对目前国内精（jīng）铸行业中广泛应（yīng）用（yòng）的（de）4种（zhǒng）制壳工艺的特点进行了（le）分析对比。从精铸件质量比较，水玻（bō）璃型壳较差（chà），复合型壳、硅溶胶-低温蜡型壳次之，硅溶（róng）胶一中（zhōng）温蜡型壳（ké）zui好。而从制壳（ké）成（chéng）本（běn）比较，水玻璃型壳zui低，硅溶胶一中温蜡型壳（ké）zui高。对这4种制壳工艺分别提出了改（gǎi）进措施。

目前国内（nèi）精铸件生产（chǎn）中广泛（fàn）采用的制壳工艺（yì）有以（yǐ）下4种：

A．水玻璃型壳；

B．复合型壳；

C．硅（guī）溶胶型（xíng）壳(低温蜡)；

D．硅溶胶型壳(中温蜡)。前3种方案均（jun1）使用低温蜡（là）(模)。

我公司（sī）4种工（gōng）艺兼有，以充分满足市场对精铸件质量、价（jià）位（wèi）的不同需求、增加市场竞争力和适应力。

1、水玻璃型壳

这一工艺在（zài）国内已有近50年的生产历（lì）史，其厂点数至今仍占（zhàn）我（wǒ）国（guó）精铸（zhù）厂家的75%以上。经过（guò）精铸界同（tóng）仁个半世纪的不懈努力（lì），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（yú）背层型（xíng）壳耐火材料的改进和新型硬（yìng）化剂的推广应用，水玻璃型壳强度有（yǒu）了成倍增长。铸件表面质量（liàng）、尺（chǐ）寸精度及成（chéng）品率有了（le）很大提高（gāo），目前仍（réng）占很大的市场（chǎng）份额，并替代国外砂铸件成批出口。

低廉的成本、zui短的生（shēng）产周期、优良的（de）脱壳（ké）性能及高（gāo）透气性至（zhì）今仍（réng）是其他任何型（xíng）壳工艺所不（bú）及的优点。但铸件的质量，包括表（biǎo）面粗糙度、缺（quē）陷数量、尺寸精（jīng）度、成品率、返修率等均比其他3种工艺要差

1.1存在的主（zhǔ）要问（wèn）题

(1)水玻璃粘结剂固（gù）有的缺点是Na2O含（hán）量高，型壳高（gāo）温强度、抗蠕变能（néng）力远不及硅溶（róng）剂型壳（ké）(只有它（tā）的（de）1/30-1/50)。加之面层耐火料采用了价（jià）低质次、粒度级（jí）配不良的石（shí）英砂(粉)，硬（yìng）化剂至今仍限于使用（yòng）氯（lǜ）化氨，因而（ér）必然不能获（huò）得高质（zhì）量的精铸（zhù）件。

(2)型壳生产条件差，缺乏（fá）严格（gé）的生产过（guò）程（chéng）及参（cān）数的控制。由于硬化剂的强腐蚀性，除尘设备的（de）简（jiǎn）陋，很少车间有（yǒu）恒温、恒湿、除尘的生产环（huán）境。影响型壳和（hé）铸件质量的涂料配制（zhì）、硬化、风干、脱蜡（là）等工序，极少（shǎo）按（àn）行业（yè）规定的操作（zuò）规（guī）范严格控制（zhì）。如（rú）定期检测（cè）涂料粘度、涂（tú）片重、硬化剂（jì）浓度、pH值等。型壳风干处的（de）温度、湿（shī）度、风速等更是不加控制，故常在高、低（dī）温（wēn）或梅雨季节发生（shēng）批（pī）量报废（fèi）的（de）质量事故（gù）。总（zǒng）之，大部分（fèn）工厂停留在手工作（zuò）坊阶段，靠技艺而不是靠科学的质量管（guǎn）理进行（háng）生产。这是（shì）水玻璃型（xíng）壳数十年（nián）来铸件质（zhì）量不稳定、废（fèi）品率、返修（xiū）率高的重要原因之一。

1.2改进方向

(1)采用高纯度的（de）硅微粉(脉石英)代替常（cháng）用的低品（pǐn）位的石（shí）英砂粉（fěn）作面（miàn）层（céng）耐（nài）火（huǒ）材料，并应用“双（shuāng）峰”型（xíng）粒度（dù）级配的圆形石英粉配（pèi）制面层（céng）涂（tú）料。不仅可提（tí）高面层（céng）型壳的热化学稳定（dìng）性，而且可以（yǐ）获得高粉液比（bǐ）涂料。我厂用模数为3.4、密度为（wéi）1.28g/cm3的水（shuǐ）玻璃（lí）配料，粉液（yè）比可达（dá）到1.4。硅微（wēi）粉的技术（shù）要求见（jiàn）。

经湿（shī）法（fǎ）球磨、单槽沉淀、磁选及离子高纯水处（chù）理，自然形（xíng）成圆形，双（shuāng）峰粒（lì）度级配，这种高纯低杂质的粉粒，比人工级配更（gèng）理想。已在我公司实际应用，效果良好。

(2)加强制壳工序的现场质量管理，按（àn）行业标准操作。同时应将涂料、撒砂、硬化场地与型壳干燥间隔（gé）离。后者（zhě）控制（zhì）温度、湿度，前者加强除尘、防腐，从（cóng）而有利于型壳质量的稳定及改善（shàn）操（cāo）作环境。

(3)采用（yòng）石（shí）英-硅溶（róng）胶型壳代替一、二层石英-水玻（bō）璃型（xíng）壳，彻底取（qǔ）消面层和过渡层的水玻璃及氯化（huà）氨硬化剂。计算表明铸件成本仅增加0.46元/kg，而制壳生（shēng）产周期与水玻璃型（xíng）壳基本相同。

2、复合型壳

为克（kè）服上述水玻璃型壳的缺（quē）点，目前不少工厂将一、二层改用锆英石及莫来石-硅溶胶型（xíng）壳（ké）。背层仍（réng）采（cǎi）用原有水（shuǐ）玻璃型壳工艺。它是结合硅胶型（xíng）壳的优（yōu）良（liáng）的表面（miàn）质量和水玻璃（lí）低成本、短周期的优点（diǎn）的一种改进方案。与水玻璃型壳相比，其铸件表面质量有了很大提高，表面粗糙度降低、表（biǎo）面缺陷减少、返修率下降（jiàng）。可应用于（yú）不锈钢（gāng）、耐（nài）热钢等高合金钢（gāng）。生产周期（qī）则（zé）比（bǐ）低温蜡（là）-硅溶胶（jiāo）型壳短得（dé）多，与水玻璃型壳相近。

2.1存在的主要问题

(1)由于背层保留（liú）了水（shuǐ）玻璃粘结剂（jì），故其（qí）型壳整体高温强度（dù）、抗蠕（rú）变（biàn）能（néng）力（lì）比（bǐ）硅溶胶型壳低（dī）。其型焙烧温度只限于950℃以下（xià）。900℃以后型壳变形量（liàng）增加了30%。而硅（guī）溶胶型壳焙烧（shāo）温度可（kě）达（dá）1000-1200℃，在1000℃以前型壳不变形。故复合型壳浇注的铸件尺寸精度(包括（kuò）形位公差)均比不上（shàng）硅溶胶型（xíng）壳。往往在浇（jiāo）注大型(10kg以上（shàng）)铸件时要采（cǎi）取增（zēng）加（jiā）硅溶胶型壳层（céng）数的方法(一般至少增加2层)以求获得高的高温强度及防止（zhǐ）铸（zhù）件变形。

(2)由于型壳（ké）前2层是影响（xiǎng）型（xíng）壳透气（qì）性的主因，由水（shuǐ）玻璃型（xíng）壳改为硅溶（róng）胶后（hòu），型壳（ké）的整（zhěng）体透气性大幅降低，在焙（bèi）烧温（wēn）度较（jiào）低、保温时间不够长时，常会造成铸件气孔（kǒng）及（jí）浇不足、冷（lěng）隔等缺陷，故复合型壳较难应（yīng）用于薄壁(δ≤3mm)件、小件（jiàn）及特小件(小于50g)。又因型壳高温强度不及硅溶胶型壳，更易造成上述废品（pǐn）。总之（zhī），复合（hé）型壳的透气性不如水玻璃型壳也（yě）不如硅溶胶型壳。

(3)复合型壳铸（zhù）件（jiàn）质量稳（wěn）定性比（bǐ）水玻璃好，但远（yuǎn）不如硅溶胶（jiāo）型壳。其背（bèi）层仍保（bǎo）留（liú）水（shuǐ）玻（bō）璃粘结剂，为降（jiàng）低成本仍（réng）采用价格较低、质（zhì）量不稳（wěn）定的耐火材料，如（rú）粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方（fāng）面与水玻璃型壳相（xiàng）同，导（dǎo）致铸（zhù）件质量稳（wěn）定性差。尤其是10kg以上的大件及1kg以下的小件，废品（pǐn）率（lǜ）及返修率均比硅溶胶型（xíng）壳高。

(4)复合（hé）型壳由于采用价昂的锆英石（shí）作面层，其型（xíng）壳（ké）成（chéng）本（běn）是水（shuǐ）玻璃型（xíng）壳的4.5倍，若（ruò）背层采用莫来石砂粉（fěn），其型壳成本与硅溶胶型壳成本相差无（wú）几，每kg铸件成本仅相差（chà）1元。其成（chéng）本低的（de）优势并不明显。

(5)复合（hé）型壳（ké）不能使（shǐ）用中（zhōng）温蜡料。中温蜡（là）不能使用热水脱蜡。在高压釜中脱蜡（là）时（shí），由于高温、高压（yā）(170℃，0.7MPa)中温蜡液（yè）会（huì）与（yǔ）背（bèi）层中的水（shuǐ）玻璃及残留硬化（huà）剂产（chǎn）生剧烈的皂化反应(白色泡沫状皂化物)，不经回收处理无法回用。而（ér）硅溶胶（jiāo）型壳，则（zé）可以（yǐ）应用低、中温蜡，无此弊（bì）病。

综上所（suǒ）述，复合（hé）型壳是（shì）水（shuǐ）玻璃型壳的改进，在铸件表面质（zhì）量、成品率及返修率方面比前者（zhě）优越，但与硅溶胶型（xíng）壳（ké）仍有本质（zhì）差别。除生产（chǎn）周期较短，制壳成本稍低之外其铸件（jiàn）质量及（jí）稳定性不及硅溶胶型壳。

2.2改进方向

(1)采用石英（yīng）代替（tì）锆英砂用于面（miàn）层型壳耐火材（cái）料。铸件表面质量不（bú）完全取决于面层型壳耐火材料，而与（yǔ）粘结剂有密（mì）切关系，也（yě）与蜡（là）料有（yǒu）关(蜡模表面（miàn）粗糙度、皂化物（wù）残留等（děng）)。复合（hé）型壳（ké）只（zhī）能采用低（dī）温蜡，大部分应用于表（biǎo）面粗（cū）糙（cāo）度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸（cùn）精度（dù）不甚高(CT4-CT6)的（de）精（jīng）铸件，实践证明采用石英（yīng）-硅（guī）溶胶面层代替锆（gào）英石（shí）-硅溶胶是（shì）完全可行的。

这一措施使每t铸件型壳（ké）成本由（yóu）原4150-4830元下（xià）降到1360元（yuán），与（yǔ）水玻璃型壳比仅增加460元。

(2)加（jiā）强（qiáng）制壳（ké）工序尤其是背层制壳的质量管理及（jí）环境改（gǎi）善(详见本文1，2节（jiē）)。

(3)背层应当采用质量稳定、高（gāo）温性能优（yōu）良而成本（běn）相对（duì）低廉（lián）的（de）耐火材料（liào），同时要兼（jiān）顾与（yǔ）面（miàn）层型壳耐火（huǒ）材料膨胀率相（xiàng）匹配。推荐下列2种常用的背层材料。

①耐火粘土-石英粉涂料(各（gè）50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破（pò）碎（suì）过筛而（ér）制成)，其（qí）优点（diǎn）是来源广、价格低（dī），其型壳高温强度（dù）和抗蠕变能力均高于莫（mò）来石、铝矾土（tǔ）。价格仅为铝矾（fán）土的（de）1/2-1/3。它适用于锆英石（shí）或石（shí）英石作面层的复合型（xíng）壳。

②耐火（huǒ）粘土-颗粒粉涂料（liào）(体积比为3：7)，撒颗粒砂。此方案只适用于锆英（yīng）石复合型壳。有（yǒu）些工厂复（fù）合型壳背层采（cǎi）用（yòng）莫来石砂（shā）粉或铝矾（fán）土，其涂料性能（néng）较稳定，壳薄（báo）、易焙烧（shāo），但成本过高且其型（xíng）壳高温性能不及上2种型壳。铝矾（fán）土脱壳性能（néng）较（jiào）差。至于废陶瓷器皿（mǐn）、硫璃瓦、地砖等破（pò）碎而成的材（cái）料（liào）价格虽低，但未经（jīng）高温烧成，成分复（fù）杂（zá），型壳高温开裂倾向大（dà），耐火（huǒ）度偏低（dī）。浇注后(尤其是（shì）厚大件)脱壳（ké）困难（nán），不宜采用。

3、硅溶胶（低温蜡（là））型壳

这（zhè）一（yī）工艺符合国情，在铸造1kg以上，特别是5kg以上中大件铸件时，具有更大的适应性和优越性(与中温蜡相比)。

一般来说，中大铸件的质（zhì）量要求，特（tè）别是表（biǎo）面粗糙度（dù）、尺（chǐ）寸精度以及形位公差的要求不会太高，采（cǎi）用高（gāo）熔点中温蜡并无必要（yào）。中温蜡需要（yào）高压(大于6-7MPa)或液态（tài）蜡压注蜡模，设备投资大。中温蜡厚大蜡模易缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容易、设（shè）备简单，而蜡模表面粗糙度相差（chà）不大。

这一工艺（yì）比复合型壳质量稳定，尤其是铸件（jiàn）尺寸精度（dù）高，因它（tā）没有水玻璃存在，型壳高（gāo）温性（xìng）能好（hǎo），在（zài）1000-1200℃焙烧后型壳透气性高，抗蠕变能（néng）力强（qiáng），既可适用于薄（báo）壁件，复杂（zá）结构的中小件，又（yòu）可生产（chǎn）重达50-100kg的特大件，如水泵、叶轮、导流（liú）壳（ké）、泵体、球阀体、阀（fá）板等。对于薄壁中小件（jiàn）或大件可以采（cǎi）用叉壳或抬（tái）壳（ké）在炉前直接（jiē）浇注，更可获得高成品率（lǜ）。

3.1存在问题

(1)由于采（cǎi）用低（dī）温蜡，大部（bù）分型壳在水中（zhōng）脱蜡，难（nán）免有皂化物残（cán）留（liú）进入（rù）型壳（ké）中(尤其是复合（hé）型壳及（jí）水玻璃型壳（ké）同时脱蜡时)易产生铸件表（biǎo）面夹（jiá）杂，返修（xiū）率（lǜ）稍高（gāo），这是其缺（quē）点之一（yī）。

(2)制壳生产周期长是（shì）它（tā）的（de）zui大缺点和不足，尤其在生产（chǎn）大件，有深孔、深槽件时，每层干燥常要24-48h。以（yǐ）50kg双流道（dào）叶轮为例，常须10-15d

制壳时（shí）间（jiān），稍有未（wèi）干（gàn）透之死角，在水脱蜡（là）时会造成硅溶胶回溶，型（xíng）壳裂（liè）纹。

(3)硅溶胶型（xíng）壳（ké）(低温蜡)型壳（ké）成（chéng）本较水玻璃型壳（ké）高5倍(每t铸件（jiàn）制（zhì）壳成本为5000元)，比复（fù）合型（xíng）壳高（gāo）17%。铸件成本相应较高。

3.2改进方向

(1)为防止因低温蜡（là）回收处（chù）理（lǐ）不彻（chè）底及（jí）用水脱蜡时与（yǔ）复（fù）合型（xíng）壳或水玻璃型壳共（gòng）用（yòng）同一热（rè）水槽，易（yì）产生（shēng）铸（zhù）件皂（zào）化物夹杂缺陷应采取以下措施。

①采用蒸（zhēng）气（qì）脱蜡(蒸气压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代替（tì）水脱（tuō）蜡，不仅可以（yǐ）防（fáng）止皂化（huà）物夹杂而且型壳不易产生裂纹，对铸件的质量稳定（dìng）更有保障。

②若（ruò）采（cǎi）用热水脱蜡，应在水中加人体积分数（shù）为1%-3%的工业盐（yán）酸（suān），脱蜡后（hòu）再用含盐酸的（de）热水冲（chōng）洗每组（zǔ）型壳以减少皂（zào）化物残（cán）留。尽可（kě）能（néng）不（bú）要与水（shuǐ）玻璃型壳、复合（hé）型壳共用同一槽水脱蜡，也可更换水（shuǐ）液，单独集中脱蜡，以减少皂化物入壳（ké）。

③回收蜡（là）处（chù）理（lǐ）可用盐酸的体积分数（shù）为3%-5%的酸化（huà）水，沸（fèi）腾及沉淀时（shí）间要足够长。冬季硬化水温度低，水玻璃及复合型壳中（zhōng）Na2O的残留量高，蜡料皂化也较（jiào）严重，应多加盐酸处理（lǐ）回收蜡，减（jiǎn）少皂化物。蜡料处理（lǐ）后，及（jí）时补加硬脂酸也很重要。

(2)为缩短制壳生产周期，可采用“快干硅溶胶”制壳（ké），此工艺已日渐成熟，其各层型壳干（gàn）燥时间（jiān）可缩短1/2以上（shàng）。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（jiàn）也（yě）较一般硅溶胶缩短（duǎn）50%。而其市场价只提高（gāo）20-30%，完全可由场地、电耗的减少及生产率的（de）提高来弥补。快干硅溶胶的（de）推（tuī）广应用（yòng）是硅溶（róng）胶制（zhì）壳工艺的改革必（bì）由之路，将会逐步扩大应用。

(3)为降低（dī）硅溶胶型壳的（de）成本，zui有效（xiào）的方（fāng）法是采（cǎi）用石英石代（dài）替锆英石（shí）作面层（céng）型（xíng）壳耐火（huǒ）材料（liào）。目前锆英（yīng）石耐火材（cái）料占整个硅溶胶制壳成本的60%，改用石英后每t铸（zhù）件制壳成本由5000元降为2210元（yuán），下降55.8%。中（zhōng）大件可（kě）采用熔融石英砂(粉)取代锆英砂(粉)已逐步在推广应用。

4、硅溶胶（中温（wēn）蜡）型壳

这是（shì）国际上（shàng）通用的（de）精铸（zhù）件生产工艺，它具有zui高的铸件质量、zui低（dī）的（de）返修率，特别适合（hé）于表（biǎo）面粗（cū）糙度（dù）要求高(Ra0.8-3.2)，尺寸精度高(CT3-CT5级)的中小件、特小件(2-1000g)。但（dàn）由（yóu）于设备及成本***，较（jiào）少应用于中大件（jiàn）(5-100kg)。

4.1存在问题（tí）

(1)成本高，其（qí）型壳生（shēng）产成本是水（shuǐ）玻璃型（xíng）壳的8倍。比低温（wēn）蜡-硅溶胶型壳也高出25%。主要原因（yīn）是其制壳（ké）、蜡（là）模材料成本高，且设备耗（hào）电也大（dà）得多（duō），设备投（tóu）资也大。

(2)生产（chǎn）周期与低温（wēn）蜡-硅溶胶型壳相同（tóng），比水玻璃（lí）及复合型（xíng）壳长得（dé）多。

(3)生产5-50kg的（de）中大件往往要采用中（zhōng）温液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注蜡，厚（hòu）壁（bì）蜡（là）模易缩凹，铸件尺寸精度（dù）并不太高（gāo），中（zhōng）大件对尺寸精度、表面粗（cū）糙（cāo）度（dù）要求也没（méi）有小件那么高，故中大件较少（shǎo）采用硅溶（róng）胶(中温（wēn）蜡（là）)型壳。

4.2改进方向

(1)为降（jiàng）低成本，保（bǎo）证质量，在（zài）解决（jué）了（le）石英（yīng）对（duì）中温蜡润湿性很差的难（nán）题（tí）后，采用石（shí）英石或（huò）熔融石英代替锆英石无（wú）疑是一方向。熔融石英其热膨胀系（xì）数仅为5×10-7/℃，且其价格只（zhī）有（yǒu）锆英（yīng）石的1/6。在（zài）国（guó）外，熔融石英（yīng）已逐步（bù）在（zài）扩大应用范围。

(2)采用快干硅（guī）溶（róng）胶缩短制（zhì）壳周期是国（guó）内外同行共同努力的方向（xiàng）(见（jiàn）前述（shù）)。

(3)研制国产的中温蜡或（huò）改（gǎi）进石蜡一硬脂酸低温蜡是我国精铸界的重要任务（wù）。如（rú）何解决国产中（zhōng）温蜡（là）或（huò）改进型（xíng）的低温蜡回收处理的难（nán）题（tí），使其在（zài）生产中能长期保持蜡（là）料性能不（bú）变化是能否推广应用的关（guān）键。

5、结束语

(1)各种（zhǒng）型壳工艺有其不（bú）同的（de）适用对象，选（xuǎn）择的依据是（shì）：铸件的质量要求、价位及交货期。综合考（kǎo）虑，正确选用zui经济合理（lǐ）的制壳工艺方（fāng）案是保证生产（chǎn）优质（zhì）、低成本铸件的基础。

(2)水玻璃型壳虽有不少优点但粘结剂（jì）本身固有的缺点使（shǐ）铸件质量难以（yǐ）提（tí）高，质量稳定性也差。今后将会逐（zhú）步（bù）被复合型壳，尤其是（shì）成本低的（de）石英（yīng）一（yī）硅溶（róng）胶复合壳所取代（dài）。

(3)硅溶胶（jiāo）是理想（xiǎng）的粘结剂，其型壳质（zhì）量高（gāo），铸件质量稳定，返（fǎn）修率低，是今后的发展（zhǎn）方向（xiàng）。石英石、熔（róng）融石英耐火料在面（miàn）层型壳中的应（yīng）用，快（kuài）干（gàn）硅溶（róng）胶的推（tuī）广，将（jiāng）其（qí）生（shēng）产成（chéng）本（běn）及制壳周期大大降低和缩短，克服了这（zhè）2点（diǎn）不足（zú），硅溶胶型壳（ké）(低温蜡或中温蜡)将在我国精铸（zhù）界（jiè）得到广泛应用，毕竟高的铸件质（zhì）量（liàng）是zui重（chóng）要的指标。