壳型铸造发展前景及分析

摘要：随着铸造业的长期发展与新技术的不断成熟进步，产品精度在传统的精铸工艺与砂铸工艺之间的真空地带目前有了成熟的铸造工艺-壳型铸造工艺。

关键词：壳型铸造、工艺控制、市场前景

中图分类号：G353文献标识码： A

一、壳型铸造概述

壳型铸造英文名称：shell mold casting

定义1：

将拌有树脂的型砂覆于带有模型和经过预热的金属模板上，加热使树脂熔化，形成一层薄壳，经过焙烘硬化后，从模板上取下，用做铸造铸型的铸造方法。

定义2：

用硅砂或锆砂与树脂的混合料或树脂覆模砂形成薄壳铸型的铸造方法。在180～280℃模板上形成一定厚度(一般由6mm到12mm) 薄壳，再加温固化薄壳，使达到需要的强度和刚度。

用薄壳铸型生产铸件的铸造方法。壳型铸造是德国人J. 克罗宁于1943年发明的，1944年在德国首次应用，1947年后其他国家开始采用。

其工艺过程用一种遇热硬化的型砂覆盖在加热的金属模板上，使其硬化为薄壳，薄壳厚度一般为6mm到12mm, 具有足够的强度和刚度, 因此将上下两片型壳用夹具卡紧或用树脂粘牢后，不用砂箱即可构成铸型，浇注铸件金属模板的加热温度一般为300℃左右，使用的型砂为树脂砂, 即以酚醛树脂为粘结剂的树脂砂。同样也可用上述方法将型芯制成薄壳芯制造薄壳铸型常用翻斗法。制造薄壳芯常用吹制法。

特点和用途: 用树脂砂制造薄壳铸型或壳芯可显著减少使用的型砂数量，获得的铸件轮廓清晰，表面光洁，尺寸精确，可以不用机械加工或仅少量加工。因此壳型铸造特别适用于生产批量较大、尺寸精度要求高、壁薄而形状复杂的各种合金的铸件。但壳型铸造使用的树脂价格昂贵，模板必须精密加工, 成本较高，在浇注时还会产生有刺激性的气味，这在某种程度上限制了这种方法的广泛应用。树脂砂薄壳芯可与普通砂型或金属型相互配合制造各种铸件。

在了解壳型之前，你必须要先了解用于壳芯造型的覆膜砂：覆膜砂是通过特殊工艺配方技术生产出的具有优异高温性能(高温下强度高、耐热时间长、热膨胀量小、发气量低) 和综合铸造性能的新型覆膜砂。覆膜砂特别适用于复杂薄壁精密的铸铁件(如汽车发动机缸体、缸盖等) 以及高要求的铸钢件(如集装箱角和火车刹车缓；中器壳件等) 的生产，可有效消除粘砂、变形、热裂和气孔等铸造缺陷。能使铸件表面更加光洁，尺寸更加准确，减少或不需要机械加工，可缩短生产周期，节约金属材料，降低成本；而且铸模可用自动机械制成（必须采用射芯机）, 不需要熟练工；尤其适用于各种金属中小型铸件的成批和大量生产。

二、壳型铸造应用

壳模壳芯工艺近年来在国内渐渐成熟并且大量投入使用，背后依托国芯机的发展与覆膜砂质量的提高，其相对于精铸产品的低成本，高效率，相对于砂铸产品的高精度、表面粗糙度特征使其逐渐向传统的铸造工艺发起冲击并取得市场认可

在壳型铸造原料方面，覆膜砂厂的大批兴起使得覆膜砂的价格与质量在竞争中趋于质量可靠价格便宜，国内大大小小覆膜砂工厂也在不断投产

在射芯机方面，鉴于射芯机原理较为简单，设备部件相对较小，配合国内成熟的机电技术，且随着近年来对国外设备的引进及技术消化，目前国内产射芯机在已经发展成为多个系列产品，目前简单射芯机单个注砂口可满足小型产品，复杂些的采用双向注砂口设计，并且可以一台机器双工位设计

人员方面，射芯机的造型操作相对于传统精铸与砂铸对操作者技能要求较低，一般只要认真仔细培训半天即可上岗，只需要定时添加覆膜砂，按照机器提示进行操作即可

模具方面，射芯机模具大都以球铁、灰铁材质为主，国内目前模具厂基本都可以满足制造要求

本文以实际开发一款球铁550产品为例

产品设计方面：根据产品结构本产品不适用于普通壳模壳芯铸造产品使用的叠壳浇铸，因此采用三个型腔120度分布，中间冒口连接三个浇口与产品相连，其中冒口在起到补缩功能同时配合中流倒铁水可起到浮渣目的，配合之前工序起到二次除渣作用，产品浇口大小设计根据不同产品要做到既能满足需要，又不要太大，本材质产品浇口尺寸11X25，目的产品分离时可以直接用锤子砸冒口使产品浇口位置断裂，提高传统切割浇口工序的效率。

造型方面：在射芯机采用双工位射芯机，一台机器可以同时完成模具的体与盖两部分，产品芯子因为只是普通圆棒芯子以手工造型解决，主要控制在于对制出型壳的检验，并且在组装时注意用气枪对型壳内部吹干净，因为产品结构不同因此对本产品使用了专门的夹具，保证在浇铸时夹具给产品型壳足够的压力支撑，可以型壳直接浇铸不用埋壳进行浇铸

浇铸方面：壳型铸造产品受限于射芯机普遍较小，因此工厂大都采用人工抬包浇铸，这里要注意铁水从熔炼炉到浇包浇铸时的时间控制（即铁水浇铸温度），其过程中需要多次除渣，且在最终的浇铸小包最好有挡渣壶嘴，以便达到彻底除渣目的，在浇铸时本产品采用的是中流浇铸，原因为产品设计为底注式浇铸工艺，小流铁水容易产生浇不足现象，大流因为铁水流量大破坏了冒口的浮渣作用，容易把渣冲到产品内，因此鉴于不同产品设计需要采用适合产品的浇铸方式。

后清理方面：壳型铸造因为全程采用覆膜砂，因此只要设计产品型壳厚度时妥当，浇铸后覆膜砂型壳基本会以飞灰状存在，本产品经过实验采用1mm钢丸悬挂抛丸机正反面各抛30秒便可达到清壳目的，在这里要说明壳型铸造产品因为其表面粗糙度小的特点，不易过久抛丸，如果抛丸时间过久会增加产品表面粗糙度，外观起到反效果，另外钢丸不要使用切丝丸或者直径过大钢丸。在打磨工序因为壳型铸造相对于砂铸产品有着显著的表面质量提升，因此建议打磨分为粗磨与精磨两道工序控制以保证产品外观

壳型铸造相对于传统的精铸与砂铸属于后来发展的工艺，其相对于精铸而言优点为

1、投资小

2、造型时间短

3、造型操作者技术要求低

4、节省震壳工序

相对于砂铸优点为：

1、产品精度及表面粗糙度大大提高

2、造型不受场地限制

3、避免人为手工操作因素

4、型壳制造后可以大量长时间保存待浇铸使用

5、节省落砂工序

6、采用叠层浇铸可以共用冒口提高工艺出品率

7、减少粘砂与砂眼等缺陷发生

综上，鉴于目前铸造业发展，壳型铸造适合产品精度要求介于精铸与砂铸之间，产品尺寸外形较小，批量较大的铸造类产品，壳型铸造对造型场地面积要求较低，对操作者要求较低，投资较少，大小工厂都适合投产，是很有发展前景也很适合各工厂进行投产的项目。