時(shí)間：2023-05-31 09:09:04
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇鑄造工藝設(shè)計(jì)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過(guò)程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
1）鑄造收縮率?？紤]到客戶明確要求材質(zhì)上添加Cu合金，寬、高方向選用1%的縮尺，長(zhǎng)度方向選用1.2%的縮尺。2）機(jī)械加工余量。參照客戶要求所有加工面的加工余量在4mm~10mm范圍內(nèi)，導(dǎo)軌面、軸孔在發(fā)運(yùn)前要進(jìn)行粗加工，確定鑄件導(dǎo)軌和軸孔的加工余量12mm，其余加工面的加工余量按照10mm制作。3）尺寸精度。在無(wú)特別指定情況下，拔模斜度、長(zhǎng)度尺寸公差及壁厚尺寸公差參照顧客規(guī)范和公司內(nèi)部規(guī)范制作。結(jié)構(gòu)牢固、合理，尺寸、形狀穩(wěn)定精確，表面光潔，不變形[1]。對(duì)于影響鑄件起型（芯）處均要求做成活塊，且要求不允許出現(xiàn)尖角料，所有活塊必須做標(biāo)識(shí)，安裝起型裝置。
2造型材料
砂型、砂芯無(wú)特殊要求全部使用呋喃樹脂砂。涂料下型外觀芯采用噴涂方式，內(nèi)腔芯采用流涂方式，易粘砂內(nèi)腔部位采用先刷一遍涂料，后流兩遍涂料的方式，其涂層厚度為0.5mm~1mm，且要求刷涂后的表面光滑均勻。涂料在每刷一遍后用明火點(diǎn)燃（醇基），使其自然干燥，每流涂一遍用煤氣烘烤（水基），使其自然干燥，組芯合箱后再使用烘箱烘烤型腔。制芯時(shí)，軸孔芯、易粘砂部位采用鉻礦砂。
3澆冒口系統(tǒng)
3.1澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)選擇開放式：遵循快速充型原則（澆注時(shí)間短）和內(nèi)澆口處低流速原則，多采用全開放、多點(diǎn)分散澆注方式，使鑄型溫度均勻，從而降低了鑄件局部出現(xiàn)過(guò)熱，降低了鑄件出現(xiàn)沖砂、粘砂等缺陷。樹脂砂鑄鐵件澆注時(shí)間可由下式確定：t=22.6×W（/ρ×S×fv×h12）（1）式中：t—澆注時(shí)間，s；W—澆注重量，3490kg；ρ—鑄鐵密度，灰鐵件~7.0，kg/cm3；fv—速度因子（根據(jù)澆注系統(tǒng)類型確定）；底注：fv=0.5；h—靜壓頭：100cm；S—阻流斷面面積，43.5cm2；計(jì)算得：t=51.8s.直澆道：80mm，直澆道面積50.24cm2；橫澆道：（65+80），85×2mm，橫澆道面積127.5cm2；內(nèi)澆道：12×35（mm）；4×25（mm），內(nèi)澆道面積135.02cm2；直∶橫∶內(nèi)=1∶2.5∶2.7內(nèi)澆口理論平均流速：V內(nèi)=0.85m/s，可以實(shí)現(xiàn)在內(nèi)澆口流速低的情況下快速充型。為驗(yàn)證上述計(jì)算結(jié)果的正確性，通過(guò)MAGMA軟件做充型和溫度場(chǎng)分析，結(jié)果見圖4、圖5，充型速度與理論計(jì)算基本一致，模擬充型時(shí)間為45s，理論計(jì)算為51.8s.從MAGMA模擬出的溫度場(chǎng)結(jié)果來(lái)看，內(nèi)澆道的開設(shè)比較理想，溫度場(chǎng)分布均勻，基本上可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固，如圖6、圖7所示。
3.2冒口設(shè)計(jì)
此產(chǎn)品屬于灰鐵、薄壁機(jī)床鑄件，厚大斷面處于澆鑄時(shí)的下型，不存在特殊的補(bǔ)縮要求。因此，鑄造工藝上設(shè)計(jì)的冒口，主要是以排氣暢通為主。按1.5S阻流截面積≤S排氣截面積≤4S阻流截面積原則，設(shè)計(jì)冒口排氣面積。
4澆注熔煉要求
1）化學(xué)成分控制目標(biāo)。在滿足顧客材質(zhì)的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求的前提下，根據(jù)公司內(nèi)部配料規(guī)范，嚴(yán)格控制化學(xué)成分。2）熔化、澆注過(guò)程溫度及時(shí)間控制。熔煉出鐵溫度控制到1460℃～1500℃；澆注溫度控制到1380℃～1400℃；澆注時(shí)間控制到50s～60s；3）熔煉材質(zhì)變質(zhì)處理。采用包內(nèi)孕育、孕育槽孕育和澆口盆孕育相結(jié)合的方式對(duì)鐵液進(jìn)行變質(zhì)處理。
5結(jié)論
關(guān)鍵詞：減速器箱體；球墨鑄鐵；鑄造工藝設(shè)計(jì)；澆注系統(tǒng)；冒口；球化率
JF90-1箱體是南水北調(diào)工程中減速器箱體的重要部件，外形尺寸為∮1700mm×高740mm，材質(zhì)QT450-10，此種減速器箱體輸出扭矩高達(dá)170噸，箱體的軸承端承載載荷較大，該鑄件內(nèi)部質(zhì)量要求非常嚴(yán)格、苛刻，不能有夾渣、疏松、裂紋等缺陷。同時(shí)，該批鑄件壁厚不均，大部分壁厚50mm，軸承端的壁厚高達(dá)130mm，而且在外圓上有兩處Φ250mm×350mm限位裝置，均要求滿足歐洲探傷標(biāo)準(zhǔn)。
1鑄造工藝設(shè)計(jì)及方案選擇
1.1鑄件的工藝性分析從箱體的形狀結(jié)構(gòu)看，在鑄件限位裝置兩處，分別存在厚大幾何熱節(jié)，易產(chǎn)生大的收縮，很容易出現(xiàn)變形、縮孔、縮松等鑄造缺陷。此兩處工藝措施：在鑄型和砂芯內(nèi)分別設(shè)置冷鐵（厚度為100mm），增加散熱面積，減小熱節(jié)1.2澆注位置和分型面為了減少箱體鑄件大加工平面缺陷產(chǎn)生，將其放在底部。頂部采用冒口出氣及浮渣。分型面如圖1所示，為了保證起模方便，設(shè)置了兩處分型面，蓋底箱起模不便處，放置正起模斜度。1.3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用半開放半封閉式澆注系統(tǒng)，先開放后封閉，有利于擋渣。直澆道采用Φ80mm陶瓷管，橫澆口尺寸1/2（45+65）×65mm，內(nèi)澆口尺寸（41+45）×14mm，直澆道總面積為5024mm2，橫澆道斷面總面積為7150mm2，內(nèi)澆道斷面總面積為6020mm2，∑F直：∑F橫：∑F內(nèi)=1：1.5：1.2，橫澆道、內(nèi)澆道均涂刷石墨涂料，兩次涂刷兩次烘干。內(nèi)澆口沿著外圓切向引入，分散開設(shè)，盡量避開鑄件厚大部位，盡量避免鐵液沖擊砂芯，從而使鐵液能夠順利地進(jìn)入型腔并平穩(wěn)地充滿型腔，同時(shí)也便于清理，直澆口底部設(shè)置耐火磚保護(hù)，有效防止沖砂現(xiàn)象的發(fā)生。1.4工藝參數(shù)設(shè)計(jì)（1）鑄件收縮率：鑄件收縮過(guò)程受到阻礙不大，收縮率選?。洪L(zhǎng)度方向1%，高度方向1%,寬度方向1%。（2）加工余量：底面取10mm，孔徑取12mm，頂面取12mm。（3）分型負(fù)數(shù)為1mm，芯頭配合間隙1mm。1.5冒口的設(shè)計(jì)及計(jì)算根據(jù)均衡凝固理論，利用球墨鑄鐵石墨化膨脹，抵消一部分收縮，設(shè)置冒口補(bǔ)縮鑄件初期凝固產(chǎn)生的收縮，采取參數(shù)如下：根據(jù)鑄件壁厚T=60mm，選取D=2T，H=1.5D，B=0.6D，h=0.3-0.35DD=120；H=180；B=70；h=40。1.6砂芯的設(shè)置采用呋喃樹脂自硬砂造型、制芯。根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜，為了減少砂芯，采用中間設(shè)置一整體砂芯，需要在下芯合型前放置在底模上部，使用下芯吊具整體下芯。這樣既保證了尺寸精度，又減少了因使用芯撐而帶來(lái)的滲漏。
2鑄造生產(chǎn)控制
2.1模樣制作做1個(gè)實(shí)樣外模、1個(gè)實(shí)樣芯盒、1個(gè)卡板、外模上做出冒口定位?？s尺1.0%。2.2造型生產(chǎn)控制造型：采用天然硅砂，粒度30/50目，含泥量小于0.45%，水分小于0.5%，SiO2含量大于97%?；焐霸O(shè)備采用25t/h移動(dòng)式混砂機(jī)。箱體鑄件的合箱過(guò)程，是控制鑄件尺寸的關(guān)鍵過(guò)程，下芯后，采取演箱的方式，調(diào)整局部測(cè)量不到的壁厚；可以測(cè)量的部位，用專用卡板測(cè)量尺寸，采取這兩種方式檢驗(yàn)砂芯的定位，控制鑄件尺寸精度。為了防止鑄件表面產(chǎn)生粘砂，在砂型表面和芯子表面涂刷耐火度高的石墨涂料兩層，分層點(diǎn)燃干燥固化，以增加型砂表面強(qiáng)度，避免表面落砂，提高鑄件質(zhì)量，并吹干凈澆口管內(nèi)的砂子。下芯后，用卡板檢查壁厚并測(cè)量尺寸，中間芯與上箱壓石棉繩。2.3化學(xué)成分控制C含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）控制在3.2%-3.9%范圍內(nèi)，Si含量控制在2.6%-2.8%范圍內(nèi)。Mn降低塑性和韌性；同時(shí)錳易產(chǎn)生偏析，鑄態(tài)下在共晶團(tuán)邊界極易形成碳化物，降低鑄件力學(xué)性能，所以錳含量控制在0.5%以下。為了防止磷共晶、MgS等雜質(zhì)產(chǎn)生，磷含量必須小于0.06%，硫含量必須小于0.03%。要求熔煉設(shè)備為中頻感應(yīng)電爐，鑄件毛坯包括澆冒口總重為4800kg，采用底注式搖包澆注鐵液，澆注溫度1345℃，澆注時(shí)間85s，注意點(diǎn)火排氣。2.4鑄件清理清理工作前，先檢查鑄件表面有無(wú)嚴(yán)重缺陷。清理時(shí)，應(yīng)注意不得損傷鑄件的邊緣、棱角。禁止重錘敲擊以免出現(xiàn)裂紋。鑄件翻轉(zhuǎn)時(shí)應(yīng)注意人身安全，并應(yīng)墊軟胎或木塊以防碰壞。對(duì)鑄件進(jìn)行了拋丸處理，去除鑄件表面粘砂、氧化皮等附著物，顯露出金屬表面。2.5生產(chǎn)驗(yàn)證實(shí)際生產(chǎn)嚴(yán)格執(zhí)行鑄造工藝，最終成功生產(chǎn)了6個(gè)JF90-1箱體，化學(xué)試驗(yàn)報(bào)告、金相試驗(yàn)報(bào)告、力學(xué)性能試驗(yàn)報(bào)告、局部探傷報(bào)告均滿足客戶要求及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。鑄件內(nèi)部無(wú)縮孔、縮松、裂紋、氣孔等缺陷。通過(guò)以上工藝生產(chǎn)出的首件產(chǎn)品具體性能指標(biāo)：
3結(jié)束語(yǔ)
JF90-1箱體利用實(shí)樣造型方法，操作簡(jiǎn)單，保證了鑄件無(wú)裂紋、變形、縮孔、縮松等鑄造缺陷。取得了客觀的技術(shù)效果和經(jīng)濟(jì)效益。本產(chǎn)品無(wú)論是內(nèi)在質(zhì)量還是外在質(zhì)量都得到了用戶的認(rèn)可，為大批量生產(chǎn)減速器箱體做好了準(zhǔn)備工作。
參考文獻(xiàn)
[1]張春明.球墨鑄鐵飛輪殼的無(wú)冒口鑄造工藝實(shí)踐[J].鑄造，2013，62（2）：170-172.
CAD/CAE一體化技術(shù)在鑄造過(guò)程的應(yīng)用已成為鑄造技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。鑄造工藝CAD的開發(fā)基本上涉及所有的CAD軟件，包括各種材料，各種鑄造類型、數(shù)據(jù)庫(kù)等，可以說(shuō)是全方位立體式發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)基于三維CAD軟件的鑄造工藝CAD的研究還很不成熟，有待進(jìn)一步的發(fā)展。
一、CAD/CAE技術(shù)在球墨鑄鐵件工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
CAE技術(shù)被應(yīng)用在鑄鋼件，擁有大量準(zhǔn)確的判據(jù)，可以判定鑄造凝固過(guò)程階段的縮孔和縮松等缺陷，但由于球墨鑄鐵其特殊的糊狀凝固，限制了球墨鑄鐵鑄造過(guò)程CAE技術(shù)應(yīng)用。
針對(duì)球墨鑄鐵的特殊性開發(fā)了專用模塊解決球墨鑄鐵CAE技術(shù)的準(zhǔn)確性問題，模擬球墨鑄鐵凝固過(guò)程中的收縮與石墨化膨脹的禍合作用結(jié)果上己經(jīng)達(dá)到了應(yīng)用程度。針對(duì)球墨鑄鐵件在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的困難，提出將CAD/CAE技術(shù)應(yīng)用到工藝的設(shè)計(jì)過(guò)程中，并開發(fā)專用的球墨鑄鐵設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以滿足CAE模擬和CAD設(shè)計(jì)時(shí)的需要，提高設(shè)計(jì)成功率，減少設(shè)計(jì)周期。
二、鑄造CAE數(shù)值模擬理論和CAD參數(shù)化造型技術(shù)
熔融的金屬充型與凝固過(guò)程為高溫流體于復(fù)雜幾何型腔內(nèi)作有阻礙和帶有自由表明的流動(dòng)及向鑄型和空氣，的傳熱過(guò)程。該物理過(guò)程遵循質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒定律。
鐵合金鑄件的性能易受冶金方法和工藝條件的影響。鑄件的顯微組織和機(jī)械性能不僅取決于熱流動(dòng)，還取決于以下參數(shù)：合金成分、基本金屬處理、微量元素和雜質(zhì)的數(shù)量、孕育處理方式、孕育材料的數(shù)量和種類、孕育方法、沉積相的生長(zhǎng)動(dòng)力和冷卻條件決定實(shí)際的微觀組織。因此必須研究凝固，疏松的形成和固態(tài)轉(zhuǎn)變，這些共同影響鑄鐵零件機(jī)械性能的因素。
Pro/Engineer是目前世界上最流行的三維機(jī)械CAD軟件之一，本文選擇其做為CAD平臺(tái)，完成鑄件的三維實(shí)體建模，以及二次開發(fā)其族表功能，實(shí)現(xiàn)墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)中澆冒補(bǔ)縮系統(tǒng)的三維模型的自動(dòng)建立。
三、球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)
CAE技術(shù)作為球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)和CAD工藝設(shè)計(jì)的參數(shù)依據(jù)。鑄造工藝集成化工藝設(shè)計(jì)，是在整個(gè)工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用CAE技術(shù)確定鑄造缺陷的位置、類型等，再進(jìn)行有針對(duì)性的工藝設(shè)計(jì)，減少了傳統(tǒng)方法中對(duì)鑄造經(jīng)驗(yàn)的依賴。利用球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)提供設(shè)計(jì)參數(shù)和進(jìn)行澆冒補(bǔ)縮系統(tǒng)建模模型，同時(shí)應(yīng)用CAD造型技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的三維造型。
利用CAD技術(shù)對(duì)鑄件進(jìn)行三維實(shí)體造型，并進(jìn)行分型面設(shè)定、最小鑄出孔、拔模斜度等必要的工藝處理。設(shè)定澆注溫度，澆注時(shí)間等工藝參數(shù)。在整個(gè)系統(tǒng)中，CAE平臺(tái)是為設(shè)計(jì)工藝提供判斷依據(jù)，為球墨鑄鐵鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)提供部分參數(shù)。球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)就是CAD與CAE之間的紐帶，為兩者提供參數(shù)和模型。
球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE整個(gè)系統(tǒng)是由五個(gè)模塊和一套依靠Pro/E二次開發(fā)的CAD造型系統(tǒng)構(gòu)成的，包括澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊，補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊，球磨鑄鐵數(shù)據(jù)庫(kù)，鑄造材料數(shù)據(jù)庫(kù)和鑄造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。
四、球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)應(yīng)用
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在鑄造行業(yè)得到迅速的發(fā)展，借助鑄造CAE軟件可對(duì)鑄造的充型、凝固過(guò)程在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，鑄造工業(yè)中采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以縮短產(chǎn)品試制周期，降低生產(chǎn)成本及提高材料利用率。筆者利用鑄造工藝CAE技術(shù)，應(yīng)用球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE輔助系統(tǒng)，集成鑄造CAD技術(shù)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化工藝。
借助鑄造CAE技術(shù)對(duì)鑄造工藝進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。對(duì)未添加任何澆冒系統(tǒng)的鑄件進(jìn)行簡(jiǎn)單的凝固模擬，以獲得凝固缺陷的狀態(tài)。球墨鑄鐵鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)的計(jì)算功能能滿足不同材質(zhì)，不同類型材料澆注和補(bǔ)縮系統(tǒng)的計(jì)算，參數(shù)準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)需要。Pro/E二次開發(fā)的族表大大提高了造型速度，并將參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。系統(tǒng)與CAE和CAD結(jié)合緊密，能完全滿足為CAE和CAD提供參數(shù)的要求。
五、結(jié)束語(yǔ)
筆者在本文中以球墨鑄鐵件的鑄造工藝為研究對(duì)象進(jìn)行開發(fā)研究。以Pro/E作為CAD造型和二次開發(fā)的平臺(tái)，應(yīng)用Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)功能和族表開發(fā)工具，開發(fā)出球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統(tǒng)。系統(tǒng)能為不同類型的CAE和CAD平臺(tái)提供參數(shù)，可移植性強(qiáng)。系統(tǒng)針對(duì)球墨鑄鐵開發(fā)，將成套的CAD/CAE集成式的設(shè)計(jì)方法引入到球墨鑄鐵的工藝設(shè)計(jì)中。
[關(guān)鍵詞]消失模鑄造工藝 缺陷 處理
中圖分類號(hào)：TG249.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）27-0052-01
前言：消失模鑄造工藝本身具備著無(wú)需取模、無(wú)分型面、無(wú)砂芯的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)就使得其本身生產(chǎn)的鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，但我國(guó)消失模鑄造工藝也存在著廢品率較高的問題，為了解決這一問題推動(dòng)我國(guó)消失模鑄造工藝的發(fā)展，正是本文就消失模鑄造工藝進(jìn)行研究的目的所在。
1. 常見的消失模鑄造工藝缺陷
1.1 鑄型損壞
在消失模鑄造工藝中，鑄型損壞是較為常見的消失模鑄造工藝缺陷，這一缺陷主要存在著鑄型上部崩塌、型腔內(nèi)局部產(chǎn)生空洞而致鑄型損壞、澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)而致的鑄型損壞等三種缺陷形式。具體來(lái)說(shuō)，鑄型上部崩塌主要源于鑄型上部崩塌或金屬液的浮力損壞;而在型腔內(nèi)局部產(chǎn)生空洞而致鑄型損壞則主要源于金屬液置換消失模的過(guò)程不順暢，空洞處的鑄型因受金屬液的熱作用而損壞所致;而澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)而致的鑄型損壞則主要源于內(nèi)澆道太短與砂層太薄的影響[1]。
1.2 澆注不足
除了鑄型損壞，澆注不足也是較為常見的消失模鑄造工藝缺陷，這一缺陷的出現(xiàn)主要是受溫度低合金金屬液流動(dòng)性較低所致。此外，薄壁鑄件的生產(chǎn)也較為容易出現(xiàn)澆筑不足的問題。
1.3 粘砂
在消失模鑄造工藝中，粘砂也是較為常見的鑄造缺陷，而澆注溫度過(guò)高、型砂充填緊實(shí)度不夠等都能夠引起這一缺陷。具體來(lái)說(shuō)，澆注溫度過(guò)高所引起的消失模鑄造工藝粘砂缺陷，主要源于高溫下涂料附著力差，強(qiáng)度低，耐火性差;而型砂充填緊實(shí)度不夠引起的消失模鑄造工藝粘砂缺陷，則主要來(lái)自于一次向砂箱中投入全部型砂后再振實(shí)存在的填砂不緊[2]。
1.4 鑄鋼件表面增碳
在消失模鑄造工藝鑄造不銹鋼或低碳鋼鑄件時(shí)，表面增碳的問題較為常見，這也屬于消失模鑄造工藝存在的缺陷之一。之所以會(huì)出現(xiàn)表面增碳的問題，主要是由于鋼液含碳量較低所致，含碳量高的鋼（如高錳鋼）增碳不明顯就能夠較好的證明這一結(jié)論。
2.處理消失模鑄造工藝缺陷的方法
2.1 鑄型損壞工藝缺陷的處理
在鑄型上部崩塌這一鑄型損壞工藝缺陷的處理中，我們只要設(shè)法保證鑄型上部有足夠的吃砂量就能夠較好的避免這一缺陷的出現(xiàn);而在型腔內(nèi)局部產(chǎn)生空洞而致的鑄型損壞缺陷中，建議進(jìn)行澆注方案的改進(jìn)，以此實(shí)現(xiàn)液流前端持續(xù)、不停頓地流動(dòng);而在澆注系統(tǒng)設(shè)置不當(dāng)而致的鑄型損壞缺陷中，為了較好的根除這一缺陷，建議適當(dāng)拉長(zhǎng)內(nèi)澆道長(zhǎng)度，以此實(shí)現(xiàn)鑄件與橫澆道之間的砂層的增厚，這樣就能夠有效避免薄砂層損壞的缺陷出現(xiàn)[3]。
2.2 澆注不足工藝缺陷的處理
在澆注不足工藝缺陷的處理中，當(dāng)面對(duì)受溫度低合金金屬液流動(dòng)性較低所致的澆筑不足缺陷時(shí)，我們可以采用適當(dāng)提高溫度并增加砂箱中的減壓程度的方式解決這一缺陷;而對(duì)于薄壁鑄件生產(chǎn)的澆筑缺陷來(lái)說(shuō)，我們可以采用降低發(fā)泡模密度解決這一缺陷。
2.3 粘砂工藝缺陷的處理
在處理因澆注溫度過(guò)高引起的粘砂工藝缺陷時(shí)，我們可以采用適當(dāng)提高澆注溫度的方式，這種方式在解決粘砂缺陷的同時(shí)還能夠在一定程度上提高消失模鑄造的質(zhì)量。例如，在進(jìn)行小型鑄鐵件時(shí)，我們就可以將澆注的溫度提高到1380～ 1400℃，這樣就能夠較好的避免粘砂缺陷的出現(xiàn)并提高小型鑄鐵件的澆注質(zhì)量;而在型砂充填緊實(shí)度不夠的缺陷處理中，建議使用分批加砂方式進(jìn)行該缺陷的處理，并同時(shí)輔以手工輔助填砂，這樣最終完成的砂箱填砂、振實(shí)，就能夠較好的避免型砂充填緊實(shí)度不夠所引發(fā)的粘砂工藝缺陷出現(xiàn)[4]。
2.4 鑄鋼件表面增碳工藝缺陷的處理
在鑄鋼件表面增碳工藝缺陷的處理中，我國(guó)當(dāng)下存在著通過(guò)砂箱減壓可縮短澆注時(shí)間、用EPMMA珠粒代替EPS珠粒兩種處理方式，不過(guò)前者只能夠減輕增碳情況，并不能徹底根除這一缺陷，推薦使用EPMMA珠粒代替EPS珠粒，以此根除鑄鋼件表面增碳缺陷的方式。
3.消失模鑄造的工藝要點(diǎn)
3.1 消失模摸料的選擇
為了能夠較好的完成消失模鑄造，提高鑄件質(zhì)量，我們就需要合理的選擇消失模摸料。在我國(guó)當(dāng)下，EPS是應(yīng)用最早而且最為廣泛使用在消失模鑄造上的摸樣材料，其本身具備著價(jià)格便宜、易于采購(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。
3.2 造型材料的要求
上文中我們提到的原砂就是消失模鑄造中使用的造型材料，一般來(lái)說(shuō)原砂需要滿足Si O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%～95%區(qū)間。想要鑄造較為高質(zhì)量的消失模鑄件，我們就必須為其準(zhǔn)備透氣性良好的型砂。對(duì)于原砂來(lái)說(shuō)，我們還需要控制其潔凈度與粒度，以此保證其流動(dòng)性與緊實(shí)性能夠滿足消失模鑄造的需求。一般來(lái)說(shuō)，原砂在使用時(shí)其溫度應(yīng)控制在60℃以下，當(dāng)其溫度到達(dá)60℃時(shí)，我們就必須對(duì)其進(jìn)行降溫，并在降溫后繼續(xù)使用，這是為了避免泡沫模樣軟化問題的出現(xiàn)，保證消失模鑄造質(zhì)量的必然過(guò)程[5]。
3.3 工藝過(guò)程及控制措施
在鑄鋼件消失模鑄造時(shí)涂料的配制中，這一涂料需要具備高的耐火度、防止粘砂、高的強(qiáng)度、良好的透氣性、優(yōu)良的涂掛性能、較強(qiáng)的附著力等優(yōu)點(diǎn);而在填砂造型環(huán)節(jié)中，需要依次進(jìn)行放底砂、放模、填砂造型、覆膜并放澆杯的工藝流程，其中放底砂需要在砂箱內(nèi)防治100mm左右的底砂，而放模操作則需要將砂箱底部刮平，并保證模型與砂箱四周距離控制在80mm～100mm，這樣就能夠有效避免鋼水泄漏問題的出現(xiàn)，而在填砂造型的操作中，我們需要采用采用往復(fù)n次向模樣內(nèi)外腔落砂的方式進(jìn)行填砂，而在覆膜并放澆杯操作中，我們需要保證塑料膜的完好與大小適中，并在塑料膜上蓋一層厚約30mm保護(hù)砂，這樣就能夠有效避免口杯位移或掉入砂粒、雜物的問題出現(xiàn)，并以此較好的保證消失模鑄造的質(zhì)量。
結(jié)論：作為一個(gè)系統(tǒng)工程，消失模鑄造本身對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)有著較高的難度，這也就是的其在鑄造過(guò)程中難免出現(xiàn)一些工業(yè)方面的缺陷，而由于這種缺陷是其他造型工業(yè)所不具備的，這就加大了企業(yè)解決相關(guān)缺陷的效率與質(zhì)量。本文對(duì)消失模鑄造工藝中較為常見的缺陷進(jìn)行了分析，希望這一分析能夠在一定程度上推動(dòng)我國(guó)消失模鑄造工業(yè)的相關(guān)發(fā)展。
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關(guān)鍵詞：無(wú)冒口；球鐵鑄件；冷鐵
1 鑄件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
箱體結(jié)構(gòu)，內(nèi)部中空，由多個(gè)隔板分隔，上下為兩個(gè)大平板，上板較大，使用時(shí)承載其上的部件，板上有螺紋孔和油槽用于固定和，下板通過(guò)螺紋孔與下部固定。側(cè)壁傾斜并內(nèi)凹。在上平板上有四個(gè)對(duì)稱分布，呈工字型的油槽，用于將重物放于其上時(shí)的，防止該移動(dòng)板與其他重物接觸時(shí)因力量過(guò)大而產(chǎn)生磨損。
隔板與外壁相交處散熱較難，易產(chǎn)生熱節(jié)，產(chǎn)生縮松，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意應(yīng)用冷鐵等措施改進(jìn)這些部位的散熱。
最大壁厚50mm，最小壁厚30mm，該鑄件為大型厚壁鑄件，壁厚較均勻且與鑄件尺寸相適應(yīng)。生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明：具有較大平板的鑄件，如機(jī)床床身等，會(huì)因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的剛度差，或由于鑄件各表面冷卻條件的差別產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，產(chǎn)生翹曲變形。該件內(nèi)腔多處為隔板，能夠起到拉肋的作用，因此在一定程度上避免了翹曲變形。
2 無(wú)冒口鑄造工藝原理
球墨鑄鐵中的碳以球形石墨的形態(tài)存在，流動(dòng)性和線收縮與灰鑄鐵相近，體收縮及形成內(nèi)應(yīng)力傾向較大，易產(chǎn)生縮松和裂紋。
在鐵水凝固過(guò)程中，具有石墨化膨脹的特點(diǎn)，適宜采用均衡凝固方式，要求砂型的剛度較高，在鑄件膨脹時(shí)約束鑄件，對(duì)其產(chǎn)生反作用力，形成自補(bǔ)縮。自補(bǔ)縮不足的部分可以利用冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，冒口的補(bǔ)縮量和補(bǔ)縮時(shí)間均較小，可以有效提高鑄件的工藝出品率。本件為厚大球鐵件，適用于無(wú)冒口鑄造的工藝。
3 鑄造工藝設(shè)計(jì)
3.1 分型面與澆注位置的選擇
采用臥澆臥冷，使合型位置、澆注位置、冷卻位置相同。將零件上部的大平板置于鑄型下部。此方案有點(diǎn)有鑄件上部的大平板位于鑄型下部，可有效減少此處缺陷；下芯方便；澆注后不需翻轉(zhuǎn)，保持原位不動(dòng)，可防止鑄件因石墨化膨脹而脹大。
3.2 澆注系統(tǒng)
鑄件材質(zhì)為球墨鑄鐵，為利用球墨鑄鐵件的自補(bǔ)縮的作用，澆注系統(tǒng)應(yīng)有利于鑄件均衡凝固；為減輕鑄件澆注缺陷，需平穩(wěn)快速?zèng)_型；因球墨鑄鐵易產(chǎn)生渣滓，澆注系統(tǒng)需具有良好的擋渣能力；使造型盡量簡(jiǎn)單，降低工藝難度。
選擇封閉式澆注系統(tǒng)，本件的熱節(jié)部位較多且分散，故需設(shè)計(jì)澆注快速且平穩(wěn)的澆注系統(tǒng)以避免縮松、縮孔的產(chǎn)生。而球墨鑄鐵的石墨化膨脹產(chǎn)生自補(bǔ)縮作用能良好的改善縮松縮孔傾向。為利用球墨鑄鐵的這種自補(bǔ)縮性質(zhì)，先凝固的必須是內(nèi)澆道，有助于將鑄件連同冒口封閉起來(lái)，避免隨后的石墨化膨脹壓力松弛。封閉式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道橫截面積較小，能防止渣滓進(jìn)入型腔內(nèi)部，起到良好的擋渣效果；同時(shí)由于內(nèi)澆道橫截面積較小能保證其首先凝固，能夠滿足本件的需求，故選擇封閉式澆注系統(tǒng)。
內(nèi)澆道開在分型面上，容易實(shí)現(xiàn)；隔板處為鐵液流動(dòng)提供了順暢的通路，防止沖砂；開設(shè)在鑄型下部，充型平穩(wěn)，減少夾雜物。
3.3 冒口冷鐵設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)方案時(shí)可以考慮利用其石墨化膨脹自補(bǔ)縮的作用，進(jìn)行無(wú)冒口鑄造。不用冒口可以提高工藝出品率，省去冒口清理工時(shí)。
選擇澆注溫度為1320℃；內(nèi)澆道厚度為16mm，鑄型砂為呋喃樹脂砂（具有鑄型剛度高，尺寸精確高的優(yōu)點(diǎn)）。滿足使用無(wú)冒口鑄造工藝的條件，嘗試使用無(wú)冒口鑄造工藝。
4 數(shù)值模擬與鑄造缺陷分析
澆注溫度設(shè)置為1320℃，初始澆注速度為38.98kg/s，砂箱及冷鐵的初始溫度設(shè)置為20℃。砂箱與鑄件間的熱交換系數(shù)為500w/（m2·k）。
內(nèi)澆道凝固早，達(dá)到了預(yù)期中使內(nèi)澆道先凝固的要求，將鑄型連同冒口一起封閉，防止了石墨化壓力松弛，提高了石墨化膨脹利用率。
鑄造缺陷主要為縮松、縮孔，隔板與外壁相交處凝固時(shí)間最長(zhǎng)，此處散熱最慢，為熱節(jié)，多且分散。在這些熱節(jié)處產(chǎn)生縮松縮孔缺陷。鐵水最后到達(dá)的上壁處由于排氣與凝固收縮出現(xiàn)大面積的縮孔。
5 工藝方案改進(jìn)
本鑄件較大，金屬液在凝固過(guò)程中鐵液收縮量較大，且大多數(shù)收縮集中于鑄型上部，
而內(nèi)澆道凝固較早，金屬液補(bǔ)給不足，金屬液最后流到的地方出現(xiàn)大面積的縮孔。
結(jié)合本件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及球墨鑄鐵的自補(bǔ)縮特性，選擇在上平面放置壓邊冒口。壓邊冒口相當(dāng)于冒口頸長(zhǎng)度為零的冒口。用于球墨鑄鐵的壓邊縫隙寬窄要適宜，寬度太小則鑄件還處于液態(tài)時(shí)縫隙口就已凝固封閉，起不到液態(tài)補(bǔ)縮作用；過(guò)大則由于鑄件進(jìn)行石墨化膨脹時(shí)縫隙口尚未凝固，致使一部分漿狀金屬液從這里擠出來(lái)，即造成所謂的“倒縮”反饋現(xiàn)象，結(jié)果在此位置形成縮孔。因此，壓邊寬度應(yīng)能是縫隙口在鑄件接觸部位液態(tài)收縮后石墨化膨脹之前凝固[4]。
考慮到本件內(nèi)澆道距離下部熱節(jié)較近，而冒口距離上部熱節(jié)較近，為不影響內(nèi)澆道的鐵水注入和冒口的補(bǔ)縮效果，將冷鐵貼放在內(nèi)部隔板的側(cè)壁上。
關(guān)鍵詞：雙偏心蝶閥；消失模鑄造工藝；閥桿軸心
中圖分類號(hào)：TH134 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
1 引言
砂型鑄造（也稱為翻砂），該工藝與消失模鑄造工藝相比而言，工序多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、工藝復(fù)雜，精度較低。而消失模鑄造工藝是在實(shí)型鑄造法、干砂實(shí)型鑄造法的基礎(chǔ)上發(fā)展的負(fù)壓實(shí)型鑄造法。消失模鑄造工藝在造型和澆注過(guò)程中不需要進(jìn)行取模，而且由于消失模鑄造工藝采用了負(fù)壓澆注，這樣可以大大的減少鑄造過(guò)程中產(chǎn)生的氣體。雙偏心蝶閥應(yīng)用于自來(lái)水、電力循環(huán)水、石油、化工等領(lǐng)域。雙偏心蝶閥通常由球墨鑄鐵、高強(qiáng)度灰鐵這兩種材料鑄造而成。由于雙偏心蝶閥的閥桿軸心與蝶板中心以及本體中心都偏離，鑄造相對(duì)較為復(fù)雜。本文采用消失模鑄造工藝作為雙偏心蝶閥的鑄造工藝，既簡(jiǎn)化工藝，提高生產(chǎn)效率，降低環(huán)境污染，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。
2 消失模鑄造工藝生產(chǎn)雙偏心蝶閥閥體
本項(xiàng)目采用計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)踐試驗(yàn)為主的研究方法，針對(duì)鑄鐵類蝶閥消失模鑄造進(jìn)行新產(chǎn)品新工藝研究。首先將整個(gè)項(xiàng)目分為：
①蝶閥鑄件及模具結(jié)構(gòu)研究；
②消失模鑄造蝶閥生產(chǎn)工藝研究方案；
③蝶閥鑄件成品的質(zhì)量檢測(cè)3個(gè)部分。
（1）蝶閥鑄件及模具結(jié)構(gòu)研究方案及技術(shù)路線
整個(gè)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程及研究方案如圖1所示，主要分為6個(gè)部分。
其中產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)階段主要根據(jù)如圖2（尺寸及細(xì)節(jié)視圖略）所示的二維圖紙生成產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)確保三維模型的數(shù)據(jù)與所依據(jù)的二維圖紙一致。同時(shí)獲得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)信息，如最小壁厚、最小孔徑和脫模斜度等，最小壁厚主要受EPS模樣的限制，在生產(chǎn)中模樣要求保證斷面上至少要容納下三顆珠粒，即使用國(guó)內(nèi)最小號(hào)的珠粒也要求斷面厚度大于3mm，實(shí)際不同鑄造合金在生產(chǎn)中均有一適宜最小壁厚和可鑄最小孔徑的限制。對(duì)于脫模斜度，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮0.5°的斜度。
泡沫模樣三維設(shè)計(jì)主要根據(jù)金屬合金的收縮率和模樣材料的收縮率來(lái)最終獲得模樣的最終尺寸。L模樣 =L產(chǎn)品（1+K1+K2），其中K1為模樣材料的收縮率，K2為金屬合金的收縮率。
模具澆注仿真主要是利用PROCAST軟件對(duì)設(shè)計(jì)好的模具進(jìn)行澆注仿真，以盡可能早地發(fā)現(xiàn)在鑄造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的問題。通過(guò)對(duì)鑄件在沖型、凝固過(guò)程中的溫度、時(shí)間、速度、縮松、孤立液相的仿真結(jié)果分析，形成分析報(bào)告，指導(dǎo)模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)或澆注參數(shù)的設(shè)計(jì)。
（2）消失模鑄造蝶閥生產(chǎn)工藝研究方案及技術(shù)路線
整個(gè)工藝過(guò)程主要分為白區(qū)、灰區(qū)、黑區(qū)，如圖3所示。白區(qū)主要為塑料粒子模樣的制作與組型，主要研究目標(biāo)為發(fā)泡塑料粒子的選擇，預(yù)發(fā)泡工藝參數(shù)的確定，發(fā)泡成型工藝參數(shù)的確定，澆冒口的設(shè)置；灰區(qū)主要為耐火涂料的制備與涂覆，主要研究目標(biāo)為涂料的配制與使用，烘房的設(shè)置；黑區(qū)主要為砂箱組型及澆注，主要研究目標(biāo)為砂箱的設(shè)置，砂處理系統(tǒng)，原材料的配比，澆注溫度的選擇，真空負(fù)壓大小的選擇。
（a）白區(qū)工藝研究路線
目前可選用的塑料粒子有EPS顆粒和STMMA顆粒，而顆粒大小從301至601有多個(gè)標(biāo)號(hào)。對(duì)于增碳量沒有特殊要求的灰鐵鑄件，可采用EPS顆粒；性能要求較高的球鐵件對(duì)卷入的碳黑夾渣比較敏感，通常也采用STMMA比較保險(xiǎn)。鑄件中閥體要求的材質(zhì)為HT250，而閥板要求的材質(zhì)為QT450-10。
根據(jù)預(yù)發(fā)顆粒的要求控制預(yù)發(fā)時(shí)間及蒸汽氣壓大小選擇合適的預(yù)發(fā)機(jī)。根據(jù)模具選擇合適的發(fā)泡成型機(jī)，根據(jù)模樣成品的質(zhì)量調(diào)整成型過(guò)程通蒸汽的時(shí)間，時(shí)間過(guò)短，泡沫不熟，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，又會(huì)出現(xiàn)過(guò)融合的現(xiàn)象。
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：
（1）保證澆注時(shí)金屬液能充滿型腔；
（2）澆注系統(tǒng)的安排要考慮到模樣束在砂箱中的位置，便于填砂緊實(shí)；
（3）澆注系統(tǒng)的設(shè)置要保證模樣束的整體強(qiáng)度；
（4）考慮內(nèi)澆道的個(gè)數(shù)、位置對(duì)金屬液充型方向的影響。澆注方式可采用底注或階梯注入。冒口要保證足夠的金屬液以補(bǔ)充鑄件凝固收縮，同時(shí)起到集渣、排氣作用。消失模鑄造由于真空負(fù)壓的作用，鑄件可實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，冒口的需求小于砂型鑄造，具體的大小比值需要通過(guò)試驗(yàn)確定，小冒口有利于提高產(chǎn)品的出品率。
（b）灰區(qū)工藝研究路線
消失模鑄造對(duì)涂料的要求很高，其中最主要的為涂料的透氣性、強(qiáng)度及涂掛工藝性能。涂料的組成成分很多，需合理配制各組分，達(dá)到產(chǎn)品性能最優(yōu)化。涂料在浸涂過(guò)程中應(yīng)處于連續(xù)攪拌狀態(tài)下，模樣涂覆的涂料要全面、均勻，不得有未上涂料的部分，從涂料中取出、運(yùn)送、放置均要考慮防止模樣變形問題。實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)根據(jù)浸涂模樣的質(zhì)量，確定整個(gè)流程。
（c）黑區(qū)工藝研究路線
對(duì)消失模鑄造造型原砂的選擇主要是粒度和粒形，較粗的砂可增加透氣性，但過(guò)大容易出現(xiàn)粘砂等缺陷，此項(xiàng)先可購(gòu)買不同粒徑的硅砂，試驗(yàn)后確定。消失模鑄造用砂箱由箱體、抽氣室、起吊或走運(yùn)送結(jié)構(gòu)等部分組成。其形狀應(yīng)和鑄件模樣尺寸相配套。
鑄鐵原材料的配比將決定鑄件的最終成分比例，既而決定鑄件的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，對(duì)原材料配比主要使用爐前化驗(yàn)儀、碳硫燃燒測(cè)定儀、光譜儀測(cè)定原材料和鑄件成分，并及時(shí)調(diào)整爐內(nèi)配合比。
（3）蝶閥鑄件成品的質(zhì)量檢測(cè)方案及技術(shù)路線
蝶閥鑄件成品檢測(cè)主要分為鑄件外觀質(zhì)量檢測(cè)、鑄件尺寸精度質(zhì)量檢驗(yàn)、鑄件內(nèi)在質(zhì)量檢驗(yàn)三大部分，詳細(xì)流程如圖4所示。
（a） 鑄件外觀質(zhì)量檢測(cè)
鑄件外觀質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容主要包括鑄件表面不允許有裂紋、穿透孔、縮孔、縮松、冷隔、夾渣、飛邊、毛刺、披縫、澆冒口殘余、凸瘤、變形及裂紋等；檢驗(yàn)方法主要根據(jù)鑄件實(shí)際情況，采用直觀目測(cè)法。鑄件表面粗糙度檢測(cè)是把GB/T 6060.1規(guī)定的鑄造表面粗糙度比較樣塊與被檢鑄件的鑄造表面用視覺或觸覺的方法進(jìn)行比對(duì)。
（b）鑄件尺寸精度質(zhì)量檢測(cè)
采用試驗(yàn)對(duì)比的方式，每次開箱后對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸的精確丈量。
由于模具設(shè)計(jì)時(shí)已嚴(yán)格控制了模樣及鐵水冷卻時(shí)的收縮形變，所以鑄件尺寸精度主要是由于泡沫塑料模樣形變引起。在鑄件結(jié)構(gòu)不緊湊、剛性差時(shí)，具有變形的可能性，其次，掛涂料和埋箱造型時(shí)方法不對(duì)，也可能使模樣變形。通過(guò)改進(jìn)掛涂料和埋箱造型時(shí)的方法，改進(jìn)泡沫塑料珠粒，甚至通過(guò)加工藝支撐、工藝?yán)顏?lái)提高模樣強(qiáng)度進(jìn)而提高鑄件尺寸精度。
（c）鑄件內(nèi)在質(zhì)量檢測(cè)
根據(jù)該蝶閥鑄件的使用要求，內(nèi)在質(zhì)量主要為致密性、力學(xué)性能及金相組織。
對(duì)于致密性能，通過(guò)加壓試驗(yàn)檢查鑄件的強(qiáng)度、致密性、針孔、疏松、氣孔和貫穿的裂紋等。加壓試驗(yàn)是把一定壓力的介質(zhì)壓入經(jīng)密封的鑄件內(nèi)腔，當(dāng)鑄件內(nèi)部有缺陷時(shí)，受壓的介質(zhì)就可能在缺陷處滲漏出來(lái)，便可粗略地確定缺陷的性質(zhì)及位置。
對(duì)于力學(xué)性能，首先需要標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)試件通過(guò)模樣制作，并在鑄件造型時(shí)與碟閥鑄件模樣一同組模，在同一砂箱內(nèi)澆注，保證成分、晶體結(jié)構(gòu)形成的一致，開箱后經(jīng)加工成型后檢測(cè)。
對(duì)于金相組織，則采取微觀檢驗(yàn)法，即在鑄件本體的指定部位截取一個(gè)試塊，經(jīng)過(guò)磨削平整、拋光、洗滌、干燥，做成合格的金相試樣，將試樣直接或經(jīng)過(guò)浸蝕后，在顯微鏡下觀察，將觀察到的金相組織與標(biāo)準(zhǔn)金相圖譜對(duì)比鑒定。為不破壞鑄件，在批量生產(chǎn)后試塊將在同爐鐵水澆注的鑄件澆道中截取。
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摘要：本文利用快速成型、硅溶膠翻模及樹脂模具制造工藝，開發(fā)了一種汽車輪轂樹脂鑄造模具的快速制造技術(shù)。用該工藝制造的鑄造模具的尺寸精度、表面光潔度和表面硬度都很高，可滿足鑄造的工藝要求。
關(guān)鍵詞 ：汽車輪轂，樹脂鑄造模具，快速成型，硅溶膠翻模
作者簡(jiǎn)介：翟傳偉（1989-），男，山東棗莊人，本科，主要從事鑄造工藝的研究?；痦?xiàng)目：山東省研究生教育創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（SDYY13132）資助課題。
1 引言
在鑄造過(guò)程中，模具是必不可少的鑄造工藝裝備，以往的鑄造模具多是采用木質(zhì)或是鋁質(zhì)的。傳統(tǒng)的模具制造方法由于制造工藝復(fù)雜，所以具有本身所固有的一些缺點(diǎn)，如制造成本高、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品改進(jìn)困難等。
本文針對(duì)汽車輪轂鑄鋼鑄件， 將快速成型[ 1 , 2 ]、硅橡膠翻模以及樹脂模具制造等技術(shù)[ 3 , 4 ]有機(jī)結(jié)合在一起， 開發(fā)出了快速制造用于垂直分型無(wú)箱造型的樹脂鑄造模具的新工藝， 滿足了該鑄件生產(chǎn)的需要。用快速成型技術(shù)制造的原型材質(zhì)為光敏樹脂， 其強(qiáng)度和表面硬度不高， 不能直接使用， 所以本文將原型翻制成表層耐磨和背層強(qiáng)度高的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料來(lái)制作鑄造模具。用該工藝制作的模具具有尺寸精度， 表面光潔度和硬度都較高， 制造周期短的優(yōu)點(diǎn)。
2 樹脂鑄造模具快速原型的制作
本文在該汽車輪轂鑄件零件圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)鑄件的技術(shù)要求和查表所得的加工余量、拔模斜度、收縮率、鑄件尺寸公差等工藝因素（其中收縮率的選取還考慮到硅橡膠凹模、樹脂鑄造模具的制造翻制誤差、自身線收縮產(chǎn)生的誤差），采用UG軟件畫出的鑄件三維圖，如圖1所示。
將該鑄件三維圖轉(zhuǎn)化為S T L 格式文件， 用快速成型機(jī)L P S 6 0 0 A 制得的模具快速原型如圖2 所示。
3 樹脂鑄造模具的制造
3.1鑄件樹脂模具的制造利用制得的模具的快速原型，將其表面清理干將硅橡膠與固化劑按50:1的比例混合均勻的硅橡膠液體在其表面用毛刷涂刷2～3層，待硅橡膠固化后，得到硅橡膠層如圖3所示。
將硅橡膠層的背面用與一定的水混合后的石膏粉泥以一定的厚度均勻地涂覆，待石膏層完全硬化后，將涂覆有石膏背層的硅橡膠層從原型上取下，則得到了用于制造樹脂模具的硅橡膠凹模如圖4所示。
在硅橡膠凹模表面先刷上一層由環(huán)氧樹脂、固化劑、耐火材料粉末等材料混制成的面層樹脂材料，如圖5所示，待其硬化以后，在面層樹脂材料上再均勻涂敷上一層厚度為2 ～ 3 c m 厚的由樹脂、固化劑以及短切纖維原絲混制而成的背層樹脂材料，待樹脂材料固化以后，去除硅橡膠凹模，得到鑄件的樹脂鑄造模具如圖6所示。
3.2 樹脂鑄造模具澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
本文根據(jù)該汽車輪轂鑄件是采用垂直分型無(wú)箱造型鑄造工藝的要求，計(jì)算并設(shè)計(jì)了與造型設(shè)備相配合的鑄造模具所需的左、右型板，模具采用一型鑄六個(gè)鑄件的造型方式，計(jì)算并設(shè)計(jì)了鑄造模具的澆口杯、直澆道、橫澆道及內(nèi)澆道等澆注系統(tǒng)（詳見圖7和圖8所示）。
3.3 樹脂鑄造模具的組裝
根據(jù)設(shè)計(jì)的鑄造模具的型板及澆注系統(tǒng)等模具各部分在型板上的位置，將各部分安裝在型板上，得到的完整的樹脂鑄造模具的左、右模板的實(shí)物圖分別如圖7，8所示。
4 樹脂鑄造模具的制造工藝分析
4.1 快速成型技術(shù)和硅橡膠翻模技術(shù)是本文
開發(fā)的模具快速制造技術(shù)的基本保證利用快速成型技術(shù)可以迅速而方便地得到樹脂模具的原型，原型的尺寸精度高，誤差只有零點(diǎn)幾毫米，這就保證了模具的制造精度。
在得到的原型的基礎(chǔ)上，利用硅橡膠翻模技術(shù)可以方便地將模具原型翻成用于制造樹脂模具的硅橡膠凹模，可以保證樹脂模具的制造精度。經(jīng)過(guò)對(duì)樹脂鑄造模具實(shí)際尺寸的檢測(cè)，其尺寸誤差在0.5mm以內(nèi)，滿足了鑄造模具的精度要求。
4.2 采用面層和背層復(fù)合樹脂材料可保證模具的使用性能
在環(huán)氧樹脂材料中加入耐火材料粉末作為樹脂模具的面層材料，可確保樹脂鑄造模具表面的硬度和耐磨性能，加入玻璃纖維絲作為背層材料可以保證模具的使用強(qiáng)度，樹脂鑄造模具的使用壽命要接近于鋁質(zhì)模具。所以對(duì)于批量不大的鑄件而言，可以利用樹脂鑄造模具來(lái)滿足生產(chǎn)要求，而不需要制造金屬模具（鋁質(zhì)或是鋼質(zhì)），增加生產(chǎn)成本。
5 結(jié)論
（1）在首先得到模具快速原型的基礎(chǔ)上，利用硅橡膠翻模技術(shù)和樹脂模具制造技術(shù)可以快速翻制出樹脂鑄造模具。
（2）利用本文開發(fā)的新模具制造工藝制造的樹脂鑄造模具具有尺寸精度、表面光潔度和表面硬度都很高的特點(diǎn)，可滿足鑄造的工藝要求。
（3）本文開發(fā)的樹脂鑄造模具可適用于生產(chǎn)批量不大的鑄件的鑄造工藝過(guò)程中，取代金屬模具，節(jié)約生產(chǎn)成本。
參考文獻(xiàn)
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根據(jù)各個(gè)部位的冒口模數(shù)，選擇出冒口的規(guī)格。在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)省鋼液總量，提高鑄造效率，冒口主要選擇補(bǔ)縮效率較高的保溫冒口和發(fā)熱冒口進(jìn)行補(bǔ)縮，保溫冒口的補(bǔ)縮效率是普通冒口的1.1～1.2倍，發(fā)熱冒口的補(bǔ)縮效率是普通冒口的1.3～1.4倍，為了促進(jìn)冒口的補(bǔ)縮效果，在鑄件的厚大及熱節(jié)位置放置尺寸適當(dāng)?shù)睦滂F，要求冷鐵的厚度為熱節(jié)尺寸的2/3至1/1，保溫冒口、發(fā)熱冒口和冷鐵設(shè)置的具置如圖3所示。選擇冒口具體規(guī)格如表2所示；為了保證整體鑄件質(zhì)量，在鑄件的整體不規(guī)則熱節(jié)位置全部放置鉻鐵礦砂，鉻鐵礦砂是鑄造用特種砂，鉻鐵礦砂在鑄造生產(chǎn)中主要用于大型鑄鋼件的面砂，防止鑄件表面粘砂；鉻鐵礦砂是激冷材料，在造型時(shí)可替代部分冷鐵。模擬過(guò)程前處理在使用模擬軟件計(jì)算之前，要輸入正確的參數(shù)，盡可能模擬其工廠的實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境，模擬軟件計(jì)算的主要參數(shù)設(shè)置如表3所示。冒口和冷鐵的設(shè)置通過(guò)鑄造模擬軟件進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)證的結(jié)果為合格，鑄件組織結(jié)構(gòu)致密，縮孔區(qū)域控制在冒口的內(nèi)部。模擬結(jié)果如圖4所示；圖中孤立凝固位置基本消除，高溫區(qū)域基本集中在冒口（圖中深色部分），說(shuō)明鑄件縮孔縮松區(qū)域已向冒口區(qū)域轉(zhuǎn)移，冒口起到了補(bǔ)縮作用；添加冒口后鑄件的工藝重量W=4500kg，工藝出品率為69%.
2澆口的設(shè)計(jì)
1）澆口尺寸的計(jì)算根據(jù)鑄件壁厚尺寸27mm，查表得出鋼液在型腔中的上升速度v=13～16（mm/s），這里取最小值v=13mm/s；鑄件的澆注時(shí)間T=H/v（H為型腔內(nèi)的高度mm），即T=1330/13=102s；可以計(jì)算出澆注重量速度V包=W/T=4450kg/102s=43.6kg/s，通過(guò)查表的方式得出澆包包孔直徑d=50mm；從而換算出直澆道的直徑D=75mm，澆道的尺寸為75mm；即采用的漏底包直徑為50mm.2）澆口位置的確定通過(guò)鑄造模擬軟件進(jìn)行充型模擬，可以得出澆口開設(shè)在鑄件的底部止口法蘭處較合理，采取底注式澆注系統(tǒng)，圖5顯示金屬液在充型時(shí)液面始終基本保持平面，說(shuō)明該澆注方案設(shè)計(jì)充型平穩(wěn)，金屬液流動(dòng)穩(wěn)定，不易出現(xiàn)紊流、卷氣等充型類缺陷；鑄造工藝設(shè)計(jì)結(jié)果通過(guò)冒口模數(shù)法計(jì)算，以及模擬軟件的凝固和充型計(jì)算模擬的應(yīng)用驗(yàn)證，得出合格的鑄造工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，生產(chǎn)出了合格鑄件，如圖6．
3鑄造生產(chǎn)簡(jiǎn)介
3.1鑄造生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)介
3.1.1模型設(shè)計(jì)
零件內(nèi)部空腔較大，且形狀復(fù)雜，模具的制作需考慮每個(gè)砂芯的擺放難度和制造難度。在型板的側(cè)面做出十字線，箱框不用做出用砂箱取代。泵體外皮全部采用組芯工藝制作。
3.1.2造型、制芯
造型采用的型砂種類為硅砂、鉻鐵礦砂，型砂目數(shù)為40目~70目，黏結(jié)劑為堿性酚醛樹脂和固化劑。造型時(shí)，注意將熱節(jié)、交角部位放置圓鋼冷鐵和鉻鐵礦砂，砂型的芯頭部位和上端做出氣道，保證排氣暢通；由于零件內(nèi)部空腔較大，且形狀復(fù)雜，為了合箱放置砂芯方便，分型面采取上中下三箱造型工藝。整體復(fù)雜部位采用砂型剪胎工藝造型。造型時(shí)使用砂型剪胎工藝將鑄件復(fù)雜無(wú)法起膜處單獨(dú)做出。外皮的涂料涂刷保證5遍以上。制芯采用的芯砂種類為硅砂、鉻鐵礦砂，型砂目數(shù)為70目~140目，黏結(jié)劑為堿性酚醛樹脂和固化劑。制芯時(shí)，砂芯中放置適當(dāng)?shù)臍庋劾K、泡沫等，提高砂芯的排氣性和退讓性；涂料的涂刷保證3遍以上。
3.1.3熔煉、澆注
熔煉采用AOD爐外精煉的方式，對(duì)鋼液有效地除渣、除氣，保證鋼液質(zhì)量；澆包采用5t漏包，漏包可以有效地提高鋼水的質(zhì)量，包眼尺寸為45mm，澆注前保證澆包烘烤在600℃以上；澆注前，用烘干機(jī)對(duì)型腔進(jìn)行烘烤，型腔溫度達(dá)到80℃以上；根據(jù)鑄件壁厚確定澆注溫度為1560℃～1580℃，澆注時(shí)間為80s左右。
3.1.4清理、熱處理
根據(jù)鑄件的重量，鑄件澆注后的保溫時(shí)間為10h以上，澆注后鑄件無(wú)明顯缺陷；冒口切割前，將鑄件預(yù)熱到150℃~200℃之間，以免鑄造應(yīng)力在切割過(guò)程造成裂紋缺陷；然后進(jìn)行性能熱處理，需符合CA6NM（ASTMA487）鑄件技術(shù)條件的要求，熱處理工藝卡如圖7所示；最后進(jìn)行缺陷位置的焊補(bǔ)、打磨及拋丸處理。
3.2質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果
1）目視檢驗(yàn)根據(jù)《核電鑄件表面目視檢驗(yàn)》的要求進(jìn)行檢驗(yàn)，按MSS-SP-55外觀法鑄件表面外觀無(wú)粘砂、氧化皮、裂紋和熱裂等缺陷，表面質(zhì)量符合要求，檢驗(yàn)鑄件合格。2）射線和液體滲透檢驗(yàn)根據(jù)相關(guān)檢測(cè)規(guī)程進(jìn)行對(duì)所有法蘭等關(guān)鍵性承壓部位作射線檢驗(yàn)，射線檢驗(yàn)結(jié)論符合標(biāo)準(zhǔn)要求，檢驗(yàn)鑄件合格；全身進(jìn)行液體滲透檢驗(yàn)，檢驗(yàn)鑄件合格。
4結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：立柱；補(bǔ)縮；工藝設(shè)計(jì)；性能；變形
1 鑄件概況
1.1 鑄件結(jié)構(gòu)
立柱的基本參數(shù)如下：60/70MN快鍛立柱材質(zhì)：GS-20Mn5，化學(xué)成分C（%）：0.18-0.23，Si（%）：0.30-0.50，Mn（%）：1.0-1.50，P（%）、S（%）：≤0.010。性能指標(biāo)：屈服強(qiáng)度≥280N/mm2，抗拉強(qiáng)度≥500N/mm2，斷裂伸長(zhǎng)率≥500N/mm2，V型沖擊功≥40J，立柱性能必須滿足設(shè)計(jì)要求。
1.2 探傷要求
UT探傷要求起始靈敏度為Ф3，表面進(jìn)行磁粉探傷。UT探傷的位置是立柱的兩個(gè)端面及滑板表面，但在實(shí)際探傷過(guò)程中，鑄件所有的表面（包括內(nèi)表面）都進(jìn)行了超聲探傷。
2 鑄造難點(diǎn)
立柱外觀結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，但是尺寸非常大，長(zhǎng)度9980mm，編制工藝時(shí)縮尺及加工量都很難確定，以往也沒有生產(chǎn)這樣的鑄件經(jīng)驗(yàn)；鑄件中間的砂芯長(zhǎng)度幾乎和鑄件長(zhǎng)度一樣，芯盒的制作難度非常大，芯盒強(qiáng)度很難保證；制作砂芯時(shí)受生產(chǎn)條件所限，混砂機(jī)無(wú)法一次提供全部所需砂子，需要混制兩次，這樣勢(shì)必造成砂子分層，增加鉆鋼及芯子損壞的風(fēng)險(xiǎn)，砂芯強(qiáng)度也無(wú)法保證。
3 鑄造工藝設(shè)計(jì)
為保證鑄件表面質(zhì)量，防止出現(xiàn)粘砂等鑄造缺陷，立柱造型材料采用先進(jìn)的呋喃樹脂砂。為保證鑄件的完整性，設(shè)計(jì)了從鑄件的四個(gè)面進(jìn)行澆注。為保證中間型腔尺寸準(zhǔn)確及芯子下沉，工藝采用整體芯子，下部用硬頂子支撐，上部用鋼軌頂?shù)綁鸿F上。為保證鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，建立三維模型（見圖1），包括鑄件、冷鐵、冒口，采用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)鑄件進(jìn)行了模擬（見圖2）。
圖1 立柱鑄造三維模型
圖2 立柱鑄造數(shù)值模擬（縮孔）
3.1 澆注系統(tǒng)
澆注系統(tǒng)共分兩層，每一層都設(shè)置在長(zhǎng)度方向的兩側(cè)，內(nèi)水口均為Ф80mm，每層各20道。直澆道、橫澆道為Ф140mm的陶瓷管。澆注系統(tǒng)的截面比：Σ直：Σ橫：Σ內(nèi)=1：1：2.1。澆注時(shí)采用四個(gè)Ф90包孔進(jìn)行全流澆注，不點(diǎn)澆也不補(bǔ)澆，澆注過(guò)程一次完成，澆注時(shí)間：312s。
3.2 冒口放置
如圖2所示：鑄件共計(jì)12個(gè)冒口，同時(shí)在每個(gè)冒口下方放置補(bǔ)貼以對(duì)立柱下部補(bǔ)縮。冒口延續(xù)度達(dá)到了59%，充分滿足鑄件的補(bǔ)縮和排氣要求。
3.3 造型生產(chǎn)
由于產(chǎn)品的尺寸太大，沒有合適的砂箱，所以采用地坑組芯造型。整個(gè)鑄型由21塊芯子組成，完成內(nèi)形和外形的構(gòu)造（內(nèi)水口是預(yù)埋在芯子里的），其中中間砂芯采用整體芯盒撞制，制作砂芯時(shí)控制好樹脂與酸的配比，使其反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，保證兩次混好的樹脂砂不分層。橫水口和直水口是后臥放的。每層芯子之間排氣是通暢的，造芯過(guò)程中將氣道做好，保證排氣通暢，確保澆注的順利進(jìn)行，有效防止安全事故的發(fā)生。澆注結(jié)束后為防止鑄件變形，開裂，毛坯在坑中保溫15天后打箱。
3.4 澆注工藝
澆注溫度為：1561℃，共兩個(gè)澆包，由于兩包先后過(guò)跨，所以控制兩包鋼水溫差在10℃范圍內(nèi)。
3.5 性能檢測(cè)（見表1）
表1 性能檢測(cè)結(jié)果
從上表中可以看出，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。
3.6 探傷結(jié)果
如圖1所示：設(shè)計(jì)要求立柱的兩個(gè)端面UT探傷，探傷采用直探頭，起始靈敏度為Ф3。立柱壁厚為200mm-300mm，探傷結(jié)果沒有超標(biāo)缺陷。隨后中國(guó)一重對(duì)生產(chǎn)的兩個(gè)立柱進(jìn)行了100%UT探傷，探傷結(jié)果非常理想，均無(wú)任何超標(biāo)缺陷。探傷結(jié)果也再次證明了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性以及工藝設(shè)計(jì)的合理性。
4 結(jié)束語(yǔ)
4.1 一對(duì)立柱均已經(jīng)生產(chǎn)完畢，打箱后外形完整，沒有粘砂，冒口割除之后無(wú)縮孔縮松。
4.2 經(jīng)過(guò)精整后，毛坯的尺寸經(jīng)測(cè)量為10070mm，和工藝所給的加工量完全符合，這說(shuō)明鑄造時(shí)給的縮尺是準(zhǔn)確無(wú)誤的。內(nèi)部UT探傷零缺陷，一次合格。
4.3 鋼水要嚴(yán)格控制其溫度，含氧量，含氫量，有條件時(shí)可以采用VD精煉來(lái)保證鋼水的純凈度。
4.4 對(duì)于大型的厚壁鑄件，工藝設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到壁厚，使壁厚的部位位于鑄件上部；合理安排好冒口的數(shù)量、位置及尺寸；水口要保證充分開放；排氣及疏松層要合理布置，使砂芯不但有足夠的強(qiáng)度，而且還要有相應(yīng)的退讓性；利用數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行模擬，保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)能夠極大的節(jié)約鋼水，提高收得率。
參考文獻(xiàn)
[1]中國(guó)第一重型機(jī)械股份公司技術(shù)中心.鑄鋼件工藝設(shè)計(jì)規(guī)范[S].
一、產(chǎn)品設(shè)計(jì)類專業(yè)教育現(xiàn)狀分析
設(shè)計(jì)藝術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中愈來(lái)愈受到重視，它已深入到社會(huì)的各個(gè)方面，影響著每個(gè)人的生活。具有手工藝特性的產(chǎn)品設(shè)計(jì)類專業(yè)，在中國(guó)現(xiàn)行的教育中仍存在著一些急需解決的問題。其中最突出的問題就是過(guò)分地注重設(shè)計(jì)理論的灌輸，而忽視必要的實(shí)際動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)。如果不及早有效地改變這種重理論輕實(shí)踐的教育方式，培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生只能是紙上談兵，缺乏實(shí)際操作的能力，將來(lái)勢(shì)必很難滿足社會(huì)的需求。
二、實(shí)踐的重要性
學(xué)生的實(shí)踐訓(xùn)練，除了基礎(chǔ)的素描、制圖、設(shè)計(jì)等課程訓(xùn)練之外，更重要的是進(jìn)行實(shí)際工藝制作能力的訓(xùn)練。實(shí)際制作不僅是手的訓(xùn)練，更是腦的訓(xùn)練、是組織能力的訓(xùn)練。實(shí)踐，不僅可提高學(xué)生的嚴(yán)密的邏輯思維能力，而且也可提高其對(duì)自然地洞察力及理解力、記憶力和想象力，從而使他們具有把想象變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的設(shè)計(jì)能力。因此，實(shí)踐是產(chǎn)品設(shè)計(jì)教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。學(xué)生的設(shè)計(jì)作品，往往因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不足，或者一味的對(duì)效果圖的追求，導(dǎo)致作品過(guò)于夸張、工藝上無(wú)法實(shí)現(xiàn)。蠟雕工藝制作的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生對(duì)材料、設(shè)備、成本等有初步的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生對(duì)作品細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)與把握，使設(shè)計(jì)的作品構(gòu)思更加合理，避免設(shè)計(jì)脫離工藝。
三、雕蠟鑄造工藝
蠟雕工藝不僅僅是一門簡(jiǎn)單的工藝，而是涵蓋了設(shè)計(jì)的概念、方法的一門造型藝術(shù)，我們可以利用蠟雕工藝鍛煉空間造型能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生們對(duì)作品尺寸的精準(zhǔn)把握，達(dá)到能擁有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)、工作態(tài)度的目的。
雕蠟鑄造工藝又稱失蠟澆鑄工藝，早在四五千年前，中國(guó)和歐洲的先民們就已利用失蠟澆鑄的原始方法來(lái)制取青銅質(zhì)和金銀質(zhì)的工藝品。此種方法適用于白銀、黃金、鉑金、鈀金、K 金以及其他合金材料，是當(dāng)前在珠寶工廠、中小型工作室都比較常用的珠寶首飾加工鑲嵌方法。它的主要特點(diǎn)是細(xì)致精巧，最適于精細(xì)首飾制作。
利用雕蠟鑄造工藝批量生產(chǎn)過(guò)程可分為 8 個(gè)工序：原模型、橡膠模具、蠟?zāi)＝M、蠟?zāi)５耐瓿?、石膏型、脫蠟及烘焙、熔化金屬、鑄造。每個(gè)工序之間都有著必然的聯(lián)系。
其中，本文主要研究整個(gè)工序中用硬蠟雕刻成蠟?zāi)５牡裣灩に?，雕蠟工藝直接影響、決定產(chǎn)品的形狀、質(zhì)量。
蠟以它的軟硬程度可分為硬蠟和軟蠟，一般硬蠟可用于各種工具的雕刻，軟蠟因?yàn)槠滠洝⒈?、延展性好的特征，一般可采用裁剪、碾壓、揉捏等手法，易于做成曲面特征明顯的各種造型，如各種花瓣、樹葉等。
1、楚國(guó)青銅器發(fā)展的背景
楚地原本是三苗的故鄉(xiāng)，在西周初期，楚國(guó)文化逐漸與土著融合。在兩周的時(shí)候，楚國(guó)迅速發(fā)展，經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，楚國(guó)人成了漢江地區(qū)的主人。大約在春秋時(shí)期，楚國(guó)的文化開始逐漸呈現(xiàn)出自己的特征。東周是我國(guó)歷史上一個(gè)動(dòng)蕩的年代，此時(shí)的楚國(guó)率先舉起了標(biāo)新立異的藝術(shù)旗幟，在青銅器上創(chuàng)造了出具有鮮明地域特色的風(fēng)格樣式，到春秋晚期的時(shí)候，楚國(guó)的青銅藝術(shù)邁進(jìn)了一個(gè)全新的境界。這時(shí)，楚國(guó)的鑄造技術(shù)中出現(xiàn)在了一種新的技術(shù)，由1979年河南淅川下寺楚墓出土的遺物證明，這技術(shù)與楚國(guó)青銅器藝術(shù)風(fēng)格的形成大有聯(lián)系。它一掃西周以來(lái)的模仿中原的平庸作風(fēng)，在歷史的變革中顯示了楚國(guó)人自己的特征。 下寺楚墓出土的銅器無(wú)論從技術(shù)和藝術(shù)風(fēng)格，都可以作為共康時(shí)代的代表作。銅禁尤其引人注意，它既瑰麗又典重，裝飾玲瓏剔透而且全局井然有序。銅禁，以及淅川下寺楚墓所出土的其它的一些青銅器如升鼎、銅盞飾件、倗、矛等，都是用失蠟法，或稱為熔模精密造法鑄造的，它們是已知中國(guó)最早的，并經(jīng)過(guò)科學(xué)發(fā)掘的一批失蠟法鑄件。
2、楚國(guó)青銅鑄造工藝的發(fā)展
在已經(jīng)出土的楚國(guó)青銅器中,淅川下寺楚墓出土的青銅器群最具有代表性,這些青銅器具很好的反映了楚國(guó)青銅文化鼎盛時(shí)期的精湛鑄造技術(shù)與精良裝飾工藝。
2.1 鑄接與焊接技術(shù)的普遍使用
淅川下寺楚墓出頭的青銅器除了少數(shù)簡(jiǎn)單的器形采用渾鑄法之外,大部分青銅器都是采用分鑄法分別鑄造器身與耳、足以及其他的附件。按照分鑄法的先后順序,可以分成先鑄造附件、后鑄造器身的先鑄法和先鑄造器身、后鑄造附件的后鑄法,以及器身、耳、足、附件同時(shí)進(jìn)行鑄造的并鑄法三種。由于分鑄法的盛行,青銅器的各個(gè)部位之間的連接普遍采用了鑄接和焊接技術(shù)。
2.2 技術(shù)方法的革新—失蠟法
在淅川下寺青銅器群中,像銅禁、銅盞附件、升鼎附獸等普遍都被認(rèn)為都是由失蠟法鑄造而成的。這些鑄件的器形結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜,尤其是銅禁的鏤空附飾異常繁復(fù)精致,它的上下共有22 只鏤空透雕獸,四面還有很多層的透雕云紋,工藝水平的高超讓人難以置信。在曾侯乙墓的尊盤出土之后,人們認(rèn)為戰(zhàn)國(guó)早期就可能有發(fā)達(dá)的失蠟法鑄造工藝了。下寺楚墓的銅器面世,人們又把失蠟法產(chǎn)生的年代向前推至春秋中晚期了。春秋中晚期之時(shí)，楚國(guó)就有了如此精巧繁麗的作品，可見楚國(guó)當(dāng)時(shí)青銅鑄造業(yè)極為發(fā)達(dá)。失蠟法的運(yùn)用，使平面裝飾增加了三維的視覺內(nèi)容，它給新奇清秀的器型平添了從未有過(guò)的輝煌色彩。
3、楚國(guó)青銅鑄造技術(shù)高度發(fā)展的原因
中國(guó)青銅器在發(fā)展過(guò)程中,有兩大高峰。第一高峰是在商朝晚期到西周早期,另一高峰是在春秋中期到戰(zhàn)國(guó)早期。這一時(shí)期的楚國(guó),博采眾長(zhǎng),鑄造出眾多無(wú)與倫比的青銅器精品?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō),春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,楚國(guó)的青銅鑄造技術(shù),是高峰中的高峰。
3.1社會(huì)需要的劇增
一個(gè)時(shí)代的變革,最根本決定力仍然是生產(chǎn)力發(fā)展所引起的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的變革,這是唯物史觀中最重要的觀點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定上層建筑的真理也充分表現(xiàn)在春秋中期以來(lái)的各個(gè)諸侯國(guó)的社會(huì)變革中。春秋中期以來(lái),楚國(guó)由于土地制度改革及帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的改革,導(dǎo)致社會(huì)財(cái)富重新分配,以士為代表的社會(huì)階層大量崛起,庶人工商階層也開始突破身份束縛而可以向上層流動(dòng),這導(dǎo)致社會(huì)對(duì)代表財(cái)富和地位的青銅禮器需要大增;同時(shí)由于宗法制度的衰落,楚國(guó)的各級(jí)貴族甚至平民也超越禮制限制,總是不斷地提高對(duì)青銅器數(shù)量和精美程度的追求,在這種社會(huì)大量需求的動(dòng)力下,如何使青銅器的生產(chǎn)大規(guī)?；团炕蔀殍T造技術(shù)上的迫切問題。也正是在這種社會(huì)需要和刺激下,導(dǎo)致能夠使青銅器物生產(chǎn)大批量化、流水線化的焊接技術(shù)和分模技術(shù)產(chǎn)生。同時(shí),青銅紋飾的模印技術(shù)的廣泛運(yùn)用,也大大促進(jìn)了青銅器裝飾工藝的生產(chǎn)效率。
3.2審美意識(shí)的巨變
楚國(guó)社會(huì)的變化導(dǎo)致社會(huì)意識(shí)、審美意識(shí)的巨變。而審美觀念的改變,也促使青銅鑄造工藝上的變革以適應(yīng)審美變化。商和西周的青銅器與春秋中期之后的青銅器,兩者的風(fēng)格即使從很直觀的角度看,也有很明顯的差異。有學(xué)者認(rèn)為,春秋中期以來(lái)青銅器形制的改換也很顯著,以往那種森嚴(yán)凝重的氣象,逐漸代以清新秀麗的風(fēng)格。春秋中期之后的楚國(guó)青銅器也是如此。例如,對(duì)于用失蠟法鑄造的青銅器,給人印象最深的無(wú)不是那些精致細(xì)密、透空繁復(fù)的形態(tài),如淅川下寺楚墓出土的銅禁,曾侯乙墓出土的青銅尊盤(尊放在盤中,構(gòu)成一套)等。楚人對(duì)青銅器精致繁麗的追求應(yīng)是楚國(guó)發(fā)明失蠟法鑄造技術(shù)的強(qiáng)大動(dòng)力。
楚人浪漫主義的審美情趣是楚國(guó)青銅器表面金屬工藝的發(fā)達(dá)的強(qiáng)大動(dòng)因。作為浪漫主義思潮發(fā)源地的楚國(guó),對(duì)美和豐富多彩生活的追求也自然表現(xiàn)在青銅器的表面裝飾工藝上,也成為青銅器表面金屬工藝發(fā)達(dá)的巨大推動(dòng)力。淅川下寺貴族楚墓和曾侯乙墓出土的大部分青銅器,除了鑄造技術(shù)超群外,表面金屬工藝也達(dá)到很高水準(zhǔn)。楚國(guó)工匠們特別注意各種不同金屬色澤的相互對(duì)比和映襯,先后探索并運(yùn)用各種裝飾手法,如錯(cuò)金銀鑲嵌工藝、鑄鑲紅銅工藝、鎏金工藝、線刻工藝等,這些工藝一改商周以來(lái)青銅器表面裝飾的單調(diào)風(fēng)格,使青銅器增添了多姿多彩的生活氣息和生動(dòng)活潑的氣韻,使青銅器物更加精美。
4、政治變革對(duì)青銅鑄造藝術(shù)風(fēng)格的影響
一個(gè)藝術(shù)風(fēng)格的出現(xiàn)往往包含著諸多因素，它的演進(jìn)過(guò)程很復(fù)雜，所以楚國(guó)青銅藝術(shù)的新風(fēng)格是春秋時(shí)期社會(huì)變革的結(jié)果。
政治的變革對(duì)東周時(shí)期的藝術(shù)發(fā)展影響是巨大的。當(dāng)然歷史變革的機(jī)遇不僅僅施恩于楚國(guó)，東周列國(guó)都沐浴在時(shí)代的春風(fēng)里，但楚國(guó)的青銅藝術(shù)特別引人矚目，而且新的失蠟法工藝，只是在楚國(guó)腹地流行，這使得 楚國(guó)的銅器鑄件，或者說(shuō)是中國(guó)青銅藝術(shù)第二個(gè)高峰的形成是以失蠟法為前提，這是不言而喻的。沒有失蠟法的造法，楚國(guó)的青銅藝術(shù)很難達(dá)到我們現(xiàn)在見到的樣式。
春秋晚期至戰(zhàn)國(guó)初期，楚國(guó)的青銅藝術(shù)吸收了三個(gè)方面的資料，一是越人的鑄造經(jīng)驗(yàn)，一是土著藝術(shù)的樣式，一是殷人的審美趣味，但是，古今中外藝術(shù)史上的許多信息告訴我們，不用民族處在不同的歷史時(shí)期，因其藝術(shù)意志的不同，其他區(qū)域文化或文化遺產(chǎn)的領(lǐng)悟、感受、運(yùn)用，會(huì)有很大的差別?？梢?，一個(gè)藝術(shù)風(fēng)格的產(chǎn)生，主要是創(chuàng)造者的藝術(shù)意志在起作用。
楚國(guó)歷史發(fā)展的特點(diǎn)決定了楚人對(duì)其他文化的包容態(tài)度以及創(chuàng)造自己文化的恢弘氣魄，富麗繁密的裝飾風(fēng)格是楚國(guó)青銅藝術(shù)的突出特征，但這并不是全部，淅川下寺所出土的王子午鼎，主要是以精巧結(jié)構(gòu)表現(xiàn)典雅秀麗的審美趣味。藝術(shù)鐘擺的一個(gè)回歸，歷史了近四個(gè)世紀(jì)，到了公元前228年前后，楚幽王的這些用器，不論就鑄造工藝，還是藝術(shù)樣式而言，都是楚國(guó)青銅藝術(shù)乃至中國(guó)青銅時(shí)代謝幕的標(biāo)志（作者單位：武漢紡織大學(xué)藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院）
參考文獻(xiàn):
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在以上列舉的青銅器里,不管是在造型藝術(shù)、鑄造工藝、表面裝飾技術(shù),還是鑒賞與實(shí)用、史料價(jià)值等方面,都應(yīng)該首推南京博物院院藏青銅器 陳璋壺。陳璋壺,1982年2月在盱眙縣南窖莊出土,制作精良、構(gòu)思巧妙,紋飾新穎獨(dú)特,造型玲瓏剔透,華美精巧。陳璋壺的鑄造工藝,將我國(guó)古代青銅器的冶鑄技術(shù)推向了第二個(gè)高峰,是綜合研究春秋戰(zhàn)國(guó)青銅鑄造的典型器。
一、陳璋壺
1. 形制
銅壺通高24cm,口徑12.8cm,腹徑22.2cm,圈足徑13.8cm,重量為5590g。全器造型由7個(gè)部分、19個(gè)構(gòu)件組成。(圖一、二)
侈口、束頸、弧肩、平底頸部較肩部高出一層,形成一周凸面。外露的頸部飾錯(cuò)金銀云紋圖案(圖三、四),鏤空網(wǎng)絡(luò)罩的肩部飾錯(cuò)銀斜方格云紋圖案。
2. 銅龍網(wǎng)絡(luò)
分肩、腹兩組,由卷曲起伏的長(zhǎng)龍和梅花釘交錯(cuò)、疊壓形成鏤空紋飾。
肩部的網(wǎng)絡(luò)由48條龍組成,龍身上下起伏卷曲,每條龍上下起伏卷曲三次。相鄰的兩龍頭尾相對(duì),形成一組,相間的兩龍卷曲相接。龍與龍之間皆以梅花釘綴連,每條長(zhǎng)龍綴連6枚梅花釘。肩部網(wǎng)絡(luò)的梅花釘為48豎行,24組,每組6枚,共144枚。
腹部的網(wǎng)絡(luò)是每條龍上下起伏卷曲9次。兩龍?jiān)诰砬幭嘟?亦以梅花釘綴連,每條龍兩側(cè)綴連18枚梅花釘。腹部網(wǎng)絡(luò)梅花釘是48豎行,24組,每行9枚(下部銹蝕脫落4、5枚),每組18枚,共432枚。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由96條長(zhǎng)龍、576枚梅花釘組成。(圖五、六)
3. 箍帶
肩腹之間有一圈銜接肩腹兩組網(wǎng)絡(luò)的箍帶,由4根環(huán)接連而成,上飾錯(cuò)金云紋飾。(圖七、八)
4. 立獸
連接箍帶的立獸形豎環(huán)耳4個(gè),作奔虎形,虎頭向下,張口弓背,四肢鱗爪狀,通體錯(cuò)金銀重環(huán)飾紋。(圖九、十)
5. 鋪首
每條箍帶中間有一獸面,共4個(gè)。寬額、豎耳、彎眉、杏眼、勾鼻、獸面額上鑲嵌綠松石(皆已脫落),兩側(cè)細(xì)刻卷曲雙龍。龍頭為角,龍尾為須。(圖十一)
6. 銜環(huán)
每1鋪首與龍鼻套接,共4個(gè)。飾有細(xì)如發(fā)絲的錯(cuò)金云紋飾。(圖十一、十二)
7. 圈足
座緣與銅龍網(wǎng)絡(luò)相連,底部飾鏤空花紋,外緣飾錯(cuò)金斜方格云紋。
8. 銘文
壺口內(nèi)沿刻篆1行11字,容積的計(jì)量單位。銅壺實(shí)測(cè)容量為3000ml。(圖十三)
銅壺圈足外緣鐫刻29字,這與美國(guó)費(fèi)城賓夕法尼亞大學(xué)博物館收藏的陳璋壺的銘文幾乎全同。銘文說(shuō)明,銅壺是燕國(guó)銅器,后為齊國(guó)將領(lǐng)陳璋所獲。(圖十四)
二、陳璋壺的冶鑄技術(shù)
春秋戰(zhàn)國(guó)出現(xiàn)新的冶鑄技術(shù),主要有以下幾點(diǎn):
器物的造型藝術(shù),一改商周青銅器以鼎、簋、鬲、爵、角等禮器為主的造型,將實(shí)用與欣賞、造型與審美有機(jī)結(jié)合,紋飾以動(dòng)物造形為主題;
在鑄造技術(shù)上出現(xiàn)了鏤空青銅器;
在表面裝飾出現(xiàn)了錯(cuò)金銀等;
改變了銅器銘文在商周時(shí)期以鑄造成形使用了篆刻的新方法;
普遍運(yùn)用鑄接、焊接等綜合裝配工藝的特種技術(shù);
多種合金在一件器物上運(yùn)用。
以上列舉的六點(diǎn),在陳璋壺上表現(xiàn)得淋漓盡致。
1. 造型藝術(shù)
銅壺系由 19個(gè)構(gòu)件組成,即壺身、圈足、鏤空網(wǎng)絡(luò)、4個(gè)箍帶、4個(gè)銜環(huán)、4個(gè)鋪首、4只立獸。箍帶、銜環(huán)、鋪首、立獸的16個(gè)附件分別擺置在肩腹之間的同一條圓圈上。布局相當(dāng)對(duì)稱,顯得均衡協(xié)調(diào),穩(wěn)重自然,絲毫沒有呆板之感。銅龍網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)思,外層是取之自然界中的植物
梅花,里層由神話中的動(dòng)物龍巧妙構(gòu)成(即龍穿梅花)。這種源于生活卻高于生活的手法,含義深刻,耐人尋味。錯(cuò)金銀的紋飾,長(zhǎng)龍、獸面、立獸和梅花都是靜物,然而古人造就靜中有動(dòng)、動(dòng)中有靜的表現(xiàn)手法。壺身的紋飾設(shè)計(jì)向上或向下浮動(dòng)的斜方格紋,梅花為帶,花蕊5瓣花,花朵與花朵層疊相錯(cuò);長(zhǎng)龍穿于鮮花叢中起伏,獸面鋪首中的雙龍兩頭向上做游動(dòng),倒立的獸向下跳躍,一上一下,錯(cuò)落有致的藝術(shù)造型,給銅壺增添了強(qiáng)烈的美感。銅壺不僅有錯(cuò)金銀平面裝飾,且配有長(zhǎng)龍、梅花、獸面、立獸等套飾, 同時(shí)在錯(cuò)金銀暖色的基礎(chǔ)上,用翠綠的綠松石鑲嵌,暖色、冷色交相輝映形成了明顯對(duì)比,給人以強(qiáng)烈的視覺效果。
該銅壺實(shí)測(cè)容量為3000ml,與壺口內(nèi)沿刻篆1行11字所描述的容積相吻合,可謂中國(guó)古代器皿中把實(shí)用與欣賞、造型與審美有機(jī)結(jié)合的典型例證。
2. 銅龍網(wǎng)絡(luò)的鏤空技術(shù)
春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期出現(xiàn)了鏤空的青銅器,著名的有曾侯乙盤尊。它的鏤空是由19種變體蟠螭紋組成12種花紋單元,再按一定排列方式和層次匯合而成的一個(gè)主體花環(huán),每個(gè)花紋彼此脫空,互不連接,全靠其下的銅梗支撐而保持其獨(dú)立性,形成鏤空。
陳璋壺上龍與龍之間皆以梅花釘綴連,肩部每條長(zhǎng)龍綴連6枚梅花釘,腹部每條龍兩側(cè)綴連18枚梅花釘,分外(梅花)、中(長(zhǎng)龍起處)、內(nèi)(長(zhǎng)龍伏處)3個(gè)層次,形成鏤空。顯然,陳璋壺的鏤空程度比曾侯乙尊盤要復(fù)雜。
3. 表面裝飾技術(shù)錯(cuò)金銀
戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的錯(cuò)金銀銅器是銅器中的珍品,如河南洛陽(yáng)文物工作隊(duì)藏錯(cuò)金銀卷云四瓣紋鼎、山西省博物館藏錯(cuò)金蟠獸紋蓋豆、南京博物院藏錯(cuò)金云紋犧尊②。但在鏤空青銅器上錯(cuò)金銀紋飾,陳璋壺是唯一的一件。陳璋壺的壺頸、壺身、4個(gè)立獸、4個(gè)銜環(huán)、4條箍帶都鑲嵌了金銀,可謂是珍品的瑰寶。
4. 刻紋青銅器
最早的刻紋青銅器應(yīng)該是四川成都金沙遺址出土的青銅有領(lǐng)壁,然后是江蘇六合程橋春秋晚期墓出土的銅盤殘片。顯然,細(xì)如毫發(fā)、技法純熟的刻紋技術(shù)的青銅器,在收藏品中可謂鳳毛麟角。但在陳璋壺上,古人就直接刻了30個(gè)銘文,以此闡明陳璋壺的用途與意義。
5. 鑄接、焊接等
春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,在青銅器冶鑄技術(shù)的制造中,機(jī)械裝配工藝開始被運(yùn)用,并逐漸成熟。如曾侯乙盤尊,“尊由尊體以及尊頸、尊腹、圈足各部分的附件組成。尊腹事先鑄出4處共八個(gè)接榫,上焊八件分鑄的龍身,組成雙身四條龍,龍首焊接在尊頸豹形獸的尾部。至此,由34部件通過(guò)6處鑄焊連接成一體的銅尊,完成了它的制作全過(guò)程。”③
陳璋壺的造型由7部分、19個(gè)構(gòu)件組成,其組合的過(guò)程,通過(guò)表面初步觀察,推測(cè)如下:先分別鑄出壺肩和腹的銅龍網(wǎng)絡(luò)、4個(gè)銜環(huán)、4個(gè)鋪首、4根箍帶和4個(gè)立獸等。在肩、腹銅龍網(wǎng)絡(luò)的銜接處設(shè)計(jì)并分別鑄出4處共8個(gè)接榫,由4個(gè)鋪首通過(guò)箍帶鑄焊連接成一體。它絕妙的精心設(shè)計(jì)在于肩、腹銅龍網(wǎng)絡(luò)的銜接處的銜接縫,用4根箍帶遮擋,使人感覺壺的肩與腹為一體。此外,陳璋壺的壺頸與肩銅龍網(wǎng)絡(luò)的連接處,在外觀察有一道分界線(圖十五、十六),在內(nèi)用手摸,壺頸與肩銅龍網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)臺(tái)階,據(jù)此推測(cè),可能是壺頸與肩銅龍網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)采取的榫接或套接的機(jī)械裝配工藝。當(dāng)然,要證明這一推測(cè)要做很多的科學(xué)檢測(cè),尤其是用工業(yè)CT檢測(cè)和X光透視。
5. 多種合金的運(yùn)用
在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期,青銅器的成形與裝配工藝運(yùn)用了多種合金。如山西省博物館藏錯(cuò)金蟠獸紋蓋豆,使用了金、青銅兩種金屬;河南洛陽(yáng)文物工作隊(duì)藏錯(cuò)金銀卷云四瓣紋鼎,使用了金、銀和青銅三種金屬;曾侯乙墓里出土建鼓等銅器,為了裝配使用了錫鉛合金的焊料;陳璋壺,使用了金、銀、青銅、鋪首與銅龍網(wǎng)絡(luò)鑄接時(shí)的低熔點(diǎn)合金(錫鉛合金),此外,陳璋壺的獸面鋪首氧化層的顏色與壺的其他構(gòu)件不同,呈灰黑色,并且鋪首的龍頭有韌性。鋪首的合金與壺本體的合金有很大的差異,據(jù)此現(xiàn)象推測(cè),鋪首的合金可能是錫鉛合金鑄造。當(dāng)然,要證明這一推測(cè)只要做金相、能譜儀或CT等科學(xué)檢測(cè)即可。
從以上列舉的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期在冶鑄方面的新技術(shù),陳璋壺基本涵蓋了,而且,陳璋壺在成形與表面裝飾方面,造型設(shè)計(jì)生動(dòng)、活潑,鑄造復(fù)雜程度高,裝飾工藝精細(xì)、優(yōu)美,靜動(dòng)結(jié)合,將古代人在器物設(shè)計(jì)時(shí)的完美與人性化、實(shí)用與欣賞、造型與審美有機(jī)結(jié)合。不容置疑,剖析陳璋壺的制作工藝,就能基本看出古代春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的冶鑄技術(shù)。
三、陳璋壺的鏤空技術(shù)
最近一年來(lái),從事古代青銅器鑄造工藝的研究人員對(duì)古代先秦時(shí)代是否有失蠟法鑄造,鏤空青銅器的制作采用何種方法展開了熱烈的討論,這對(duì)研究古代科技,探明中國(guó)古代的發(fā)明創(chuàng)造,有著極其重要的作用。筆者從事文物保護(hù)與修復(fù)工作34年,對(duì)古代的冶鑄技術(shù)沒有專門的研究,對(duì)現(xiàn)代鑄造技術(shù)也缺乏經(jīng)驗(yàn),但對(duì)古代青銅器上留下的冶鑄技術(shù)信息,一直在思考。現(xiàn)根據(jù)陳璋壺上所反映的鏤空鑄造信息及相關(guān)的資料,提幾個(gè)關(guān)于鏤空銅器的技術(shù)問題,供展開討論的研究人員參考。
陳璋壺的銅龍網(wǎng)絡(luò)分外(梅花)、中(長(zhǎng)龍起處)、內(nèi)(長(zhǎng)龍伏處)3個(gè)層次,與河南淅川的春秋晚期楚國(guó)雙層鏤空云紋禁、湖北隨縣戰(zhàn)國(guó)早期曾國(guó)的鏤空曾侯乙尊盤,應(yīng)同屬一種鑄造工藝。鏤空或稱透空銅器的鑄造技術(shù),在已發(fā)表的研究青銅器工藝的文章中,基本上有四種觀點(diǎn):
(1) 熔模鑄造法④(失蠟法);
(2) 失J法⑤;
(3) 范鑄技術(shù)+焊接⑥;
(4) 泥質(zhì)合范⑦。
首先將以上四種觀點(diǎn),從工藝成形的原理歸納為兩類:失蠟法和失J法的成形工藝中的模為可熔性,所不同的是使用的熔模材料不同,一是蠟,一是J,故將這兩種觀點(diǎn)歸為一類;第二類成形工藝中的模都是泥,不可熔性,故將3、4觀點(diǎn)歸為一類。
其次,我們暫不從春秋戰(zhàn)國(guó)是否有失蠟法等方面去討論,而是從現(xiàn)在復(fù)制的實(shí)際出發(fā)來(lái)思考,如用失蠟、失J法或用失蠟、失J法與范鑄法相結(jié)合的工藝復(fù)制陳璋壺,從鑄造技術(shù)的理論和操作的工藝角度分析,也許可以達(dá)到我們?cè)O(shè)計(jì)或者克隆出與原物基本相同的復(fù)制品;如用范鑄技術(shù)或泥質(zhì)合范法復(fù)制陳璋壺可能存在一些問題,現(xiàn)將這些問題提出,尚祈專家不吝賜教。
1. 范鑄技術(shù)+焊接
“尊侯乙尊盤的尊口及盤口,是由大大小小數(shù)千個(gè)分別鑄造的小紋飾焊接成一組組的組件裝配而成”⑧。據(jù)此方法制作陳璋壺,也就是將576朵梅花焊接在96條交叉的長(zhǎng)龍上,形成鏤空。那么,梅花與長(zhǎng)龍之間焊口的設(shè)計(jì)是對(duì)接,還是搭接、丁字接(正交接)或角接?用 熔焊、壓焊還是釬焊?
如用熔焊類法,那么怎樣防止大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池,使焊縫在冷卻過(guò)程中不形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷?
如用熔焊法,在焊第二朵梅花時(shí)如何保護(hù)距離只有1公分的第一朵梅花不被熔化?
焊縫與本體的再做色時(shí),如用同樣的化學(xué)試劑、同樣的溫度與時(shí)間,焊縫處與陳璋壺本體的腐蝕產(chǎn)物,顏色會(huì)一致嗎?
2. 泥質(zhì)合范法:
① 把鏤空紋飾制成一塊不鏤空的泥質(zhì)紋飾板,用它制作外范,它可作鑄造時(shí)的內(nèi)范使用;② 在內(nèi)范上削去銅器實(shí)際需要的厚度;③ 挖去內(nèi)范上所有的紋飾,注意沒有紋飾的地方不能挖,因?yàn)檫@些紋飾的地方是和外范緊密的拼合,鑄造后才能形成鏤空;④ 根據(jù)鏤空紋飾的設(shè)計(jì)需要,用工具挖通上下之間的小孔,孔的深度將是鑄造后紋飾上下鏤空的程度?！雹釗?jù)該文章文字介紹和圖片展示, 泥質(zhì)合范法制作的鏤空形狀都是很有規(guī)律的半圓形疊壓鏤空,那么,怎樣保證陳璋壺肩部的銅龍網(wǎng)絡(luò)每條龍上下起伏卷曲三次,腹部銅龍網(wǎng)絡(luò)每條龍上下起伏卷曲9次,這種上下不規(guī)則起伏的造型呢?銅龍網(wǎng)絡(luò)中每條龍的脊背上都有一條刻紋(圖五、六、十五、十六),是如何形成的呢?
南京博物院院藏陳璋壺,在時(shí)代上比河南淅川的春秋晚期楚國(guó)雙層鏤空云紋禁、湖北隨縣戰(zhàn)國(guó)早期曾國(guó)的鏤空曾侯乙尊盤晚,采用的制作種類和工藝精度也就要比云紋禁、曾侯乙尊盤齊全和復(fù)雜,堪稱匯集我國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期新的冶鑄技術(shù)的典型器。
然而,陳璋壺究竟用何種冶鑄技術(shù)成形,需要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的分析和檢測(cè),并進(jìn)行模擬試驗(yàn)。筆者深信,在今天百家爭(zhēng)鳴的學(xué)術(shù)領(lǐng)域里,利用21世紀(jì)最先進(jìn)的分析儀器,模擬古人冶鑄時(shí)的思維、材料與工藝,從理論與實(shí)踐上論證與挖掘,重現(xiàn)以陳璋壺等為代表的我國(guó)春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期出現(xiàn)的鏤空青銅器的冶鑄技術(shù)是能辦到的。
注釋:
① 華覺明.中國(guó)古代金屬技術(shù)銅和鐵造就的文明[M].鄭州:大象出版社,1999:164,166.
② 國(guó)家文物局主編.中國(guó)文物精華大辭典[M].青銅卷.上海:上海辭書出版社,1995,231,234,238.
③ 華覺明.中國(guó)古代金屬技術(shù)銅和鐵造就的文明[M].鄭州:大象出版社,1999:164,166.
④ 華覺民等.曾侯乙尊、盤和失蠟法的起源[J].自然科學(xué)史研究,1983,4.
⑤ 張光遠(yuǎn).中國(guó)最早“失J法”春秋中期“蛇網(wǎng)蓋冠龍虎方壺”的鑄法論證[J].東南文化,2002,1.
⑥ 周衛(wèi)榮,董亞巍,萬(wàn)全文,王昌遂.中國(guó)青銅時(shí)代不存在失蠟法鑄造工藝,江漢考古,2006,2.
⑦ 王金潮.談曾侯乙尊盤的鑄造工藝[J],東南文化,2002,1.
