水玻璃型壳常见的缺陷有裂纹、变形、鼓胀，蚁孔、蠕孔及气孔等，现分析如下。

一、型壳裂纹

型壳裂纹有两种情况，一是浇口杯产生裂纹，如图1所示；二是型壳表面产生裂纹，如图2所示。

图1浇口杯裂纹

图2型壳表面裂纹

浇口杯裂纹特征：型壳的浇口杯有裂纹，严重时浇口杯开裂。　型壳表面裂纹：在型壳的表面上有弯曲的、深浅不等的裂纹。

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产生原因

（1）涂料中水玻璃的模数、密度过高或过低；涂料中的粉液比过低；或硬化剂的浓度、温度和硬化时间不当，硬化不充分；或型壳在硬化前的自然风干时间不够，不利于硬化剂的继续渗透硬化，影响了硅凝胶的连续性和致密性；或型壳的层数不够等原因，导致型壳的强度低，出现了裂纹。

（2）涂料层涂挂的不均匀，或撒砂层厚薄不均；尤其是浸涂料后没有撒上砂的部位，硅凝胶在收缩时受力不均匀，导致型壳产生裂纹。

（3）脱蜡液的温度低，脱蜡时间太长。由于蜡料的热膨胀系数大于型壳的热膨胀系数，脱蜡缓慢将导致型壳在脱蜡的过程中受到各种应力的作用；如果超过此时型壳的强度极限，就会产生裂纹，甚至开裂。

（4）焙烧时，型壳入炉温度高，升温过快，或高温出炉急冷；或型壳多次焙烧，产生微裂纹，甚至裂纹，降低了强度；或型壳的高温强度低，使型壳在焙烧时产生裂纹。

（5）清理浇口杯时，机械损伤浇口杯。

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防止措施

（1）采用下列措施，型壳的高温强度就高。

①水玻璃的模数M=3.0～3.4，密度ρ=1.30～1.33g/cm3配制的加固层涂料。

②采用合理的涂料配制工艺，并执行涂料的“配比-温度-粘度”曲线。

③采用合理的硬化工艺，控制硬化剂的“浓度-温度-硬化时间”；或选用氯化铝代替氯化铵硬化型壳。

④合理的制壳工艺，如涂料粘度与撒砂粒度的合理配合，硬化工艺参数要确保型壳充分硬化。

⑤采取措施增加型壳强度，如常用的增加型壳层数，或采用复合型壳等；必要时大件型壳可用铁丝加固等。

（2）蜡模浸入检验合格的涂料中，上下移动和不断地转动，提起后滴去多余的涂料，使涂料均匀地覆盖在模组的表面上；不能出现涂料的局部堆积或缺少涂料（漏涂）；并及时、均匀撒砂。

（3）适当提高脱蜡液的温度，控制在95～98℃；缩短脱蜡时间，以15～20min，不超过30min为宜；水玻璃型壳脱蜡的要点：高温快速。必要时，改进脱蜡方法。

（4）选用合理的焙烧工艺，氯化铵硬化的型壳焙烧温度T=～℃，时间0.5～2h；并严格执行；必要时，采用阶段升温，或冷却；型壳焙烧不能超过两次。

焙烧良好的型壳呈白色、粉白色或粉红色；焙烧不良的型壳呈深色或深灰色，表示型壳残留较多的碳分。

（5）清理浇口杯时应仔细，避免机械损伤；必要时，改进浇口杯的结构。

二、型壳变形

特征：型腔的尺寸不符合图样要求，如图3所示。

图3型腔变形的型壳

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产生原因

（1）型壳高温强度低，其抗高温变形能力也低。型壳变形大部分是在脱蜡、焙烧或浇注过程中产生的。浇注时，靠近浇口的高温有可能使型壳发生变形。

（2）涂料的粘度大，涂层过厚，涂料堆积；或硬化液浓度低，温度低，硬化时间短，硬化不足等原因，导致型壳的强度低。

（3）脱蜡液的温度低，脱蜡时间太长。由于蜡料的热膨胀系数大于型壳的热膨胀系数，脱蜡缓慢将导致型壳在脱蜡的过程中受到各种应力的作用，是型壳在脱蜡过程中变形。

（4）中小件型壳的焙烧温度过高、焙烧时间过长；或冷却过快；或焙烧时摆放不当（堆压、挤压），使得支撑受力不平衡等原因，引起局部变形。

（5）焙烧炉不能满足工艺要求。

（6）焙烧与浇注配合不当，型壳在焙烧后的热态时，强度较高；温度下降时，强度随之下降。如型壳在冷态下浇注，型壳急剧升温热膨胀系数大，导致型壳变形。

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防止措施

（1）下列因素的合理匹配与控制，就可以适当的提高型壳的高温变形能力：

①水玻璃的模数M=3.0～3.4，密度ρ=1.30～1.33g/cm3配制的加固层涂料。

②选用硬化剂；氯化铝硬化的型壳比氯化铵硬化的型壳。

③铝硅系粉、砂，代替硅石粉、砂。

④制壳工艺。如涂料粘度与撒砂粒度的合理配合，硬化工艺参数要确保型壳充分硬化。

⑤焙烧和浇注的合理配合，防止型壳在冷态下浇注。

⑥采用复合型壳，如水玻璃与硅溶胶型壳，水玻璃与硅酸乙酯型壳等。

（2）掌握、运用、控制涂料的“配比-粘度-温度”关系曲线；注意涂挂操作，使涂层均匀地覆盖；控制硬化液的浓度、温度和硬化时间，使型壳充分硬化。

（3）型壳停放12～24h再脱蜡；选择合理的脱蜡工艺，脱蜡液的温度控制在95～98℃，脱蜡时间为15～20min，不超过30min；以及型壳在脱蜡过程中的摆放等。

（4）选择合理的焙烧工艺，氯化铵硬化的型壳焙烧温度T=～℃，时间0.5～2h；注意型壳在焙烧过程中的摆放，避免型壳彼此挤压；控制焙烧出炉的冷却速度等。

焙烧良好的型壳呈白色、粉白色或粉红色。

（5）加强焙烧炉的定期检测和日常维护保养，使其满足焙烧工艺要求。

三、型壳鼓胀

特征：型壳整体鼓胀，或局部涂层鼓胀。型芯鼓胀，如图4所示；型壳内表面鼓胀，如图5所示。

图4型芯向型腔鼓胀

图5型壳内表面层向型腔鼓胀

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产生原因

（1）型壳分层的各种原因：

①水玻璃模数高，或涂料的粘度大；操作不当，或撒砂时间控制不当，使涂料或型砂局部堆积；以及硬化不良等原因。

②面层硬化前的自然风干时间太长，与第二层涂料润湿和结合不好。

③涂料撒砂后，表面有浮砂；或面层砂的粒度过细，砂中粉尘过多或砂粒受潮含水分过多；导致第二层涂料与面层砂结合不牢。

④面层硬化后晾干的时间短，型壳局部表面残留过多的硬化液等原因。

（2）型壳抗高温变形能力低的原因：

①型壳高温强度低，其抗高温变形能力也低。型壳鼓胀大部分是在脱蜡、焙烧或浇注过程中产生的。

②涂料的粘度大，涂层过厚，涂料堆积，或硬化液浓度低，温度低，硬化时间短，硬化不足等原因，导致型壳的强度低，抗高温变形能力也低。

（3）脱蜡液的温度低，脱蜡时间太长。

（4）中小件型壳的焙烧温度过高、焙烧时间过长；或冷却过快；或焙烧时摆放不当（堆压、挤压）等原因。

（5）焙烧与浇注配合不当，如型壳在冷态下浇注，型壳急剧升温热膨胀系数大，导致型壳鼓胀。

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防止措施

（1）防止型壳分层的各种措施：

①控制制壳场地的温度保持在22～26℃为宜；适当的降低涂料粘度，增加其流动性；必要时，在涂料中适当的添加表面活性剂，改善涂料的涂挂性、覆盖性；注意操作方法，即型壳浸入涂料中，要上下移动和不断地转动，提起后滴去多余的涂料，使涂料均匀地涂挂和覆盖在型壳的表面上，立即撒砂，不能出现涂料或型砂的局部堆积，并充分硬化。

②型壳硬化前应自然风干一定的时间，一般选用15～40min，以型壳“不湿不白”为宜；硬化后要进行晾干，使型壳继续进行渗透硬化，硬化的更加充分。

③检验型砂的粒度和粉尘（粉尘含量≤0.3%），控制型砂在使用中的湿度应≤0.3%；并及时清除型壳上多余的浮砂；面层撒砂的粒度不要过细，以40/70目为宜。

（2）防止型壳变形的各种措施：

①选择合适的水玻璃模数和密度，选用涂料合理的“粉液比、粘度和温度”；铝硅系粉、砂，代替硅石粉、砂；选用合适的硬化剂及选用合理的硬化工艺参数，控制硬化液的浓度、温度和硬化时间，使型壳充分硬化。

②注意涂挂操作，使涂层间均匀地覆盖。

③型壳停放12～24h再脱蜡；脱蜡液的温度控制在95～98℃，脱蜡时间为15～20min，不超过30min。

④氯化铵硬化的型壳焙烧温度T=～℃，时间0.5～2h；控制焙烧出炉的冷却速度等。

总之，选用合理的涂料工艺、制壳工艺、焙烧与浇注工艺，或采用符合型壳等，提高型壳抗高温变形能力

四、蚁孔

特征：型壳的内表面上有分散或密集的小孔洞，如图6、图7所示。

图6蚁孔（粉液比1：0.8）

图7型腔内，均在蜡膜的上部产生蚁孔

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产生原因

（1）配制面层涂料时，涂料中的粉液比太低（≤1：0.8）。在正常使用温度下，涂料的粘度低（涂料在粉液比相同的条件下，其粘度随着温度的提高而降低），蜡模上的涂料层太薄；而面层砂的粒度较大。尤其是使用沸腾法撒面层砂时，砂粒易穿透涂料层，在型腔形成蚁孔。

（2）蜡模中的硬脂酸含量过低，或蜡模在涂挂前没有进行表面脱脂处理，降低了蜡模的润湿性和涂挂性。

（3）涂料对蜡模的润湿性差、涂挂性差。

（4）蜡模组装不当，或涂挂面层的浸涂、撒砂方法不当，或控料时间太长，使模组的中、上部局部涂料层太薄（见图7），甚至没有涂料层，易使型腔产生局部蚁孔。

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防止措施

（1）配制面层涂料时，在专用配料桶中，不断搅拌水玻璃、润湿剂，再徐徐加入粉料；当水玻璃模数为3.0～3.4，密度为1.25～1.28g/cm3时，粉液比为1：1.0～1.3为宜；充分搅拌后的涂料要进行8～12h的回性处理；再选用相应的面层砂粒度，一般选用50/或40/70目的硅砂；面层砂应使用雨淋法撒砂。

（2）蜡料中的硬脂酸含量不能低于50%，可以适当的提高硬脂酸的含量（一般为5%～10%），以利于提高蜡模的润湿性，改善蜡模的涂挂性。

模组浸涂前要用脱脂液（浓度为质量分数的0.3%表面活性剂或中性软肥皂水溶液）去除蜡模表面残留的分型剂或脱模剂，以改善蜡模表面对涂料的润湿能力，改善涂料的覆盖性，以提高型壳的表面质量。

（3）在面层涂料中加入适量（一般为粘结剂质量的0.1%～0.3%）的表面活性剂（如农乳，或JFC），以利于降低涂料的表面张力，增加涂料对蜡模的润湿作用，改善涂挂性。

涂料中加入表面活性剂后，在搅拌过程中易产生气泡，所以应加入消泡剂（常用有机硅树脂系消泡剂，加入量为粘结剂质量的0.05%～0.1%）。

（4）改进蜡模组装，注意型壳面层的涂挂操作，使涂料均匀、完整地覆盖在蜡模的表面上，并及时撒砂。

五、蠕孔

特征：型壳的内表面上有分散的，或密集的蠕虫状孔洞，如图8、图9所示。

图8蠕孔（粉液比1：0.6）

图9蠕孔16×

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产生原因

（1）涂料中的粉液比过低（≤1：0.6）。蜡模上的涂料层太薄。

（2）产生“蚁孔”的（2）、（3）、（4）同样适用于蠕孔。

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防止措施

“蚁孔”防止措施的（1）、（2）、（3）和（4）均适用于蠕孔。

六、气孔

特征：型壳的内表面留有气泡的光滑孔洞，如图10所示。

图10气孔

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产生原因

（1）面层涂料在搅拌过程中，卷入过多的气体；搅拌后没有进行回性处理，或回性处理时间短。

（2）面层涂料中加入发泡较高的表面活性剂。

（3）面层涂料在搅拌过程中，没有加入消泡剂。

（4）面层涂挂操作不当，在蜡模的棱角处留有气泡。

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防止措施

（1）配制面层涂料过程中应控制搅拌速度，避免卷入或产生过多气泡；充分搅拌后的涂料要进行8～12h的回性处理，使气体充分溢出。

（2）搅拌面层涂料时，应加入发泡较低的润湿剂，常用农乳或JFC，加入量为水玻璃粘结剂的0.1%～0.3%。

（3）在配制面层涂料过程中，应加入消泡剂；加入量为水玻璃粘结剂的0.05%～0.10%。

（4）注意面层涂挂操作；必要时，用毛刷刷涂，或用压缩空气吹除蜡模棱角处的气泡。

结语（1）提高水玻璃型壳的强度，是防止型壳裂纹、变形的有效措施。（2）水玻璃涂料是一种非均匀、介稳定的悬浮体。涂料应保证型壳良好的性能，如强度、透气性、热稳定性和脱壳性等；同时涂料又要具有良好的工艺性，如涂挂性、流动性和分散稳定性，及悬浮稳定性等。涂料的配比（粉液比）是防止型壳产生蚁孔和蠕孔的关键因素。（3）合理的制壳工艺，严谨的操作规程，适时的员工培训，必要的奖惩制度是获得优质型壳的保证。

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