对（duì）目前国内（nèi）精铸行业中广（guǎng）泛应用的4种制壳工艺的特点进行了分析（xī）对比。从精铸件质量比较，水（shuǐ）玻（bō）璃型壳较差，复合型壳、硅溶胶-低温（wēn）蜡型壳次之，硅溶胶一（yī）中温蜡（là）型壳zui好。而（ér）从制壳成本比较（jiào），水玻璃型壳（ké）zui低，硅溶胶一（yī）中温蜡（là）型壳zui高。对这4种制壳工艺分（fèn）别提出了（le）改进措施。

目（mù）前国（guó）内精铸件生产中广泛采用的制（zhì）壳工艺（yì）有（yǒu）以下（xià）4种：

A．水玻璃型壳；

B．复（fù）合型壳；

C．硅溶（róng）胶型壳(低温蜡)；

D．硅溶（róng）胶型壳(中温蜡)。前3种方案均使用低温（wēn）蜡(模)。

我（wǒ）公司（sī）4种工艺兼有，以充（chōng）分（fèn）满足（zú）市场对（duì）精铸件质量、价位的（de）不同（tóng）需求、增加市场竞争力和适应力（lì）。

1、水玻璃型（xíng）壳

这（zhè）一工艺在国内已有近50年的生（shēng）产历史，其厂点数至今仍占我国精铸厂家的75%以上。经过精铸（zhù）界同仁个半世纪的不懈努力（lì），水（shuǐ）玻（bō）璃型（xíng）壳工艺的应用和研究（jiū）已（yǐ）达到（dào）了很高水平。

多年来由于背层型（xíng）壳耐火（huǒ）材料的改（gǎi）进和新型硬（yìng）化剂的推广应用，水玻璃型壳（ké）强度有了（le）成倍增长。铸（zhù）件表面质量、尺寸精度（dù）及成品率有了很大提高，目前（qián）仍占很大的市（shì）场份额，并替代国外砂铸件成（chéng）批出口。

低廉的成本、zui短的生产周（zhōu）期、优良的脱壳（ké）性（xìng）能及（jí）高透气性至今仍是其他任何型壳工（gōng）艺所不及的优点。但铸（zhù）件（jiàn）的质量，包括表面粗糙度、缺陷数量、尺寸精度、成（chéng）品（pǐn）率、返修率等均比其他3种工艺要差（chà）

1.1存在的主要（yào）问题

(1)水玻璃粘结剂固（gù）有的缺点是Na2O含量（liàng）高（gāo），型（xíng）壳高温强度、抗蠕变能力（lì）远不（bú）及硅（guī）溶剂型壳（ké）(只有它的1/30-1/50)。加（jiā）之面层耐火料（liào）采用了价低质次、粒度级配不（bú）良的石英砂(粉)，硬化剂（jì）至今仍限于使用氯化氨，因而（ér）必然不能获得（dé）高质量（liàng）的（de）精铸件。

(2)型壳生产条件差（chà），缺乏严格的生产过程及参数的控制。由（yóu）于（yú）硬化剂的强腐蚀性，除尘设备的（de）简陋，很少（shǎo）车间（jiān）有恒温、恒湿、除尘的生（shēng）产（chǎn）环境（jìng）。影响型壳和（hé）铸件质量的涂（tú）料（liào）配制、硬化（huà）、风干、脱蜡（là）等工序，极少按行业规定的操作规范严格控（kòng）制。如定期检测涂料粘度、涂（tú）片重（chóng）、硬化剂（jì）浓度、pH值等。型壳风干处的温度（dù）、湿度、风速等更（gèng）是不加控（kòng）制（zhì），故常在（zài）高、低温或梅雨季节（jiē）发生（shēng）批量报（bào）废的质量事故（gù）。总之，大（dà）部（bù）分工厂停留在手工作坊阶段，靠技（jì）艺而不是靠科学的质量管理进行生（shēng）产。这是水玻璃型（xíng）壳数十年来（lái）铸件质量不稳定、废品率、返（fǎn）修率高的重要原（yuán）因之一。

1.2改进方向

(1)采用高纯度的硅（guī）微粉(脉（mò）石英)代（dài）替常用的（de）低品位的石（shí）英砂粉作面层耐火材料（liào），并应用（yòng）“双峰”型粒度级配的圆形石英（yīng）粉（fěn）配制面（miàn）层涂料。不仅可提（tí）高面层（céng）型壳的热化学（xué）稳定性，而且可以获得高（gāo）粉液比涂料。我（wǒ）厂用模（mó）数为3.4、密（mì）度为1.28g/cm3的水玻璃配料（liào），粉液比可达（dá）到（dào）1.4。硅微粉的（de）技术要求见。

经（jīng）湿（shī）法球磨、单槽沉淀、磁（cí）选及离子高纯水处理，自然形成（chéng）圆形，双峰粒度级配，这种高纯低杂质的粉粒，比人工级配更理想。已在我公司实（shí）际（jì）应用，效果良好。

(2)加强制（zhì）壳工序的（de）现（xiàn）场质量管理（lǐ），按行业标（biāo）准操（cāo）作。同时应将涂料（liào）、撒砂、硬化场地与型（xíng）壳干（gàn）燥（zào）间（jiān）隔离（lí）。后者控制（zhì）温度、湿度，前者加强除尘、防腐，从而有利（lì）于型壳质量的稳定及改善操作环（huán）境。

(3)采用石英-硅溶胶型壳代（dài）替一、二层石英-水玻璃（lí）型壳，彻（chè）底（dǐ）取消面层和过渡层的水玻璃及氯化氨硬化剂。计算表明（míng）铸件成本仅增（zēng）加0.46元（yuán）/kg，而制壳生产周期（qī）与水玻璃型壳基本相同。

2、复合型壳

为克服上述水玻璃型壳的缺点，目前不少工厂将一（yī）、二层改用（yòng）锆英石及莫来（lái）石（shí）-硅溶胶（jiāo）型壳（ké）。背（bèi）层仍采用（yòng）原（yuán）有水玻（bō）璃型壳工艺。它是（shì）结合硅胶（jiāo）型壳的优（yōu）良的表面质量和（hé）水（shuǐ）玻璃（lí）低成本、短周期的优点的一种改进方案。与水玻璃型壳相比，其（qí）铸（zhù）件表面质量有了很（hěn）大提（tí）高，表面粗糙（cāo）度降低、表面缺陷减少、返（fǎn）修（xiū）率下降。可应用（yòng）于（yú）不锈钢（gāng）、耐热钢等高合（hé）金钢。生产周期（qī）则（zé）比低（dī）温蜡-硅溶胶型壳短得多（duō），与水玻璃型壳相近（jìn）。

2.1存在（zài）的主要问题

(1)由于背层（céng）保留了水玻璃粘（zhān）结剂，故（gù）其型壳整体高温强（qiáng）度、抗（kàng）蠕变能（néng）力比（bǐ）硅溶胶型壳低（dī）。其型焙烧温（wēn）度（dù）只限于950℃以下。900℃以后型（xíng）壳（ké）变形量增（zēng）加了30%。而（ér）硅溶胶型（xíng）壳焙烧温度可达（dá）1000-1200℃，在1000℃以前（qián）型（xíng）壳不（bú）变形。故复合型壳浇注的铸件尺寸精度(包（bāo）括形位公差)均比不上（shàng）硅溶胶（jiāo）型壳。往往在浇（jiāo）注大（dà）型(10kg以上)铸件时要采取增（zēng）加（jiā）硅溶胶型壳层数的方法(一般至少（shǎo）增加2层)以求获得高的高温强度及防（fáng）止铸件变形。

(2)由于（yú）型壳（ké）前2层是影响（xiǎng）型壳（ké）透气性的主因，由（yóu）水玻璃型壳改为硅溶胶后，型壳（ké）的整体透（tòu）气性大幅降低，在（zài）焙烧温度较（jiào）低、保温时间不够长时，常会造（zào）成铸件气孔及浇不（bú）足、冷隔等（děng）缺陷，故复合型壳较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件（jiàn）及（jí）特小件(小于50g)。又因型壳高温（wēn）强度不及硅溶胶（jiāo）型壳，更易造成上述废（fèi）品。总之，复合（hé）型（xíng）壳（ké）的（de）透（tòu）气性不如水玻璃（lí）型壳也（yě）不如硅溶胶型壳。

(3)复合型壳（ké）铸件（jiàn）质量稳定性（xìng）比水玻璃好（hǎo），但（dàn）远不如硅溶胶型壳。其背层仍保留水玻璃粘结（jié）剂，为（wéi）降低成本仍采用价（jià）格较低（dī）、质量不稳定（dìng）的耐火材料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方面与（yǔ）水玻璃（lí）型壳相（xiàng）同（tóng），导致铸件质量稳定性差。尤其是10kg以上的大件及1kg以下的小（xiǎo）件，废（fèi）品率及返修率均比硅溶（róng）胶（jiāo）型壳高（gāo）。

(4)复（fù）合型壳由于采用价（jià）昂的锆英石作面（miàn）层，其型壳成本是水（shuǐ）玻璃型壳的（de）4.5倍，若背层采（cǎi）用（yòng）莫来石砂粉（fěn），其（qí）型壳成本与硅溶胶型壳成（chéng）本（běn）相差无几，每（měi）kg铸件成本仅（jǐn）相（xiàng）差（chà）1元。其成本低的（de）优势（shì）并不明显（xiǎn）。

(5)复合型壳不能使用中温蜡料。中温（wēn）蜡不能使（shǐ）用热水脱蜡。在（zài）高压釜中脱蜡时，由于高温（wēn）、高压（yā）(170℃，0.7MPa)中温蜡（là）液会与背层中的水玻璃（lí）及残留硬（yìng）化剂产生剧烈的皂化（huà）反（fǎn）应(白色泡沫状皂（zào）化物)，不经回收处理无法回（huí）用。而硅溶（róng）胶型壳，则可以应用低、中温蜡，无（wú）此弊病。

综上所述，复合型壳是水玻（bō）璃型壳的改进，在铸件表（biǎo）面质量、成（chéng）品率及返修率方（fāng）面（miàn）比前者（zhě）优（yōu）越，但与硅溶胶型壳仍有本质差别。除（chú）生产周期较短，制壳（ké）成本（běn）稍（shāo）低之（zhī）外其铸件质量（liàng）及稳定（dìng）性不（bú）及硅溶胶型壳。

2.2改进方向

(1)采用石英代替锆英砂用于面层型壳耐火材料。铸件表面质量不完全取决于面层型壳耐火材料，而与（yǔ）粘结剂有密切关（guān）系，也（yě）与蜡（là）料有关(蜡模表面粗糙度、皂化（huà）物残留等（děng）)。复合型壳只能（néng）采用（yòng）低温蜡（là），大部分（fèn）应用于（yú）表面粗糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精度不甚高(CT4-CT6)的精铸件（jiàn），实践证明采用石英-硅溶胶面层代替锆英石-硅（guī）溶胶是完全可行的（de）。

这一措施使（shǐ）每t铸件型壳成（chéng）本由原4150-4830元下降到1360元，与水（shuǐ）玻璃型壳比仅增加460元。

(2)加强制壳工序尤其（qí）是背层制壳的质量管理及环（huán）境改善(详见本（běn）文1，2节（jiē）)。

(3)背层应（yīng）当（dāng）采用质量稳定（dìng）、高温性能（néng）优良而成本相对（duì）低廉的耐火材料，同时要（yào）兼顾与面层（céng）型壳耐火材料膨胀率（lǜ）相匹（pǐ）配。推荐下列2种常用的背层材料。

①耐火粘土-石英粉（fěn）涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐（nài）火（huǒ）砖废料破（pò）碎过筛而制（zhì）成)，其（qí）优点是来（lái）源广（guǎng）、价格低，其型壳（ké）高温强度和抗蠕（rú）变能力均高于（yú）莫来（lái）石、铝矾土。价格仅为铝（lǚ）矾土的1/2-1/3。它适（shì）用于锆英石或石英石作面层的复合型壳。

②耐（nài）火粘土（tǔ）-颗（kē）粒粉（fěn）涂（tú）料(体积（jī）比为3：7)，撒颗粒砂（shā）。此（cǐ）方案只适（shì）用于锆英石复（fù）合型壳。有些（xiē）工厂复合（hé）型壳背层（céng）采用莫来石砂粉或铝矾土（tǔ），其涂料性能（néng）较稳定（dìng），壳（ké）薄、易焙（bèi）烧，但成本过高且其型壳高温性能不（bú）及上（shàng）2种型壳。铝矾土（tǔ）脱壳性能（néng）较差。至于废陶瓷器（qì）皿、硫璃瓦、地砖等破碎而成（chéng）的材料（liào）价格虽低（dī），但未经高温烧（shāo）成，成分（fèn）复杂，型壳高温开裂倾向大，耐火度（dù）偏低。浇注后(尤其是（shì）厚大件)脱壳困难，不宜采用。

3、硅溶胶（低（dī）温蜡）型壳

这一工艺符（fú）合国情，在（zài）铸造1kg以上（shàng），特别（bié）是5kg以上中大件铸件时，具有更大的适应性和（hé）优越（yuè）性(与（yǔ）中温蜡相比)。

一般来说，中大铸件的质量要求，特别是（shì）表面粗糙度、尺寸精度以及（jí）形位（wèi）公差的要（yào）求（qiú）不会太高，采用高熔点中温蜡并无（wú）必（bì）要。中温蜡需要高压（yā）(大于6-7MPa)或（huò）液态蜡压注蜡模（mó），设备投资大。中（zhōng）温蜡（là）厚大蜡模易缩陷、变形、成本高。低（dī）温蜡成型容易（yì）、设备简单，而（ér）蜡模表面粗（cū）糙（cāo）度相差不大。

这一工艺比（bǐ）复合型壳质量稳（wěn）定，尤其是铸件尺（chǐ）寸精度高，因它没有水玻（bō）璃（lí）存在，型（xíng）壳高（gāo）温性（xìng）能好，在1000-1200℃焙烧（shāo）后型壳透气性高，抗蠕变能力强，既可（kě）适用于（yú）薄（báo）壁件，复杂结构的中小件，又（yòu）可（kě）生产（chǎn）重达50-100kg的特大件，如（rú）水泵、叶（yè）轮、导流壳、泵体、球阀体、阀板等。对（duì）于薄壁中小（xiǎo）件或大件可以采用叉壳或抬壳在炉前直接（jiē）浇注，更可获得高成品率。

3.1存（cún）在问（wèn）题

(1)由于采用（yòng）低温蜡，大部（bù）分型壳在水中脱蜡，难免有皂化物残（cán）留进入（rù）型壳中(尤（yóu）其是复合（hé）型壳（ké）及水玻璃（lí）型壳同时脱蜡（là）时)易（yì）产生铸件表面（miàn）夹杂，返修率稍（shāo）高，这是其缺（quē）点之一。

(2)制壳（ké）生（shēng）产周期长（zhǎng）是它的zui大缺点和（hé）不足（zú），尤其在生产大件（jiàn），有深孔、深槽件时，每层干燥常要24-48h。以（yǐ）50kg双流道叶轮为例，常须10-15d

制壳时间，稍（shāo）有未干（gàn）透之（zhī）死角，在水脱蜡时会造成硅溶胶回（huí）溶，型壳裂纹。

(3)硅溶胶（jiāo）型（xíng）壳（ké）(低温（wēn）蜡)型壳成本较（jiào）水玻璃型壳高5倍(每t铸（zhù）件（jiàn）制壳成本为5000元)，比复合型壳高17%。铸件成（chéng）本相应（yīng）较（jiào）高。

3.2改进方向

(1)为防止因低温蜡回收处理不彻底（dǐ）及用（yòng）水脱蜡时与复合型壳或水玻璃型（xíng）壳共（gòng）用同一热水槽，易产生铸件皂化物夹杂缺陷应采取以（yǐ）下措施。

①采用蒸气脱蜡(蒸气压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代（dài）替（tì）水脱蜡，不（bú）仅可以防止（zhǐ）皂化物（wù）夹杂而且型壳不易产生裂纹（wén），对（duì）铸件的质量稳定更有保障。

②若（ruò）采用热水脱蜡，应在水（shuǐ）中加（jiā）人体积（jī）分数为1%-3%的工业盐酸，脱蜡后再用含盐酸（suān）的热水冲洗（xǐ）每组（zǔ）型（xíng）壳以减少皂化物残留。尽可能不要与水玻璃型壳、复合型壳共用同一（yī）槽水脱（tuō）蜡，也可更（gèng）换水液，单独集（jí）中（zhōng）脱（tuō）蜡，以减少皂化物入壳。

③回收蜡处理可用盐（yán）酸的体积分数（shù）为3%-5%的酸化水（shuǐ），沸腾及沉淀时间要（yào）足够（gòu）长。冬季硬（yìng）化（huà）水温度低，水（shuǐ）玻璃及复合型壳（ké）中Na2O的残留量高，蜡料皂化也较严重，应多加盐酸处（chù）理回（huí）收（shōu）蜡，减少皂化物。蜡料处理后，及（jí）时补加硬脂酸也很（hěn）重要（yào）。

(2)为缩短制壳生产（chǎn）周（zhōu）期，可（kě）采用“快（kuài）干硅溶胶”制（zhì）壳，此工艺已日渐成熟，其（qí）各层型壳干燥时间可缩短1/2以上。小件各层(除zui后层（céng）外)干燥仅须3h，制壳时间（jiān）由原（yuán）63h缩短为24h。中大（dà）件也较一般硅溶胶缩（suō）短（duǎn）50%。而其市（shì）场价只提高20-30%，完全可（kě）由场地、电耗的减少（shǎo）及生产率的（de）提高来弥补。快干（gàn）硅溶胶的推广应用（yòng）是硅溶（róng）胶制（zhì）壳工艺的改（gǎi）革必由之路，将会逐步扩大（dà）应用（yòng）。

(3)为降（jiàng）低（dī）硅溶胶型壳的成本，zui有效的方法是采用石英石（shí）代替锆英（yīng）石作（zuò）面层（céng）型壳耐（nài）火材料（liào）。目前锆英石耐火材料占整个硅溶（róng）胶制壳成本的60%，改用石英后每t铸件制壳成（chéng）本由5000元（yuán）降（jiàng）为2210元，下降55.8%。中（zhōng）大件可采用熔融石英（yīng）砂(粉)取代（dài）锆英砂（shā）(粉（fěn）)已逐步（bù）在推（tuī）广应用。

4、硅溶胶（中温蜡）型壳

这是国际上通（tōng）用的精铸件生产工艺，它具有zui高的（de）铸件质量、zui低的返修率，特别适合于（yú）表面（miàn）粗糙度（dù）要求高(Ra0.8-3.2)，尺寸（cùn）精度高(CT3-CT5级)的中小件、特（tè）小件(2-1000g)。但由于（yú）设备及成本***，较少应用于中大（dà）件（jiàn）(5-100kg)。

4.1存（cún）在问（wèn）题

(1)成本高（gāo），其型壳（ké）生产成本是水玻璃型壳的8倍。比低温蜡-硅溶胶型（xíng）壳（ké）也高出25%。主要原因是其制壳、蜡模材料成本高，且设（shè）备耗电也大得多（duō），设备投（tóu）资也（yě）大。

(2)生产周期（qī）与（yǔ）低温蜡-硅（guī）溶胶型壳相同，比水（shuǐ）玻璃及（jí）复合型壳长得多。

(3)生产5-50kg的中大件（jiàn）往往要（yào）采用中温液态蜡(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，中大件（jiàn）对尺寸精度、表（biǎo）面粗糙度要求也（yě）没有小件那么高，故中大件（jiàn）较少采用硅溶胶（jiāo）(中温蜡（là）)型（xíng）壳。

4.2改进方向（xiàng）

(1)为降低成本，保证质量，在解决了（le）石（shí）英（yīng）对中温蜡润（rùn）湿（shī）性很差的难题后，采用石英石或熔融石英代（dài）替（tì）锆（gào）英石无疑是一方（fāng）向。熔融石英其热膨胀系数仅（jǐn）为5×10-7/℃，且其价格只有锆（gào）英（yīng）石的1/6。在国外，熔融石（shí）英已逐步在扩大（dà）应用范围。

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

(3)研（yán）制国产的中温（wēn）蜡（là）或（huò）改进石蜡一硬（yìng）脂酸低温蜡是我（wǒ）国精铸界的重（chóng）要任务。如（rú）何解决国产中（zhōng）温蜡或改（gǎi）进型的低温蜡回收（shōu）处理的难题，使（shǐ）其在生产中（zhōng）能（néng）长期保持蜡料性（xìng）能不变化是能否（fǒu）推广应用的关键（jiàn）。

5、结束（shù）语

(1)各种型壳工艺有其不同的适用对象，选择的依据是：铸件的质量要（yào）求、价（jià）位及交货期。综合考（kǎo）虑，正（zhèng）确选用zui经（jīng）济（jì）合（hé）理的制（zhì）壳工艺方案是保证生产（chǎn）优质、低成（chéng）本铸件的基础。

(2)水玻璃型（xíng）壳虽有不少优（yōu）点但（dàn）粘（zhān）结剂本（běn）身固有的缺点使铸件质量难以提高，质（zhì）量稳定性也差。今后将会逐步被复合型（xíng）壳，尤（yóu）其是成本低的石英一硅溶胶复合壳（ké）所取代。

(3)硅（guī）溶（róng）胶是理想的粘结剂（jì），其型壳（ké）质量高，铸件质量稳定，返修率低，是今（jīn）后的发（fā）展方向。石英石、熔融石英耐（nài）火料在面层型壳中的应（yīng）用，快干（gàn）硅溶胶的推广，将其生产成本及（jí）制壳周期大大降低和缩短，克服了（le）这2点（diǎn）不足，硅溶胶型壳(低（dī）温蜡或（huò）中温蜡)将（jiāng）在我国精铸界得到广（guǎng）泛应用，毕竟（jìng）高的铸件质量是zui重要的指标（biāo）。