对目前国内精（jīng）铸（zhù）行（háng）业中广泛应用的4种制壳工艺的特点进行（háng）了分析对比。从精铸件质量比较，水玻璃型壳较差（chà），复合型壳、硅溶（róng）胶-低温蜡型壳次之，硅溶（róng）胶一中温（wēn）蜡型（xíng）壳（ké）zui好。而从制（zhì）壳（ké）成本比较，水玻璃型（xíng）壳zui低，硅溶胶（jiāo）一（yī）中温蜡型（xíng）壳zui高。对这（zhè）4种制壳（ké）工（gōng）艺分别提出了改进措施。

目前国内精铸件（jiàn）生（shēng）产中广泛采用的制壳（ké）工艺有以下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（jiāo）型壳(中温蜡)。前3种方案均使（shǐ）用（yòng）低温蜡(模)。

我（wǒ）公司4种工艺兼（jiān）有，以充分满足市场对（duì）精铸件质量、价位的（de）不同需求、增加市场竞争力和适应（yīng）力。

1、水（shuǐ）玻璃型壳

这一工艺在国内（nèi）已有近50年（nián）的生（shēng）产历（lì）史，其厂点数至今仍占我国（guó）精铸厂家的75%以上。经过精铸界同仁个（gè）半世纪的不懈努力（lì），水玻璃型壳工艺的应（yīng）用（yòng）和研（yán）究已达到（dào）了很高水平。

多年来由于背（bèi）层型（xíng）壳耐火材料的改进和（hé）新（xīn）型硬化剂的推广应用，水玻璃型壳强度有了成倍增（zēng）长。铸（zhù）件表（biǎo）面质（zhì）量、尺寸（cùn）精（jīng）度及成品率有了很大提高，目前仍占很大的市场份额，并替代国外（wài）砂铸件成批出口。

低廉的成本、zui短的（de）生（shēng）产周期、优良的脱壳（ké）性（xìng）能及高透气性至今仍是其他（tā）任何型壳工艺所不及的优点。但铸件的质量，包括（kuò）表面粗（cū）糙（cāo）度、缺陷数量、尺（chǐ）寸精度、成品率（lǜ）、返修率（lǜ）等均比其他3种工（gōng）艺要差（chà）

1.1存在的（de）主要问题

(1)水玻（bō）璃粘结（jié）剂（jì）固有的缺点是Na2O含量高，型壳高温（wēn）强（qiáng）度、抗蠕变能力远不及（jí）硅（guī）溶剂型壳(只有它（tā）的1/30-1/50)。加之面层耐火料采用了价低质次、粒度（dù）级配不良的石英砂(粉)，硬化（huà）剂至今仍限于使用氯（lǜ）化氨（ān），因而必然不能获得高质（zhì）量的精铸件。

(2)型壳生（shēng）产（chǎn）条件差，缺乏（fá）严格（gé）的（de）生产过程及参数的控制。由于硬化（huà）剂（jì）的强腐蚀（shí）性（xìng），除尘设备的简陋，很（hěn）少车间有（yǒu）恒温、恒湿、除（chú）尘的生产环境。影（yǐng）响型壳和铸件质量的涂料配（pèi）制、硬化、风干（gàn）、脱（tuō）蜡等工序，极少按行业规定（dìng）的操作规范严格控制。如（rú）定期检测涂料（liào）粘度、涂（tú）片重、硬化剂浓度、pH值（zhí）等。型壳风干处的温度（dù）、湿（shī）度、风速等更是不（bú）加控制，故常在高、低温（wēn）或（huò）梅雨（yǔ）季节发生批量报废的质量事故。总（zǒng）之，大（dà）部分工厂停（tíng）留在手工（gōng）作坊阶（jiē）段，靠技艺而不是靠科学的质量管理进行生产。这是水玻璃（lí）型壳（ké）数十（shí）年（nián）来铸件质量不稳定、废品率、返修率高的重（chóng）要原因之一。

1.2改进方向

(1)采用高纯度的硅（guī）微（wēi）粉(脉（mò）石英)代（dài）替（tì）常用的低品位的石（shí）英砂粉（fěn）作面层耐火材料，并应用“双（shuāng）峰”型（xíng）粒度级配的圆形石（shí）英粉配制面层涂料。不仅（jǐn）可（kě）提（tí）高（gāo）面层（céng）型壳的热化（huà）学稳定性，而且可以获（huò）得高粉液比涂料。我（wǒ）厂用模数（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（shù）要求见（jiàn）。

经湿法球磨、单槽沉淀、磁选及离子高（gāo）纯水处理，自然（rán）形（xíng）成圆形，双峰（fēng）粒（lì）度（dù）级（jí）配（pèi），这种（zhǒng）高纯低杂质的粉（fěn）粒（lì），比人工级配更理想。已在我公（gōng）司实（shí）际应（yīng）用，效果良好。

(2)加强制壳工序（xù）的（de）现（xiàn）场质量管理，按行业标准操作。同时应将涂料（liào）、撒砂、硬化（huà）场地与型壳干燥间隔离。后者（zhě）控制（zhì）温度、湿（shī）度，前者加强除尘（chén）、防腐，从而有利（lì）于型壳（ké）质量的稳定及改善操作（zuò）环境。

(3)采（cǎi）用石（shí）英-硅溶胶（jiāo）型（xíng）壳代替一、二层石英-水玻璃型（xíng）壳（ké），彻底取消面层和过渡层（céng）的水玻璃及（jí）氯化氨硬化剂。计算表（biǎo）明铸件成本仅增加0.46元/kg，而制壳生（shēng）产（chǎn）周期与水（shuǐ）玻璃（lí）型（xíng）壳（ké）基本（běn）相同。

2、复（fù）合型壳

为克服上述水玻璃型壳的（de）缺点，目（mù）前（qián）不少工厂将一（yī）、二层改用锆英石及莫来（lái）石-硅溶胶型壳。背层仍（réng）采用原有水玻璃（lí）型壳工艺。它是结合硅胶型（xíng）壳（ké）的（de）优良的表面质量和水（shuǐ）玻璃低成本、短周期的优点的一（yī）种改（gǎi）进方案。与水玻璃型壳相（xiàng）比（bǐ），其铸件（jiàn）表（biǎo）面质量有了很大（dà）提高（gāo），表面粗糙度降（jiàng）低、表（biǎo）面缺陷减少、返修率下降。可应用于（yú）不锈钢、耐热钢等高（gāo）合金钢。生产周（zhōu）期则比低温蜡-硅溶胶型壳短得（dé）多，与（yǔ）水玻璃（lí）型壳（ké）相近（jìn）。

2.1存在的主要（yào）问题（tí）

(1)由于背（bèi）层保留（liú）了水玻（bō）璃粘结剂，故其型壳整（zhěng）体高温（wēn）强度、抗蠕变能力（lì）比硅溶胶型壳（ké）低。其型焙烧（shāo）温度只限（xiàn）于950℃以下（xià）。900℃以后型壳（ké）变形量（liàng）增加了30%。而（ér）硅（guī）溶（róng）胶型壳焙烧温度可达1000-1200℃，在（zài）1000℃以前型（xíng）壳不（bú）变形。故复合（hé）型（xíng）壳浇注的铸件尺寸精度（dù）(包括（kuò）形位公差)均比（bǐ）不上硅溶胶型壳。往往在浇注大型（xíng）(10kg以上)铸件时要采取增加硅（guī）溶胶型（xíng）壳层（céng）数的方法(一般至少增加2层)以求获（huò）得高的高（gāo）温强（qiáng）度及（jí）防（fáng）止铸件变形。

(2)由于型壳前2层是影响型壳透气性（xìng）的主（zhǔ）因，由水玻璃型壳改为硅（guī）溶胶后，型壳的（de）整体透气性大幅降（jiàng）低，在焙烧温度较（jiào）低（dī）、保（bǎo）温时（shí）间不够长时，常会造成铸件气孔及浇不足、冷隔等缺（quē）陷（xiàn），故复合型（xíng）壳（ké）较难应用于薄壁(δ≤3mm)件、小件及特小（xiǎo）件（jiàn）(小（xiǎo）于50g)。又因型壳高温（wēn）强度（dù）不及硅溶（róng）胶型壳，更（gèng）易造成上述废品。总（zǒng）之，复（fù）合型壳的透气性不如水（shuǐ）玻璃型壳也不如硅（guī）溶（róng）胶型壳。

(3)复合型壳铸件（jiàn）质量稳定性（xìng）比（bǐ）水玻璃好，但远不如硅（guī）溶胶（jiāo）型壳。其（qí）背层仍保留水玻璃粘（zhān）结剂，为（wéi）降低成本仍采用价格（gé）较低、质量不稳定的耐火材料（liào），如粘土、颗粒粒砂等，且在（zài）制（zhì）壳工艺控制方面（miàn）与水玻璃型壳相同，导致铸件质量稳定性差。尤其是10kg以上的大（dà）件及1kg以（yǐ）下的小件（jiàn），废品率及返修率均（jun1）比硅（guī）溶胶型壳高。

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

(5)复合型壳不能使用中温蜡料。中（zhōng）温（wēn）蜡不能（néng）使（shǐ）用热（rè）水脱蜡。在高压釜中脱蜡时，由于高温（wēn）、高压(170℃，0.7MPa)中温（wēn）蜡液（yè）会与背层中的水玻璃及残留硬化剂（jì）产生（shēng）剧烈的皂化反应(白（bái）色（sè）泡沫状皂化物)，不经（jīng）回收处理无（wú）法回用。而硅溶胶型壳，则可以应用低、中温蜡，无此弊病。

综上所述，复合型壳是水（shuǐ）玻璃型壳的改进，在铸件表面质量（liàng）、成品（pǐn）率（lǜ）及（jí）返修率方面比前者优越，但（dàn）与硅溶胶型壳（ké）仍（réng）有本质（zhì）差别。除生产周期（qī）较短，制壳（ké）成本稍低之外其铸（zhù）件质（zhì）量及稳（wěn）定性不及硅溶（róng）胶型（xíng）壳。

2.2改进方（fāng）向

(1)采用石英（yīng）代替锆英砂用于面层型壳耐火（huǒ）材料。铸件表面质量（liàng）不完全取（qǔ）决于面层型壳（ké）耐火材料，而与（yǔ）粘结剂有密切关系，也与蜡（là）料有（yǒu）关(蜡模表（biǎo）面粗糙度、皂化（huà）物残（cán）留等（děng）)。复（fù）合型壳只（zhī）能（néng）采用低温蜡，大部（bù）分应用（yòng）于表面粗糙度（dù）中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精（jīng）度不（bú）甚高（gāo）(CT4-CT6)的精铸（zhù）件，实（shí）践（jiàn）证明采用石英-硅溶胶面（miàn）层代替（tì）锆英石-硅溶胶是完全可（kě）行的。

这一（yī）措（cuò）施使每（měi）t铸件（jiàn）型壳成本由原4150-4830元下（xià）降（jiàng）到（dào）1360元，与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）环境改善（shàn）(详见本文1，2节)。

(3)背（bèi）层应当采用质量稳定（dìng）、高温性能优（yōu）良而成本相对低廉（lián）的耐（nài）火材料，同时要（yào）兼顾（gù）与面层型壳耐（nài）火材料膨胀（zhàng）率（lǜ）相匹配。推荐下列2种（zhǒng）常用的背层（céng）材料。

①耐火粘（zhān）土-石英（yīng）粉（fěn）涂料(各50%)，撒（sā）颗粒砂(耐火砖废料破碎过筛而制（zhì）成)，其优点是来源（yuán）广、价格低，其型壳（ké）高（gāo）温强（qiáng）度和抗蠕变能力均高于（yú）莫来石（shí）、铝矾土。价格仅为铝矾土的1/2-1/3。它适用于锆英石或石英石（shí）作面层的复合型壳。

②耐火粘土-颗粒粉涂料(体积比为3：7)，撒颗粒砂。此方（fāng）案只适用于锆英石复合型壳。有些（xiē）工（gōng）厂复（fù）合型壳背层采用莫来（lái）石砂粉或铝矾（fán）土（tǔ），其涂料性能较稳定（dìng），壳薄、易焙烧，但成（chéng）本过高且其型壳高（gāo）温性（xìng）能不及上（shàng）2种（zhǒng）型壳（ké）。铝矾土脱壳性能较差（chà）。至于废（fèi）陶瓷器皿（mǐn）、硫（liú）璃瓦（wǎ）、地砖等破碎而（ér）成（chéng）的材料（liào）价格虽（suī）低，但未（wèi）经（jīng）高温烧成（chéng），成分复杂，型壳高温开裂倾（qīng）向（xiàng）大（dà），耐火（huǒ）度（dù）偏低。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（gōng）艺符（fú）合国情，在铸造1kg以上，特别是5kg以上中（zhōng）大件铸（zhù）件时，具有更大的（de）适应性和优越性(与中（zhōng）温（wēn）蜡相比（bǐ）)。

一（yī）般来（lái）说，中大铸件的质量要求，特别（bié）是表面粗糙（cāo）度、尺寸（cùn）精度以及形位（wèi）公差的要求不会太高（gāo），采用高熔点中温蜡并无必要。中温蜡需要高压(大于6-7MPa)或（huò）液态蜡压注蜡模，设备投资大。中温蜡厚（hòu）大（dà）蜡模易缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容易、设（shè）备简单，而蜡模表面粗糙度相差不大。

这一工（gōng）艺比复（fù）合型壳（ké）质（zhì）量稳定，尤（yóu）其是铸件（jiàn）尺寸精度（dù）高，因它（tā）没有水玻璃存（cún）在，型壳高温性（xìng）能好，在1000-1200℃焙烧后型（xíng）壳透气性高，抗蠕（rú）变（biàn）能力强，既可适（shì）用于薄壁件，复杂（zá）结构（gòu）的（de）中小件，又（yòu）可生产重达50-100kg的特大件，如（rú）水（shuǐ）泵、叶轮（lún）、导（dǎo）流壳、泵体、球阀体、阀板等。对于薄（báo）壁中（zhōng）小件或大件可（kě）以（yǐ）采用（yòng）叉壳或抬（tái）壳在炉前直接浇注，更可获得高成品（pǐn）率。

3.1存在（zài）问题

(1)由（yóu）于采用低（dī）温（wēn）蜡，大部分型壳在（zài）水中脱（tuō）蜡，难免（miǎn）有（yǒu）皂（zào）化物残留（liú）进（jìn）入型壳中(尤其是复合型壳及（jí）水玻璃（lí）型壳（ké）同（tóng）时（shí）脱蜡（là）时)易产生铸（zhù）件表面夹杂，返修率稍（shāo）高，这是其缺点之（zhī）一。

(2)制壳生产（chǎn）周期长是它的zui大缺点和（hé）不足（zú），尤（yóu）其在（zài）生产大件，有深孔、深槽件时，每层（céng）干燥常（cháng）要24-48h。以50kg双（shuāng）流道叶（yè）轮（lún）为例，常须10-15d

制壳（ké）时间，稍有未干透之死角，在水脱蜡（là）时（shí）会造成硅溶胶回溶，型壳裂纹。

(3)硅溶胶型壳(低温蜡)型壳成本较水玻璃型壳高5倍（bèi）(每t铸件（jiàn）制壳成（chéng）本为（wéi）5000元)，比复合型（xíng）壳高（gāo）17%。铸件（jiàn）成本相应（yīng）较高。

3.2改进方向

(1)为防止因低（dī）温蜡回收（shōu）处理不彻（chè）底及用（yòng）水脱蜡时与复合型壳或水玻璃型壳共用同一热水槽，易产生铸件皂化（huà）物夹杂缺陷应采取以（yǐ）下措施。

①采（cǎi）用蒸气脱蜡(蒸气压力0.2-0.4MPa，温（wēn）度120-130℃)代替水（shuǐ）脱蜡（là），不仅可以防（fáng）止皂化物夹杂而且型壳不易产生裂（liè）纹（wén），对铸（zhù）件的质（zhì）量（liàng）稳定更有保障（zhàng）。

②若采用热（rè）水脱（tuō）蜡，应在水（shuǐ）中加人体（tǐ）积分（fèn）数为1%-3%的工业盐酸（suān），脱蜡后再用含盐酸的热水冲（chōng）洗每（měi）组型壳以减（jiǎn）少皂化（huà）物残留。尽可（kě）能不（bú）要与水玻璃型壳（ké）、复合型壳共用同一槽水脱（tuō）蜡，也可（kě）更换（huàn）水液，单独集中（zhōng）脱蜡（là），以减（jiǎn）少皂化物入（rù）壳。

③回收（shōu）蜡处理可用盐（yán）酸的体积分数（shù）为3%-5%的酸化水（shuǐ），沸（fèi）腾及沉（chén）淀（diàn）时间要足够长。冬季硬化（huà）水温度低，水玻（bō）璃及复（fù）合（hé）型壳中Na2O的残留量（liàng）高（gāo），蜡料皂化也较严（yán）重，应（yīng）多（duō）加（jiā）盐（yán）酸处理回收蜡（là），减少皂化物。蜡料处理后，及时补加硬脂（zhī）酸也（yě）很重要。

(2)为缩（suō）短制壳生（shēng）产周期，可采用（yòng）“快干硅溶胶”制壳（ké），此工艺已日渐成熟，其（qí）各层型壳干燥时（shí）间可缩短1/2以上。小件各层(除zui后层（céng）外)干燥（zào）仅须3h，制壳（ké）时间由（yóu）原（yuán）63h缩短为24h。中大（dà）件也较（jiào）一般硅（guī）溶胶缩短50%。而其市场（chǎng）价（jià）只（zhī）提高20-30%，完全可由场地、电耗的（de）减少及生产率的提高来（lái）弥补。快干硅溶胶的推（tuī）广应用是硅溶胶制壳工（gōng）艺的（de）改（gǎi）革必（bì）由之路，将会（huì）逐步扩大应用。

(3)为降低硅溶胶型壳的（de）成本，zui有效的（de）方法是采用石英石代（dài）替锆英石作面层型壳耐火材料。目前锆英石耐火（huǒ）材（cái）料占整（zhěng）个硅溶胶制壳成本（běn）的（de）60%，改（gǎi）用石英后每t铸件制壳（ké）成本由5000元降为2210元（yuán），下（xià）降55.8%。中大件可采用熔融石英砂(粉)取代锆英（yīng）砂(粉)已逐步在推广（guǎng）应用。

4、硅溶（róng）胶（jiāo）（中温蜡）型（xíng）壳

这是国际（jì）上通用的精铸（zhù）件生产工（gōng）艺，它具有zui高的铸（zhù）件质量（liàng）、zui低的返修率（lǜ），特（tè）别适（shì）合于表面（miàn）粗糙度要求高(Ra0.8-3.2)，尺寸精度高(CT3-CT5级)的中小件、特小件（jiàn）(2-1000g)。但由于（yú）设备（bèi）及成（chéng）本***，较（jiào）少应用（yòng）于中大件(5-100kg)。

4.1存在问题

(1)成本高，其型壳生产（chǎn）成本是水（shuǐ）玻璃型壳的8倍（bèi）。比低温蜡-硅溶胶型壳也高（gāo）出25%。主要原因（yīn）是其制壳（ké）、蜡模材料（liào）成（chéng）本高（gāo），且设（shè）备耗电也大得（dé）多，设备投资也（yě）大。

(2)生产（chǎn）周期与低温蜡-硅（guī）溶（róng）胶（jiāo）型（xíng）壳（ké）相同，比水玻璃（lí）及（jí）复合型壳长得多。

(3)生产5-50kg的中大件往往要采用中温液态蜡(65-70℃)及高压(4.0-7.0MPa)注（zhù）蜡，厚壁蜡模易缩凹，铸件尺寸（cùn）精度并不太高（gāo），中大件（jiàn）对尺寸（cùn）精（jīng）度、表面（miàn）粗糙度要求也（yě）没（méi）有小件那么高（gāo），故中大件较少采用硅溶胶(中温蜡)型（xíng）壳（ké）。

4.2改进方向

(1)为降低成本（běn），保证质量，在（zài）解决了石英（yīng）对中温蜡润湿性很差的（de）难题后，采用石英石或熔融石英代替锆（gào）英石无疑是一方向（xiàng）。熔（róng）融石英其热膨（péng）胀系数（shù）仅为5×10-7/℃，且其（qí）价（jià）格只有（yǒu）锆英石的（de）1/6。在国（guó）外，熔融石英已逐步在扩大应用范围。

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

(3)研（yán）制国产（chǎn）的中温蜡或改（gǎi）进石蜡（là）一硬脂酸低温蜡是（shì）我国精铸界（jiè）的（de）重要任务。如何解决国产中温蜡或改进型的低温蜡回收处理（lǐ）的难题，使其在生产（chǎn）中能长（zhǎng）期保持蜡料性能不（bú）变化是（shì）能否（fǒu）推广（guǎng）应用的（de）关键。

5、结束语（yǔ）

(1)各种型（xíng）壳工艺有其不同的适用对象，选择的依据是：铸件（jiàn）的质（zhì）量要求、价位及（jí）交货期。综（zōng）合考虑，正确选（xuǎn）用zui经济合理（lǐ）的（de）制壳工（gōng）艺方案是保（bǎo）证生产优（yōu）质、低成（chéng）本铸件的基础。

(2)水玻（bō）璃型壳虽有不少优点但粘结剂本身固（gù）有的缺点使铸（zhù）件质量难以提高，质量稳定性也差（chà）。今（jīn）后将会逐步被复合（hé）型壳，尤（yóu）其是成本低的石英（yīng）一硅溶胶（jiāo）复合壳（ké）所取代。

(3)硅溶胶（jiāo）是理想的粘（zhān）结剂（jì），其型壳质量高，铸件质量稳定，返修率（lǜ）低，是今后（hòu）的发展方向。石（shí）英石、熔融石英耐火料在（zài）面层（céng）型壳中的应用，快干硅（guī）溶胶的（de）推广，将其（qí）生产成本及（jí）制壳周（zhōu）期（qī）大大（dà）降（jiàng）低和（hé）缩短，克服了这2点不足（zú），硅溶胶型壳(低温蜡或中温蜡)将在我国精铸界得到广泛应用，毕竟高的铸件质量是zui重要的指标。