对目前国内精（jīng）铸行（háng）业中广泛应用的（de）4种制壳工艺的特点进行了分（fèn）析对（duì）比。从精（jīng）铸件质量比（bǐ）较，水玻璃型壳较差，复合型（xíng）壳（ké）、硅（guī）溶胶-低温蜡型壳次之（zhī），硅溶胶一中温蜡型壳zui好。而从（cóng）制壳成本比较，水玻璃型壳zui低，硅溶胶一中温（wēn）蜡（là）型壳zui高（gāo）。对（duì）这4种制壳工艺分别（bié）提出了（le）改进（jìn）措施。

目前国内（nèi）精铸件（jiàn）生产中广泛采用的制壳工（gōng）艺（yì）有以下4种：

A．水玻璃型壳；

B．复合型壳；

C．硅溶胶型壳(低温蜡)；

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

我（wǒ）公司4种（zhǒng）工艺兼有，以充分满足市场对精铸（zhù）件质量、价位的不同需（xū）求、增加市场竞争力和（hé）适应力。

1、水玻（bō）璃型壳

这一工艺在国内已（yǐ）有近（jìn）50年的生（shēng）产历（lì）史，其厂点（diǎn）数至今仍（réng）占我国精铸（zhù）厂家的75%以上。经过精铸界同仁个（gè）半世纪（jì）的不懈努力，水玻璃（lí）型壳工艺的（de）应用和研究已达（dá）到了很高水平。

多年来由于背层型壳耐（nài）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（chéng）倍增长。铸（zhù）件表面质量、尺寸精度及成（chéng）品率有了很大提高，目（mù）前仍占很大的（de）市（shì）场份额，并替（tì）代国外砂（shā）铸件成批出（chū）口。

低廉（lián）的成本、zui短（duǎn）的（de）生产周期、优良的脱壳性能及高透气（qì）性至今仍是其他任何型壳工艺所不及（jí）的优点（diǎn）。但铸件（jiàn）的质量，包括表面（miàn）粗糙（cāo）度、缺陷数量（liàng）、尺寸精（jīng）度、成品（pǐn）率、返修率等均比其他3种工艺要差

1.1存在的主要问题（tí）

(1)水玻璃粘结剂固有（yǒu）的缺（quē）点（diǎn）是Na2O含量高，型壳高温强度、抗蠕变能（néng）力远不及硅溶剂型壳(只（zhī）有它的1/30-1/50)。加之面层（céng）耐火料采用（yòng）了（le）价低质次、粒（lì）度级配不良的石英（yīng）砂(粉)，硬化剂至今仍限于使用氯化氨，因而必然不（bú）能获（huò）得高（gāo）质（zhì）量的精（jīng）铸（zhù）件。

(2)型（xíng）壳生产（chǎn）条件（jiàn）差，缺乏严格的生产过（guò）程及参数的控制。由（yóu）于（yú）硬（yìng）化剂（jì）的强（qiáng）腐（fǔ）蚀性，除（chú）尘设备的简陋（lòu），很（hěn）少（shǎo）车间有（yǒu）恒温、恒湿、除（chú）尘的生产环境。影（yǐng）响型壳和铸件（jiàn）质量的（de）涂料配制、硬化、风干、脱蜡等工序，极少按行（háng）业规定的操作（zuò）规范严（yán）格控制（zhì）。如定（dìng）期（qī）检（jiǎn）测涂料（liào）粘度、涂片重、硬化剂浓度（dù）、pH值等。型壳风（fēng）干（gàn）处的温度、湿度、风速等更是不加控制，故（gù）常在高、低温或梅雨（yǔ）季节发生批（pī）量报废的质量（liàng）事故（gù）。总（zǒng）之（zhī），大部分工厂停留在手工作坊阶段，靠技（jì）艺而不是靠科学的（de）质量（liàng）管理进行生产。这是水（shuǐ）玻璃型壳数十（shí）年来铸件（jiàn）质量不稳定、废品率、返修率高的（de）重要（yào）原因之一（yī）。

1.2改进方向

(1)采用高纯（chún）度的硅微粉(脉石英)代替常用的（de）低品位的石（shí）英砂粉作面层耐火（huǒ）材料，并（bìng）应（yīng）用“双峰”型粒度级配的圆形石（shí）英粉（fěn）配制（zhì）面层涂料。不仅可提高面（miàn）层型壳的热化学稳定性，而且可以获得高粉液比涂料。我（wǒ）厂用模数为3.4、密度为1.28g/cm3的水玻璃配料，粉液比可达到1.4。硅微粉的技术要求见。

经湿（shī）法球磨、单槽沉淀（diàn）、磁选及离（lí）子高纯水处（chù）理，自（zì）然（rán）形成圆形，双峰粒度（dù）级（jí）配，这种高纯低杂质的粉（fěn）粒，比人工级配更理想。已在我公司实际（jì）应用，效果良（liáng）好。

(2)加强制壳工序的现场质量（liàng）管理，按行（háng）业标准操作。同（tóng）时应将（jiāng）涂料（liào）、撒（sā）砂、硬（yìng）化场地与型壳干燥间隔离。后者控制温度、湿度，前者加强除（chú）尘、防腐，从而有利于（yú）型壳质（zhì）量的（de）稳定及改（gǎi）善操（cāo）作环境（jìng）。

(3)采用石英-硅溶胶型壳代（dài）替一、二层（céng）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（lǜ）化氨硬化剂。计（jì）算表明铸件（jiàn）成本仅增（zēng）加0.46元/kg，而制壳生产周期与水玻璃型（xíng）壳基本相同（tóng）。

2、复合型壳

为克（kè）服上述水玻璃（lí）型壳的缺点（diǎn），目前不少工（gōng）厂（chǎng）将一、二层改用锆英石及莫来（lái）石-硅（guī）溶胶型壳。背层仍采（cǎi）用原有水玻璃型壳工艺。它是结（jié）合硅胶型（xíng）壳（ké）的优良的表面（miàn）质量和（hé）水玻璃（lí）低成（chéng）本、短周（zhōu）期的优（yōu）点（diǎn）的一种改（gǎi）进（jìn）方案。与水玻璃（lí）型壳相（xiàng）比（bǐ），其（qí）铸件表面质量有了很大提高，表面粗（cū）糙度降低、表面（miàn）缺陷减少、返修率下降。可应用于不锈钢、耐热钢等（děng）高合金钢。生产（chǎn）周期则比低温蜡-硅溶胶型壳（ké）短得多，与水玻璃（lí）型（xíng）壳相（xiàng）近。

2.1存（cún）在（zài）的主（zhǔ）要问题

(1)由于背层保（bǎo）留了水（shuǐ）玻璃（lí）粘结（jié）剂（jì），故（gù）其（qí）型壳整体高温强度、抗蠕变能力比（bǐ）硅溶胶型壳低。其型（xíng）焙（bèi）烧温（wēn）度只（zhī）限于（yú）950℃以下。900℃以（yǐ）后型（xíng）壳变形量（liàng）增加了30%。而硅溶胶型壳焙烧温度可达1000-1200℃，在1000℃以前型壳不变形。故复合型壳浇（jiāo）注的铸件（jiàn）尺寸精度(包括形位公差)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（jiāo）型壳（ké）层（céng）数的方（fāng）法(一般至少增（zēng）加2层)以求获得（dé）高的高温（wēn）强度（dù）及防止（zhǐ）铸件变形。

(2)由于型壳前2层是影响型壳透气（qì）性的主因，由水玻璃型（xíng）壳改为硅溶胶后，型壳（ké）的整体透气性大幅降低（dī），在焙烧温度较低（dī）、保（bǎo）温时（shí）间不够长时，常会造（zào）成铸件气孔及浇不足、冷（lěng）隔（gé）等缺陷，故复合型壳较难应用于薄壁(δ≤3mm)件（jiàn）、小件（jiàn）及特小件（jiàn）(小于50g)。又因型壳高温强度不及硅溶胶型壳，更易（yì）造成上述废（fèi）品。总之，复合型（xíng）壳的透气性不如水玻璃（lí）型壳也不（bú）如硅溶胶型壳。

(3)复合型（xíng）壳铸（zhù）件质量（liàng）稳定（dìng）性比水（shuǐ）玻（bō）璃好，但远（yuǎn）不如硅溶胶型壳。其背层（céng）仍保留（liú）水（shuǐ）玻璃粘结剂，为（wéi）降低（dī）成本仍采（cǎi）用价格（gé）较低、质（zhì）量（liàng）不稳定的耐火（huǒ）材（cái）料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方面与水玻璃（lí）型壳相同，导致铸件（jiàn）质量稳定性差。尤其是（shì）10kg以上（shàng）的大件及1kg以下的小件，废品率及返修率均比（bǐ）硅溶胶型（xíng）壳高。

(4)复（fù）合型壳由于采用价昂的（de）锆英石作（zuò）面层，其（qí）型壳成本是水玻璃型壳（ké）的4.5倍（bèi），若背层采用莫来石砂粉，其型壳成本与硅（guī）溶胶型壳成本相（xiàng）差无几，每kg铸（zhù）件成本仅相（xiàng）差1元。其成（chéng）本低（dī）的优势并不明显。

(5)复合型壳不（bú）能使用中温蜡料。中温蜡不能使用热水脱（tuō）蜡。在高压釜中脱蜡时（shí），由于高温、高压（yā）(170℃，0.7MPa)中（zhōng）温（wēn）蜡液会与背层（céng）中的水玻璃（lí）及残留硬（yìng）化剂产生剧烈的皂（zào）化反（fǎn）应（yīng）(白色泡沫状皂化物)，不经回收处理无（wú）法回用。而硅（guī）溶（róng）胶型（xíng）壳，则可以应用（yòng）低（dī）、中温蜡，无此弊病。

综上所述，复合（hé）型壳（ké）是水玻（bō）璃型壳的改进，在铸件表（biǎo）面质量（liàng）、成（chéng）品率及返（fǎn）修率方面比前（qián）者优越，但与硅溶胶（jiāo）型（xíng）壳仍有本质差别。除生产周期较短（duǎn），制壳成（chéng）本（běn）稍低之外（wài）其铸（zhù）件质量及稳（wěn）定性不及硅溶胶型壳。

2.2改进方向

(1)采用石英代替锆英砂用（yòng）于面层（céng）型壳耐（nài）火材料（liào）。铸件表面质量不（bú）完全取（qǔ）决于面层型壳耐火（huǒ）材料，而与粘结剂有密（mì）切关系，也与蜡（là）料有关(蜡模表面粗（cū）糙度、皂化物残（cán）留等)。复合型壳（ké）只能采用低温蜡（là），大（dà）部分（fèn）应用于表面粗（cū）糙度中（zhōng）等（děng）(Ra=6.3-12.5)、尺寸（cùn）精度不甚高（gāo）(CT4-CT6)的精铸件，实践证明采用石英-硅溶胶面层代替锆（gào）英（yīng）石-硅溶（róng）胶是完全可（kě）行的（de）。

这一措施使每t铸（zhù）件（jiàn）型壳（ké）成本（běn）由原4150-4830元（yuán）下降（jiàng）到1360元，与（yǔ）水玻璃型壳比仅增加460元。

(2)加强制壳（ké）工序（xù）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（bèi）层应当采用质量稳定、高温性能优良（liáng）而（ér）成本（běn）相对（duì）低廉的耐火（huǒ）材料，同时要兼顾与面（miàn）层型壳（ké）耐（nài）火（huǒ）材料膨（péng）胀（zhàng）率相匹配。推荐下列（liè）2种常（cháng）用的背层材料。

①耐火（huǒ）粘土-石英粉涂料(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破碎过筛（shāi）而制成)，其（qí）优点是来源广、价格（gé）低，其型壳高温强度和抗（kàng）蠕变能力均高于莫来石、铝矾（fán）土。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它适（shì）用于锆（gào）英石或石（shí）英石作面层的（de）复合型壳。

②耐火粘土-颗（kē）粒粉涂料(体积比为3：7)，撒颗粒砂。此方案只适用（yòng）于锆英石复合（hé）型壳。有（yǒu）些工厂复（fù）合型壳（ké）背层采（cǎi）用（yòng）莫来石砂粉或铝（lǚ）矾土，其涂（tú）料性能较稳定，壳薄、易焙烧，但成本（běn）过高且其型壳高温性能不及上（shàng）2种型壳（ké）。铝矾土脱壳性能较差。至于废（fèi）陶（táo）瓷器皿、硫璃（lí）瓦（wǎ）、地砖等（děng）破碎而成（chéng）的材料价格虽低，但未经高温烧成，成分复杂，型壳高温开裂倾（qīng）向大，耐火度偏低。浇注后(尤其是（shì）厚（hòu）大件)脱壳困难，不宜采用。

3、硅溶胶（低温蜡（là））型壳

这一工艺符合（hé）国情，在铸造1kg以（yǐ）上，特别是5kg以上中大件铸（zhù）件时（shí），具有更（gèng）大的（de）适应性和优越性(与中（zhōng）温（wēn）蜡（là）相比（bǐ）)。

一般（bān）来说，中（zhōng）大铸件的质量（liàng）要求，特别（bié）是表面粗糙度、尺寸精（jīng）度以及形位（wèi）公差的要求不会太高，采（cǎi）用（yòng）高熔点中温蜡并无必要。中温蜡需要高（gāo）压(大于6-7MPa)或液态蜡压注蜡模，设备投资大。中温（wēn）蜡厚大蜡模易缩陷、变形（xíng）、成本高。低温蜡成型容易、设（shè）备简（jiǎn）单，而蜡模表（biǎo）面（miàn）粗（cū）糙（cāo）度相差不大。

这一工艺比（bǐ）复合型壳质量稳（wěn）定，尤其是（shì）铸件尺寸精度高（gāo），因（yīn）它没有水玻璃存在，型（xíng）壳高（gāo）温性能（néng）好，在（zài）1000-1200℃焙（bèi）烧（shāo）后（hòu）型（xíng）壳透气性高，抗蠕变能力强，既可（kě）适（shì）用（yòng）于薄壁件，复杂结构的中（zhōng）小（xiǎo）件，又（yòu）可生产重达50-100kg的（de）特大件，如水泵、叶轮、导流壳、泵体、球阀（fá）体、阀（fá）板等。对于薄壁中小件（jiàn）或大件可以（yǐ）采（cǎi）用叉壳（ké）或抬壳（ké）在炉前直接浇注（zhù），更可获（huò）得高成品率。

3.1存在问（wèn）题

(1)由于采用（yòng）低温蜡，大部分型壳在水中脱蜡，难免（miǎn）有皂化物残留（liú）进入（rù）型壳（ké）中(尤其是（shì）复合型壳及水玻璃（lí）型壳同时脱蜡时)易产生铸件表面夹杂，返（fǎn）修率稍高，这是（shì）其（qí）缺点之一。

(2)制（zhì）壳生产周期长是它的（de）zui大缺点和不足，尤（yóu）其（qí）在生产大件，有（yǒu）深孔、深槽（cáo）件时，每层（céng）干燥常要24-48h。以50kg双流（liú）道（dào）叶（yè）轮为例，常须（xū）10-15d

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

(3)硅（guī）溶胶型壳(低温蜡)型壳成本较水玻（bō）璃型（xíng）壳高（gāo）5倍(每t铸（zhù）件制壳成本为5000元)，比复合型（xíng）壳高17%。铸件成本相应较（jiào）高。

3.2改进方向

(1)为防止（zhǐ）因低温蜡回收处理不彻底（dǐ）及用水脱蜡时（shí）与复合型壳或水（shuǐ）玻璃型壳共用同一热水槽，易产生铸件皂化（huà）物夹杂缺陷应（yīng）采取以下措施。

①采用蒸（zhēng）气脱（tuō）蜡(蒸气（qì）压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代替水（shuǐ）脱蜡（là），不仅（jǐn）可以防（fáng）止皂化物夹杂（zá）而且型壳不易产生裂纹，对（duì）铸件的质量稳（wěn）定更有保障。

②若（ruò）采用（yòng）热（rè）水脱蜡，应在（zài）水中加人体（tǐ）积分数为1%-3%的工业盐酸，脱蜡后（hòu）再用含（hán）盐酸的热水冲洗每组型壳以减少（shǎo）皂（zào）化物（wù）残留。尽可能不要与水（shuǐ）玻璃型壳、复合型（xíng）壳共用同一槽水脱蜡，也可（kě）更换水液，单独集中脱蜡，以减（jiǎn）少皂化物入壳。

③回收蜡处理可用盐酸的体积分数为3%-5%的酸化水，沸腾及沉淀时间（jiān）要（yào）足够长。冬季（jì）硬化水（shuǐ）温度低，水玻璃及复（fù）合型壳中Na2O的残留量高（gāo），蜡料皂化（huà）也较严（yán）重，应多加盐酸处理回收蜡，减（jiǎn）少皂化物（wù）。蜡（là）料处理后，及时补加（jiā）硬脂酸也很重要。

(2)为（wéi）缩短制壳生（shēng）产周（zhōu）期，可（kě）采用“快干硅溶胶（jiāo）”制（zhì）壳，此工艺已日（rì）渐成（chéng）熟（shú），其各层（céng）型壳干燥时间可缩短1/2以（yǐ）上。小件各层(除zui后层外)干燥仅须3h，制壳时间（jiān）由原63h缩短为24h。中大（dà）件也较（jiào）一般硅溶胶缩短50%。而其市场价只提高20-30%，完全（quán）可由场地（dì）、电耗的减少及生产率的提（tí）高来弥补。快干硅溶胶的推广应（yīng）用是硅溶胶（jiāo）制壳（ké）工艺的改革必由之路，将会逐步扩大应用。

(3)为（wéi）降低硅溶胶型壳的成（chéng）本，zui有效（xiào）的方法是采（cǎi）用（yòng）石英（yīng）石代替（tì）锆英石作面层型壳耐火（huǒ）材料。目前锆英石耐火材（cái）料占整个硅溶（róng）胶（jiāo）制（zhì）壳成本的60%，改用石英后每（měi）t铸件（jiàn）制壳成本由5000元降（jiàng）为2210元，下降55.8%。中大件可采用熔融（róng）石英砂(粉)取代（dài）锆（gào）英砂(粉)已逐步在推广应用。

4、硅溶胶（中温（wēn）蜡）型（xíng）壳

这是国际上通（tōng）用的精铸件生产工艺，它具有zui高（gāo）的铸件质量、zui低（dī）的返（fǎn）修率（lǜ），特别适合于表（biǎo）面粗糙度要求高（gāo）(Ra0.8-3.2)，尺寸精度高(CT3-CT5级)的中小件、特（tè）小件(2-1000g)。但由于设（shè）备及成（chéng）本***，较少应（yīng）用于中大件(5-100kg)。

4.1存（cún）在问题

(1)成本高，其型壳生（shēng）产成本是（shì）水玻璃型壳的（de）8倍。比低温蜡-硅溶胶（jiāo）型壳也高出25%。主要原因（yīn）是其制壳、蜡模材料（liào）成（chéng）本（běn）高，且设备耗电也大得多，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（bō）璃及复合（hé）型（xíng）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，厚壁蜡模（mó）易（yì）缩凹，铸件（jiàn）尺寸精度并不太高（gāo），中大件（jiàn）对尺寸精度、表面粗糙度要（yào）求也没有（yǒu）小件那（nà）么高，故中大件（jiàn）较少采（cǎi）用硅溶胶(中温蜡（là）)型壳。

4.2改进方（fāng）向

(1)为降低成本，保证质（zhì）量（liàng），在解决了石英对（duì）中温蜡（là）润湿性很差（chà）的难题后，采用石英（yīng）石（shí）或熔融石英代（dài）替（tì）锆英（yīng）石无疑是一方向。熔融石英其热膨胀系（xì）数仅为5×10-7/℃，且其价格只有锆英石（shí）的1/6。在国外，熔融石英已逐步在扩大应用范（fàn）围。

(2)采用（yòng）快干（gàn）硅溶胶缩短（duǎn）制壳周期是（shì）国内外同行（háng）共同努（nǔ）力的方向（xiàng）(见前（qián）述)。

(3)研制国产（chǎn）的中温（wēn）蜡或改进（jìn）石蜡一（yī）硬脂酸低温蜡是我国精铸界的重要任（rèn）务。如何解（jiě）决国产（chǎn）中温（wēn）蜡或改（gǎi）进型（xíng）的低温蜡回收处理的（de）难题（tí），使其在生（shēng）产中能长（zhǎng）期保持（chí）蜡料性（xìng）能不变（biàn）化是能否推广应用（yòng）的（de）关键。

5、结（jié）束语（yǔ）

(1)各种型壳工艺（yì）有其（qí）不同的适用对象，选择的依据是：铸件的质量要（yào）求、价位及交货期。综合考虑，正确（què）选用（yòng）zui经济（jì）合理的制壳（ké）工艺方（fāng）案（àn）是（shì）保证生产优（yōu）质、低成本铸（zhù）件的基础。

(2)水玻璃型壳虽有不少（shǎo）优点但（dàn）粘结剂（jì）本（běn）身（shēn）固有的缺点使铸件（jiàn）质量难（nán）以提（tí）高，质量稳定性也差。今后将会逐步被复合型壳，尤其是（shì）成本低的（de）石英一硅溶胶复（fù）合壳（ké）所取代（dài）。

(3)硅溶胶（jiāo）是（shì）理想（xiǎng）的粘结剂，其型壳质（zhì）量高（gāo），铸（zhù）件质量稳（wěn）定，返修率低，是今后（hòu）的发（fā）展方向。石英石、熔融石英耐火料在面层型壳中的（de）应用，快（kuài）干硅溶胶的推广，将其生（shēng）产成本及（jí）制壳周期大大降低和缩短，克服了这2点不足，硅溶胶型壳（ké）(低温蜡或（huò）中温蜡（là）)将在我（wǒ）国（guó）精铸（zhù）界（jiè）得到广（guǎng）泛应用，毕（bì）竟高的铸件质量（liàng）是zui重（chóng）要的指标。