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中国古代的主要铸造技术
    

  【摘要】 我国的铸造技术发展源远流长,在古代的铸造生产有通用的铸造术语,保存至今的有一批优质的铸件。古代的铸造方法有石型铸造、泥型(古称陶范)铸造、金属型(古称铁范)铸造、失蜡铸造和砂型铸造等,并且有一定的铸造熔炼技术。铸件产品应用到工农具、兵器、天文仪器、医疗器械和钟鼓乐器方面。本文结合铸造工艺阐述了古代铸造技术的精品。

    1.概述

    中华文明大致经历了石器时代、铜器时代和铁器时代三个历史阶段,这三种材质的工具和技术的创造发明,随着人类的繁衍,不断推动人类文明向高级阶段发展,金属的应用使人类文明产生了根本性的奔腾,而铸造技术的运用和金属的发展紧密联系在一起。列‘古代很多务农的人来说,铸造技术是一门手艺。据历史考证,我国铸造技术开始于夏朝初期,迄今已有5000多年。到了晚商和西周初期,青铜的铸造技术得到了蓬勃发展,形成r灿烂的青铜文化,遗留到今天的有一批铸造工艺水平较高的铸造产品。

    本文在查阅大量资料的基础上仅就中国古代的铸造工艺、铸造方法及高质量铸件作一简略概述,这些人类文明史上留下的冶金技术杰作值得我们铸造工作者骄傲和自豪,而且这些铸造设计思想现在依然给人们启迪,对今天的铸造生产起到了鉴戒和推动作用。

    2.中国古代铸造术语

    在古代的文献中,有关铸造技术的专业术语记载的较多。从大量的历史文献(如《考工记》、《天工开物》等)的记载来看,在先秦时期,就有“铸金”、“铸剑”、

    “冶人”及“冶工”等铸冶术语。铸造业在我国古代的金属加工工艺中占有突出的地位,并产生过巨大的社会影响。今天我们在生活中还经常使用的“模范”、“熔铸”、“就范”等词汇,就来源于古代铸造业的术语。

    还有模、范、炉等术语,今天已有了引申义。《说文》叶l解释,“模,法也”。以木日模,以金日熔,以土日型,以竹日范。《梦溪笔谈》、《天工开物》中用“外模”来指铸型。范即铸型,《荀子·强国》中有“刑范正,金锡美,工冶巧,火齐得,然后可铸”,而范“皆铸作器物之法也”。东汉王充《论衡·物势篇》有记载:“今夫陶冶者,初埏埴作器,必模范为形”,说得足铸造器皿,必有样子容貌和型腔。《礼记·礼运》中有“后圣有作,然后修火之利;范金合土,以为台榭宫室牖户。”《广韵’模韵》中有“炉和火床”。《墨子·备蛾传》中有:“五步一灶,灶门有炉炭”。古代冶炼的炉有地坑炉、陶炉和竖炉。《天工开物》冶铸篇里记载了小型化铁炉的生产方式:“凡铁炉用盐做造,和泥砌成”,盐的主要成分氯化钠是中性物质,能有效地使铁液脱硫。

    《周礼考工记》中总结出世界上最早的铜合金配料规律,即所谓的“六齐”。《越尽书·尽越外传》中有铸剑的记载:  “欧治子、干将凿茨山,拽其溪,取铁英,作为铁剑三枚。”

    3.中国古代的铸造方法

    (1)石型  即用石头或石膏制作铸型。先在石头上凿刻成简单的器形,如鱼钩、小刀等,再把熔炼的铜液倒人,冷却后便得到简单的铸件。石头雅刻加工比较费事,碰到高温轻易崩溃,型腔也不可能太复杂,这是最原始的铸造方法。

    (2)泥型古称“陶范”,受制陶技术的启发,产生了泥型铸造,所以“陶”、“冶”两字并称,今天引申为培养造就的意思。泥型有单面型、两合型或多块合成型,还可分为一次型和半永久型两类。商早期泥型多为就地取材,将自然泥砂料用水调和制作铸型后经自然干燥或低温堆烧,铸型硬化后即可浇注,经冷却后将泥型打坏取出铸件,属一次型。所用的泥沙料经过不断筛选和配制,如进草秸和稻壳等做出的铸范在烘范窑进行焙烧,窑温约850~900℃,烧制成表面光滑、质地硬而不脆并有较好透气性的铸范,可以反复使用,属半永久型。薄壳泥型重叠铸造用来生产薄壁小件,如铜钱,起源于西汉的铸钱手产业,今天已发展到铸造缝纫机零件、汽车活塞环等。另外,批量大的铁锅、农用犁铧和铁砧等都用此种铸造方法。公元前16世纪的商代早期,就能用泥型铸造浇注出壁厚为2mm的酒器,并逐渐发展出铸接和铸焊技术来铸造大型的乐器。

    (3)金属型  古称“铁范”,在战国中晚期,我国已发展并应用金属型,用来铸造锄、镰和斧等,并在两汉以后得到较大发展。金属型模具是通过泥型铸造出来的,由于金属型加工比较困难,所以要求泥型的制型技术较高。发展到现代,则为近净成形技术或净成形技术。占代这种方法用于生产锄、镰刀和斧头等常用工具。由于金属型铸造生产效率高,产品质量好,极大地推动了农业生产的发展。古代金属型的设计构思很巧妙,利用了相当数目的活块及复合型,以造出铸件的孔洞及便于取型。


    (4)失蜡型有出蜡法、走蜡法、脱蜡法或刻蜡法的叫法,始于年龄战国时期,文献最早记载见于《唐会要》,是我国独自创造的铸造方法。这种方法与现代的熔模铸造技术的基本原理相似,只是铸件精度达不到现代的水平,在年龄战国时期已臻成熟。使用的蜡模材料有黄蜡(蜜蜡)、白蜡(虫蜡)、牛油及松香等,制壳所用材料主要是粘土。用这种方法制造的铸件重的可达数吨,对于复杂铸件难以脱型的组件都用这种方法铸造。制作工艺有两种:一种是手工将蜡料压、捏、拉、雕成各种外形,完全不用模具即能制成复杂的图案;另一种则是把蜡料压成与铸件壁厚相同的蜡片,并裁减成铸件的外形,贴在预制好的泥芯上,再制出型壳。

    (5)砂型  这种方法是伴随泥型一起产生的,但历史记载较少。明清时期已完全使用砂型铸钱币,并用于铸印,可批量生产小型铸件。

    4.中国古代铸造中的精品

    中国古代的铸造技术,给农业生产、兵器制造、医疗卫生和音乐艺术等方面提供了便利条件,还发展了艺术铸造,推动了整个社会的进步。古代冶金技术举世无双,青铜、铸铁件中都有很多精品,即便是现代生产也不轻易达到。这些铸造成就都是经过古代铸造工作者的精心设计,独具匠心。

    (1)沧州铁狮中国五代后周大型铸件,在今河北省沧州市东南20km的沧州故城开元寺前,是我国现存铁狮中最大的一件。铁狮身长5.3m、高5.4m、宽3m,重约40t,采用泥范按照分节叠铸法浇注而成,外面有明显的范块拼接痕迹,有的范块上还可以找到浇注时留下的气孔。狮身铸有“狮子王”字样,背驮莲座,前朐及臀部饰束带,发鬈曲呈波浪形,形态威武,呈奔走状。铸造工艺过程大致是:先塑好铁狮泥模型,然后翻制铸型,再将铸型分成小块,逐层取下,刮往一层相当于铁狮壁厚,留下的即为铁狮的泥芯。浇注时边浇边合上铸型。制作型腔的面料是经过研磨、筛选或淘洗的细泥,以保证铸件的表面质量。

    (2)司母戊方鼎  商周两代是我国铸造和使用青铜器的壮盛时期,司母戊方鼎的形体之大、造型之精,世所罕见。该方鼎重875kg、高1330mm、口长1100mm、宽780mm、壁厚60mm,立耳,长方形腹,四柱足空,所有花纹均以云雷纹为底。耳外廓饰一对孩纹,虎口相向,中一人头,好象被虎吞噬,耳侧缘饰鱼纹。鼎腹四隅皆饰扉棱,以扉棱为中心,有三组兽面纹,上端为牛首纹,下端为饕餮纹,足部饰兽面纹,下有三道弦纹。司母戊方鼎是我国商代青铜器的代表作,为一次铸造而成,标志着商代锡铅青铜器铸造技术的水平。

    (3)四羊方尊商晚期酒器,是我国现存最大的方尊,高583mm,重约34.5kg。在商代的青铜方尊中,此器形体的端庄典雅是无与伦比的。最突出的是尊的腹部四角铸有4只大卷角羊,其形象在宁静中有威严感。羊背和胸部饰有鳞纹,前腿为长冠鸟,圈足上饰有夔纹。方尊的边角及每一面中心线的合型处都是长棱脊,其作用是以此来掩盖合范时可能产生的对合不正的纹饰,同时也增强了造型的气势。肩部的龙及羊的卷角都用分铸法做成,羊角是事先铸成后配置在羊头的泥型内,再合型浇注的,因此假如没有高超的合型技术,很难达到整器浑然一体的效果。

    (4)曾侯乙尊盘尊是古代的一种盛酒器,盘则是水器。曾侯乙尊盘融尊、盘于一体,极其别致。尊敞口,呈喇叭状,宽厚的外沿翻折、下垂。盘直壁平底,与尊口风格相同。这件尊盘的惊人之处在于其鬼斧神工的透空装饰。装饰表层彼此独立,互不相连,由内层铜梗支撑,内层铜梗又分层连结,参差错落,玲珑剔透。采用泥型和失蜡型铸造相结合,尊体由泥型铸造而成,腹外4条蟠龙则由失蜡型铸造后再通过铸接技术连接而成。

    (5)永乐大铜钟这口大钟铸于明朝永乐年问,至今已有500多年的历史了。它通高6.75mm,最大外径为3.3m,重约46.5t。钟身内外布满了佛教经文和咒语,其文字为汉文佛教铭文225 939字,梵文佛教铭文4245字,总计230 184字。字迹端正,雄健有力,相传是明代书法家沈度所写,这些文字在钟上排列得井井有条。大钟的力学结构也令人拍案叫尽,大钟悬挂在主梁上,仅靠一根长140mm、宽65mm的铜穿钉,承受着40多吨重的剪切力,大钟在此悬挂了近250年,岿然不动。大钟的铸造工艺也非常高超,它是采用了地坑造型表面泥型的铸造方法,使钟体一铸而成,而且庞大的钟体上竞没有发现一个砂眼。

    (6)大型铜制编钟在随州曾侯乙墓出土的编钟震动了中外音乐界。该墓出士的青铜编钟共65件,总重量达2500多kg。出土时,编钟依大小和音高为序,编成8组悬挂在三层钟架上,长7.48m、宽3.35m、高2.73m。古人为什么用铜制编钟敲奏音乐,而不用铁钟呢?沈括在《梦溪笔淡》中说:“铁性易缩,时加磨莹,铁愈薄而声愈下,乐器需以金石为准”,这里的金即指铜。我们所见的编钟,仔细观察一下都是扁的,而不是圆的,这是什么道理呢?沈括在《梦溪笔谈》中也有论述:“盖钟圆则声长,扁则声短。声短则节,声长则曲,节短处声皆相乱,不成音律”,因此作为乐钟都是扁的,圆钟是无法演奏的。在我国,除了清代乾隆55年(1790)造了16个铜铸的乐钟是圆形之外,其他都是扁的。不过这个金乐钟不是用来演奏的,只是作定音时用。材质的化学成分对编钟音响效果也是有影响的,这就要求控制合金的成分。一般以为编钟是采用复合泥型铸造的,先塑泥样,再翻制铸型烘干,放人泥芯后浇注而成。

    (7)铜车马仪仗队铜车马仪仗队共有99件文物,其中手持矛、戈、戟、钺等兵器的铜武士俑17件,各种铜奴婢俑38件,铜马39匹,铜车14辆,铜牛一头。车辆有斧车、轺车、辇车及牛车等,每…辆车马及鞍辔等都有十数个分别制造的部件组成,可装可卸,活动自如。数十匹铜马或昂首嘶叫,或跳跃奔腾,雄健活泼,栩栩如生。看着这套生动宏伟的铜车马仪仗俑,人们感觉仿佛它们就是从著名的东汉画像石中走下来的,是大量出土的东汉画像石中“车骑出行图”的立体再现。铜奔马的制造合乎力学原理,制作者很好地解决了支撑点、重心、平衡和抗阻力等科技题目。首先,要塑造出立体的奔马形象,至少必须有二三条腿腾空。但马的躯体长且大,腿却细长,一条腿能站稳吗?这是一定要解决的题目。制作者用一只展开双翅、有着长宽尾巴的飞鸟作为马蹄的支撑点,通过它使马蹄的着地面积增大了很多倍,这样就使马能站立不倒。同时,飞鸟位于奔马腹下前部,马蹄在鸟背上,正是奔马的重心所在,增加了稳定程度。马的前右腿和后左腿分别向前后伸直,另外两条腿则同时向腹中心收缩,以保持躯体平衡。其次,马的躯体溜圆,可减微风的阻力,给人以飞速奔跑的感觉。都是采用失蜡型铸造并铸接而成。

    5.结语

    总的来说,中国古代的铸造技术凝聚了一代代中华儿女的集体聪明,铸造工艺精湛,铸造经验丰富,既有实用性,又闪烁着艺术美,不仅体现了中华民族优秀传统义化的精华,还具有独特的工艺水准,展现了铸造工作者的聪明才智。古代优秀的铸造工艺在世界的铸造史上闪耀着光辉,也激励着我们今大的铸造工作者吸收古代的铸造技术思想和没计方法,对铸造工程技术加以创新,把传统的铸造技术发扬光大。

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    时间:2011年03月26日 22:37:18 来源:技术英才网 作者: 上一篇:三位一体话加工 下一篇:铜及铜合金零件的毛坯压力加工  (电脑版  手机版)
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