硅溶膠精密鑄造的基本特征是采用易熔材料為模樣，以耐火材料為鑄型，澆注前熔出模樣而形成鑄型空腔。早在3000年前，該工藝已經(jīng)被用來鑄造工藝品。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)的需要，美英等國用熔模鑄造的方法生產(chǎn)渦輪噴氣發(fā)動機的靜葉片，從而將該工藝推向工業(yè)領域，并在半個多世紀里得到不斷發(fā)展和提高。硅溶膠熔模鑄造的生產(chǎn)工序繁多，從蠟模、型殼、澆注，一直到清理，是一個緊密的鏈條，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都直接影響到最終鑄件的成形和質(zhì)量，需要特別加強工藝的控制與研究。

一、制殼工藝的重要性

       所有生產(chǎn)工序中，蠟模制造和型殼制造是反映熔模鑄造自身特色的兩個工藝環(huán)節(jié)，需要在工藝研究中特別給予關注。近些年來，世界范圍的熔模鑄造工藝在蠟模制造方面取得了長足的進步，生產(chǎn)者可以通過選擇合適的模料和采用現(xiàn)代化的工藝裝備保證蠟模的尺寸精度和表面質(zhì)量。同時，與熔模鑄造的后續(xù)制造過程相比，蠟模制造相對獨立，可以通過外觀檢查和尺寸測量等手段篩除不合格品，避免繼續(xù)生產(chǎn)而增加損失。進入到型殼制造環(huán)節(jié)，與鑄件最終質(zhì)量相關的表面質(zhì)量和尺寸精度等信息則被隱藏起來，直到鑄件被清理出來之前，型殼內(nèi)腔質(zhì)量的變化可以看成一個“黑箱”，制造環(huán)節(jié)中無法直接觀察其尺寸及質(zhì)量的變化，只有對型殼的制造工藝與缺陷的關系了解得更加清楚，才能保證整個生產(chǎn)流程的可控性。更為重要的是型殼作為鑄件成形的直接型腔，其性能最終影響液態(tài)金屬的成形質(zhì)量。因此，人們非常關注熔模鑄造的制殼過程。在國際重要的熔模鑄造會議——美國熔模鑄造協(xié)會ICI每年一度的技術會議上，型殼研究始終是受關注的熱點，有1/3左右的論文與型殼有關，說明型殼制造技術發(fā)展對熔模鑄造的重要性。在國際上通用的熔模鑄造制殼工藝中，硅溶膠型殼由于環(huán)保優(yōu)勢占據(jù)了主導地位，但其同樣需要面對激烈市場競爭的挑戰(zhàn)：一方面是要適應航空航天及軍工領域提出的更大、更薄、更復雜鑄件的質(zhì)量要求；另一方面對于大量民用產(chǎn)品而言，縮短生產(chǎn)周期，提高市場反應能力也成為當務之急。

二、型殼技術的發(fā)展對新型硅溶膠研制提出的要求

1、滿足復雜熔模鑄件對硅溶膠型殼的要求

要制造出大型、薄壁、復雜鑄件的型殼，一方面需要解決型殼制造能力的問題，比如適合大型型殼操作的裝備，包括制殼機械手、脫蠟設備等。另一方面，最終型殼在強度、抗變形能力和尺寸精度等性能方面有更高的要求，特別是型殼的強度和抗變形能力是澆鑄大型熔模鑄件的基礎。只有在保證型殼這方面的性能要求，使鑄件正確成形，才能進一步提到鑄件尺寸精度問題。硅溶膠型殼的強度按照其所受熱作用不同，可以分為常溫強度、高溫強度和殘留強度。常溫強度是要保證在制殼和脫蠟過程中型殼的完整性。高溫強度則是要保證型殼在焙燒和澆注過程不被破壞。高溫強度固然重要，但實驗測定，經(jīng)過950℃以上的高溫焙燒后，硅溶膠的型殼強度可以達到7~14MPa，超過硅酸乙酯的6~8MPa，完全能夠滿足熔模鑄造工藝的要求，反而是隨著高溫強度的提高，殘留強度也提高，造成鑄件清殼困難，需要適當降低。與硅酸乙酯相比，硅溶膠型殼的弱點在于常溫強度相對低，從而當型殼做大和變復雜以后，容易造成制殼和脫蠟時型殼開裂或變形，影響鑄件最終的表面質(zhì)量和尺寸精度。因此，提高硅溶膠的常溫強度已成為推廣和發(fā)展硅溶膠型殼工藝的重要任務，也是研究新型硅溶膠的重要目標。

2、提高熔模鑄造效率對硅溶膠發(fā)展的要求

相對于大型復雜薄壁鑄件而言，民用產(chǎn)品對鑄件質(zhì)量要求低。但是，針對后者，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率的問題則變得更為突出。普通硅溶膠的膠凝過程主要依靠硅溶膠脫水干燥，比采用化學硬化的硅酸乙酯膠凝所需時間長。硅酸乙酯型殼采用氨干每層可以在2h左右完成硬化，而硅溶膠最終硬化則一般需要12h以上，對于一些深孔等難以干燥的部位則需要更長的時間。同時，由于熔模鑄造型殼需要分層制造，每一層都需要干燥充分，保證下層制殼浸涂料時不會造成回溶脫落的問題，而浸涂料本身，水分會浸入已干燥的型殼內(nèi)，從而造成整體干燥周期長。是一般情況下硅溶膠型殼熔模鑄件生產(chǎn)周期的示意圖。從圖中可以看出，制殼的時間占整個鑄件生產(chǎn)周期的50%以上。要縮短產(chǎn)品的交貨時間，縮短制殼周期是問題的核心環(huán)節(jié)。而縮短制殼周期的關鍵因素可分為內(nèi)因和外因兩個方面，內(nèi)因主要為粘結劑特性，外因則為干燥條件。

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