

(4)复合（hé）型壳由于采（cǎi）用价昂的锆英石作面层，其型壳成（chéng）本是（shì）水玻璃（lí）型（xíng）壳的4.5倍，若背层（céng）采（cǎi）用莫来（lái）石砂粉，其型壳成本与硅溶胶（jiāo）型壳成本相差无几，每kg铸件（jiàn）成本仅相差1元。其成本低的优势并不（bú）明显。

(5)复合型（xíng）壳不（bú）能使用中温蜡料。中温蜡不能使用（yòng）热水脱（tuō）蜡。在高压釜中脱蜡时，由于高（gāo）温、高压(170℃，0.7MPa)中（zhōng）温蜡（là）液会与背层中的水（shuǐ）玻璃及残留硬（yìng）化剂产生剧烈（liè）的皂（zào）化反（fǎn）应（yīng）(白色泡沫状皂化物)，不经回收处理无法回用（yòng）。而硅溶胶型壳（ké），则可（kě）以（yǐ）应用低、中温（wēn）蜡（là），无此弊（bì）病。

综（zōng）上所述，复合型壳是水玻璃型壳的改进，在（zài）铸件表面质量、成品率及返（fǎn）修率方（fāng）面比前者优越，但与硅溶胶型壳仍有本质（zhì）差别。除（chú）生产周期较（jiào）短，制壳成本稍（shāo）低之外其铸（zhù）件质量（liàng）及稳定性不及（jí）硅溶胶型壳（ké）。

2.2改进方向（xiàng）

(1)采用（yòng）石英代替锆英砂用于面层型壳耐火材料。铸件表面（miàn）质量不完全取决于面层型壳（ké）耐火（huǒ）材料，而与粘结剂有（yǒu）密切关系，也与（yǔ）蜡料有关(蜡模表面粗糙度、皂（zào）化物残留等)。复合型壳只能采用低温蜡，大部分（fèn）应（yīng）用（yòng）于表（biǎo）面粗糙（cāo）度中等（děng）(Ra=6.3-12.5)、尺（chǐ）寸精度不甚高(CT4-CT6)的精铸件（jiàn），实践证明采用石英-硅溶胶面（miàn）层代替锆英（yīng）石-硅溶胶是完全可行的（de）。

这一措施使每（měi）t铸（zhù）件（jiàn）型壳成本由原4150-4830元下降（jiàng）到（dào）1360元（yuán），与水玻璃型壳比（bǐ）仅增加（jiā）460元。

(2)加（jiā）强（qiáng）制（zhì）壳工（gōng）序尤其是（shì）背层制（zhì）壳的质（zhì）量（liàng）管理及（jí）环境改善(详见本文1，2节)。

(3)背层应当采用质量稳定（dìng）、高（gāo）温性能优良（liáng）而成（chéng）本相对低廉（lián）的耐火材料，同时要兼顾（gù）与面层型壳耐火材（cái）料膨胀率相（xiàng）匹配。推（tuī）荐下列（liè）2种（zhǒng）常用的背层材料。

①耐火粘土-石英粉涂料(各（gè）50%)，撒颗粒砂（shā）(耐（nài）火砖废料破碎过筛而制成)，其优点是来源广（guǎng）、价格低（dī），其型（xíng）壳高温强度和抗蠕变能力均高于莫来石、铝（lǚ）矾土。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它适用于锆英（yīng）石或石英石作（zuò）面层的复合型壳（ké）。

②耐火粘土-颗粒粉（fěn）涂料（liào）(体积比为3：7)，撒颗粒砂。此方案只适（shì）用于锆英石复合型壳（ké）。有些（xiē）工厂（chǎng）复（fù）合型壳背层采（cǎi）用莫来（lái）石砂粉或铝矾土，其涂（tú）料（liào）性能较稳定，壳薄、易焙（bèi）烧，但成本（běn）过高且其型（xíng）壳（ké）高（gāo）温性（xìng）能不及上2种型（xíng）壳。铝矾土（tǔ）脱壳（ké）性能较差（chà）。至（zhì）于废陶瓷器皿、硫璃瓦、地砖（zhuān）等破（pò）碎而成的（de）材料（liào）价格虽低（dī），但未（wèi）经（jīng）高温烧成，成分复杂，型壳高温开裂倾向大，耐火度偏低。浇注后(尤其是厚大件)脱（tuō）壳困难，不（bú）宜采用。

3、硅溶胶（低温蜡（là））型壳

这一工艺符（fú）合（hé）国情，在铸造1kg以（yǐ）上，特别是5kg以上中大件（jiàn）铸件时，具有更大的适应性和优越性(与中温蜡相比)。

一般来说，中大铸件的（de）质量要求，特（tè）别是表面粗糙度、尺寸（cùn）精度以及形位公差（chà）的要求不会太高，采用高熔点中温（wēn）蜡并（bìng）无必要。中温蜡需要高压（yā）(大于6-7MPa)或液态蜡压注蜡模，设备投资大。中温蜡厚大蜡（là）模易缩陷（xiàn）、变形（xíng）、成本高。低（dī）温蜡成型容易、设备简单，而蜡模表面（miàn）粗糙度相差不大。

这一工艺比复合型壳质量稳定，尤其是（shì）铸件尺寸精（jīng）度高，因它没有水玻璃存在，型壳高（gāo）温性能好，在1000-1200℃焙烧（shāo）后型壳透气（qì）性高，抗蠕（rú）变能力强，既可（kě）适用于薄壁件，复杂（zá）结构的（de）中（zhōng）小件，又可（kě）生产重达50-100kg的特大件，如水泵、叶（yè）轮、导流壳、泵体、球（qiú）阀（fá）体、阀（fá）板（bǎn）等。对于薄（báo）壁中小件或大件可以采用（yòng）叉壳（ké）或抬壳在（zài）炉前直接浇注，更可获得高（gāo）成品率。

3.1存在问题

(1)由于采用低温（wēn）蜡（là），大部分（fèn）型壳在水中脱蜡，难免有皂化物（wù）残留进入型壳（ké）中(尤其是复合型壳及（jí）水（shuǐ）玻（bō）璃型壳同时脱（tuō）蜡时)易产生铸件（jiàn）表面夹杂，返修率稍高，这是其缺点之一。

(2)制壳生产周期长是（shì）它的zui大缺点和不足，尤其在生产（chǎn）大件，有深孔、深槽件（jiàn）时（shí），每（měi）层干燥（zào）常（cháng）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（chéng）硅溶胶回溶，型壳裂（liè）纹。

(3)硅溶胶型（xíng）壳（ké）(低（dī）温（wēn）蜡)型壳成本较水玻璃型壳高5倍（bèi）(每t铸件制（zhì）壳成本为5000元)，比复合型壳高17%。铸件成本相应较高。

3.2改（gǎi）进方向

(1)为防止因低温蜡回（huí）收处理不彻底及（jí）用水脱蜡时与复合（hé）型（xíng）壳或水玻璃型壳共用同一热水槽，易产生（shēng）铸件皂化物夹杂缺陷应采取以下措施。

①采用蒸气脱（tuō）蜡(蒸气压（yā）力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代（dài）替水脱蜡，不仅可以防止皂化（huà）物夹杂而且型（xíng）壳不（bú）易产生裂纹，对铸件的质量稳（wěn）定更有保障（zhàng）。

②若采用热（rè）水脱蜡（là），应（yīng）在水（shuǐ）中加（jiā）人体积分（fèn）数为1%-3%的工业盐酸，脱蜡（là）后再用含盐酸的热水冲洗每组型壳以减少皂化物残留。尽可能不要与水玻璃型壳、复（fù）合（hé）型壳共用（yòng）同（tóng）一槽水脱（tuō）蜡（là），也可更换水液，单独集中脱蜡，以减少（shǎo）皂化物入壳。

③回（huí）收蜡处理（lǐ）可用盐（yán）酸的体积分数为3%-5%的酸化水（shuǐ），沸腾及沉淀时间要足够长。冬（dōng）季硬化（huà）水温度（dù）低，水玻璃及（jí）复合型壳（ké）中Na2O的（de）残（cán）留（liú）量高，蜡料皂化也（yě）较（jiào）严重，应多加盐酸（suān）处理回收（shōu）蜡，减少皂化物。蜡料处（chù）理后，及时补加（jiā）硬脂酸也很（hěn）重要（yào）。

(2)为缩短制壳（ké）生产周期，可采用“快干硅溶胶”制壳，此工艺已日渐成熟，其各（gè）层型壳干燥（zào）时间可缩短1/2以（yǐ）上。小件（jiàn）各层（céng）(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（guī）溶胶（jiāo）缩短50%。而其市场价只（zhī）提高20-30%，完全可由场地、电耗（hào）的减少及生产率的提（tí）高来弥补。快干（gàn）硅溶胶（jiāo）的推广应用是硅溶胶制壳（ké）工艺的改革必（bì）由之路，将会逐步扩大应用。

(3)为（wéi）降低硅溶（róng）胶型壳的成本，zui有（yǒu）效的方（fāng）法是采（cǎi）用石英（yīng）石代替（tì）锆英石作面层型壳耐火材料。目前锆英石耐火材料占整个硅溶胶制（zhì）壳成本（běn）的60%，改用（yòng）石英后每（měi）t铸件制壳成本由（yóu）5000元降为2210元，下（xià）降55.8%。中大件可采用熔融石（shí）英砂(粉（fěn）)取代锆（gào）英砂（shā）(粉)已逐步在推（tuī）广应用（yòng）。

4、硅溶胶（中温蜡（là））型壳

这是国际上通（tōng）用（yòng）的精铸（zhù）件生产工艺，它具有zui高的铸件质量、zui低的返修率，特别适合于表面粗糙度要求高(Ra0.8-3.2)，尺（chǐ）寸精度高(CT3-CT5级)的中小件、特（tè）小件(2-1000g)。但由于设备及成本***，较少应用于中（zhōng）大（dà）件(5-100kg)。

4.1存在问题

(1)成本（běn）高，其（qí）型（xíng）壳生产（chǎn）成本（běn）是水玻璃型壳的8倍。比低温蜡-硅溶胶型壳（ké）也高出25%。主要原因是其（qí）制壳、蜡模材料成本高，且设备耗电也大得多，设备投资也大。

(2)生产周期与（yǔ）低温（wēn）蜡-硅溶胶型壳相同，比（bǐ）水玻璃（lí）及复合（hé）型壳长得多。

(3)生产5-50kg的（de）中（zhōng）大件往往要（yào）采（cǎi）用中（zhōng）温（wēn）液态蜡(65-70℃)及（jí）高压(4.0-7.0MPa)注蜡（là），厚（hòu）壁蜡模易缩凹，铸件尺寸精度并不太高，中（zhōng）大件对尺寸精（jīng）度、表面粗糙度要求也没（méi）有小件那么高，故中大件较少采用硅溶胶(中（zhōng）温蜡)型壳。

4.2改进方向

(1)为降低（dī）成本（běn），保证质量，在（zài）解（jiě）决了（le）石英对中温蜡润湿性很（hěn）差的难题后，采用石（shí）英石或熔融石英代替锆英石无疑是一方向。熔融石（shí）英其热膨胀系数仅为5×10-7/℃，且（qiě）其（qí）价格只有锆（gào）英（yīng）石的（de）1/6。在国外，熔（róng）融石英已逐步在（zài）扩大应（yīng）用范围（wéi）。

(2)采用（yòng）快干（gàn）硅溶胶缩短制壳周期是国内（nèi）外同行（háng）共同努力的（de）方向(见前述)。

(3)研制（zhì）国产（chǎn）的（de）中温蜡或改进石蜡一硬脂酸低温蜡是我国精铸（zhù）界的重要任务。如何解决国产（chǎn）中（zhōng）温蜡或改进型的低（dī）温蜡回收处理的难题，使（shǐ）其在生产（chǎn）中能长期保持蜡料性（xìng）能不（bú）变化（huà）是能否推广（guǎng）应用的关键。

5、结束语（yǔ）

(1)各种（zhǒng）型（xíng）壳（ké）工艺有其不同的适（shì）用对象，选（xuǎn）择的依据是：铸件的质量要（yào）求、价位及（jí）交（jiāo）货期。综合考（kǎo）虑，正确选用zui经济合理的制（zhì）壳工艺方案是保证生产优质、低成本铸件的基础。

(2)水玻（bō）璃型壳虽有不少优点但粘（zhān）结剂本身固有的缺（quē）点使铸件质量难（nán）以提高，质（zhì）量稳（wěn）定性也差。今后将会逐步被复合型壳，尤其是（shì）成（chéng）本低的石英一硅溶胶（jiāo）复合壳所取代。

(3)硅溶胶是理想的粘结剂，其型壳质量高，铸（zhù）件质量稳（wěn）定（dìng），返修（xiū）率低，是今后的发（fā）展方向。石英石、熔融石英耐火料（liào）在面层型壳中的应用，快干硅溶胶的（de）推广，将其生产成（chéng）本（běn）及制壳周期大大降低（dī）和缩短，克服了这2点不足（zú），硅溶胶型壳(低（dī）温蜡或中温蜡（là）)将在我国精铸（zhù）界得到广泛应用，毕（bì）竟高的铸件质量是zui重要的指标（biāo）。