对（duì）目前（qián）国内精（jīng）铸行业（yè）中广泛应用的4种制壳工艺的特点进行了分析对比（bǐ）。从精铸件质量比较，水玻璃型壳较差，复合型壳、硅溶胶-低温蜡型壳次之，硅溶（róng）胶一中温蜡型壳zui好。而从（cóng）制壳成本比（bǐ）较，水（shuǐ）玻（bō）璃型壳zui低，硅溶胶一中温蜡型壳zui高。对这（zhè）4种制壳工艺分别（bié）提出了改进措施。

目前国内精铸件生产中广泛（fàn）采用（yòng）的制壳工艺有以下4种：

A．水（shuǐ）玻璃型壳；

B．复合型壳；

C．硅溶胶（jiāo）型壳(低温蜡（là）)；

D．硅溶胶型壳(中温蜡)。前3种方案均使用低温蜡（là）(模)。

我公司4种工艺（yì）兼有，以充分满足市场对精铸件质（zhì）量、价位的不同需求（qiú）、增（zēng）加市（shì）场（chǎng）竞争力和（hé）适（shì）应力。

1、水玻璃型壳

这一工艺在国内已有近（jìn）50年的（de）生产历史，其厂点数至今仍占我国精（jīng）铸厂家的75%以上。经（jīng）过精铸界同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达到了很高（gāo）水平。

多年来由于背层型（xíng）壳耐（nài）火材（cái）料的（de）改进和新（xīn）型硬化剂的推广（guǎng）应（yīng）用，水玻（bō）璃型壳强度有了（le）成倍增长。铸件表面（miàn）质（zhì）量、尺寸精度及成（chéng）品率有了很（hěn）大提高，目前仍占很大的市场（chǎng）份额，并替代国外砂铸件成（chéng）批出口。

低廉（lián）的成（chéng）本、zui短的生产周期（qī）、优良的脱壳性（xìng）能及高透（tòu）气性至今仍是其（qí）他任何型壳工艺（yì）所不（bú）及的（de）优点。但（dàn）铸件的质量，包括（kuò）表（biǎo）面粗糙度、缺陷数量、尺寸精度、成品率、返修率等均比其（qí）他3种（zhǒng）工艺要差

1.1存在的（de）主要问（wèn）题

(1)水玻璃粘（zhān）结剂（jì）固有（yǒu）的（de）缺点（diǎn）是Na2O含量高（gāo），型壳高温强度、抗蠕变能力远不（bú）及硅（guī）溶剂（jì）型壳(只（zhī）有它的1/30-1/50)。加之（zhī）面层耐（nài）火料采用了价低质次、粒度级（jí）配不良的石英砂（shā）(粉（fěn）)，硬化剂至今仍限于（yú）使（shǐ）用（yòng）氯化氨（ān），因而必（bì）然不能（néng）获得高质（zhì）量的精铸件。

(2)型（xíng）壳（ké）生产条件差，缺乏严格的生产过程及参数（shù）的控（kòng）制（zhì）。由（yóu）于硬化（huà）剂的强（qiáng）腐蚀性，除尘设（shè）备的简陋，很少车（chē）间有（yǒu）恒温、恒（héng）湿、除尘的生产环（huán）境。影响型壳和（hé）铸件质量的涂料配制、硬化、风干、脱（tuō）蜡等工序，极少按行业规定的（de）操作规范（fàn）严格控制。如定期检测涂料（liào）粘度、涂片重（chóng）、硬化剂浓度、pH值等。型壳（ké）风干处的温度（dù）、湿度、风速等更是不加控制，故常在高、低（dī）温或梅雨（yǔ）季节（jiē）发（fā）生（shēng）批量报废的质量事故。总之，大（dà）部分工厂停留在手工作坊（fāng）阶段（duàn），靠技艺而不是（shì）靠科学的质（zhì）量管理进行生产（chǎn）。这是水玻璃（lí）型壳数（shù）十年来铸件质量（liàng）不稳（wěn）定、废（fèi）品率、返修率高的重要原（yuán）因之一。

1.2改进方向

(1)采（cǎi）用高纯（chún）度的硅微粉(脉石英)代替常（cháng）用的低（dī）品位的石英砂粉作面层耐火材料，并应用“双峰”型粒度级（jí）配的（de）圆形石英粉（fěn）配制面层涂料。不仅可提（tí）高（gāo）面层型壳的（de）热化学稳定性，而且可以获得高粉液比涂（tú）料。我厂（chǎng）用模数（shù）为3.4、密度为1.28g/cm3的水玻璃配料，粉（fěn）液比可达到1.4。硅微粉的技术要（yào）求见。

经湿法（fǎ）球磨、单槽（cáo）沉淀、磁选及（jí）离（lí）子高纯水处理（lǐ），自然形（xíng）成（chéng）圆形，双峰粒度级配，这种高纯（chún）低杂质的粉粒，比人工级（jí）配更理想。已在我（wǒ）公司实（shí）际应用，效果良好。

(2)加强制（zhì）壳工序的现（xiàn）场质量管理，按（àn）行业标（biāo）准（zhǔn）操作（zuò）。同时应将涂料、撒砂、硬化（huà）场地与型壳干燥间隔离。后者控制温度、湿度（dù），前者（zhě）加强（qiáng）除尘、防（fáng）腐（fǔ），从而有利于（yú）型壳（ké）质（zhì）量的稳（wěn）定及改善操作环（huán）境。

(3)采用石英（yīng）-硅溶胶型（xíng）壳代替一、二层石英-水玻璃型壳，彻底取消（xiāo）面层和过渡层的（de）水玻璃及氯化氨硬化剂。计算表明铸件成本仅增加0.46元/kg，而制壳（ké）生产周期与水玻璃型壳基本相同。

2、复合（hé）型壳

为克服上述水（shuǐ）玻（bō）璃（lí）型壳的缺点，目前不少（shǎo）工厂将（jiāng）一、二层改（gǎi）用锆英石及莫来石-硅溶胶型壳。背层仍（réng）采用原有水玻璃（lí）型壳工艺。它是结合（hé）硅胶型壳的（de）优良的（de）表面质量和（hé）水玻（bō）璃（lí）低成本、短周期的优点的一种改进方案（àn）。与水玻璃型壳相（xiàng）比，其铸件表面质量有了很大提高，表面粗糙度降低（dī）、表面缺陷减少、返（fǎn）修率（lǜ）下降。可（kě）应用于不锈钢、耐（nài）热钢等高合（hé）金钢（gāng）。生产周期则比低温蜡-硅溶胶型（xíng）壳短得多，与水（shuǐ）玻璃型壳相（xiàng）近。

2.1存（cún）在的主要问题（tí）

(1)由于（yú）背（bèi）层（céng）保留了水玻璃（lí）粘结剂，故（gù）其型壳整体高温强度、抗蠕变能力比硅溶胶型壳低。其型焙烧（shāo）温度只（zhī）限于950℃以（yǐ）下。900℃以后型壳变形量增加（jiā）了30%。而（ér）硅溶（róng）胶（jiāo）型壳焙烧温度可达1000-1200℃，在1000℃以前型（xíng）壳不（bú）变形。故复合型壳（ké）浇注的铸件尺（chǐ）寸精度(包括形位公（gōng）差)均比（bǐ）不上硅溶胶型（xíng）壳。往往在（zài）浇（jiāo）注大（dà）型(10kg以上)铸件时要采取增加（jiā）硅溶胶型壳（ké）层数的方法(一般（bān）至（zhì）少增加2层)以求获得高的高温强度（dù）及防止铸件变（biàn）形。

(2)由于（yú）型（xíng）壳前2层是影（yǐng）响型（xíng）壳透气性（xìng）的主因（yīn），由水（shuǐ）玻璃型壳改为硅溶胶后，型壳（ké）的整体透气性大幅降（jiàng）低，在焙烧温度较低、保温时间不够长时，常会造成铸件气孔及浇不足、冷（lěng）隔等缺（quē）陷，故复合型壳较（jiào）难应用于薄（báo）壁(δ≤3mm)件（jiàn）、小（xiǎo）件及（jí）特（tè）小（xiǎo）件(小于50g)。又因型壳高温（wēn）强度不及硅溶胶型壳（ké），更易造成上述（shù）废（fèi）品。总之（zhī），复合型壳（ké）的透气性不如水（shuǐ）玻璃型壳也不如（rú）硅（guī）溶胶型壳（ké）。

(3)复合型壳铸件质量（liàng）稳定（dìng）性（xìng）比水（shuǐ）玻璃好，但远（yuǎn）不如硅（guī）溶胶型壳。其（qí）背层仍保（bǎo）留水玻璃粘（zhān）结剂，为（wéi）降（jiàng）低成本仍采用价格较（jiào）低、质量不（bú）稳（wěn）定的耐火材（cái）料，如粘土（tǔ）、颗粒（lì）粒砂等，且在（zài）制壳工艺控（kòng）制方面与水玻（bō）璃型（xíng）壳相同（tóng），导致铸件质量稳定（dìng）性差。尤其（qí）是10kg以上的（de）大件及1kg以下的小件，废品率及返修率均比（bǐ）硅溶（róng）胶（jiāo）型壳高。

(4)复合型壳由于采用价昂的（de）锆英石（shí）作（zuò）面层，其型壳成（chéng）本是水玻璃（lí）型（xíng）壳的（de）4.5倍（bèi），若背（bèi）层采用（yòng）莫来石砂粉，其型壳成本与硅溶胶型壳成（chéng）本相差无几，每（měi）kg铸件（jiàn）成本仅相（xiàng）差1元。其成（chéng）本低的优势并（bìng）不明（míng）显。

(5)复合型壳不能使用中温蜡料。中温（wēn）蜡不能使用（yòng）热水脱蜡。在高压釜中脱蜡时，由于高温、高压(170℃，0.7MPa)中温蜡液会与（yǔ）背层（céng）中（zhōng）的水玻（bō）璃及残留硬化剂产生剧（jù）烈的（de）皂化反应(白色泡沫状皂化物)，不经回收处（chù）理无法回用。而硅溶胶型（xíng）壳（ké），则可以应用低（dī）、中温蜡，无此（cǐ）弊病。

综（zōng）上所述，复合型壳是水玻璃型壳的改进，在铸（zhù）件表面质量、成品率（lǜ）及返修（xiū）率方（fāng）面比前者优越，但与硅溶胶（jiāo）型壳仍有本质差别。除生产（chǎn）周（zhōu）期较短，制壳成本稍（shāo）低（dī）之外其（qí）铸件质量及（jí）稳定性不及硅溶胶型壳。

2.2改（gǎi）进方向

(1)采（cǎi）用石英代替锆（gào）英砂（shā）用（yòng）于面层型壳耐火材（cái）料。铸件表（biǎo）面质量不完（wán）全（quán）取决于面层型壳耐火材料，而（ér）与粘结（jié）剂有（yǒu）密切关（guān）系（xì），也（yě）与蜡料（liào）有关（guān）(蜡模表（biǎo）面（miàn）粗糙度、皂化物残留等)。复合型壳（ké）只（zhī）能（néng）采用低（dī）温蜡，大部分（fèn）应用于表面（miàn）粗（cū）糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精（jīng）度（dù）不甚高(CT4-CT6)的精铸件，实践（jiàn）证明（míng）采用石英-硅溶胶面层代替锆英石-硅溶胶（jiāo）是完全可行（háng）的。

这一措施使每t铸件型壳成本由（yóu）原（yuán）4150-4830元下降到1360元，与（yǔ）水玻（bō）璃型壳（ké）比（bǐ）仅增（zēng）加460元。

(2)加强制壳工（gōng）序尤其是背层制壳的质量管（guǎn）理及环境改善(详见本文1，2节)。

(3)背层应当采用质量稳定、高温（wēn）性能（néng）优良而成（chéng）本（běn）相对低（dī）廉的耐火材料，同时要兼顾与面层型壳耐火材料（liào）膨胀率相匹配。推荐下（xià）列2种常（cháng）用的背层材料。

①耐火粘（zhān）土-石英粉涂料（liào）(各50%)，撒颗粒砂(耐火砖废料破碎过筛而制成（chéng）)，其优点是来源广、价格低，其型壳高温（wēn）强度和抗蠕变能力（lì）均（jun1）高于（yú）莫来石（shí）、铝矾土。价格仅（jǐn）为铝（lǚ）矾土（tǔ）的（de）1/2-1/3。它适用于锆英石或石英石作面层的复合型壳。

②耐火粘土-颗粒粉涂料(体（tǐ）积（jī）比为3：7)，撒颗粒砂。此方案只适用（yòng）于锆（gào）英石复合（hé）型壳。有些工厂复（fù）合型壳背层（céng）采（cǎi）用莫来石砂粉或铝矾土，其（qí）涂（tú）料性（xìng）能较稳定，壳薄、易焙烧（shāo），但成本过高且（qiě）其型壳高温性（xìng）能不及上2种型壳。铝矾土脱壳（ké）性（xìng）能较（jiào）差。至（zhì）于废陶瓷（cí）器皿、硫璃瓦、地（dì）砖等破碎而成的材料（liào）价格（gé）虽低，但未（wèi）经高温烧成，成分复杂，型壳（ké）高温（wēn）开裂倾向大（dà），耐火度偏低。浇注后(尤其是厚大件)脱壳困难（nán），不宜采用。

3、硅溶胶（低温蜡）型壳

这（zhè）一工（gōng）艺（yì）符合国情，在铸造1kg以上，特别是5kg以上（shàng）中大件铸件时，具有更大的适应性和优越（yuè）性(与中温蜡相（xiàng）比)。

一般来说，中大（dà）铸件的质量（liàng）要求（qiú），特（tè）别是表面粗糙度（dù）、尺（chǐ）寸精度以及形位公差的（de）要求不会太高（gāo），采用高熔点中温蜡并无必要。中（zhōng）温蜡需要高压(大于6-7MPa)或液态蜡压注蜡模，设（shè）备（bèi）投资大。中温蜡厚大（dà）蜡模易缩陷、变形、成本高（gāo）。低（dī）温（wēn）蜡成型容易、设备简单（dān），而（ér）蜡模表面（miàn）粗（cū）糙度相差（chà）不大。

这一（yī）工（gōng）艺比复合型壳质量稳定，尤其是铸件（jiàn）尺寸精度（dù）高，因它没（méi）有水玻璃存在，型壳高温（wēn）性（xìng）能好，在（zài）1000-1200℃焙烧后型壳（ké）透（tòu）气性高，抗蠕变能（néng）力（lì）强，既可适用（yòng）于薄（báo）壁（bì）件，复杂结构的中小件（jiàn），又可（kě）生产重达50-100kg的（de）特大件，如水泵、叶轮（lún）、导流壳、泵体、球阀体、阀板等。对于薄（báo）壁中小件或大（dà）件可以采用（yòng）叉壳或抬（tái）壳在炉前（qián）直接浇注（zhù），更（gèng）可获得高成品率。

3.1存在问题

(1)由于采（cǎi）用（yòng）低温蜡，大部（bù）分型（xíng）壳在水（shuǐ）中脱蜡，难免有皂（zào）化（huà）物残（cán）留进入型壳中(尤其是复合型壳及水（shuǐ）玻璃型壳同时脱蜡时)易产生铸件（jiàn）表面夹杂，返（fǎn）修率稍高（gāo），这是其缺点之（zhī）一。

(2)制壳生产周期长（zhǎng）是它的zui大缺点和不足，尤其在生产大件，有深孔、深槽件时，每层干燥（zào）常（cháng）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（là）时会造成硅溶胶（jiāo）回溶，型壳裂纹。

(3)硅溶胶型（xíng）壳(低（dī）温蜡（là）)型壳成本（běn）较水玻（bō）璃型壳（ké）高（gāo）5倍(每t铸件（jiàn）制壳成本为5000元)，比复合型壳高17%。铸（zhù）件成本相应较高。

3.2改进方向

(1)为防（fáng）止因低温蜡回收处理不彻底（dǐ）及用水脱蜡时与（yǔ）复合型壳或水（shuǐ）玻璃型壳共（gòng）用同一热水槽，易产生铸件皂（zào）化物（wù）夹杂（zá）缺陷应采取以下措施。

①采用蒸气脱蜡(蒸气压力0.2-0.4MPa，温度120-130℃)代替水脱蜡，不仅可（kě）以防止（zhǐ）皂化物夹杂而且（qiě）型壳不易产生裂纹，对铸件的质量稳定更有保障（zhàng）。

②若采用热水（shuǐ）脱蜡，应（yīng）在（zài）水中（zhōng）加（jiā）人体积分数为（wéi）1%-3%的工业（yè）盐（yán）酸，脱蜡后（hòu）再用含盐酸的（de）热水冲洗每组型壳以减少皂化物残留。尽可（kě）能不要与水玻璃型壳、复合型壳共用（yòng）同一槽水脱蜡，也可更换水液，单（dān）独集（jí）中脱蜡，以减少皂化物入壳。

③回收蜡处理可用盐酸的体积分数为3%-5%的（de）酸化水（shuǐ），沸腾及沉淀时间要足够长。冬季硬化水温度（dù）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，应多加盐酸处理回收蜡（là），减（jiǎn）少皂化物。蜡料处理后，及时补加硬脂酸也很重要。

(2)为缩（suō）短制壳生产（chǎn）周期，可采用“快干硅（guī）溶胶”制壳（ké），此（cǐ）工艺已日渐成熟，其各（gè）层型壳（ké）干燥时间（jiān）可（kě）缩短1/2以上。小件各层（céng）(除zui后层外)干燥仅（jǐn）须3h，制壳时间由原63h缩短为24h。中大（dà）件也较一般硅溶胶缩（suō）短50%。而其市（shì）场价只提（tí）高20-30%，完全可由场地、电耗的减少及生产率的提高来（lái）弥补。快干硅溶胶的推广应（yīng）用是（shì）硅溶胶制（zhì）壳工艺的改革必由（yóu）之路，将会逐（zhú）步扩大应用。

(3)为降低硅溶（róng）胶型壳的成本，zui有效的方法是（shì）采用石英石（shí）代替锆英石作面层型壳耐（nài）火材（cái）料。目（mù）前锆英（yīng）石耐火（huǒ）材料占整个硅（guī）溶胶制壳成本的60%，改用石英后（hòu）每t铸件制壳成本由5000元降为（wéi）2210元（yuán），下降（jiàng）55.8%。中大件可采（cǎi）用熔融石英砂(粉)取代锆英砂(粉)已（yǐ）逐步在推广应（yīng）用。

4、硅溶胶（中温（wēn）蜡）型壳

这是国际上通用（yòng）的精铸件生产工（gōng）艺，它具（jù）有zui高的铸件质量、zui低的返修率，特别适合于表面粗糙度（dù）要求高(Ra0.8-3.2)，尺（chǐ）寸精度高(CT3-CT5级)的（de）中小（xiǎo）件、特（tè）小件(2-1000g)。但（dàn）由于（yú）设备（bèi）及成本（běn）***，较少应（yīng）用于中（zhōng）大件（jiàn）(5-100kg)。

4.1存（cún）在问题

(1)成本（běn）高，其型（xíng）壳生（shēng）产成本（běn）是（shì）水玻璃型（xíng）壳的8倍（bèi）。比低温蜡-硅溶胶（jiāo）型（xíng）壳也高出（chū）25%。主要原（yuán）因是其制壳（ké）、蜡模材料成（chéng）本高，且设备耗电也大得多，设备（bèi）投资也大。

(2)生产周期与低温蜡（là）-硅溶（róng）胶型（xíng）壳相同，比水玻璃及复合型壳（ké）长得多（duō）。

(3)生产5-50kg的中大（dà）件（jiàn）往往要采用中温液态蜡(65-70℃)及高压（yā）(4.0-7.0MPa)注蜡，厚（hòu）壁蜡（là）模易缩（suō）凹，铸件（jiàn）尺寸精度并不太高，中大（dà）件对尺寸精度、表面粗糙度要求也没有（yǒu）小件那么高，故中大件较少采用硅溶胶(中温蜡)型壳。

4.2改进方向

(1)为降低成本，保（bǎo）证质量，在解决了石（shí）英对中温蜡润（rùn）湿性（xìng）很差的难题后，采（cǎi）用石英石或熔融石英代替锆英石无疑是一方向。熔融石（shí）英其热膨胀（zhàng）系数仅为5×10-7/℃，且其价（jià）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（kuài）干（gàn）硅溶胶（jiāo）缩短（duǎn）制（zhì）壳周期是国内外同行共同努力的方向(见前述（shù）)。

(3)研制国产的（de）中温蜡或改进石蜡一硬（yìng）脂（zhī）酸（suān）低温蜡是我国精（jīng）铸界的重要任（rèn）务（wù）。如何解决国（guó）产中温蜡或改进型的低（dī）温蜡回（huí）收处理（lǐ）的难题，使其在生产中能长（zhǎng）期保持蜡料性能不变化是（shì）能否推广应用的关键。

5、结（jié）束语

(1)各种型壳工艺有（yǒu）其不同的（de）适用对象，选择（zé）的依据是：铸件的质（zhì）量（liàng）要求、价（jià）位及交（jiāo）货期。综合（hé）考虑，正确选用zui经（jīng）济合理的制壳工艺（yì）方案是保（bǎo）证生产优（yōu）质、低成本铸件的基础（chǔ）。

(2)水（shuǐ）玻（bō）璃型壳虽有（yǒu）不少优点但粘结剂本身固有（yǒu）的缺点使铸（zhù）件质量难（nán）以提（tí）高（gāo），质量稳定性（xìng）也差。今后将会逐步被复合型（xíng）壳，尤其是成（chéng）本（běn）低的石英一硅溶胶复合壳所取代。

(3)硅（guī）溶胶是理想（xiǎng）的（de）粘结剂，其型壳质量高，铸件（jiàn）质量稳（wěn）定（dìng），返修率低，是今后的发（fā）展（zhǎn）方向（xiàng）。石英石（shí）、熔（róng）融（róng）石英耐火料在（zài）面层（céng）型壳中的（de）应（yīng）用，快干硅（guī）溶胶的推（tuī）广，将其生产成本（běn）及制壳周（zhōu）期（qī）大大降低和缩短，克服了这2点不足，硅溶胶型壳(低温蜡或中温蜡)将在我国精铸界得到广（guǎng）泛应用，毕竟高的铸（zhù）件质量是zui重（chóng）要的指标（biāo）。