『壹』 反重力鑄造的鑄造工藝
反重力鑄造工藝包括澆注位置的選擇、澆注系統的設計、冒口和冷鐵的合理使用以及最佳工藝參數的確定等內容。
1、鑄件的澆注位置及澆注系統
反重力鑄造中,鑄件凝固時主要通過澆口補縮。因此,確立澆注位置時,應使鑄件的凝固順序朝著澆口方向進行。通常,將鑄件的薄壁位置置於遠離澆口位置,讓金屬液從厚壁處引入。為使鑄件厚壁位置的熱分布合理,可採用分散澆口,直接利用內澆口進行補縮。
2、冒口和冷鐵
冷鐵常與冒口或澆注系統配合使用,以加強冒口或澆口的補縮,但也可單獨使用,用來加快鑄件局部熱節處的冷卻速度,保證鑄件整體的順序凝固。
3、反重力鑄造工藝參數的確定
1) 升液管直徑的確定 確定時,首先要考慮鑄件重量預計充型時間和充型速度,然後確定對升液管的流量要求,再根據充型速度和流量要求計算升液管的直徑;其次,從保證鑄件的順序凝固所要求的熱平衡角度來考慮。升液管要便於壓力傳遞,有利於補縮,金屬液充型時,不產生紊流,清理和噴刷塗料方便。升液管的材料根據合金的種類及對鑄件質量的要求確定,對於普通鋁合金鑄件,採用鋼管或鑄鐵管即可;合金對含鐵量要求比較高時,可採用鈦合金或或陶瓷升液管。
2) 充型壓力的確定 充型壓力指金屬液充滿型腔所需要的壓力,其大小與鑄件的形狀高度、坩堝形狀、金屬熔化量等有關。如果坩堝的形狀、大小不變,熔化量已知,鑄件澆注量核定準確,則可比較精確地計算出充型壓力。然而,在砂型反重力鑄造中,連續澆注幾個不同的鑄件時,充型壓力的精確計算比較困難。為此,每次澆注之前,可測量坩堝內液面距離升液管口的實際高度近似計算充型壓力。
3) 結晶壓力的選擇 結晶壓力是為鑄件結晶創建一個高壓條件。金屬在壓力下結晶,使晶粒細化,組織緻密。結晶壓力越大,機械性能越高。但過高的結晶壓力會給反重力設備帶來困難,且鑄件強度增加很少。壓力過小,會降低反重力鑄造的擠濾及塑性變形作用,不利於補縮和抑制金屬液中氣體的析出,鑄件易產生疏和微觀縮孔。選擇結晶壓力時,要考慮鑄件結構、合金的結晶特性。鑄件結構復雜時,選擇較大的壓力;合金結晶范圍較寬時,選擇較高的壓力 。
4) 升液、充型速度的確定 在升液管出口面積固定的情況下,充型速度取決於坩堝液面上的加壓速度。加壓速度分升液和充型兩個階段,金屬液由坩堝液面上升到橫澆道為升液,要求液流平穩、緩慢,以利於型腔中氣體的排出,防止升液管出口處出現噴濺和翻滾,避免產生二次氧化夾渣。充型階段的流速需根據鑄件的壁厚大小、復雜程度和合金種類等因素確定。一般情況下,充型速度應當比升液速度略快,這樣有利於補縮,減少二次夾渣的產生。
5) 保壓時間 鑄型內金屬液在壓力作用下保持到鑄件完全凝固結束的時間為保壓時間。保壓時間大體上接近鑄件凝固所需要的時間。若保壓時間過短,金屬沒有完全凝固,未凝固的金屬液通過升液管返回坩堝,鑄件得不到充分補縮,甚至不能成形,造成鑄件報廢;保壓時間過長,使澆口殘留過長,清理困難,有時甚至會使升液管出口凍結,影響生產。保壓時間的長短與鑄件的壁厚、合金種類、鑄型性質以及結晶凝固壓力有關。鑄件壁越厚、合金的結晶溫度范圍越寬,保壓時間越長。砂型反重力鑄造的保壓時間比金屬型的長。結晶凝固壓力越大,保壓時間越短。
6) 澆注溫度 一般情況下,在保證金屬液的充填和補縮能力的前提下,應盡可能使澆注溫度低一些。反重力鑄造其成型能力遠高於重力鑄造,所以,其澆注溫度應比重力鑄造低5-10°C。 1)充型速度可控:反重力鑄造一般用於生產有色合金鑄件,鑄件的成形能力和內部質量尤其是尺寸和壁厚對充型速度有比較嚴格的要求,充型速度可以通過計算機實現准確的控制。
2)成形性好、表面光潔:反重力鑄造時,金屬液是在壓力下充填成形,在工藝參數選擇合理的情況下,所獲得的鑄件輪廓清晰,對於薄壁件的生產,更是如此;反重力鑄造時有壓氣體充塞於砂型空隙,且在金屬液與砂型之間形成一層氣相保護層,將兩者隔開,可以減少金屬液對鑄型的熱力及化學作用,可降低鑄件的表面粗糙度。
3)鑄件晶粒細、組織緻密、機械性能高:金屬液在壓力下結晶凝固,初凝枝晶在壓力的作用下會發生變形、破碎,而且冷卻速度快,因而晶粒細小;同時,壓力能提高補縮能力和抑制金屬液中氣體的析出,使疏鬆和微觀氣孔大為減少。所以,鑄件的機械性能得到明顯的改善。
4)可實現可控氣氛下澆註:反重力鑄造時,可對上室、下室或者上下室的氣氛進行控制。利用反重力鑄造澆注鋁合合鑄件時,使用除油乾燥的壓縮空氣即可,但對於鎂合金,必須注意金屬液和鑄型的環境氣氛,因為鎂合金在空氣中會發生燃燒。可控氣氛的使用應根據鑄件質量的要求及鑄件的輪廓尺寸等因素決定。
5)提高了金屬的利用率:反重力鑄造時,鑄件凝固收縮可以不斷地得到來自內澆口金屬液的補縮;加之壓力的擠濾和塑性變形的作用,強化了冒口的補縮效果,冒口尺寸可相應減小甚至不需要。
6)鑄件可進行熱處理:與壓力鑄造相比,利用反重力鑄造方法生產鑄件時,充型速度較慢,液面平穩,型內氣體可以順利排出,所以,鑄件內部的氣孔很少、甚至沒有,故可像重力鑄造成形的鑄件一樣進行熱處理。
『貳』 砂型鑄造是如何取出模型的
砂型鑄造下箱起模靠外力直接把木模提出來即可,下箱起模常用外力將上箱頂起,木模自然留在地板上,達到起模目的。
謝謝。
上箱和下箱是分開造的,合箱之前上箱和下箱是各自獨立的。
『叄』 一般的鋁合金壓鑄件或鑄造箱體等零件,零件上的螺紋孔是鑄造時直接把孔鑄造好再攻絲還是 鑄造好了後再打孔
鋁合金壓鑄件或鑄造箱體等零件的螺紋孔在有加工條件的情況下,最好用絲攻或者機床加工!不提倡直接鑄造。
『肆』 鑄鐵污水管用什麼鑄造方法
目前把鑄鐵變成管子,通常有兩種方法。一種是手工翻砂的方法,即按照管子的尺寸,先做一個模型和芯盒,用手工(或輔以造型機)把砂型造出,放上型芯(也是砂做的),合型後澆注。此法花去勞動力大,工時多,灰塵大,生產效率低,成本高;另一種方法是特種鑄造。這方面又分兩類。一類是連續鑄管,它是通過內外結晶器(配以水冷套),用連續拉制的方法制出管子,此法一次設備投資小,但管子質量低(易漏);另一類是離心鑄管。它是通過離心力及其相應的裝置使鐵水形成管子,此法一次設備投資稍大,但管子質量高,生產率高。美國的SPK-6A離心鑄管機就是目前較先進的一種,但該機是電磁調速、制動合一故起動加速性能和制動性能均受到限制,加上沒有鐵水自動定量裝置,從而影響管子的質量和生產效率進一步提高。
本發明的目的是為了克服已有技術的缺點,開拓一種生產效率更高、質量更好、經濟效益大、工人容易操作、掌握,環境污染小的離心鑄管新機械。
本發明的要點在於,將調速和制動機構分開,加上機械制動,即由電磁調速電機,渦流制動器及機械制動抱閘組成一個獨立的調速裝置和一個獨立的制動裝置。由於選用功率及配置適當(電磁製動,機械制動聯合作用而且本機22KW,美國同類機為25HP),本機的起動加速性能(從100轉/分到1000轉/分,只需要3秒半)比美國SPK——6A離心鑄管機快一倍。這優點主要體現在鑄管能做到徑向壁厚非常均勻,鑄件緻密。另一方面本機的制動性能(從1100轉/分降為零轉只要2秒鍾)比上述美國機快一倍多(因渦流制動在低速時慢,而本機的聯合制動又快又無高速摩擦發熱的缺點),這優點主要有利於提高生產率;同時在整個組合包括滾輪和皮帶輪的著力點兩旁均配有雙軸承支座,因此在高速運轉時都非常平穩,無振動,保證生產出的管子質量高。
本機還配有通過活動澆包和電子計算機組成的自動定量和自動澆注裝置,澆注鐵水的自動定量裝置,其誤差均在出口管的標准范圍內(如φ4″×6′——規定22公斤一條,誤差不超過1公斤);本發明結構合理、製造容易,經濟效益顯著,本機的生產率最少可以達到每小時30根。
整個機組運轉安全、可靠、操作管理方便。適於鑄管廠和建築機械廠作為生產鑄鐵污水管的主要設備,也適於中小鋼鐵廠高爐鐵水經過熱連續生產管子。
附圖是按本發明所設計的一個實施例——卧式離心鑄管機的平面布置示意圖,其中〔1〕是電磁調速電機,〔2〕是機械制動抱閘,〔3〕是皮帶(及一對皮帶輪),〔4〕是渦流制動器,〔5〕是齒輪聯軸節(其旁有軸承支座),〔6〕是噴拉小車及其長油缸,〔7〕是塗料罐,〔8〕是控制台,〔9〕是管子導出軌及限制裝置,〔10〕是鑄型〔11〕是滾輪及雙卡軸承支座,〔12〕是澆注槽,〔13〕是澆注車。
權利要求
1.一種由調速、制動裝置,澆注小車,噴拉小車及金屬鑄型組成的離心鑄造鑄鐵污水管的機械,其特徵在於該機有一個獨立的調速裝置和一個獨立的制動裝置,且配有鐵水自動定量裝置及雙軸承支座。
2.按照權利要求
1所述的離心鑄造鑄鐵污水管的機械,其特徵在於由渦流制動器及機械制動抱閘組成獨立的制動裝置。
3.按照權利要求
1、2所述的離心鑄造鑄鐵污水管的機械,其特徵在於通過活動澆包和電子計算機組成鐵水的自動定量和自動澆注裝置。
4.按照權利要求
1、2所述的離心鑄造鑄鐵污水管的機械,其特徵在於整個組合(包括滾輪和皮帶輪)的著力點均配有承受徑向載荷,防止徑向跳動的雙軸承支座。
專利摘要
一種離心鑄造鑄鐵污水管的機械,屬於特種鑄造離心鑄造的技術領域:
。其特徵是由電磁調速電機、渦流制動器、機械抱閘組成一個獨立的調速裝置和一個獨立的制動裝置,且配有鐵水自動定量裝置及雙軸承支座。該機生產出的鑄鐵管質量好,生產效率高。該機既用於鑄管廠和建築機械廠生產優質的污水管,也可用於中小鋼鐵廠高爐鐵水經過熱連續生產管子。
『伍』 古代鑄造器皿過程
一 陶范鑄造的工藝流程 所謂陶范鑄造,是將金屬熔煉成符合一定成分要求的液體並傾倒入預先制好的陶質鑄型中,經冷卻凝固、清整處理後得到有預定幾何形狀和物理化學性能的器件的工藝過程,這是是一個復雜的多工藝過程,其典型工序流程如下:
圖1 青銅器鑄造工序流程(引自《中國上古金屬技術》)
殷墟鑄銅遺址從未發現煉爐和煉渣,表明冶煉和鑄造工藝是分地進行的。因此,安陽的青銅生產工序不包括上圖的左邊第一個方框里的礦石開采和粗煉,但不排除有精煉的工序。由上圖可見,在澆注開始之前,制備陶范的工序和熔煉合金的工序是同步進行的。以下我們概述各個環節的具體做法(鑄型的製作部分詳見即將發表於《考古》的《殷墟青銅禮器鑄型製作工藝》,本文從簡)。
(一) 鑄型的製作
1、造型材料的選取和制備
這一步驟即圖1所示的泥料選取和泥料加工工序。
為了解殷墟時期造型材料的選擇和制備工藝,必須對鑄銅遺址出土的陶范進行科學檢測。迄今為止,殷墟已發現的幾處較大的鑄銅遺址中,只有苗圃北地和孝民屯東南地出土的部分陶范做了較為詳細的檢測。檢測結果表明:殷墟陶范採用當地的粘土,經淘洗、練泥、陳腐的工序進行處理,並添加河砂、蚌粉(或其它硅酸鹽物質)、植物質等羼和料,主要是為增加陶范的耐熱急變性能,改善鑄造性能。相比而言,芯中含更多羼和料,以具有更好的耐熱度和潰散性。陶范添加的羼和料的數量多於陶器,這可能與鑄造性能的要求有關。陶范的分型面上有刷塗紅色細泥漿或者煙熏的現象,可能是為提高表面質量所採取的舉措。
必須指出,究竟使用何種粘土,是地下的生土,還是河流的沉積土,一直存在討論。而使用化學方法進行分析,難以得出直接的結論。目前筆者正在與威斯康辛大學的Jim Stoltman教授合作,利用偏光顯微鏡分析陶范的物理結構,了解原材料的選擇和孱和料的添加等工藝。從某種意義上說,這樣的做法更便於恢復歷史的本真。先民們在對材料進行改性的時候,首先看到是它的物理性能的變化。比如淘洗,主要目的就是提高含泥量,雖然化學分析顯示氧化鈣有降低,但這不是古人的目的。換言之,可以通過氧化鈣的降低的現象反證造型材料可能經過淘洗,特別是面料經過淘洗。
2 鑄型的設計和製作
鑄型通常是由范、芯以及芯撐組合而成的帶有內部空腔的封閉實體,空腔即為待鑄物體的形狀。范形成器物的外表,芯則形成器物的內腔、孔以及某些中空部分。范與范的結合面謂之分型面。
殷墟鑄型的做法是將陶土塑製成模,可能採用了類似陶器的製作工藝,模的形狀是按照制范的需要設計的,因此較大器物的模一般是按照不同的部位分別製作,整體模型中不必要的部分會被省略,以節約材料和工時。模上花紋的製作有兩種形式,一種是在表面貼附泥片,上面雕刻花紋;一種是在模的表麵塑制主體花紋的輪廓,再用硃砂描繪次一級花紋的線條。
用模翻范,在范上剔刻花紋的細部,有些花紋是直接在范上模印或刻制的,如�1�7肩部的圓渦紋(如圖9),這種做法可視作侯馬時期模印法的先聲。
安陽陶范有兩種做法,即李永迪命名的I式范和II式范。前者分型面上沒有榫卯,背部光滑,僅有一個水平或垂直的凸棱,較薄,可能主要在三家莊階段和殷墟一期使用。I式范中有些花紋范,多為一組較窄的花紋,可能是嵌入外面的陶范使用的。II式范主要在殷墟二期以後使用,它的背部凹凸不平,為指窩按壓的痕跡,分型面上有榫卯。
針對不同形狀和種類的青銅器,一般是按照垂直和水平兩個方向來分范,分范的形式比較復雜,這一問題將另文詳述。使用復合范的辦法製作高浮雕獸頭,即在器物范上留下空腔,在凹槽內放置一塊范泥,用活塊獸頭模壓印出獸頭,也有可能鑲嵌小獸頭范。
由於對耐火度、退讓性和潰散性的高要求,芯很可能是單獨製作的,而並非如石璋如所言是完全用模颳去鑄件壁厚製成的,特別是一些大型器物的芯,往往是依託不同部位的范,使用粗砂泥夯築而成。出土的芯一般呈磚紅色,質地較為鬆散和粗糙,不同於質地細膩的模。足等部位的盲芯往往設有泥芯撐,用以同范配合。形成器物空腔的芯帶有芯頭,芯頭側面有榫,中心有凹窩,用以同底范配合。帶有銘文的泥芯多半是由泥模翻印而來,翻印後的陽文還需經過刻制修整,在字的筆畫旁邊可見清晰的刻槽。其上頂面帶有配合用的凸榫,用以鑲嵌到器物泥芯上。
3 鑄型的乾燥、焙燒和裝配
鑄型制就的下一工序是乾燥,組裝之後整體焙燒還是分別焙燒之後組裝,還存在不同意見。組裝之後還要再次乾燥(同時也是預熱),方能澆注。 范脫模後,需在背陰處自然乾燥(陰干),使水分緩慢而均勻地蒸發,這對控制范的變形,保證其嚴密性至關緊要。小型鑄型可能是在烘范窯中焙燒的,窯形結構與小型陶窯相同。這一步驟的重點在於焙燒工藝,譚德睿曾認為陶范焙燒溫度高於850度,筆者和劉歆益合作研究,初步認為焙燒溫度可能只有600度左右,遠遠低於陶器的燒成溫度。這也與萬家保的復原實驗的數據比較接近。
多數鑄范都在分型面開設榫卯,用以配合組成鑄型。在芯和范之間有時還需要設置金屬芯撐。
大型器物需要使用底范,芯和底范是聯接在一起的。有些大型器物直接在底面夯築底范,比如孝民屯發現的大型圓形器物底范
三足器通常在足的上方安放澆口范,其中一足作為澆口,另兩足是出氣孔,圈足器的澆口也設在足上,底范會做出澆道的部分。
至此,整個鑄型製作完成。
(二)合金的熔煉和配製
這個問題是整個鑄造流程研究中的薄弱環節,基本上所有的步驟都是推測,並且存在爭論。
1 關於熔銅器具的討論
安陽苗圃北地和孝民屯鑄銅遺址均出土大量經高溫灼燒的陶質殘片,有些表面有高溫灼燒的裂痕(圖2),有的表面已經釉質化,呈玻璃態,背面有泥條盤築或者草拌泥的痕跡。以往的學者都認為這就是熔爐的殘片,採用內燃式加熱。對苗圃北地出土的殘片分析顯示,除1個樣品的燒流層內有較多量的銅外,另外兩個樣品只有微量的銅,3個樣品均有痕量的錫、鉛等存在。
圖2 孝民屯東南地鑄銅遺址出土的陶質殘片(上:正面,下:背面)
筆者曾分析2片這種樣品,發現有較高的二氧化硅含量和氧化鈣含量,特別是背層,氧化鈣含量更高。推測殘片的原料很可能是在原生土內加入砂粒和蚌粉得到的。樣品背層的燒失量較大,說明還另外加入了植物莖葉,也就是由草拌泥糊成。其中1塊樣品的焙燒溫度高於900℃。有1塊樣品上附有很少一點銅渣,經檢測,含銅、錫、鉛三種元素 。
筆者在對安陽孝民屯鑄銅遺址出土的大量這種「熔爐」殘片進行整理的時候,發現絕大多數殘片表面都沒有附著金屬,即使灼燒得很厲害,表面已接近釉質的樣品,從外觀上也看不到金屬的遺跡,只有少量殘片表面粘附有木炭和金屬。但是,在苗圃北地和孝民屯鑄銅遺址,普遍發現一種表面粘有銅液的殘塊,有粗砂硬陶和細砂泥質兩種,出土時均為小片,不能復原(圖3)。此類殘片多數有數層襯面,每層襯面均粘有銅液,證明它多次修繕和使用。爐襯表面與銅液接觸部分呈灰綠色,且多已燒成了小孔蜂窩狀。背面多為較疏鬆的紅燒土。劉嶼霞曾多次提到許多紅燒土碎片上有煉渣,可能就是這種遺跡 。苗圃北地的發掘者也認為它屬於坩堝類的熔銅工具 。
圖3 孝民屯東南地鑄銅遺址出土坩堝殘片(上:正面 下:背面)
這不禁使人產生一種疑問�1�7�1�7遺址中的「熔爐」和「坩堝」殘片到底與金屬熔煉是何種關系?
鄭州南關外早商鑄銅基址出土了一座熔爐的殘底,爐的上部殘失,只剩一直徑約1.60-2.60米的近橢圓形凹坑,坑內填有銅渣、爐壁塊、木炭屑、大口尊、坩堝片和紅燒土塊等。作者推測這是一座熔銅爐,熔銅的工序是先放木炭、次置坩堝、最後再燃火熔銅 。
洛陽北窯西周鑄銅遺址出土了近千塊的「熔爐殘片」,表面燒成龜裂甚至玻璃化,有的還粘有木炭和銅粒,背面有草拌泥的爐圈。但是鍋底狀的所謂「爐缸」,則內附銅渣兩層,材質為紅燒土,非常類似於上述的這種坩堝殘片 。很難想像,這種不同質地的所謂「爐缸」和「爐圈」屬於同一熔爐的不同部分。
北窯鑄銅遺址還出土了兩座燒窯,窯壁平整垂直,內壁燒結成流狀,外壁為紅燒土,窯頂封閉,平頂,窯頂中心偏北設一圓筒型煙道(圖4)。雖然該窯還屬於橫穴形的升焰窯,但其燃燒室和燒成室的結構型配置已經接近於馬蹄形半倒焰窯,具有較好的加熱效果 。發掘報告中並未提及這個燒窯的用途,但很可能與熔煉金屬有關,因為如果是烘范窯,通常僅燒到幾網路,無法達到讓窯壁都燒流的程度。
因此,荊志淳教授和Jim Stoltman教授提出:真正的熔銅器物可能是坩堝,而不是那種陶質熔爐,換言之,是坩堝直接接觸金屬液,而熔爐則是加熱坩堝的器具,這樣才能滿足澆注時高達1200-1300℃的要求。巴納先生曾經設想過這樣的熔銅器具,陶窯內放置很大的外熱式坩堝,堝壁出銅處做得很薄,有管道和窯壁相通,熔化時將管道堵住;銅水化得後,打開管道用棍捅破堝壁,銅水即瀉出供澆注用(圖5) 。華覺明曾置疑其坩堝的尺寸太大,不能保證合金的熔融,如果坩堝一捅即破,則很難保證其熔煉過程中不會熔穿。盡管存在上述疑問,筆者仍舊認為這種設想有相當大的可能性,因為其能夠達到較高的溫度,也能解釋為何許多熔爐殘片表面都沒有粘附銅液,它們很可能是窯壁的殘片。但是,由於陶質熔爐殘片的燒流層也曾檢測出多量的銅,因此還不能否認其作為熔爐的可能性。
為此,筆者和Stoltman教授分別提取了大量樣品,欲對這兩種殘片的化學成分、顯微結構和製作方法進行詳細的分析,荊志淳和岳占偉在安陽著手進行復原實驗,測算這種窯爐能夠達到的最高溫度,以期作進一步的討論和深入研究。
圖4 河南洛陽北窯地下升焰式橫穴窯
圖5 巴納設想的熔銅窯爐圖
2 鼓風
鼓風設施的應用和改進,對於冶金技術的發展至關緊要。
我們在安陽的所有鑄銅遺址都發現了陶管(圖6),少數陶管表面粘有銅渣,它與銅器鑄造有關是勿庸置疑的,侯馬鑄銅遺址也曾出土類似的遺物,並認為是鼓風的工具 。在周原也有類似的發現。泰利科特的《冶金史》一書中有埃及金匠使用帶陶風嘴的吹管的材料(約1460B.C.,如圖7)。但是這種陶管的用法可能與這種埃及的吹管有所區別,具體如何使用,目前還不清楚。
圖6 孝民屯東南地鑄銅遺址出土陶管
圖7 埃及金匠用陶吹管吹火助熔(轉引自《中國古代金屬技術》,326頁,圖8-20)
「橐」這種風囊鼓風器,盡管並不知道確切始於何時,卻在古書中多有記載。盡管在商代並未發現橐或其他鼓風器的遺存,但是《金文編》附錄上11中有「 」 字,此字一般出現在爵、觚、鼎上,形如皮囊,應為「橐」的古寫,又《甲骨文編》中有「 」字,如同用手提引皮橐,這些都可以作為商代使用皮風囊的佐證。
在清代劉�1�7雲《礦政輯略》中說,這種鼓風的皮囊,是使用一整張黑山羊的皮縫合,僅在腹部留出小孔,塞入竹筒,深約兩三寸。使用的時候,將皮囊套在腳上用腳踩住,一手提住皮頭,從上到下按壓,則風就會從竹筒中噴出,可用於炊事或者冶煉。這種原始形式的皮風囊,至今仍在許多原始民族中使用,如民族學調查所見的藏族使用的皮囊(圖8),由通風管、皮囊和閉合裝置組成,操作者用手啟閉控制鼓風 。印度也有類似的材料,與藏族使用的非常相似(圖9)。這種工具對於小規模熔煉還是很適用的,便攜,製作也方便。
圖8 藏族使用的皮囊(轉引自王工碩士論文)
圖9 印度使用的氣囊
目前還無法確知安陽時期鼓風的器具和作用形式,但是據記載早在戰國時期,即已使用多橐鼓風。以安陽當時熔煉合金的溫度以及規模而論,很可能已經使用多橐鼓風,並且,商代的鼓風器可能比藏族使用的皮囊還要復雜。
3 合金的配製
商代青銅合金的配製是在專門的鑄造場地或者作坊中進行的。到了晚商階段,已經熟練掌握了銅-錫-鉛三元合金的冶煉和熔化技術。當時的工匠對於青銅合金配比與機械性能的關系已經有了相當深入的認識,並且對於操作也有相當嚴格的控制,已經可以按照不同的用途來有意地採取不同配比的合金。同時,原料的供應是否豐厚,社會風氣的變化以及等級身分的尊卑,都可能對青銅器的合金配比造成影響。
但是,迄今為止,殷墟青銅器的合金配製的工藝問題尚未得到解決。苗圃北地鑄銅遺址曾出土了一件長方形銅塊,有學者推斷其是作為鑄造青銅器的備用料 。這塊銅塊究竟是人們有意生產的低錫合金錠?還是澆注錫青銅器時多餘金屬液的結塊?此銅塊中的錫是人為有意識加入的,還是冶煉含錫銅礦時帶入的?仍有待判定。由於沒有發現錫錠,故殷墟出土的大量錫青銅器是如何合金化的,尚需進一步研究。殷墟小屯村E16坑曾出土有2塊鉛錠。2塊鉛錠的金屬部分含高純量的鉛及微量鋅、砷 。鉛錠的存在表明是用金屬鉛直接配製青銅合金的。。近年來安陽在一處商代水井中發現一件橢圓形的大金屬塊,對其進行分析檢測,將對此問題有所幫助。
(三)澆注
澆注是將熔融的銅合金注入鑄型型腔的過程。為了提高充型能力,可能採用了預熱鑄型、過熱澆注和配製充型力強的合金等措施。
預熱鑄型是提高充型能力的措施之一,萬家保在復原試鑄商代青銅器時將鑄型預熱到300-400℃ ,馮富根等則預熱至400-500℃,澆注時的鑄型溫度在200~300℃ ,均得到了較滿意的結果。
無論是純銅還是銅合金,液態溫度越高,流動性越好,充型能力越強,反之則相反。因之,澆注溫度要高於熔點。現代鑄造工藝將這個溫度差稱之為過熱溫度 。殷商鑄銅的澆注溫度尚未見諸測定報告。萬家保復原試鑄時的熔化溫度為1350℃ ,馮富根等試鑄時的熔化溫度為1200℃、澆注溫度在1100~1200℃ 。根據洛陽北窯西周鑄銅遺址熔爐溫度為1200~1250℃ ,可知馮富根等人的試鑄更接近於真實情況。另外,過熱溫度越高,銅合金的吸氣能力越大,易使鑄件生成氣孔。因此,過熱溫度的掌握應恰到好處。
小型器物當是用澆包來澆鑄的,大型銅器則可能使用澆包和槽道澆注。苗圃北地鑄銅遺址出土了一座半地穴式的工棚,底部安放有大型的長方形底范,如前圖16所示,同時殘存幾條有流向的灰色發亮的流面,據推測是銅液流經的槽道。透過這些現象可以猜測,如果將澆包安放在當時的地面上,鑄造時捅開,銅液即可由槽道而注入安於棚底的鑄型 。孝民屯鑄銅遺址出土的大型圓形器物底范也位於半地穴的F43內,說明這種猜測是有道理的。大型器物鑄造時有可能已採用《天工開物》所載槽注法,採用四到八個澆包同時槽注。
(四)鑄後加工
《荀子�6�1疆國篇》稱「刑范正、金錫美、工冶巧、火齊得,剖刑則莫邪已。 然而不剝脫,不砥厲,則不可以斷繩。剝脫之,砥厲之,則蠡盤盂,刎牛馬,忽然耳。」這一段話不僅特指銅劍鑄作,於先秦青銅器製作亦有比較普遍的意義。他把器件鑄作明確地分成鑄造、鑄後加工兩階段。
其中,前四句概括了古代青銅器冶鑄工藝的四個要素,意為:鑄型必須形制端正、尺寸准確,要用優質的銅錫配製合金,匠師具有熟練的技巧,合金的熔煉、澆注均要火候得當。這體現了先秦時期人們對於冶鑄技術要訣的理解,為人們多所援引。但是,後一段被提及的比例遠遠低於前者,說明人們沒有將鑄後加工置於應有的重要地位。事實上,鑄後加工對於器件的最終質量具有關鍵的作用,通常包括脫范、清理、磨礪等。脫范後有局部缺損的鑄件還需補綴。
器物鑄成冷卻後,用力敲打即可去除鑄范,泥芯因附著器內,較難去除,需要使用工具將其剔鑿出來。然後使用錘擊、鋸截、鏨鑿和刮削等手法,以去除澆口、飛邊、毛刺和多肉等。所用的工具包括一些金屬器具,比如銅削、銅刻針等。
殷墟青銅器的補綴分為兩種,一種是所謂熔補,即直接以熔融銅液傾倒在需補綴的孔洞或裂隙上;另一種是補鑄,如果青銅器的一部分或附件,如足或�1�7等,由於種種原因未鑄成或斷折,則需在殘體上做范,再經澆注與器體熔接而成。
鑄坯變為成品、具有較好的外觀,磨礪起著重要的作用。許多青銅禮器上的磨痕現仍清晰可辨,應是用粗細礪石逐道加工而成。孝民屯鑄銅遺址就出土了數千塊磨石,大小、厚薄、形狀不一,質料有粗、細砂岩兩種,用之打磨修整銅器的表面,也說明該道工序的工作量之大。殷墟鑄銅遺址中木炭往往與礪石同出,在磨光之後,有可能使用木炭在水中打磨器物,使銅器發亮 。
那麼,鑄後加工的工作量到底在鑄作過程中佔有多大的比重呢?由於缺少記載,僅憑出土實物和冶鑄遺存的情況難以得到確證。華覺明根據史貽直、德成等於乾隆二十四年編纂的《欽定工部則例九十五卷》的記載進行了統計和計算,用撥蠟法製作爵、�1�7等禮器,鑄造階段用工量僅為用工總量的4.20%~5.30%。如以鑄造用工量為1,則前期准備的用工量是7.07~8.92,鑄後用工的加工量高達10.29~15.09。即使除卻鏇里合口、年號鐫刻、燒古諸項商周青銅器沒有的工藝,仍然高達6.29~10.18 。由此推測:商代青銅禮器形制復雜,又僅用銅質、石質工具進行操作,依器件復雜程度不同大概接近6~10的范疇,象司母戊鼎、司母辛鼎這樣的大件,或者還需更多。
也許正因為鑄後加工如此繁復,才迫使鑄師們代復一代地想方設法改進工藝,殷墟青銅禮器鑄造工藝的發達、鑄銅工序的嚴格可能與此不無干係。在一定條件下,不利因素之逼迫正是促進工藝更替的重要動因。理解這一點,將有助於我們理解技術演進的本質及有關因素相生相剋、相輔相成的辯證關系。
『陸』 砂型鑄造工藝流程
砂型鑄造工藝流程圖:製作木模-翻砂造型-熔化-澆注-落砂-去澆冒口清理-檢驗入庫。
壓鑄鑄造工藝流程圖:壓鑄模具設計—壓鑄模製造—壓鑄模試模—澆口沖裁-檢驗入庫。