熔模铸造型壳是“上涂料——撒砂——干燥”这一过程的重复。但对于具有长孔、窄槽这样结构的铸件而言，由于长孔、窄槽内部不易上涂料、撒砂，当通孔的孔深和孔径之比H/d>5，窄槽的槽深或长与宽之比大于一定比例时很难铸出，往往采用机械加工的方法实现。对于直径略大的长孔，虽然型壳可以做出，但已被浆料、型砂填满，增加了缩孔、缩松缺陷发生的几率。本文即讨论该类铸件熔模铸造的几种方法。
1.浸浆法
1.1浸浆法：在制壳二层或三层后，将型壳浸入到浆料中，使浆料充满长孔或窄槽中型壳余下的空间，待其中的浆料干透后，再进行下一层型壳的制作。目的是增加孔内型壳的强度，防止出现跑火现象。
1.2实例：接头A
接头A结构见图1。其上有一个Φ4×25细长孔，呈135°相交，孔壁厚1mm，头部0.7mm，件小而轻，质量为9.5g。资料介绍：当孔径Φ3~Φ5时，最大可铸出孔深为5~10mm，即孔深与孔径之比为1.4~3.3，而该件孔深与孔径之比为6.25，可见Φ4孔制壳是该件的难点。
图一
该件一、二层型壳均采用锆英材料，一层型壳厚约0.5mm，二层型壳厚约0.75mm。制壳两层后，Φ4孔口只有约Φ1.5mm。三层正常制壳时，撒30~60目莫来砂，粒径为0.2~0.6mm。且长孔呈135°相交，孔内正常上涂料撒砂已无法实现。但两层锆英材料型壳强度较小，无法抵抗1600℃以上高温钢水冲刷，会产生跑火现象形成废品。在制壳二层后采用了“浸浆法”，增加了型壳的强度，满足批量生产要求。
1.3工艺要点
①浸浆浆料：硅溶胶+莫来粉（200目），粘度20±2S。粘度大，浸浆时流动不好，不易充满；粘度小，浸浆时看起来已满，但干透后由于水分蒸发会留下较多的空洞，影响强度。
②浸浆前吹净长孔内的浮砂。
③浸浆后型壳一定要干透，以保证强度。接头A三层浸浆后干燥时间为24小时，干燥条件：温度24±2℃，湿度40~60%，吹风。
2.长孔内插木条法
2.1长孔内插木条法：在制壳三层或四层后，在长孔余下的空间插入木条，随后进行正常制壳、封浆、脱蜡等操作。型壳焙烧时，插入的木条烧掉形成空洞，从而改善型壳浇注后的散热条件，消除缩孔、缩松缺陷的方法。
2.2实例接头B
接头B的结构见图2，虚线为浇口，其上均布Φ7.8×23的长孔六个。工艺设计采用一字型横模头组树，正常制壳四层半后浇注，并采用“型壳局部淬水”工艺，即在型壳浇注前，将型壳下部淬入水中2~3秒，形成自上而下的温度梯度和凝固顺序。但在浇口下部的两个孔内出现大比例的缩松现象，严重的已缩透。分析认为：这两个孔位于浇口下部，浇注时钢水经此处流入型腔，有过热倾向，而Φ7.8mm孔正常制壳四层半后已被浆料和型砂填满，恶化了此处散热和冷却条件，加剧了缩松产生倾向。在制壳三层后，采用插入木条法，消除了孔内的缩松缺陷。
图二
2.3工艺要点：
①插入木条可根据孔大小在制壳三层后或者四层后进行，此时应保证型壳有一定强度抵抗钢水冲击。
②插入木条直径应与余下型壳孔洞接近，这样既方便操作，又保证能插住。
③插入木条应在制壳2~3小时后进行。过早，型壳强度低，易损坏；过晚，型壳有一定强度，凹凸不平的撒砂平面，阻碍了木条的插入。
④木条长度足够，以保证插透。
⑤为便于操作，组树时蜡模六孔中心与模头夹角大于60°。
3.型壳局部保温法
3.1型壳局部保温法：焙烧前，在型壳的局部敷贴保温材料，延缓此处的冷却、凝固时间，打开钢水的补缩通道，以达到消除缩孔、缩松缺陷的目的。
3.2实例DN15法兰阀盖
法兰阀盖结构见图3，虚线为浇口。该件结构特点：上下两个较厚法兰盘间有较长的流量口，孔径Φ15mm，长51.4mm，壁厚3mm。铸造工艺设计：上法兰盘一个浇口，一字横模头组树，四层半型壳，浇注时下法兰盘处采用“型壳局部淬水”工艺，浇注温度为1600~1610℃。但在浇注后，有部分铸件在流量孔内中部产生缩松现象。
图三
分析认为：该件流量孔长且壁薄，铸件浇注后的凝固补缩状态见图4。下法兰盘及附近的Ⅲ区，因型壳淬水的激冷作用，最先凝固而得到致密的组织；靠近浇口Ⅰ区，钢水的收缩有来自浇口的热钢水补充，也得到致密的组织；处在中间的Ⅱ区，上部的钢水补充及下部的激冷作用都无法到达该处，而在制壳完成后，流量孔基本上已被浆料和型砂填满，散热及冷却条件极差，于是在流量孔的中部产生了缩松缺陷。在流量孔的外部型壳处涂敷保温材料后，延缓了Ⅰ区的凝固时间，打开了自上而下的补缩通道，使来自浇口的热钢水通过Ⅰ区补充到了Ⅱ区，解决了孔内的缩松问题。
图四
4.陶瓷型芯法
4.1陶瓷型芯法：即将预制的具有一定常温和高温强度、线膨胀系数小、高温下具有化学稳定性的型芯放在压型中压制蜡模，然后正常制壳做出带有型芯的型壳，经浇注后再去除型芯，从而得到复杂内腔铸件的方法。
4.2实例连接器
连接器结构见图5。其上有约4×12.5×32.5的腰圆形窄槽，并与Φ8孔相交，在铸件内部形成一个垂直的流道。该流道窄而长，正常制壳已不可能，故采用陶瓷型芯方法。陶瓷型芯外购，压制出蜡模见图6。
图五
图六
为保证陶瓷型芯定位准确，设计了长10mm的两个芯头，即伸出蜡模之外不与金属接触部分，见图6的A、B部位。为防止陶芯与型壳材料热膨胀系数不同，导致在型壳焙烧或浇注过程中，二者因长度变化不一，引起型芯变形甚至断裂，修蜡模时将其中一个芯头端部涂上一薄层修补蜡，这样在型壳脱蜡后，型壳与芯头之间有一定间隙，防止型芯受力损坏。正常制壳四层半，浇注温度1600~1610℃。
陶芯去除采用碱煮或碱爆的方法。
4.3工艺要点
①陶芯芯头与模具间留有0.2~0.8间隙，方便陶芯安放。
②当陶芯偏长或下芯受阻时，可用细砂纸打磨芯头或受阻部位，保证陶芯平稳安放在模具中。当陶芯偏短或定位不是很牢时，可在芯头端部涂抹修补蜡，增加陶芯与模具间的粘结力。
③当陶芯较大时，组树后蜡模的清洗改在组树前。可用软布沾有清洗剂的清洗液擦拭蜡模，防止树组清洗时芯头吸潮，影响型壳干燥。
④去除陶芯有个别残留时，可采用机械法或手喷砂辅助去除。
5.自硬型芯法
5.1自硬型芯法
制壳2~3层后，在窄槽口部尚未被涂料和型砂填满之前，灌注配制好的以水溶性磷酸盐为粘结剂的专利制芯材料J×R－2浆料。浆料灌入后自硬成型，形成含水磷酸盐结晶体，随后正常制壳浇注，再除去型芯得到窄槽的方法。
5.2实例阀体塞头
阀体塞头结构见图7。其上有Φ165×11的窄槽，上表面为曲面，槽深处为54mm，该槽能否顺利铸出是该件的关键。工艺试制中，曾先后采用正常制壳五层半，制壳三层后填30~60目莫来砂的方法，但均因槽内严重跑火失败，采用“自硬型芯法”后，窄槽顺利铸出。
图七
①浆料配制工艺
a.浆料配制比例：100g芯料+25ml硅溶胶，粉液比：4
b.浆料搅拌时间：人工搅拌1~2分钟
②制壳工艺：一、二层型壳采用锆英材料，三层采用莫来砂粉料。此时11mm宽的窄槽约有5~6mm的窄缝，三层干燥后，灌注已调配好的J×R－2浆料，10分钟后，浆料自硬成型，1小时后浆料强度已较高，再制四层后的型壳，并正常脱蜡。
型壳焙烧30分钟后浇注，在铸件表面形成气孔，延长焙烧时间到60分钟以上，气孔基本消除。
浇注后的J×R－2自硬型芯，呈浅绿色，溃散性良好，正常喷砂基本去除，边角残余部分，可人工清理。
5.3工艺要点
①资料介绍：浆料配比100g芯料加硅溶胶19～24ml，粉液比约为4.2～5.2。随粉液比降低，浆料流动性变好，但固化时间加长。根据该件结构，兼顾两个方面因素，我们选择粉液比4。
②浆料调配好后，要尽快灌注。时间长时，由于固化原因，流动性会急剧下降，影响操作。
③灌注浆料前，吹净槽内浮砂，减少浆料流动阻力，同时有利于提高自硬型芯的密度和强度。
④灌浆料时宜倾斜型壳，避免卷入气体。
⑤该件因窄槽深浅不一，采用两次灌浆，尽可能使槽内灌满浆，以减少制壳难度，避免跑火缺陷产生。
⑥严格控制浆料灌注后的固化时间。因浆料固化过程伴有体积膨胀，时间长会胀裂型壳，导致型壳报废。
6.讨论与分析
6.1有资料介绍，对于碳钢材质，熔模铸件外形尺寸为10～50时，可铸出壁厚一般是2.0～2.5，最小1.5，不锈钢材质由于含Cr量高，钢液易氧化，流动性变差，但适当提高浇注温度，增加钢水的过热度，延长液态金属的流动时间，可以铸出壁厚0.7～1mm铸件。
6.2接头A上细长孔Φ4×25，呈135°相交，一般情况下应采用陶瓷型芯，采用“浸浆法”后，在保证铸件质量前提下，降低了使用陶瓷型芯的成本，又避免了清壳困难，是一种经济实用的工艺方法。
6.3对孔径约Φ6～Φ15的铸件长孔，正常制壳可以实现，但涂料和型砂填满了长孔的所有空间，变成了不透气的死孔，形成新的热节，具有热节效应，容易形成开放式的缩孔缺陷。长孔内插入木条，型壳焙烧时，木条烧掉留下空间，消除了热节，改善了钢水浇注后的冷却和散热条件。“型壳局部保温法”延缓了钢水的冷却时间，打开了钢水的补缩通道，同时采用“型壳局部淬水”工艺，形成了自上而下的顺序凝固条件，可以消除长孔内的缩孔缩松缺陷。
6.4阀体塞头窄槽长宽之比47，深与宽之比约为5，已超出了表1所列黑色金属熔模铸件铸槽尺寸。如果应用陶瓷型芯，会存在下列三个问题：
图8
①型芯为Φ165×11圆环状，上表面呈曲面，尺寸大，分量重，成本高。
②型芯尺寸大容易变形，受结构及工艺限制不好定位，这样使槽尺寸难以符合铸件图要求。
③陶瓷型芯去除一般采用化学方法：氢氟酸腐蚀法、碱煮或碱爆，污染环境，有一定危险。
采用自硬型芯后，克服上述问题，生产出铸件尺寸精确，清壳容易，成本低廉。
7.结语
长孔、窄槽类铸件是熔模精密铸造常见结构之一，生产中经常因为孔槽内跑火、缩松等缺陷造成返修，甚至报废。本文所述几种工艺方法，在某种程度上可解决这些问题，生产出符合要求的铸件。
