壳型铸造(Shell Mold Casting)，作为一种高精度、高效率的可熔模铸造工艺，以树脂覆膜砂为核心材料，通过薄壳铸型成型实现复杂金属零件的批量生产。自1943年由德国人J.克罗宁发明以来，该技术历经近八十载的迭代升级，已成为汽车、航空航天、机械制造等高端领域不可或缺的核心制造手段，凭借其优异的成型精度与生产稳定性，在精密铸造领域占据重要地位。

  一、技术原理与核心材料

  壳型铸造的核心原理在于利用热固性树脂的遇热硬化特性，将树脂覆膜砂在加热的金属模板上固化形成薄壳铸型，再通过合型、浇注、冷却等工序获得铸件。其关键材料体系主要包括两部分：

  在型砂材料方面，主流采用细粒硅砂作为基体，表面包覆3%~6%的热固性酚醛树脂及液体催化剂，形成流动性好、固化速度快的覆膜砂。为优化铸件性能，还可根据需求选用锆砂等特种砂料，利用其高导热性实现铸件快速冷却，提升成型质量。添加剂体系则包括硫磺、氧化铁、碳酸钙等，用于改善铸件表面光洁度与壳型强度。

  金属模板作为核心工装，通常采用铸铁、铸钢等耐热材料加工而成，部分低批量生产场景可选用铝合金，针对活性金属铸造则可采用石墨材质。模板需精密加工以保证铸件尺寸精度，同时集成加热元件，工作温度控制在180~280℃范围，为树脂覆膜砂的快速固化提供条件。

  二、标准化工艺流程

  壳型铸造的工艺过程具有严格的规范性，整体可分为九大步骤，各环节的参数控制直接决定铸件质量：

  1.模板制备：根据铸件图纸加工成双件金属模板，集成浇注系统，模板精度需控制在±0.05mm以内，确保铸件尺寸一致性。

  2.覆膜砂制备：通过混砂机将细砂、酚醛树脂及催化剂均匀混合，制成干燥、无水分的自由流态混合物，保证覆膜均匀性。

  3.壳型成型：将覆膜砂通过倾倒、吹射等方式覆盖在加热的金属模板上，静置数分钟使树脂初步固化，形成附着于模板表面的砂层。

  4.excess砂去除：将模板与砂层一同翻转，抖落未固化的多余覆膜砂，仅保留厚度为6~20mm的薄壳结构，壳厚由模板温度与静置时间精准控制。

  5.二次固化：将带壳模板送入烘箱完成最终固化，使壳型 tensile强度达到2.4~3.1MPa，具备足够的结构稳定性。

  6.脱壳与合型：将硬化后的壳型从模板上剥离，通过夹具夹紧或热固性胶粘剂粘接，将上下两片壳型组合成完整铸型，可即时使用或长期储存。

  7.铸型加固：将组合后的壳型放入砂箱，填充钢丸、砂石等材料加固，防止浇注时壳型变形或破裂。

  8.浇注与冷却：将熔融金属(铸铁、碳钢、铝合金等)注入铸型型腔，待金属液充分凝固后完成冷却过程。

  9.后处理：去除壳型及浇注系统，对铸件进行表面清理、尺寸检测，必要时进行少量机械加工即可成品。

  整套工艺可通过壳型铸造机实现自动化运行，设备集成加热、加砂、烘烤等功能，单模生产效率可达每小时5~50件，大幅优于传统砂型铸造。

  三、核心技术优势与应用局限

  (一)显著优势

  壳型铸造的技术优势集中体现在精度、效率与经济性的平衡上。其一，成型精度高，铸件尺寸公差小、表面光洁度优异(表面粗糙度可低至Ra6.3μm)，轮廓清晰，能实现薄壁、尖角等复杂结构成型，可大幅减少后续机械加工量，甚至实现无加工交付。其二，生产效率高，金属模板可重复使用，自动化设备的应用降低了人工依赖，适合中小尺寸零件的批量生产。其三，材料利用率高，薄壳结构大幅减少型砂用量，较传统砂型铸造省料达50%，同时减少粉尘污染，环保性能更优。

  (二)应用局限

  该技术的局限性主要源于成本与材料特性。一方面，热固性树脂价格较高，金属模板需精密加工，前期设备与工装投入成本显著高于传统砂铸。另一方面，浇注过程中树脂会产生刺激性气味，对环保处理提出较高要求。此外，壳型结构的承载能力有限，难以适用于大型铸件生产，主要聚焦中小尺寸零件领域。

  四、主流应用领域与市场格局

  壳型铸造凭借其精密特性，已在多行业实现规模化应用。在汽车制造领域，约60%的铸造零部件采用该工艺生产，包括齿轮箱壳体、气缸盖、连杆、电机端盖等关键部件，尤其适配新能源汽车轻量化对铸件精度与强度的高要求。在航空航天领域，用于生产高温合金精密零件，保障飞行器运行安全性。此外，在工程机械、铁路装备、能源设备等领域，也广泛用于制造耐磨、高精度的核心部件。

  市场层面，全球壳型壳芯铸件行业呈稳步增长态势，2023年全球市场规模达237.8亿元，预计2025年将突破280亿元，复合增长率保持在8.5%左右。区域分布上，亚太地区占据主导地位，中国以36.2%的全球份额稳居首位，长三角、珠三角为主要产能集群，占国内产能的61%。竞争格局呈现两极分化，德国DISA集团、美国Hunter公司等国际企业主导高端设备市场，国内企业通过技术引进与自主创新，在中低端市场实现65%的份额占比，核心零部件国产化仍为主要突破方向。

  五、技术创新趋势与未来发展

  当前，壳型铸造技术正朝着智能化、绿色化、复合化方向加速演进。在智能化领域，数字孪生、人工智能技术与生产设备深度融合，国际先进生产线自动化程度已达95%以上，可实现工艺参数自动优化、设备状态实时监测，使良品率从89%提升至96%。3D打印技术的应用则大幅缩短模具开发周期，使复杂结构铸件生产周期缩短40%~70%，为小批量定制化生产提供可能。

  绿色化转型成为行业共识，通过推广全氧燃烧工艺、提升再生砂利用率(目前已突破65%)、研发环保型树脂材料等方式，实现单位能耗降低25%~40%，减少污染物排放。材料创新方面，纳米涂层壳型技术已在实验室阶段实现铸件表面粗糙度优化，预计2026年可实现产业化应用;新型蠕墨铸铁材料的应用使铸件强度提升30%、重量减轻18%，进一步拓展应用场景。

  未来，随着新能源汽车、商用航天等领域需求的持续增长，壳型铸造将在高精度、轻量化、环保化方向持续突破。中国产业需聚焦核心零部件自主化、智能化设备研发、人才培养等关键环节，通过产学研协同创新，提升在全球高端市场的竞争力，为制造业高质量发展提供核心支撑。