对目前国内精铸行业中广泛应用的4种制壳工艺的（de）特点进行（háng）了（le）分析（xī）对比（bǐ）。从精铸件质量比（bǐ）较，水玻璃型壳较差，复合（hé）型壳（ké）、硅（guī）溶（róng）胶（jiāo）-低温蜡型（xíng）壳次之，硅（guī）溶胶（jiāo）一中温蜡型壳（ké）zui好。而从（cóng）制壳（ké）成本比（bǐ）较，水玻（bō）璃型（xíng）壳zui低，硅溶胶一中温蜡型（xíng）壳zui高。对这4种制（zhì）壳工艺（yì）分别提出了改进措施。

目前国内（nèi）精铸件生产中广泛采用的制（zhì）壳（ké）工艺有以下4种：

A．水玻璃（lí）型壳；

B．复合型（xíng）壳；

C．硅（guī）溶胶型壳(低温蜡（là）)；

D．硅溶（róng）胶（jiāo）型壳(中温蜡)。前3种方案均（jun1）使用低温蜡(模（mó）)。

我公司4种工艺兼有（yǒu），以充分（fèn）满足市场对精铸件质量、价位的不同需求、增加市场（chǎng）竞争（zhēng）力和适应力。

1、水（shuǐ）玻璃（lí）型壳

这一工（gōng）艺在国内已有近50年的生（shēng）产历史，其（qí）厂点数至今仍占我国精铸厂家的75%以上。经（jīng）过精铸（zhù）界同仁个（gè）半世纪的不（bú）懈努力，水玻璃型壳工艺的应用和研究已（yǐ）达到了很高水平。

多年来由于背（bèi）层型壳（ké）耐火（huǒ）材料的（de）改（gǎi）进和新型硬（yìng）化剂的推广应用，水玻璃型壳强度有了成倍增长。铸件表面质量、尺寸（cùn）精度及成（chéng）品率有了很大提高，目（mù）前仍占很大的市场份额，并（bìng）替代国外砂（shā）铸件成批出口。

低廉的成本、zui短的生产周期（qī）、优良的脱壳性能（néng）及高透气性至今仍是其他任何型壳（ké）工艺所（suǒ）不及的（de）优点。但铸件（jiàn）的质量，包括表面粗糙度、缺陷（xiàn）数量（liàng）、尺寸精度、成品率（lǜ）、返修率（lǜ）等均比（bǐ）其他（tā）3种工艺要差

1.1存在的主要问题

(1)水玻璃粘结剂固有的缺点是Na2O含量高，型壳高温强度、抗蠕变能（néng）力远（yuǎn）不（bú）及硅溶剂型壳(只有它的1/30-1/50)。加之面层耐火（huǒ）料（liào）采用了（le）价低质次、粒（lì）度级配不（bú）良（liáng）的石英砂（shā）(粉)，硬化（huà）剂至今仍（réng）限于使用氯化（huà）氨，因（yīn）而（ér）必然不（bú）能获（huò）得（dé）高质量的精铸件。

(2)型壳生产条件差，缺乏严格的生产过程及（jí）参数的控制。由于硬（yìng）化剂的强（qiáng）腐蚀（shí）性，除尘设备的简陋，很少车间有恒温、恒湿（shī）、除尘的生产环境。影响型壳和铸件（jiàn）质量的涂料配制、硬化、风（fēng）干、脱蜡等（děng）工序，极少按行业规定的（de）操作规（guī）范严格控制。如定期检测涂料粘度（dù）、涂片重、硬化剂（jì）浓（nóng）度、pH值（zhí）等。型（xíng）壳风（fēng）干处的温度、湿度、风速等更（gèng）是（shì）不加控制，故常在高、低温或梅（méi）雨季节发生批量报废（fèi）的质量事故。总之（zhī），大部分工厂停留在手工作坊阶段（duàn），靠（kào）技（jì）艺而不（bú）是靠科学的质量管理进（jìn）行生产。这是水玻（bō）璃（lí）型壳数十年来铸（zhù）件质（zhì）量不（bú）稳定（dìng）、废品率、返修率（lǜ）高的重（chóng）要原因之一（yī）。

1.2改进（jìn）方向

(1)采（cǎi）用高纯度的硅微（wēi）粉（fěn）(脉石英)代替常用的低品位的石英砂粉作面层（céng）耐火材料（liào），并（bìng）应用“双（shuāng）峰”型粒度级（jí）配的圆（yuán）形石英（yīng）粉配制面层涂料。不仅（jǐn）可提（tí）高面层型壳的热（rè）化学稳定性，而（ér）且可以获（huò）得高粉（fěn）液比涂（tú）料。我（wǒ）厂用模数为（wéi）3.4、密度为1.28g/cm3的水（shuǐ）玻（bō）璃配料，粉液比（bǐ）可达（dá）到1.4。硅微粉的技术要求见。

经湿法球磨、单（dān）槽（cáo）沉淀、磁选（xuǎn）及离子高（gāo）纯（chún）水处理，自然形成圆形，双峰（fēng）粒度级配（pèi），这种高纯低杂质（zhì）的粉粒，比人工级配更理想。已在我公司实际应用（yòng），效果良好。

(2)加强制壳工序的现场（chǎng）质（zhì）量管理，按行业标准操（cāo）作。同时应将涂料、撒砂、硬化场（chǎng）地（dì）与型壳干燥间隔离。后者（zhě）控制温度（dù）、湿度，前者加（jiā）强除尘、防（fáng）腐（fǔ），从而有利于型壳质量的（de）稳定及改善操作环境（jìng）。

(3)采（cǎi）用石英-硅（guī）溶（róng）胶型壳代替一、二（èr）层石英-水玻璃型壳，彻底取（qǔ）消（xiāo）面层和过渡层的水玻璃及（jí）氯化（huà）氨硬化剂。计算表明铸件（jiàn）成本仅增（zēng）加0.46元/kg，而（ér）制壳生产周（zhōu）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（qián）不（bú）少工厂将一、二层改用锆英石及莫来（lái）石-硅溶胶型壳（ké）。背层仍采用原有水玻璃型壳工艺。它是结合（hé）硅胶（jiāo）型壳的优良的表面（miàn）质量和水玻璃低成本、短（duǎn）周期的优点（diǎn）的一种改（gǎi）进方案。与水玻璃（lí）型壳（ké）相比（bǐ），其铸件表面质（zhì）量有了很大（dà）提高，表（biǎo）面粗糙度降低、表面缺陷减少、返修率下降。可（kě）应用（yòng）于不（bú）锈钢、耐热钢等高合金钢（gāng）。生（shēng）产周期则比低温（wēn）蜡-硅溶胶型壳短得（dé）多，与水玻璃型壳（ké）相近。

2.1存在的主要问题

(1)由于（yú）背层（céng）保留了水玻璃粘结剂，故（gù）其型壳整体高温强度、抗蠕变能力比硅溶胶型壳低。其型焙烧温度只限于（yú）950℃以下。900℃以后（hòu）型壳变形量增加了30%。而硅（guī）溶胶型壳（ké）焙烧（shāo）温度可达1000-1200℃，在1000℃以（yǐ）前型壳不变形。故复合型（xíng）壳浇（jiāo）注的铸件尺寸精度(包（bāo）括（kuò）形位公（gōng）差)均比不上硅溶胶型壳（ké）。往往在浇注大型（xíng）(10kg以（yǐ）上)铸件时（shí）要采取增加硅溶（róng）胶型壳层数的方法（fǎ）(一（yī）般至少增（zēng）加2层)以求获得高的高温强（qiáng）度及防止铸件变形。

(2)由于型壳（ké）前2层是影响型（xíng）壳透气性的主因，由水玻璃（lí）型壳改（gǎi）为（wéi）硅（guī）溶胶后，型壳的整体透气性大（dà）幅降低，在焙（bèi）烧温度较（jiào）低、保温时间不够长时，常（cháng）会造成铸件气孔及浇不足（zú）、冷（lěng）隔等缺陷，故复合型壳较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件及特（tè）小件(小于50g)。又因（yīn）型壳高温强（qiáng）度（dù）不（bú）及硅溶胶型（xíng）壳，更易（yì）造成上述废品。总之，复合（hé）型壳的透气性不如水玻璃型（xíng）壳也不如硅溶胶型（xíng）壳。

(3)复合型壳（ké）铸件质量稳定性比水玻璃（lí）好（hǎo），但远不如硅溶胶型壳。其（qí）背层仍保留水玻璃粘结剂，为降低成本仍采（cǎi）用价格较低、质量不稳定（dìng）的耐火（huǒ）材料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方面与水玻璃型壳相同，导致铸（zhù）件质量（liàng）稳定性差。尤其是10kg以上（shàng）的大件（jiàn）及1kg以下的小（xiǎo）件（jiàn），废品率及返修（xiū）率均比（bǐ）硅（guī）溶胶型（xíng）壳高。

(4)复合型壳由于采用价（jià）昂的锆英石作面层，其型壳成本是水玻璃型壳的4.5倍，若背层采用莫来石砂粉，其型壳成本与硅（guī）溶（róng）胶型壳成（chéng）本相差无几，每（měi）kg铸件（jiàn）成本仅相差1元。其成本低的（de）优（yōu）势并不明显。

(5)复合（hé）型壳不能使（shǐ）用中（zhōng）温蜡（là）料。中温蜡不能使用热水脱蜡。在高压釜（fǔ）中脱（tuō）蜡时，由于高温、高压(170℃，0.7MPa)中（zhōng）温蜡液会与背层中的水玻璃及残留（liú）硬化剂（jì）产（chǎn）生剧烈的皂化反应(白色泡沫状皂化物（wù）)，不（bú）经回收处理无法（fǎ）回（huí）用。而硅溶（róng）胶（jiāo）型（xíng）壳，则可以应用低（dī）、中温蜡，无（wú）此（cǐ）弊病。

综上所述（shù），复合型壳是（shì）水玻璃型壳的改进，在铸件表面质量、成品率及返修率方面比前者优越（yuè），但（dàn）与硅溶胶型壳（ké）仍有本质差别。除（chú）生产周期较短，制壳成本稍（shāo）低之外（wài）其（qí）铸（zhù）件质量及稳定性（xìng）不及硅（guī）溶胶型壳。

2.2改（gǎi）进方向

(1)采用石（shí）英代替锆英砂用于面层型壳耐火（huǒ）材（cái）料。铸件（jiàn）表面质（zhì）量（liàng）不完全取决于面层型壳耐火材料，而（ér）与粘结剂（jì）有密切（qiē）关系，也（yě）与蜡料有关(蜡模表面粗糙度、皂化物残留等)。复合型壳只能采（cǎi）用（yòng）低温蜡，大部分应（yīng）用于表面粗糙度中等（děng）(Ra=6.3-12.5)、尺寸精度不甚高(CT4-CT6)的精铸件，实践证明采（cǎi）用石英（yīng）-硅溶胶（jiāo）面（miàn）层代替锆（gào）英（yīng）石-硅溶胶是完全可（kě）行的。

这一措（cuò）施（shī）使每t铸件（jiàn）型壳成本由原4150-4830元（yuán）下降到1360元，与水（shuǐ）玻璃型壳比（bǐ）仅增加460元。

(2)加强制壳工序尤其是背层制壳（ké）的质量（liàng）管理及环境改善（shàn）(详见（jiàn）本文（wén）1，2节)。

(3)背层应当采用质量稳定、高温（wēn）性能优良而（ér）成（chéng）本相对低廉的耐火材料，同时要兼顾与面层型壳耐（nài）火材料膨胀率相匹配。推荐下列2种常用的背（bèi）层材料。

①耐火粘土-石英粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破碎过筛而制成（chéng）)，其优点是来源广、价格低（dī），其型壳高温强度和抗蠕变能（néng）力均高于莫来石、铝矾土（tǔ）。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它（tā）适（shì）用于（yú）锆英（yīng）石或石英石作面层的复合（hé）型壳。

②耐火粘土-颗粒粉涂料(体积比为3：7)，撒颗粒砂（shā）。此方案只适用于锆（gào）英石复合型（xíng）壳。有些工（gōng）厂复合（hé）型（xíng）壳背（bèi）层采用莫来石砂粉或铝矾土，其涂料性能较稳定，壳（ké）薄、易焙烧，但成本（běn）过（guò）高且其型壳高温（wēn）性能不及上2种型壳。铝矾土脱壳（ké）性能（néng）较差。至于废陶瓷器皿（mǐn）、硫璃瓦、地砖等破（pò）碎而成的材料价格虽低（dī），但未经高温（wēn）烧成，成分复杂，型壳（ké）高温开裂倾向大，耐火度偏低。浇（jiāo）注（zhù）后(尤其是厚（hòu）大件)脱壳困难，不宜采（cǎi）用。

3、硅（guī）溶（róng）胶（jiāo）（低温蜡）型壳

这一（yī）工艺符合国情，在铸造1kg以上（shàng），特（tè）别是5kg以（yǐ）上中（zhōng）大件铸件时，具有更大的适应性和优越性（xìng）(与中温蜡相比)。

一（yī）般（bān）来说，中大铸件的质（zhì）量要（yào）求，特别是（shì）表（biǎo）面粗糙度、尺寸精度（dù）以及形位公差的要求不会太高，采用高熔点中温（wēn）蜡并无必要。中温蜡（là）需要高压(大于6-7MPa)或液态蜡压（yā）注蜡模，设备投（tóu）资大。中温蜡厚大（dà）蜡模易缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容易、设备简单，而蜡模表面（miàn）粗糙度相差不大（dà）。

这一工艺比复合型壳质量稳定（dìng），尤其是（shì）铸件尺寸精度高，因（yīn）它没有水玻璃存在，型壳高温性能好（hǎo），在1000-1200℃焙烧后型壳透气（qì）性高（gāo），抗蠕变能力（lì）强，既可（kě）适（shì）用于薄（báo）壁件，复杂（zá）结构的中小（xiǎo）件，又（yòu）可生产重（chóng）达50-100kg的特大件，如水泵、叶（yè）轮、导流（liú）壳（ké）、泵体、球阀（fá）体（tǐ）、阀板等（děng）。对于薄壁中小件或（huò）大件可以（yǐ）采用（yòng）叉壳或抬（tái）壳在炉前直接浇注，更可获得高成品（pǐn）率。

3.1存在问（wèn）题

(1)由于采用低温蜡，大部（bù）分型壳在水中脱蜡，难免有皂（zào）化物残留进入（rù）型壳（ké）中（zhōng）(尤（yóu）其是复（fù）合型壳（ké）及水玻璃型（xíng）壳同时脱蜡（là）时)易产生铸（zhù）件表（biǎo）面（miàn）夹杂，返修率稍高，这是（shì）其缺点之一。

(2)制壳生产周期长是（shì）它的zui大缺点（diǎn）和不足，尤其在（zài）生产大件，有深孔、深（shēn）槽件时（shí），每（měi）层干燥常要24-48h。以（yǐ）50kg双流（liú）道叶轮为例，常须10-15d

制（zhì）壳时间，稍有未干透之死角，在水脱蜡时会（huì）造成硅（guī）溶胶回溶，型壳裂纹。

(3)硅溶胶型壳(低温蜡)型壳成本较（jiào）水玻璃型（xíng）壳高5倍(每t铸件制壳成本为5000元（yuán）)，比（bǐ）复合型壳高17%。铸件成本相应较（jiào）高。

3.2改进方向

(1)为防止因低温蜡回收处理不（bú）彻底及用水脱蜡（là）时与复合型壳或水玻璃型壳共用同（tóng）一热（rè）水槽，易（yì）产生铸（zhù）件皂化物夹杂缺陷应采取以下措施。

①采（cǎi）用蒸气脱蜡(蒸气压（yā）力（lì）0.2-0.4MPa，温（wēn）度120-130℃)代（dài）替（tì）水脱蜡，不仅可以（yǐ）防止皂化物夹杂而且型壳不易产（chǎn）生裂纹，对铸件（jiàn）的质量稳定更（gèng）有保（bǎo）障。

②若采用热水脱蜡，应在水中加人体积分数（shù）为1%-3%的工业盐酸，脱蜡（là）后（hòu）再用（yòng）含盐酸的（de）热水冲洗每组型壳以减少（shǎo）皂化（huà）物残留（liú）。尽可能不要与水玻璃型壳、复合型壳共用同一槽水脱蜡，也可（kě）更换（huàn）水液，单（dān）独集中（zhōng）脱蜡，以减少皂化物入壳。

③回收蜡处理可（kě）用盐酸的体（tǐ）积分数为3%-5%的酸化水，沸腾（téng）及沉淀（diàn）时间要（yào）足（zú）够长。冬季硬化水温度低（dī），水（shuǐ）玻璃及复合（hé）型壳中Na2O的残留量高（gāo），蜡料皂化也较（jiào）严重，应多加盐酸处理回收蜡，减（jiǎn）少皂化物。蜡料处（chù）理后，及时补加硬脂酸也很重要。

(2)为缩短制壳生产周期，可采用“快干（gàn）硅溶胶（jiāo）”制壳，此工艺已日渐成（chéng）熟，其（qí）各层型（xíng）壳干燥时间可缩短（duǎn）1/2以上。小件各层(除zui后层外)干燥仅须3h，制壳时（shí）间由原63h缩短为24h。中（zhōng）大件也较一般（bān）硅溶胶缩短50%。而（ér）其市场价只提高20-30%，完（wán）全可由场地（dì）、电耗的（de）减（jiǎn）少及生产（chǎn）率的（de）提高（gāo）来弥补。快干硅溶胶的推广应用是硅溶胶（jiāo）制壳工（gōng）艺的改（gǎi）革必（bì）由（yóu）之（zhī）路，将会逐步（bù）扩（kuò）大应用。

(3)为（wéi）降（jiàng）低（dī）硅溶胶型壳的成本，zui有效的方法是（shì）采用石（shí）英石代替锆（gào）英石作（zuò）面层型壳耐火材料。目前锆英石耐火材料占整个硅溶（róng）胶制壳成（chéng）本的（de）60%，改用石英（yīng）后每t铸件制壳（ké）成本（běn）由5000元（yuán）降为（wéi）2210元，下降55.8%。中大（dà）件可采用熔融石英砂(粉)取代锆英砂（shā）(粉（fěn）)已逐步在（zài）推（tuī）广应用。

4、硅溶胶（中温蜡）型壳

这是（shì）国（guó）际上通（tōng）用的精铸件生产工艺（yì），它具有zui高的（de）铸件质（zhì）量（liàng）、zui低的返（fǎn）修率，特（tè）别适合于表面粗糙度要求高(Ra0.8-3.2)，尺寸（cùn）精度高（gāo）(CT3-CT5级)的（de）中小件、特小件(2-1000g)。但由于设备及成本***，较少应（yīng）用于中（zhōng）大件(5-100kg)。

4.1存（cún）在问题

(1)成本（běn）高，其型（xíng）壳生（shēng）产成（chéng）本是（shì）水玻璃型（xíng）壳的8倍。比低温蜡-硅溶胶型壳也高出25%。主（zhǔ）要（yào）原因是其制壳（ké）、蜡模（mó）材料成本（běn）高，且设备耗电也（yě）大得多，设备投资也大。

(2)生产（chǎn）周期与（yǔ）低温蜡（là）-硅（guī）溶（róng）胶型壳（ké）相（xiàng）同，比水（shuǐ）玻璃（lí）及复合型壳长得多。

(3)生产5-50kg的中大件往往要采用中温液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注（zhù）蜡，厚壁蜡模（mó）易缩凹，铸件（jiàn）尺（chǐ）寸精度并不太（tài）高，中大（dà）件对尺寸精度（dù）、表（biǎo）面粗糙度要求也（yě）没有小件那么高（gāo），故中大件较少采用硅溶胶(中温蜡)型壳（ké）。

4.2改进（jìn）方向

(1)为降低（dī）成本，保证质量，在解（jiě）决（jué）了石英对中温蜡（là）润湿性很差（chà）的难（nán）题后，采用石英石（shí）或熔融石英代替锆英石无疑（yí）是一（yī）方（fāng）向。熔融（róng）石英（yīng）其热膨胀系数仅（jǐn）为5×10-7/℃，且其价格只有锆英石的（de）1/6。在国外，熔融石英（yīng）已逐步在扩大应（yīng）用（yòng）范围。

(2)采用快干（gàn）硅溶胶缩短制壳周期是国内（nèi）外同行共同努力（lì）的方向(见前述)。

(3)研制国产的中温（wēn）蜡或改（gǎi）进石蜡一硬脂酸（suān）低温蜡是我国（guó）精铸（zhù）界的重要任务。如（rú）何解决国产中温蜡或改进型的（de）低温蜡回收处理的难题，使其在生产中能长期保持蜡料（liào）性能不变化是能否（fǒu）推广应用的关键。

5、结束语

(1)各种型壳工艺有（yǒu）其不同的适用对象，选择的依据是：铸（zhù）件的质量要求、价（jià）位及（jí）交（jiāo）货期。综合考虑，正确选用zui经济合理的制壳工艺方案是保证生产优质（zhì）、低成本铸件的基础（chǔ）。

(2)水玻璃（lí）型壳（ké）虽有不少优点但粘结剂本身固（gù）有（yǒu）的缺点使铸件质量（liàng）难以提高，质量（liàng）稳定性也差。今后将会逐步被复合型壳，尤其是成本低的石（shí）英一硅溶胶复合壳（ké）所（suǒ）取代。

(3)硅溶胶是理想的粘结剂，其型壳（ké）质量高，铸件（jiàn）质量（liàng）稳定（dìng），返修率低，是（shì）今后的发展方（fāng）向。石英石、熔融石英耐火料（liào）在面层型（xíng）壳中的应用（yòng），快（kuài）干硅溶胶的推（tuī）广（guǎng），将（jiāng）其生产成本（běn）及制壳（ké）周期大大降低和缩短，克服了这（zhè）2点不足，硅溶胶型壳(低温蜡或中温蜡)将在我国精铸界得到广泛应用，毕竟高的铸件质量是（shì）zui重要的指标。