对目前国（guó）内精（jīng）铸行业中广（guǎng）泛应用的4种制壳工艺的特点进行（háng）了分析对（duì）比。从精铸件质量比（bǐ）较，水玻璃型壳较差，复合型（xíng）壳（ké）、硅（guī）溶（róng）胶（jiāo）-低温蜡型壳次之，硅溶胶（jiāo）一（yī）中温（wēn）蜡型壳zui好。而从制壳成本比较，水玻（bō）璃型壳zui低，硅溶胶一中温（wēn）蜡型壳zui高（gāo）。对这4种制壳工（gōng）艺（yì）分别提出了（le）改进（jìn）措（cuò）施。

目（mù）前（qián）国内精铸件生（shēng）产中广泛采用的制壳工艺有以下（xià）4种（zhǒng）：

A．水玻璃型壳（ké）；

B．复合型壳（ké）；

C．硅溶（róng）胶型壳(低温蜡（là）)；

D．硅（guī）溶（róng）胶（jiāo）型壳(中（zhōng）温蜡（là）)。前3种（zhǒng）方案均（jun1）使（shǐ）用低温蜡(模（mó）)。

我公司4种（zhǒng）工（gōng）艺兼有，以（yǐ）充分满足市（shì）场对精（jīng）铸件质（zhì）量、价位的不同（tóng）需求、增加市场竞争力和适应力。

1、水玻璃型壳

这一工艺在国（guó）内已有近50年的生产历史，其厂点数至今仍占我国精（jīng）铸厂家的75%以上。经过精（jīng）铸界同仁（rén）个（gè）半（bàn）世纪的不（bú）懈努力，水（shuǐ）玻璃型壳工艺的应用和研究已达到了（le）很高水平。

多年来（lái）由（yóu）于背层型（xíng）壳耐火材料的改进和新型硬化剂（jì）的推广应用（yòng），水（shuǐ）玻璃（lí）型壳强度（dù）有了（le）成倍增长。铸件表面质量、尺寸精度（dù）及成品（pǐn）率有（yǒu）了很大提高，目前仍占很（hěn）大的市（shì）场份额，并替代国外砂（shā）铸件成批出（chū）口。

低（dī）廉的成本、zui短的生产周期、优良的脱壳性能及高透气性至今仍是其他任何型壳工艺所不及的优点。但铸件（jiàn）的质量，包（bāo）括表面粗糙度、缺陷数量、尺寸精（jīng）度、成（chéng）品率、返修（xiū）率等均比其（qí）他（tā）3种工艺要差（chà）

1.1存在的主（zhǔ）要问（wèn）题

(1)水玻璃（lí）粘结剂固有的缺点是Na2O含量高，型壳高温强度、抗蠕变能力远不及硅溶剂型壳(只有它的1/30-1/50)。加之面（miàn）层耐火料采（cǎi）用（yòng）了价低质次、粒度级配不良的石英砂(粉)，硬（yìng）化剂至今仍（réng）限（xiàn）于使用氯化氨，因（yīn）而（ér）必然不（bú）能获（huò）得高质（zhì）量（liàng）的精铸（zhù）件（jiàn）。

(2)型壳生产条件差，缺乏（fá）严格的生产过程（chéng）及参数的控制。由于硬化剂的（de）强腐蚀性，除尘设（shè）备的简（jiǎn）陋，很少车间有恒温、恒湿（shī）、除尘的生产环境。影响（xiǎng）型壳和铸件质量的涂（tú）料配制、硬化、风（fēng）干（gàn）、脱蜡等工序，极少按行（háng）业规（guī）定的操作规范严格控（kòng）制。如定期检测涂料粘度、涂片重、硬化剂浓度（dù）、pH值（zhí）等（děng）。型壳风干处的温度（dù）、湿度、风速等更是（shì）不（bú）加控制，故（gù）常（cháng）在（zài）高、低温或梅雨季节发生（shēng）批量报废的质（zhì）量事故。总（zǒng）之，大部分工（gōng）厂停留在手（shǒu）工（gōng）作坊阶段，靠技（jì）艺而（ér）不是靠科学的质量管理（lǐ）进（jìn）行生（shēng）产。这是（shì）水玻璃（lí）型壳数十年来铸件质量不（bú）稳定、废品率、返修率高（gāo）的重要原（yuán）因之一（yī）。

1.2改进方向

(1)采用高纯度（dù）的硅微粉(脉（mò）石英)代替常（cháng）用的低品（pǐn）位的石英（yīng）砂（shā）粉作面层耐火（huǒ）材料，并应用“双峰”型粒（lì）度（dù）级配的圆（yuán）形石英粉配制面层（céng）涂料（liào）。不仅可提高面层型壳的热化学稳定性（xìng），而且（qiě）可（kě）以获（huò）得高粉液比涂料。我厂（chǎng）用模（mó）数（shù）为3.4、密（mì）度为1.28g/cm3的水玻璃配料，粉液比可（kě）达到1.4。硅（guī）微粉的技术（shù）要求见（jiàn）。

经湿（shī）法球磨、单（dān）槽沉淀、磁选及（jí）离子高纯水处理，自（zì）然形成圆形，双峰粒度级配，这（zhè）种高纯（chún）低（dī）杂（zá）质的粉粒，比人工级配更理想。已在我公司（sī）实际应用，效果良好。

(2)加（jiā）强制壳工（gōng）序的现场质量管理（lǐ），按行业标（biāo）准操作。同（tóng）时应将涂料（liào）、撒砂、硬化场地与型壳干（gàn）燥间隔离。后者（zhě）控制（zhì）温（wēn）度、湿度，前者加强除（chú）尘（chén）、防腐，从（cóng）而（ér）有利于型壳质量的稳定（dìng）及改善操作环（huán）境。

(3)采用石英-硅溶（róng）胶型壳代替一、二层石英-水玻璃型壳（ké），彻底（dǐ）取消面层和过渡层的水玻璃及氯化氨硬化剂（jì）。计算表明（míng）铸件成本仅增（zēng）加（jiā）0.46元/kg，而（ér）制壳生产周（zhōu）期与水（shuǐ）玻璃型壳基（jī）本相同。

2、复合型壳

为克服上述水玻璃（lí）型壳的（de）缺点，目前（qián）不少工厂将一、二层改用锆英石及（jí）莫来石-硅溶（róng）胶型壳（ké）。背层仍采用原有（yǒu）水玻璃型（xíng）壳工艺。它是结合硅胶型（xíng）壳的优良的表面质量和水玻（bō）璃低成本、短（duǎn）周期的优点的一种改进方案。与（yǔ）水玻璃型壳相比，其铸件表面质量有了很大提高，表（biǎo）面粗糙度降低、表面缺陷减少、返修率（lǜ）下降（jiàng）。可（kě）应用于不（bú）锈钢、耐热钢等（děng）高合（hé）金钢。生产周期则比低温蜡-硅溶胶型壳短得（dé）多（duō），与（yǔ）水玻璃型壳相近。

2.1存在的主要问题

(1)由于背层保留了水玻璃（lí）粘结剂，故其（qí）型壳整体高温（wēn）强度、抗蠕变能（néng）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（zēng）加了（le）30%。而硅溶（róng）胶型壳（ké）焙烧温度可达1000-1200℃，在1000℃以前（qián）型壳不变（biàn）形（xíng）。故复合型壳浇注的铸件尺寸精度(包括形位（wèi）公差)均比不（bú）上硅溶胶型壳。往往在浇注大型(10kg以上（shàng）)铸件（jiàn）时要采取增加（jiā）硅溶胶型壳层（céng）数的（de）方法(一般（bān）至少增加2层)以求获得高的高温强度及（jí）防（fáng）止铸件变形。

(2)由于型壳前2层（céng）是（shì）影响型（xíng）壳透气（qì）性的主因，由水玻璃型（xíng）壳改为硅（guī）溶胶后，型壳的整体透气（qì）性大幅（fú）降低，在焙烧温度较低、保温时间（jiān）不够长时（shí），常会造（zào）成铸（zhù）件气孔（kǒng）及浇不足、冷隔等缺陷，故复合（hé）型壳较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件及特小件(小于50g)。又因型壳（ké）高温强度不及硅溶胶型壳，更易造成（chéng）上述（shù）废品。总之，复合型壳的透气（qì）性（xìng）不（bú）如水（shuǐ）玻（bō）璃型壳（ké）也不如硅（guī）溶胶型壳。

(3)复（fù）合（hé）型（xíng）壳铸件质量稳定性比水玻璃好（hǎo），但（dàn）远不如（rú）硅溶（róng）胶型壳。其背层仍保留（liú）水玻（bō）璃粘结（jié）剂，为降低成本仍采（cǎi）用价格较低（dī）、质量不稳定的耐火材料，如粘土、颗粒粒砂（shā）等，且在制壳工艺（yì）控制方面（miàn）与（yǔ）水玻璃型壳相同，导致铸件质量稳定（dìng）性差。尤其是10kg以上（shàng）的大件及1kg以（yǐ）下的小件，废品（pǐn）率及（jí）返修率均（jun1）比硅溶（róng）胶型壳高。

(4)复合型（xíng）壳由于采（cǎi）用价昂（áng）的锆英石作面（miàn）层，其型壳成本是水（shuǐ）玻璃（lí）型壳的4.5倍，若背（bèi）层采（cǎi）用莫（mò）来石砂粉，其型壳成本与硅溶胶型壳成本相差无几（jǐ），每kg铸件成本仅相差1元（yuán）。其成（chéng）本低的优（yōu）势并不（bú）明显（xiǎn）。

(5)复合型壳不能（néng）使用中温（wēn）蜡料。中（zhōng）温蜡（là）不（bú）能使（shǐ）用热水（shuǐ）脱蜡。在高压釜中脱（tuō）蜡时（shí），由于高温、高压(170℃，0.7MPa)中温（wēn）蜡液（yè）会与背层中的水玻璃（lí）及（jí）残留硬化（huà）剂产生剧烈的（de）皂化反应（yīng）(白（bái）色泡沫（mò）状（zhuàng）皂化物)，不经回收处（chù）理无法回用。而硅溶（róng）胶型（xíng）壳，则（zé）可以应用低、中温蜡，无（wú）此弊病。

综上所述，复合型壳是（shì）水（shuǐ）玻（bō）璃型壳的改进，在铸件表面（miàn）质量、成品率及返修（xiū）率方面比前者优越，但与硅溶（róng）胶型壳仍有本质差别。除生（shēng）产周期较短，制壳成本稍（shāo）低（dī）之外其铸件（jiàn）质量及稳定（dìng）性（xìng）不及硅溶胶型（xíng）壳。

2.2改进方向

(1)采（cǎi）用石英（yīng）代替锆英砂用于面层型壳（ké）耐火（huǒ）材料。铸件表面质量不完（wán）全取决（jué）于面层型壳耐火材料，而与粘结剂（jì）有密（mì）切关（guān）系，也与蜡料有关(蜡模表面粗（cū）糙度、皂（zào）化物残留（liú）等)。复合（hé）型壳只（zhī）能采用低温蜡，大部（bù）分应用于表面粗（cū）糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸（cùn）精度（dù）不甚高(CT4-CT6)的精铸件（jiàn），实践证明采用石（shí）英-硅溶胶（jiāo）面（miàn）层代替锆（gào）英石-硅溶（róng）胶（jiāo）是（shì）完（wán）全可行的（de）。

这一措施（shī）使每t铸（zhù）件（jiàn）型壳成本（běn）由原（yuán）4150-4830元下降到1360元，与（yǔ）水玻（bō）璃型壳比仅增加（jiā）460元。

(2)加强制壳工序尤其是（shì）背层制（zhì）壳（ké）的质量管理及环境改善(详见本文1，2节（jiē）)。

(3)背层（céng）应当采用质量稳定、高温性能优良而成本相对低廉的（de）耐火材料，同时要兼顾与（yǔ）面层（céng）型壳耐火材料膨胀率相匹配。推荐（jiàn）下（xià）列2种常用（yòng）的背层材料。

①耐火（huǒ）粘土-石英粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料（liào）破碎过（guò）筛而制成)，其优（yōu）点是来（lái）源广、价格低，其型壳高温强度和抗（kàng）蠕变能力均高于（yú）莫来石、铝矾土。价格仅（jǐn）为铝矾土的1/2-1/3。它适用于锆英石或石英（yīng）石作面层的复合型（xíng）壳。

②耐（nài）火粘土-颗粒粉涂料（liào）(体积（jī）比为3：7)，撒（sā）颗粒砂。此方案只适用于锆英石（shí）复合（hé）型壳。有些（xiē）工（gōng）厂复合型壳背层采用莫（mò）来石砂粉或铝（lǚ）矾（fán）土（tǔ），其涂（tú）料性能较稳定（dìng），壳薄、易焙烧，但成本过高（gāo）且其（qí）型（xíng）壳高温性能（néng）不及上2种型壳。铝矾土（tǔ）脱壳性能较差。至于废（fèi）陶瓷器皿、硫璃瓦、地砖等（děng）破（pò）碎（suì）而成的材料价格虽低，但未经高温烧成，成（chéng）分复杂，型壳高温开裂倾向大，耐火（huǒ）度（dù）偏低。浇注（zhù）后（hòu）(尤其是厚大件（jiàn）)脱壳困难，不宜采用。

3、硅溶胶（低温蜡）型壳（ké）

这一工艺符合国情，在（zài）铸（zhù）造1kg以（yǐ）上，特别是5kg以上中大（dà）件铸（zhù）件时，具有更大的适应性（xìng）和（hé）优越性(与中（zhōng）温蜡相比)。

一般来（lái）说，中大（dà）铸件的（de）质量要求，特别是表面粗糙度（dù）、尺寸精度以及形位公差的要求不会太高，采用（yòng）高（gāo）熔点（diǎn）中（zhōng）温蜡并无必要。中温蜡需（xū）要高压(大于6-7MPa)或液态蜡压注蜡模（mó），设备投（tóu）资大。中温蜡厚大蜡模易缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容（róng）易、设（shè）备简单，而蜡模表面粗糙度相（xiàng）差（chà）不（bú）大。

这一（yī）工艺比复（fù）合型（xíng）壳（ké）质量稳（wěn）定（dìng），尤（yóu）其是铸件尺寸精度高，因它没有水玻璃存在，型（xíng）壳高温性能好，在1000-1200℃焙（bèi）烧后型壳透气性高，抗（kàng）蠕变能力强，既可适用于薄壁件，复杂（zá）结构的中小件，又可生产重达50-100kg的特（tè）大件（jiàn），如水泵、叶轮（lún）、导流壳（ké）、泵体、球阀体、阀板等。对于薄壁中小件（jiàn）或大件可以采用叉壳或抬壳在（zài）炉前（qián）直接浇注（zhù），更（gèng）可获得（dé）高成（chéng）品率（lǜ）。

3.1存在问题

(1)由于采用低（dī）温蜡，大部分型壳在水中脱蜡，难免（miǎn）有皂化物残留进入（rù）型壳中(尤其是复合型壳及（jí）水玻璃型（xíng）壳同（tóng）时脱蜡时)易产生铸（zhù）件表面夹杂，返（fǎn）修率稍高（gāo），这是其（qí）缺点之一。

(2)制壳生产周期（qī）长是（shì）它的zui大缺点和不（bú）足，尤其（qí）在生产大件，有深孔、深槽（cáo）件时（shí），每层干燥常要24-48h。以50kg双流道叶轮为例，常须10-15d

制壳时（shí）间，稍（shāo）有未干（gàn）透之死（sǐ）角（jiǎo），在水脱蜡时会造（zào）成硅溶胶回溶，型壳裂（liè）纹。

(3)硅溶胶型壳(低温蜡)型壳成本较水玻璃型壳（ké）高5倍(每t铸件（jiàn）制壳成（chéng）本为5000元（yuán）)，比（bǐ）复合（hé）型壳高17%。铸件成本（běn）相应较（jiào）高。

3.2改进（jìn）方（fāng）向

(1)为防止因低温蜡（là）回收处理不（bú）彻底及用水（shuǐ）脱蜡时（shí）与复合型壳或水（shuǐ）玻璃型（xíng）壳（ké）共用（yòng）同一热水槽（cáo），易产生铸件皂化物夹杂缺陷应采（cǎi）取（qǔ）以下措施。

①采（cǎi）用蒸气脱蜡(蒸气（qì）压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代替水（shuǐ）脱蜡，不仅可以防（fáng）止（zhǐ）皂（zào）化物夹杂而且（qiě）型壳不易产生裂纹，对（duì）铸件（jiàn）的质量稳（wěn）定更有保（bǎo）障。

②若采（cǎi）用热水脱蜡，应在水中加人体积分数（shù）为1%-3%的工业盐酸（suān），脱蜡后再用含盐酸（suān）的热水冲（chōng）洗每组型壳（ké）以减少皂化（huà）物残留。尽可能（néng）不要与水玻璃（lí）型壳（ké）、复（fù）合型壳共用同一槽水脱蜡，也可更换水液，单独集中脱蜡，以减（jiǎn）少皂化物入壳。

③回收蜡处理可（kě）用盐酸（suān）的体积分数为3%-5%的酸化水，沸腾及沉淀时间要（yào）足够长。冬季硬化水温度（dù）低，水玻（bō）璃（lí）及复（fù）合型壳（ké）中Na2O的残留量高，蜡料（liào）皂化也较严（yán）重（chóng），应多加盐酸处理回收蜡，减少皂化（huà）物。蜡料处理后，及时补加硬脂酸也很重要。

(2)为缩短制壳生产（chǎn）周期，可采用“快干硅溶胶”制壳，此工艺已日渐成熟，其各层型壳干燥（zào）时间可缩短1/2以（yǐ）上（shàng）。小件各层（céng）(除（chú）zui后层外)干燥仅须3h，制壳（ké）时间由（yóu）原63h缩短为24h。中大（dà）件也较一（yī）般硅溶胶缩短50%。而其市场价只提高20-30%，完全可由场地、电（diàn）耗的减少及生产率的提（tí）高来（lái）弥补。快（kuài）干硅溶胶（jiāo）的推广应用（yòng）是（shì）硅溶胶制壳工艺的改革必由之路，将会逐步扩大应用。

(3)为降低硅溶胶型壳的成本，zui有（yǒu）效（xiào）的（de）方法是采用（yòng）石英石代（dài）替锆英石作面层型壳耐火材料。目前锆英石耐火材（cái）料占整个硅溶胶制壳成本的60%，改用石英后每t铸件制壳成本由5000元降为2210元，下（xià）降55.8%。中大件可采用熔融石英砂(粉)取代锆英（yīng）砂（shā）(粉)已逐步（bù）在推广应用。

4、硅溶胶（中温蜡）型壳（ké）

这是国际上通用的精（jīng）铸件生产工艺，它（tā）具有zui高的铸件质量、zui低的返修率，特别适合于表面粗糙（cāo）度（dù）要求高(Ra0.8-3.2)，尺寸精度高(CT3-CT5级)的（de）中小件、特小件(2-1000g)。但由于设（shè）备及（jí）成本***，较少应（yīng）用于中大件(5-100kg)。

4.1存在问题（tí）

(1)成本高，其型壳生产成本是水玻（bō）璃型壳的8倍。比低温蜡（là）-硅溶胶（jiāo）型壳也高（gāo）出25%。主要原因是其（qí）制壳、蜡模材料成本高，且（qiě）设备（bèi）耗电也大得多，设（shè）备投资也大（dà）。

(2)生产周期与低温蜡-硅溶胶（jiāo）型壳相同，比水玻璃及复（fù）合（hé）型壳长（zhǎng）得多。

(3)生产5-50kg的中大件往往要采用中温液态（tài）蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注（zhù）蜡，厚壁蜡模易缩凹，铸件尺寸（cùn）精（jīng）度并不太（tài）高（gāo），中大件对尺寸精（jīng）度、表面粗（cū）糙度要求也没有小（xiǎo）件那么高（gāo），故中大件较少采用（yòng）硅溶胶（jiāo）(中温（wēn）蜡)型壳（ké）。

4.2改进（jìn）方向（xiàng）

(1)为降低成本，保证质量，在（zài）解决了石英对（duì）中温蜡（là）润湿性很差的难题后，采用石英石或（huò）熔融石英代（dài）替锆英石无疑是一方（fāng）向。熔融石英（yīng）其热膨（péng）胀系数仅为（wéi）5×10-7/℃，且其价（jià）格只（zhī）有（yǒu）锆英石的1/6。在国（guó）外，熔融石英已逐步在扩大（dà）应用范围。

(2)采用（yòng）快干硅溶胶缩短制壳周期是国（guó）内外同行（háng）共同努力的方向(见前述)。

(3)研制（zhì）国产的中温（wēn）蜡或改（gǎi）进石蜡一（yī）硬脂酸低温蜡是我国精铸界的重要任务。如何解决国产中温蜡或改进型的低（dī）温蜡回收（shōu）处理的难（nán）题，使其在生产中能长期保持蜡料性能不变化是能否（fǒu）推广应用的关键。

5、结束语

(1)各种型壳工艺有其不同的适用对象，选择的依据是：铸件（jiàn）的质量要求、价位及交货期。综合考虑，正（zhèng）确选（xuǎn）用zui经济合理的制壳工艺方案是保证生产优（yōu）质、低成本铸件的基础。

(2)水玻璃型壳虽有不少优（yōu）点但粘结剂本身固（gù）有的缺点使铸件质量难以提高（gāo），质量稳（wěn）定性也差。今后将会（huì）逐步被（bèi）复合型壳，尤（yóu）其（qí）是成本低（dī）的石英一硅溶（róng）胶复（fù）合（hé）壳所（suǒ）取代。

(3)硅溶（róng）胶是理想的粘结剂，其型（xíng）壳质量高，铸件质量稳定，返修（xiū）率低，是今后（hòu）的发展方向。石英石（shí）、熔融石英（yīng）耐火料在面（miàn）层型壳（ké）中的应用，快干（gàn）硅（guī）溶胶的推广，将其生产成本及制壳周期大大降低和缩短，克服了这2点不足，硅溶胶（jiāo）型壳(低温蜡或中温蜡)将在我（wǒ）国（guó）精铸（zhù）界（jiè）得到广泛应用，毕（bì）竟（jìng）高的铸件质量是zui重要的指标。