精密铸造3种制壳工艺特点分析及其改进技巧

       对目前国内精密铸造行业中广泛应用的3种制壳工艺的特点进行了分析对比。硅溶胶精密铸造从精铸件质量比较，水玻璃型壳较差，复合型壳、硅溶胶-低温蜡型壳次之，硅溶胶一中温蜡型壳。而从制壳成本比较，水玻璃型壳，硅溶胶一中温蜡型壳。对这3种制壳工艺分别提出了改进措施。

        一、水玻璃型壳

       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75%以上。经过精铸界同仁个半世纪的不懈努力，水玻璃型壳工艺的应用和研究已达到了很高水平。多年来由于背层型壳耐火材料的改进和新型硬化剂的推广应用，水玻璃型壳强度有了成倍增长。铸件表面质量、尺寸精度及成品率有了很大提高，目前仍占很大的市场份额，并替代国外砂铸件成批出口。低廉的成本、短的生产周期、优良的脱壳性能及高透气性至今仍是其他任何型壳工艺所不及的优点。但铸件的质量，包括表面粗糙度、缺陷数量、尺寸精度、成品率、返修率等均比其他3种工艺要差(见表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，型壳高温强度、抗蠕变能力远不及硅溶剂型壳(只有它的1/30-1/50)。加之面层耐火料采用了价低质次、粒度级配不良的石英砂(粉)，硬化剂至今仍限于使用氯化氨，因而必然不能获得高质量的精铸件。(2)型壳生产条件差，缺乏严格的生产过程及参数的控制。由于硬化剂的强腐蚀性，除尘设备的简陋，很少车间有恒温、恒湿、除尘的生产环境。影响型壳和铸件质量的涂料配制、硬化、风干、脱蜡等工序，极少按行业规定的操作规范严格控制。如定期检测涂料粘度、涂片重、硬化剂浓度、pH值等。型壳风干处的温度、湿度、风速等更是不加控制，故常在高、低温或梅雨季节发生批量报废的质量事故。总之，大部分工厂停留在手工作坊阶段，靠技艺而不是靠科学的质量管理进行生产。这是水玻璃型壳数十年来铸件质量不稳定、废品率、返修率高的重要原因之一。

        改进方向

       (1)采用高纯度的硅微粉(脉石英)代替常用的低品位的石英砂粉作面层耐火材料，并应用“双峰”型粒度级配的圆形石英粉配制面层涂料。不仅可提高面层型壳的热化学稳定性，而且可以获得高粉液比涂料。(2)加强制壳工序的现场质量管理，按行业标准操作。同时应将涂料、撒砂、硬化场地与型壳干燥间隔离。后者控制温度、湿度，前者加强除尘、防腐，从而有利于型壳质量的稳定及改善操作环境。

       二、复合型壳

       克服上述水玻璃型壳的缺点，目前不少工厂将第一、二层改用锆英石及莫来石-硅溶胶型壳。背层仍采用原有水玻璃型壳工艺。它是结合硅胶型壳的优良的表面质量和水玻璃低成本、短周期的优点的一种改进方案。与水玻璃型壳相比，其铸件表面质量有了很大提高，表面粗糙度降低、表面缺陷减少、返修率下降。

      三、硅溶胶（低温蜡）型壳

      这一工艺符合国情，在铸造1kg以上，特别是5kg以上中大件铸件时，具有更大的适应性和优越性(与中温蜡相比)。

       一般来说，中大铸件的质量要求，特别是表面粗糙度、尺寸精度以及形位公差的要求不会太高，采用高熔点中温蜡并无必要。中温蜡需要高压(大于6-7MPa)或液态蜡压注蜡模，设备投资大。中温蜡厚大蜡模易缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容易、设备简单，而蜡模表面粗糙度相差不大。

        1存在问题

       (1)由于采用低温蜡，大部分型壳在水中脱蜡，难免有皂化物残留进入型壳中(尤其是复合型壳及水玻璃型壳同时脱蜡时)易产生铸件表面夹杂，返修率稍高，这是其缺点之一。

       (2)制壳生产周期长是它的缺点和不足(见表1)，尤其在生产大件，有深孔、深槽件时，每层干燥常要24-48h。以50kg双流道叶轮为例，常须10-15d

         2改进方向

       (1)为防止因低温蜡回收处理不彻底及用水脱蜡时与复合型壳或水玻璃型壳共用同一热水槽，易产生铸件皂化物夹杂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，不仅可以防止皂化物夹杂而且型壳不易产生裂纹，对铸件的质量稳定更有保障。②若采用热水脱蜡，应在水中加人体积分数为1%-3%的工业盐酸，脱蜡后再用含盐酸的热水冲洗每组型壳以减少皂化物残留。尽可能不要与水玻璃型壳、复合型壳共用同一槽水脱蜡，也可更换水液，单独集中脱蜡，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%的酸化水，沸腾及沉淀时间要足够长。冬季硬化水温度低，水玻璃及复合型壳中Na2O的残留量高，蜡料皂化也较严重，应多加盐酸处理回收蜡，减少皂化物。蜡料处理后，及时补加硬脂酸也很重要。