对目前国（guó）内精铸（zhù）行业中广（guǎng）泛（fàn）应用的（de）4种制壳工艺的特点进行了分析对比。从精铸件质量比较，水玻（bō）璃型（xíng）壳较差，复合型壳、硅溶胶-低温蜡（là）型壳次（cì）之，硅溶胶一中（zhōng）温蜡型壳zui好。而从制壳成（chéng）本比较，水玻（bō）璃型壳zui低，硅（guī）溶胶一中温蜡型壳zui高。对这（zhè）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（yòng）的（de）制壳（ké）工艺有以（yǐ）下4种（zhǒng）：

A．水玻璃型壳；

B．复合型壳；

C．硅溶胶型壳（ké）(低温（wēn）蜡)；

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

我公（gōng）司4种（zhǒng）工艺兼有（yǒu），以充分满足（zú）市场（chǎng）对精铸件质（zhì）量、价（jià）位的不同需（xū）求（qiú）、增加市场竞争力和适应力。

1、水（shuǐ）玻璃型壳

这一工艺在国内已有近50年的生产历史，其厂点数至今仍占我国精铸厂家的（de）75%以上。经过精（jīng）铸（zhù）界（jiè）同仁（rén）个半世纪的不懈努力，水（shuǐ）玻璃（lí）型（xíng）壳工艺的应用和研（yán）究已达到了很高水（shuǐ）平（píng）。

多年来由于背层型壳耐火（huǒ）材料的改进和（hé）新型（xíng）硬化剂的推广应用，水玻璃型（xíng）壳强（qiáng）度有了（le）成倍增长。铸件表面质量、尺寸精度及（jí）成品率（lǜ）有了（le）很大提高（gāo），目（mù）前仍占很大的市场份额，并（bìng）替代（dài）国外砂铸（zhù）件成批出口。

低廉的成本（běn）、zui短的生产周期、优（yōu）良的脱壳性能及（jí）高透（tòu）气性至今仍是其他任何型壳工艺所不及的优点（diǎn）。但铸件的质量，包（bāo）括表面粗糙度、缺陷数量、尺（chǐ）寸精度、成品率（lǜ）、返修率等均比其（qí）他3种工艺要差

1.1存在的主要问题（tí）

(1)水玻璃粘结剂固（gù）有的缺（quē）点是Na2O含（hán）量高，型壳（ké）高温强度（dù）、抗（kàng）蠕变（biàn）能（néng）力远不及（jí）硅溶剂型壳(只（zhī）有（yǒu）它的（de）1/30-1/50)。加之面（miàn）层耐火（huǒ）料采（cǎi）用了价低质次、粒度级配（pèi）不良的（de）石英砂(粉)，硬化剂至今仍限于使用（yòng）氯化氨，因而（ér）必然不能获得（dé）高质量的精铸件（jiàn）。

(2)型壳生产条件差，缺乏严格的生产过程（chéng）及参数（shù）的控制。由于硬化（huà）剂的强腐（fǔ）蚀性，除尘设（shè）备的（de）简陋，很少车间有恒温、恒（héng）湿、除尘的生产环境。影响（xiǎng）型壳和铸件（jiàn）质量的涂料配制、硬化、风干、脱蜡等（děng）工序，极少按行业（yè）规（guī）定的（de）操作规范严格控制。如定期检测涂（tú）料粘度、涂片重、硬（yìng）化剂浓度、pH值（zhí）等（děng）。型壳风干处的温度、湿度、风速等（děng）更（gèng）是不（bú）加控制，故常在（zài）高（gāo）、低温或（huò）梅雨（yǔ）季节发生批量报废的质量（liàng）事故（gù）。总之，大部分工厂停留（liú）在手工（gōng）作坊阶（jiē）段，靠技艺而（ér）不是靠科学的质量管（guǎn）理进行生产。这（zhè）是水玻（bō）璃型壳数十年（nián）来铸件质量不稳定、废品（pǐn）率、返修率高的（de）重要原因之一（yī）。

1.2改进方向

(1)采（cǎi）用高纯度的硅微粉(脉石英)代替常（cháng）用的低品（pǐn）位的石英砂（shā）粉作面层（céng）耐火材料，并应用“双峰”型粒度级配（pèi）的圆形石英（yīng）粉配制面层涂（tú）料。不仅可提高面层型壳的热化学稳定性，而（ér）且（qiě）可以（yǐ）获得高粉液比涂料。我厂（chǎng）用（yòng）模数为3.4、密（mì）度为1.28g/cm3的水玻璃（lí）配料，粉液比可（kě）达到1.4。硅微粉（fěn）的技术要求见（jiàn）。

经湿法球磨、单槽沉淀、磁选及（jí）离子（zǐ）高（gāo）纯水处理（lǐ），自然形（xíng）成圆形，双峰（fēng）粒（lì）度级配，这种高纯低（dī）杂质的粉粒，比人（rén）工（gōng）级配更理（lǐ）想。已在我（wǒ）公司（sī）实际（jì）应用（yòng），效果良好（hǎo）。

(2)加强制壳工序的现场质量管（guǎn）理，按行业标（biāo）准操作（zuò）。同时应将涂料、撒砂、硬化场地与型壳（ké）干燥间隔离。后（hòu）者控制温度（dù）、湿度，前者加强除尘、防腐，从而有利于（yú）型壳（ké）质量的稳定及改（gǎi）善操作环境。

(3)采用石英（yīng）-硅溶胶型壳代（dài）替一、二层石（shí）英-水玻璃型壳，彻底取消面层（céng）和过渡层的水玻璃及氯化氨硬化剂。计算表明（míng）铸件（jiàn）成本仅增加0.46元/kg，而制壳（ké）生（shēng）产周期与水玻（bō）璃（lí）型壳基本相（xiàng）同。

2、复合（hé）型壳

为克服上述水玻璃型壳的（de）缺点，目前不少工厂将一、二层改用锆英石及莫（mò）来石-硅（guī）溶胶型壳。背层仍采用原有水（shuǐ）玻璃型壳工艺。它是结合硅（guī）胶型壳（ké）的优良的表面质量（liàng）和（hé）水玻璃低成（chéng）本、短周期的优点的一种改进方案。与（yǔ）水玻（bō）璃型壳（ké）相（xiàng）比，其铸（zhù）件表（biǎo）面质量有了（le）很大提高，表面粗（cū）糙度降低、表面缺陷减少、返修率（lǜ）下降（jiàng）。可应（yīng）用于不锈钢、耐热钢等（děng）高（gāo）合金（jīn）钢（gāng）。生产周期则比低温蜡（là）-硅溶胶型（xíng）壳短（duǎn）得多，与水玻璃型壳相近。

2.1存（cún）在（zài）的（de）主要问题（tí）

(1)由于（yú）背层（céng）保留（liú）了水玻璃（lí）粘结剂，故其型壳整体高温强度（dù）、抗蠕变能力比（bǐ）硅溶胶型壳低。其型（xíng）焙烧温（wēn）度（dù）只限于950℃以下。900℃以后型壳变形量增加了30%。而硅溶胶型壳焙（bèi）烧温度可（kě）达1000-1200℃，在1000℃以前型壳不变形（xíng）。故复合（hé）型（xíng）壳浇（jiāo）注的铸件（jiàn）尺寸精度(包括（kuò）形位公（gōng）差)均比不上硅（guī）溶胶型壳。往往在浇注大型（xíng）(10kg以上)铸件时要采取增加硅溶胶型壳层数的方法（fǎ）(一般至少增加2层)以求获得高的（de）高温（wēn）强度及防止铸件变形。

(2)由于型壳（ké）前2层是影（yǐng）响型（xíng）壳透气性的主因，由水（shuǐ）玻璃型壳改为（wéi）硅溶胶后（hòu），型（xíng）壳（ké）的整（zhěng）体透气性大幅降低，在焙烧温度较低、保温时间不够长（zhǎng）时，常会造成（chéng）铸（zhù）件气孔及浇不足、冷（lěng）隔等缺陷，故复（fù）合型壳（ké）较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件（jiàn）及特小件(小（xiǎo）于50g)。又因型壳高温强度不（bú）及硅溶胶型壳（ké），更易造成上述废品。总之，复合型壳的（de）透气性不如水玻璃型（xíng）壳也不如硅溶胶型壳。

(3)复合型壳铸件（jiàn）质（zhì）量稳定性比水玻璃好，但远不如硅溶胶型壳。其背层仍保留水（shuǐ）玻璃粘结剂，为降低成本仍采用价格较低、质量不稳定的耐（nài）火材料，如粘土、颗粒粒砂等，且（qiě）在（zài）制壳工艺（yì）控制方面与水玻（bō）璃型壳相同（tóng），导致铸件质量稳定性差（chà）。尤其是（shì）10kg以（yǐ）上（shàng）的（de）大（dà）件及1kg以（yǐ）下的（de）小（xiǎo）件，废品率（lǜ）及返（fǎn）修率（lǜ）均比硅溶胶（jiāo）型（xíng）壳高。

(4)复合（hé）型壳由于采（cǎi）用价昂的锆英石作面层（céng），其型壳成本（běn）是（shì）水（shuǐ）玻（bō）璃型壳的4.5倍，若（ruò）背层（céng）采（cǎi）用莫（mò）来石砂（shā）粉，其型壳（ké）成本与硅溶胶型壳成本相差无几，每kg铸件成本仅相（xiàng）差1元。其（qí）成本低的优势并不明显（xiǎn）。

(5)复合型壳不能使用（yòng）中温蜡（là）料。中温（wēn）蜡（là）不能使用（yòng）热（rè）水脱蜡。在高（gāo）压釜中脱蜡（là）时，由于（yú）高温（wēn）、高压（yā）(170℃，0.7MPa)中温蜡液会与背（bèi）层中（zhōng）的水玻璃及残留硬化剂（jì）产生剧烈的皂化反应(白色（sè）泡沫状（zhuàng）皂化（huà）物)，不经回收处理无法（fǎ）回（huí）用（yòng）。而硅溶胶（jiāo）型壳，则可以应（yīng）用（yòng）低、中（zhōng）温蜡，无此弊病。

综上所（suǒ）述，复合型壳是水玻璃型（xíng）壳的改（gǎi）进，在铸件表面质量、成品率及返修率方（fāng）面比前（qián）者优（yōu）越，但与硅溶胶型（xíng）壳仍有（yǒu）本质（zhì）差别。除生产周期较短，制壳成本稍低之外其铸件质量及稳（wěn）定（dìng）性不（bú）及（jí）硅溶（róng）胶型（xíng）壳。

2.2改进方向

(1)采用（yòng）石英代替锆英砂用于面层型壳耐火材料。铸件表（biǎo）面（miàn）质（zhì）量不（bú）完全取决于面层型壳耐火（huǒ）材料，而与粘结剂（jì）有密切关系，也与蜡料有关(蜡模表面粗糙度（dù）、皂化物残留等)。复合型壳只能采用低（dī）温蜡，大部分应用（yòng）于表（biǎo）面（miàn）粗（cū）糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精度不甚高(CT4-CT6)的精铸件，实践（jiàn）证明采用石英（yīng）-硅溶胶面层代替锆英石-硅溶胶是完全可行的。

这一措施使每t铸件（jiàn）型壳成（chéng）本由原4150-4830元下（xià）降到1360元，与水玻璃型壳比仅（jǐn）增加（jiā）460元。

(2)加强（qiáng）制壳工（gōng）序（xù）尤（yóu）其是（shì）背层制壳的（de）质量（liàng）管理及环境改（gǎi）善(详见本文1，2节)。

(3)背层应当采（cǎi）用质（zhì）量稳定、高（gāo）温性能优良而成本（běn）相对低廉的耐火材料，同时（shí）要兼顾与面层（céng）型壳耐火（huǒ）材料膨胀率相匹配。推荐下（xià）列2种常用的背层材料。

①耐（nài）火粘土（tǔ）-石英（yīng）粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料（liào）破碎（suì）过筛而制（zhì）成)，其优（yōu）点是来源广、价格低，其型壳高温强度和（hé）抗蠕（rú）变（biàn）能力（lì）均高于莫来石、铝矾土。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它适用（yòng）于锆英石或石英石作面（miàn）层的复合型壳。

②耐火粘土-颗粒粉涂（tú）料（liào）(体（tǐ）积比为3：7)，撒颗粒砂（shā）。此方案只适（shì）用于锆英石复合（hé）型壳。有些工厂复（fù）合型（xíng）壳（ké）背（bèi）层（céng）采用莫来石砂粉或铝矾土（tǔ），其涂料性能较稳定，壳薄、易焙烧，但成本过高且其型壳高温性（xìng）能不及上2种型壳（ké）。铝矾土脱壳（ké）性能较差。至于废陶瓷器皿、硫（liú）璃瓦、地砖等破碎而成的材料价格虽低，但未经高温烧成，成分（fèn）复（fù）杂，型壳高温开（kāi）裂倾向大，耐火度（dù）偏（piān）低（dī）。浇注后(尤其是厚大件)脱壳困难，不宜采用（yòng）。

3、硅溶胶（低温蜡）型壳

这一工艺（yì）符合国（guó）情，在铸（zhù）造1kg以上，特别是5kg以上中大件铸件时（shí），具有更大的适（shì）应性和（hé）优（yōu）越性(与中温蜡相比（bǐ）)。

一般来说（shuō），中大铸件（jiàn）的质量要求，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（tài）高，采用高熔点中温蜡并无（wú）必（bì）要（yào）。中温蜡需要高压(大于（yú）6-7MPa)或液态蜡压注蜡模（mó），设备投资大。中（zhōng）温蜡厚（hòu）大蜡模易（yì）缩（suō）陷、变形、成（chéng）本高。低温蜡成型容易、设备简单，而蜡模表面（miàn）粗糙度（dù）相差不大（dà）。

这一工（gōng）艺比复合型壳质量稳定（dìng），尤其是铸件尺寸精度高（gāo），因它没有水（shuǐ）玻璃存在（zài），型壳（ké）高温性能好，在1000-1200℃焙烧后型（xíng）壳（ké）透气性高，抗蠕变能力强，既可适用于薄壁件，复杂结构的中小件（jiàn），又可生产重达50-100kg的特大件，如水泵、叶（yè）轮、导流壳、泵（bèng）体、球阀体、阀板等。对于（yú）薄壁（bì）中小件或大件（jiàn）可以采用叉（chā）壳或抬壳（ké）在炉（lú）前直（zhí）接浇（jiāo）注，更可获得高成品（pǐn）率。

3.1存在问（wèn）题

(1)由于（yú）采（cǎi）用低温蜡（là），大（dà）部分型（xíng）壳（ké）在水中脱蜡，难免有皂化物残留进（jìn）入型壳中（zhōng）(尤其是复合型壳及水玻璃型壳（ké）同时脱蜡时)易产（chǎn）生（shēng）铸（zhù）件表面夹杂，返（fǎn）修率稍高，这是其缺点之（zhī）一（yī）。

(2)制壳生产（chǎn）周期长是（shì）它的zui大缺（quē）点和不足，尤其在生产大件，有深孔、深槽件时，每层干（gàn）燥常要24-48h。以50kg双流（liú）道叶轮（lún）为例，常须10-15d

制壳时间，稍有未干透之死角，在水脱（tuō）蜡时会造成（chéng）硅溶胶（jiāo）回溶，型壳裂纹（wén）。

(3)硅溶胶型壳(低（dī）温蜡（là）)型壳成本（běn）较水玻璃型壳高5倍(每t铸（zhù）件制壳成本（běn）为（wéi）5000元)，比复合型（xíng）壳高17%。铸件成本相应较高。

3.2改进方向

(1)为（wéi）防（fáng）止因（yīn）低温蜡回收处理不彻底及用水脱蜡时与复（fù）合型壳或（huò）水玻璃型壳共用同一热（rè）水槽，易产生铸件（jiàn）皂化物夹杂缺陷应采取以下（xià）措施。

①采用蒸气脱蜡(蒸气压（yā）力（lì）0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代替水脱蜡，不（bú）仅（jǐn）可以防止（zhǐ）皂化（huà）物夹杂而且型壳（ké）不（bú）易产生裂纹，对铸件的质量稳定更有保（bǎo）障。

②若采用（yòng）热水脱蜡（là），应（yīng）在（zài）水中加人体积分数为1%-3%的工（gōng）业盐酸，脱蜡后再用含（hán）盐酸的热水冲（chōng）洗每组型壳（ké）以（yǐ）减（jiǎn）少皂（zào）化（huà）物残留。尽可能（néng）不要与水玻璃（lí）型（xíng）壳、复（fù）合型壳共用同一槽水脱蜡，也可更换水液（yè），单独（dú）集中脱蜡，以减少皂化（huà）物入壳。

③回收（shōu）蜡处理（lǐ）可用盐酸的体积分（fèn）数为（wéi）3%-5%的酸化水，沸（fèi）腾及沉淀时间要足够（gòu）长。冬季硬化（huà）水温度低，水玻璃及复合型壳中Na2O的残留量高，蜡料皂化也较严（yán）重（chóng），应多加盐酸（suān）处理回收蜡，减少皂化物。蜡料处理后（hòu），及时补加硬脂酸也很重（chóng）要。

(2)为（wéi）缩短（duǎn）制壳生（shēng）产周期（qī），可采用“快干硅（guī）溶胶”制壳，此工艺已（yǐ）日渐成熟，其（qí）各层型壳干燥（zào）时间可缩短（duǎn）1/2以上。小件各层(除zui后（hòu）层外)干燥（zào）仅须3h，制壳（ké）时间由原（yuán）63h缩短为（wéi）24h。中大件也较一（yī）般硅溶胶缩（suō）短50%。而（ér）其市（shì）场价只提高20-30%，完全（quán）可由场地、电耗的（de）减少（shǎo）及生产率的提高来弥补（bǔ）。快干硅溶胶的（de）推广应（yīng）用（yòng）是硅溶（róng）胶制（zhì）壳（ké）工艺的改革必（bì）由（yóu）之路，将会（huì）逐步扩大应用。

(3)为降低硅溶胶型壳的成本，zui有效的方法是采用石英石代替锆英石作（zuò）面（miàn）层型壳（ké）耐火材料。目前锆英石耐火材料占整（zhěng）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（kě）采用熔融（róng）石英砂(粉（fěn）)取代（dài）锆英（yīng）砂(粉)已（yǐ）逐步在推广（guǎng）应（yīng）用。

4、硅溶胶（中温蜡）型壳

这是国际上通用的精铸（zhù）件生（shēng）产工（gōng）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)，尺寸精度高(CT3-CT5级)的中（zhōng）小件（jiàn）、特小件(2-1000g)。但（dàn）由（yóu）于设（shè）备及成本***，较少应用于中（zhōng）大件(5-100kg)。

4.1存在（zài）问题

(1)成（chéng）本高，其型壳生产成本是水玻（bō）璃型壳（ké）的8倍（bèi）。比低温蜡-硅溶胶型壳也高出25%。主要（yào）原因（yīn）是其制壳、蜡模材料成本高，且设备耗电也（yě）大（dà）得（dé）多，设备投资也大。

(2)生产周期与低温蜡-硅溶胶型壳相同，比水玻璃及复合型壳（ké）长得多。

(3)生产5-50kg的中（zhōng）大件往往要采用中温液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注蜡，厚壁蜡模易（yì）缩凹，铸件尺（chǐ）寸精度并不（bú）太高，中大件对尺寸精度、表面（miàn）粗糙（cāo）度要求也没有小件那么高，故中大件（jiàn）较少采（cǎi）用硅溶胶（jiāo）(中温蜡)型壳。

4.2改（gǎi）进方向

(1)为降低成本，保证质量，在解决（jué）了石英对中温蜡润（rùn）湿性很差的难题后，采用石英石或熔（róng）融（róng）石英代替锆英石无（wú）疑是一方向。熔（róng）融石英（yīng）其热膨胀系（xì）数仅为5×10-7/℃，且其价格只有锆英石的1/6。在国外（wài），熔融石英已逐步在扩大应用范围。

(2)采用快干硅溶（róng）胶缩短制壳周期（qī）是国（guó）内外（wài）同（tóng）行共同（tóng）努力（lì）的方向(见前述)。

(3)研制国（guó）产的（de）中温蜡或改（gǎi）进石蜡一（yī）硬脂酸低温蜡是我国精铸界的（de）重要任务。如何（hé）解决（jué）国产中温（wēn）蜡或改进型的低温蜡回收处（chù）理的难题，使其（qí）在生（shēng）产（chǎn）中能长（zhǎng）期保持蜡料性能（néng）不变（biàn）化是能否推（tuī）广应用的关键。

5、结束语（yǔ）

(1)各种型（xíng）壳工艺有其不同的适用对象，选（xuǎn）择的依据（jù）是：铸件的质量要求、价（jià）位及交（jiāo）货期。综合考虑，正确选用（yòng）zui经（jīng）济合理的制壳工（gōng）艺方案是保（bǎo）证（zhèng）生产优质、低成本（běn）铸（zhù）件的基础。

(2)水玻璃型壳虽有不少优点但（dàn）粘（zhān）结（jié）剂本身（shēn）固有的缺点使铸件（jiàn）质量难以提高，质量稳定性也差。今后将会逐步被复合型壳，尤其是成本低的石英一硅溶胶复合壳所取代。

(3)硅溶胶是理想的粘结剂，其型壳质（zhì）量高（gāo），铸件质量稳定，返修率低，是今后的发展方向。石（shí）英石、熔融石英耐火料在面（miàn）层型壳（ké）中的（de）应用，快干硅溶胶（jiāo）的推广（guǎng），将（jiāng）其生产成（chéng）本及制壳周期大大降（jiàng）低和缩短，克服了这2点（diǎn）不足，硅溶（róng）胶型（xíng）壳(低温蜡（là）或中（zhōng）温蜡)将在我国精铸界（jiè）得到广泛应用，毕竟高的（de）铸件（jiàn）质量（liàng）是zui重要的指标。