对（duì）目前国内精铸（zhù）行业中广泛应用（yòng）的4种制（zhì）壳工艺的特点（diǎn）进行了分析对比（bǐ）。从精铸件质量比较，水玻璃型壳较差，复（fù）合型（xíng）壳、硅溶胶-低温蜡型壳次之（zhī），硅溶（róng）胶一中温蜡型壳zui好。而从制壳成本比较，水玻璃型壳zui低，硅溶（róng）胶一中温蜡型壳（ké）zui高（gāo）。对（duì）这4种制壳工艺分（fèn）别提出了（le）改（gǎi）进措施。

目前国内精铸件生（shēng）产中广泛采用的制壳工艺有以下4种：

A．水玻璃型（xíng）壳（ké）；

B．复合型壳；

C．硅溶胶型壳（ké）(低温蜡)；

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

我公司（sī）4种工艺兼有，以充分满足市场对（duì）精铸（zhù）件质量（liàng）、价位的不（bú）同需求、增加市场（chǎng）竞（jìng）争（zhēng）力和适应力。

1、水玻璃型壳

这一（yī）工艺在国内（nèi）已有近50年的生产历史（shǐ），其厂点数至今仍（réng）占（zhàn）我（wǒ）国（guó）精铸厂家的75%以上（shàng）。经过精铸界同（tóng）仁个半世纪的（de）不懈努力（lì），水玻璃型壳工艺的应用和（hé）研究已（yǐ）达到了（le）很高（gāo）水平。

多年来由于（yú）背层（céng）型壳耐火材料（liào）的改进和新型硬化剂的推广应（yīng）用，水玻璃型（xíng）壳强度（dù）有了（le）成（chéng）倍（bèi）增长。铸件（jiàn）表面质量（liàng）、尺寸精度及成品率（lǜ）有了很大提高，目前（qián）仍占很大的市场（chǎng）份（fèn）额，并替（tì）代（dài）国外（wài）砂铸件成批出口。

低廉的成本、zui短（duǎn）的生产（chǎn）周期、优良的脱壳性能及（jí）高透（tòu）气性至今仍是其他（tā）任（rèn）何型壳工艺所不及的优点。但（dàn）铸件的（de）质量，包括表面粗糙度、缺陷数量（liàng）、尺寸精度（dù）、成品率、返（fǎn）修率等均（jun1）比其他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（gāo），型壳高（gāo）温强度（dù）、抗蠕变能力远不及硅溶剂型壳(只有它的1/30-1/50)。加之面层耐火（huǒ）料采（cǎi）用（yòng）了（le）价低质次、粒（lì）度级配不良的石（shí）英砂(粉)，硬化剂至今（jīn）仍限于使（shǐ）用氯化氨（ān），因而必（bì）然不能（néng）获得（dé）高质量的精铸件。

(2)型壳生产条件差，缺乏严格（gé）的（de）生产过程及参数的控制。由（yóu）于硬化剂的（de）强腐蚀性，除尘设备的（de）简陋，很少车间（jiān）有恒温、恒湿（shī）、除尘的（de）生产（chǎn）环境。影响型壳（ké）和铸件质量（liàng）的涂料配制、硬化（huà）、风干、脱蜡（là）等工序，极（jí）少按行业规定（dìng）的操（cāo）作规范严格（gé）控（kòng）制。如定（dìng）期检测涂料粘度、涂片重、硬化剂浓度（dù）、pH值等。型壳风干处的温度、湿度、风（fēng）速等（děng）更是不加控制，故（gù）常在（zài）高、低温或梅（méi）雨季节发生批量报废（fèi）的质量事（shì）故。总之，大部分工（gōng）厂停留在手（shǒu）工作坊阶段，靠（kào）技艺而（ér）不（bú）是靠科学（xué）的质（zhì）量管理进行生产。这是（shì）水玻璃型壳数十年来铸件质量不稳定、废（fèi）品率、返修率高的重要原因之（zhī）一（yī）。

1.2改进（jìn）方向

(1)采（cǎi）用（yòng）高纯度的硅微粉(脉（mò）石英)代（dài）替常（cháng）用的低品（pǐn）位的石英（yīng）砂粉作面层耐火材料（liào），并应用“双峰”型粒度级配的圆形石英粉配制面层涂料。不仅可（kě）提高面层（céng）型壳的热化（huà）学稳定（dìng）性，而（ér）且可（kě）以获得高粉液比涂料。我厂用模数（shù）为3.4、密度（dù）为（wéi）1.28g/cm3的（de）水玻璃配料，粉液（yè）比可达到1.4。硅（guī）微（wēi）粉的技术要求见。

经（jīng）湿法球磨、单槽沉淀、磁选及离子高纯水（shuǐ）处理，自然形（xíng）成圆（yuán）形，双峰粒度级配，这种高纯低杂质（zhì）的粉粒，比人工级配（pèi）更理想。已在我公司实际应用，效（xiào）果良（liáng）好。

(2)加（jiā）强制壳工（gōng）序（xù）的现场质量管（guǎn）理（lǐ），按行业标准操作。同时应将涂（tú）料、撒砂、硬化场地（dì）与型壳干燥间隔离。后者控制温度、湿（shī）度，前者（zhě）加强除尘、防腐，从而有利于型（xíng）壳质量的稳定及改善操作环境。

(3)采用（yòng）石（shí）英-硅溶（róng）胶型（xíng）壳代替一、二层石英-水玻璃型壳，彻底取消面层（céng）和过渡层的水玻（bō）璃及氯化（huà）氨硬化剂。计算（suàn）表明铸件成本仅（jǐn）增加0.46元/kg，而（ér）制壳生产周（zhōu）期与（yǔ）水玻（bō）璃型壳基本相同。

2、复合型壳

为克（kè）服上述水玻（bō）璃型壳的缺点，目前不少工厂将一、二层改（gǎi）用锆英石及莫来石-硅溶胶型壳。背层仍（réng）采用（yòng）原有（yǒu）水玻璃（lí）型壳工艺。它是结合（hé）硅胶型壳的优（yōu）良（liáng）的表面质量（liàng）和（hé）水玻璃低成本、短周期（qī）的优点的一（yī）种改进方案。与水玻璃型壳相比，其铸件表面（miàn）质（zhì）量（liàng）有了很（hěn）大提（tí）高，表（biǎo）面粗糙度降低、表面缺陷减少、返（fǎn）修率下降。可应用于不锈钢、耐（nài）热钢等（děng）高合金钢。生（shēng）产周期则比（bǐ）低温蜡（là）-硅溶胶型壳（ké）短（duǎn）得多，与（yǔ）水玻璃型壳相近。

2.1存在的主（zhǔ）要问题

(1)由于（yú）背层保留了水玻璃粘结剂，故其（qí）型（xíng）壳整体高温强（qiáng）度、抗蠕变能（néng）力比硅溶胶型壳低（dī）。其型焙烧（shāo）温（wēn）度只限于（yú）950℃以下。900℃以后型（xíng）壳变形量增加了30%。而硅溶胶型壳（ké）焙烧温（wēn）度（dù）可达1000-1200℃，在1000℃以前型壳（ké）不变形。故复（fù）合型壳浇注（zhù）的（de）铸件尺（chǐ）寸精度(包括（kuò）形位公差)均比不上硅溶胶型壳。往往在浇注大型(10kg以上)铸件时要采取增加硅溶胶型壳层数的（de）方法（fǎ）(一般至少增（zēng）加2层)以求获得高的高（gāo）温强度及（jí）防止铸件变形。

(2)由于型壳前2层是（shì）影响型壳透（tòu）气性的主因，由水玻璃型壳（ké）改（gǎi）为（wéi）硅（guī）溶胶后，型壳的整体透气性大幅降低，在焙烧温度较低（dī）、保温时间不（bú）够（gòu）长时，常会造（zào）成铸件（jiàn）气孔及浇不足、冷隔（gé）等缺陷，故复合型（xíng）壳较难应用于（yú）薄壁(δ≤3mm)件、小件及特（tè）小件(小于50g)。又因型壳高温强（qiáng）度（dù）不及硅溶胶型壳（ké），更易造成上述（shù）废（fèi）品。总之（zhī），复合型壳的透气性（xìng）不如（rú）水（shuǐ）玻璃型壳也不（bú）如硅溶胶（jiāo）型（xíng）壳。

(3)复合型壳铸件质量稳定（dìng）性比水玻璃好（hǎo），但（dàn）远不如（rú）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（bú）稳定的（de）耐火（huǒ）材料，如粘土、颗粒粒砂（shā）等（děng），且在制壳工艺控制（zhì）方面与水（shuǐ）玻（bō）璃型（xíng）壳相同，导致铸件质量稳定性（xìng）差。尤其是10kg以上的（de）大件及（jí）1kg以下（xià）的小件，废（fèi）品（pǐn）率及（jí）返修率均比硅溶胶型（xíng）壳高。

(4)复合型壳由于采用价昂的锆英石作面层，其型壳成（chéng）本是水玻璃型壳的4.5倍，若背层采（cǎi）用莫来石砂粉，其型（xíng）壳成本与硅溶胶型壳成本相差无几，每kg铸（zhù）件成本仅相差1元。其成本低的优势并不明显。

(5)复（fù）合型壳不能使（shǐ）用（yòng）中温蜡料。中温蜡不能使用热水脱蜡（là）。在高压釜中脱（tuō）蜡时，由于高温、高压(170℃，0.7MPa)中温蜡液会与背（bèi）层中（zhōng）的水玻璃及残留硬化剂产生剧烈的（de）皂化反应（yīng）(白色泡沫状（zhuàng）皂化物)，不（bú）经回收（shōu）处（chù）理无法回用（yòng）。而硅（guī）溶（róng）胶型壳，则可（kě）以应（yīng）用低、中温蜡，无此弊病。

综上所述，复合（hé）型壳是水（shuǐ）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（qián）者优越，但（dàn）与硅溶胶型壳（ké）仍有（yǒu）本质差别。除生（shēng）产（chǎn）周（zhōu）期较短，制壳成本（běn）稍低（dī）之外（wài）其铸件质量及稳（wěn）定性不及硅溶（róng）胶型壳。

2.2改（gǎi）进方（fāng）向

(1)采用（yòng）石英（yīng）代（dài）替（tì）锆英砂用（yòng）于面层（céng）型壳耐火材料。铸件表面（miàn）质量不完全取（qǔ）决（jué）于面（miàn）层（céng）型壳耐火材料，而与粘结剂有密切关系，也与蜡料有关(蜡模表面（miàn）粗糙度、皂化（huà）物残留（liú）等（děng）)。复合型（xíng）壳只能采（cǎi）用低温蜡，大部分应（yīng）用（yòng）于表面粗糙度中等（děng）(Ra=6.3-12.5)、尺（chǐ）寸精度不甚高(CT4-CT6)的（de）精铸（zhù）件，实践证明采用石英-硅溶胶面层代（dài）替锆英石-硅溶胶是完全可行的（de）。

这一措（cuò）施使（shǐ）每t铸件（jiàn）型壳（ké）成（chéng）本由原4150-4830元（yuán）下降到1360元，与水玻璃（lí）型壳比仅增加460元。

(2)加（jiā）强制壳工序尤其是背层（céng）制（zhì）壳的质量（liàng）管理及（jí）环境改善(详见本（běn）文1，2节)。

(3)背层应当采用质（zhì）量稳定（dìng）、高温性能优（yōu）良（liáng）而成（chéng）本（běn）相对（duì）低廉的耐（nài）火材料，同时要兼顾与（yǔ）面层型（xíng）壳耐火（huǒ）材料（liào）膨（péng）胀率相（xiàng）匹配（pèi）。推荐（jiàn）下列（liè）2种（zhǒng）常用的背层材料。

①耐（nài）火粘土-石英（yīng）粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破（pò）碎（suì）过筛而制成)，其优点是来源广、价格（gé）低（dī），其型壳（ké）高（gāo）温强度和抗蠕（rú）变（biàn）能（néng）力均高于莫来石、铝（lǚ）矾土。价格仅为铝矾（fán）土的1/2-1/3。它适用于（yú）锆（gào）英石或石英石作（zuò）面层的复合型壳。

②耐火粘土-颗粒粉涂料(体积比为3：7)，撒颗粒砂。此方案只（zhī）适用于锆英石复合型（xíng）壳。有些工（gōng）厂复合（hé）型壳背层采（cǎi）用（yòng）莫来石（shí）砂粉或铝矾土，其涂料性能较稳定，壳薄、易焙烧，但成本过高且其型壳（ké）高温（wēn）性能不（bú）及上2种型壳（ké）。铝（lǚ）矾土（tǔ）脱壳性能较差。至于废陶瓷器皿、硫璃（lí）瓦（wǎ）、地砖等破碎（suì）而成的（de）材料价格虽（suī）低，但未经高温烧成，成（chéng）分复杂，型壳高温开裂倾向大，耐（nài）火度偏低。浇注后(尤其是厚大件)脱壳困难，不宜采用。

3、硅溶胶（jiāo）（低温蜡）型壳

这一工艺符合国情，在铸造1kg以（yǐ）上，特别是5kg以（yǐ）上中大件铸（zhù）件时，具有更（gèng）大（dà）的适（shì）应（yīng）性和（hé）优越性(与中（zhōng）温蜡相比)。

一般来说，中大铸件的质量要求（qiú），特别（bié）是表面粗糙度、尺（chǐ）寸精度以及（jí）形（xíng）位公差的（de）要（yào）求不（bú）会（huì）太高，采用高熔（róng）点（diǎn）中温蜡并无必要。中温蜡需要高压（yā）(大（dà）于6-7MPa)或液态蜡压（yā）注（zhù）蜡模，设备（bèi）投（tóu）资大。中温蜡厚（hòu）大蜡（là）模易缩陷、变形、成本高。低温蜡（là）成型容易、设备简单，而蜡模表（biǎo）面粗糙（cāo）度相差不大。

这一（yī）工艺比（bǐ）复合（hé）型壳（ké）质量稳定，尤其是铸件尺寸（cùn）精度高（gāo），因（yīn）它没有水玻璃存在，型壳高温（wēn）性（xìng）能好（hǎo），在1000-1200℃焙（bèi）烧后型壳透气性（xìng）高，抗蠕变（biàn）能力（lì）强，既（jì）可适（shì）用于薄壁件，复杂结构的（de）中小（xiǎo）件，又可生产重达50-100kg的特（tè）大件，如（rú）水泵、叶轮、导流（liú）壳、泵体、球阀（fá）体、阀（fá）板等。对于薄壁中（zhōng）小件或大件可以采用（yòng）叉壳（ké）或（huò）抬壳在炉前直接（jiē）浇注，更可获得高成品率。

3.1存在（zài）问（wèn）题

(1)由于采（cǎi）用低温蜡，大部（bù）分型壳在水中脱蜡（là），难免有皂（zào）化物（wù）残留进入型（xíng）壳中(尤其是（shì）复合型壳及水玻璃型壳同时脱蜡时（shí）)易产生铸件（jiàn）表面夹杂（zá），返（fǎn）修率稍高（gāo），这是其（qí）缺点之一。

(2)制（zhì）壳生产（chǎn）周期长是它的zui大缺点和不足（zú），尤（yóu）其在生产大件，有深孔、深槽（cáo）件时，每（měi）层（céng）干燥常要24-48h。以50kg双流道叶轮为例，常须10-15d

制壳时间，稍有未干透之死角，在水脱蜡时会造成硅溶胶回溶，型壳裂纹。

(3)硅（guī）溶胶型壳(低温蜡（là）)型壳成本较水（shuǐ）玻璃型壳（ké）高5倍（bèi）(每t铸（zhù）件制（zhì）壳成本为5000元（yuán）)，比复合型壳高17%。铸（zhù）件成（chéng）本相应较（jiào）高。

3.2改进方向

(1)为防止因低温（wēn）蜡（là）回收处理不（bú）彻底及用水脱（tuō）蜡时与（yǔ）复合型壳或（huò）水玻（bō）璃型（xíng）壳共（gòng）用同一热（rè）水槽，易产生铸件皂化物夹杂缺陷应采取以下措施。

①采用（yòng）蒸气脱蜡(蒸气压力（lì）0.2-0.4MPa，温（wēn）度120-130℃)代替水脱蜡，不仅可以（yǐ）防（fáng）止皂化物（wù）夹杂而且型壳（ké）不易（yì）产（chǎn）生裂纹，对铸（zhù）件（jiàn）的质量稳定更有保（bǎo）障。

②若采用热水脱蜡（là），应在水中加人体积分（fèn）数（shù）为1%-3%的工业盐酸（suān），脱蜡后再用含盐酸的热水冲洗（xǐ）每组型壳以减少皂化物残（cán）留。尽（jìn）可能不要与水玻（bō）璃型（xíng）壳、复合型壳（ké）共（gòng）用同一槽水脱蜡，也可更换水液（yè），单独集中脱蜡（là），以减（jiǎn）少皂化物入壳。

③回收蜡处理可用盐酸（suān）的体积分（fèn）数为3%-5%的酸（suān）化水，沸腾及沉淀时间要足够长。冬季硬（yìng）化（huà）水温度低，水玻（bō）璃（lí）及复（fù）合型壳中Na2O的残留量高，蜡料（liào）皂化（huà）也（yě）较严重，应多加盐酸处理（lǐ）回收（shōu）蜡，减（jiǎn）少皂（zào）化物（wù）。蜡料处理后，及时（shí）补加硬（yìng）脂酸（suān）也很重要。

(2)为缩短制壳生产周（zhōu）期，可采（cǎi）用“快干（gàn）硅溶（róng）胶（jiāo）”制（zhì）壳，此工艺已日渐成熟，其各层型壳干燥时间可缩短1/2以上。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（zhōng）大件（jiàn）也较一般硅溶胶缩短50%。而其市场价只提高20-30%，完全可由场地、电耗的减少及生产率的提高（gāo）来弥补。快干（gàn）硅溶胶的推广（guǎng）应用是硅溶胶制壳工艺的改革必由之路（lù），将会逐步扩大（dà）应用（yòng）。

(3)为降低（dī）硅溶胶型壳的成本，zui有（yǒu）效的方法是采用石（shí）英石代替锆英石作面层型壳耐（nài）火材（cái）料。目前（qián）锆英石耐火材料占整个（gè）硅溶胶制壳成本的60%，改（gǎi）用（yòng）石英后每t铸件制（zhì）壳成本由5000元降（jiàng）为2210元（yuán），下降55.8%。中大（dà）件可采（cǎi）用熔（róng）融石英砂(粉)取代锆英砂(粉)已逐步在推广应用。

4、硅（guī）溶胶（中温蜡）型（xíng）壳

这是国际上通用的精铸件生产工（gōng）艺（yì），它具有zui高的（de）铸（zhù）件质量（liàng）、zui低（dī）的（de）返（fǎn）修率，特别适合于表（biǎo）面粗糙度要求高(Ra0.8-3.2)，尺寸精（jīng）度高(CT3-CT5级)的中（zhōng）小件（jiàn）、特小件(2-1000g)。但由于设备及成本***，较少应用于中大（dà）件(5-100kg)。

4.1存在（zài）问题

(1)成（chéng）本高（gāo），其型壳生产成本是水玻（bō）璃型壳的8倍。比（bǐ）低温蜡（là）-硅溶胶型壳也（yě）高出25%。主要原（yuán）因是（shì）其制（zhì）壳、蜡（là）模材料成（chéng）本高，且设备耗（hào）电也大得多，设（shè）备投（tóu）资也（yě）大。

(2)生产周（zhōu）期（qī）与（yǔ）低温（wēn）蜡-硅溶（róng）胶型壳相同，比水玻璃及（jí）复合型壳长得多。

(3)生产5-50kg的中大件往往要采用中（zhōng）温（wēn）液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注蜡，厚壁（bì）蜡模易缩凹，铸（zhù）件尺寸（cùn）精度（dù）并不（bú）太高，中大件对（duì）尺（chǐ）寸精度、表面粗糙度（dù）要求也没有小件那么（me）高，故（gù）中大（dà）件较少采用硅溶胶（jiāo）(中温蜡)型壳。

4.2改进方（fāng）向

(1)为降低成本，保证质量，在解决了（le）石英对中温蜡润湿性很差的难题后，采用石（shí）英（yīng）石或熔（róng）融石英代替锆英石无（wú）疑是一方向。熔融（róng）石（shí）英其热（rè）膨胀系数仅为5×10-7/℃，且其（qí）价格只有锆（gào）英石的（de）1/6。在国外，熔融石英已逐步在扩大应用（yòng）范围。

(2)采用快干硅溶（róng）胶缩短制壳（ké）周期是国内外同行共（gòng）同努力的方向(见前（qián）述（shù）)。

(3)研制国产的中温蜡或改进（jìn）石蜡一硬脂酸低温蜡是我国精铸（zhù）界（jiè）的重（chóng）要任务。如何解（jiě）决国产中（zhōng）温蜡或改进型的低温蜡回（huí）收（shōu）处理的难（nán）题，使其在生产中能长期保持蜡料性能（néng）不变（biàn）化是能否推广应用的关键。

5、结束语

(1)各种型壳工艺有其不（bú）同（tóng）的适用对象，选择的（de）依据是：铸件（jiàn）的（de）质量要（yào）求、价（jià）位及（jí）交货（huò）期。综合（hé）考虑，正确选（xuǎn）用（yòng）zui经济合理的制（zhì）壳工艺方案是保证生产优质、低成本铸件的基础。

(2)水玻（bō）璃（lí）型壳虽有不少优点但粘结剂本身固有（yǒu）的（de）缺点（diǎn）使铸件质（zhì）量难以提高，质量稳定（dìng）性（xìng）也差。今（jīn）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)硅溶胶是理想的（de）粘结剂，其型壳（ké）质量高，铸件（jiàn）质量稳定，返修率低，是今后的发展方向。石英石、熔（róng）融石英（yīng）耐火料在面层型壳中的应用，快（kuài）干硅溶胶的（de）推广，将其生产成本及制壳周期大大降低和缩短，克服了这（zhè）2点不足（zú），硅（guī）溶胶型壳(低温（wēn）蜡或（huò）中温蜡)将在我（wǒ）国精铸界得（dé）到广泛（fàn）应用（yòng），毕竟（jìng）高的铸（zhù）件质量是zui重要（yào）的指标。