時間：2023-05-31 09:09:04
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，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篇鑄造工藝設計，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
1）鑄造收縮率。考慮到客戶明確要求材質上添加Cu合金，寬、高方向選用1%的縮尺，長度方向選用1.2%的縮尺。2）機械加工余量。參照客戶要求所有加工面的加工余量在4mm~10mm范圍內，導軌面、軸孔在發運前要進行粗加工，確定鑄件導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。在無特別指定情況下，拔模斜度、長度尺寸公差及壁厚尺寸公差參照顧客規范和公司內部規范制作。結構牢固、合理，尺寸、形狀穩定精確，表面光潔，不變形[1]。對于影響鑄件起型（芯）處均要求做成活塊，且要求不允許出現尖角料，所有活塊必須做標識，安裝起型裝置。
2造型材料
砂型、砂芯無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，內腔芯采用流涂方式，易粘砂內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，軸孔芯、易粘砂部位采用鉻礦砂。
3澆冒口系統
3.1澆注系統
澆注系統選擇開放式：遵循快速充型原則（澆注時間短）和內澆口處低流速原則，多采用全開放、多點分散澆注方式，使鑄型溫度均勻，從而降低了鑄件局部出現過熱，降低了鑄件出現沖砂、粘砂等缺陷。樹脂砂鑄鐵件澆注時間可由下式確定：t=22.6×W（/ρ×S×fv×h12）（1）式中：t—澆注時間，s；W—澆注重量，3490kg；ρ—鑄鐵密度，灰鐵件~7.0，kg/cm3；fv—速度因子（根據澆注系統類型確定）；底注：fv=0.5；h—靜壓頭：100cm；S—阻流斷面面積，43.5cm2；計算得：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；內澆道：12×35（mm）；4×25（mm），內澆道面積135.02cm2；直∶橫∶內=1∶2.5∶2.7內澆口理論平均流速：V內=0.85m/s，可以實現在內澆口流速低的情況下快速充型。為驗證上述計算結果的正確性，通過MAGMA軟件做充型和溫度場分析，結果見圖4、圖5，充型速度與理論計算基本一致，模擬充型時間為45s，理論計算為51.8s.從MAGMA模擬出的溫度場結果來看，內澆道的開設比較理想，溫度場分布均勻，基本上可以實現同時凝固，如圖6、圖7所示。
3.2冒口設計
此產品屬于灰鐵、薄壁機床鑄件，厚大斷面處于澆鑄時的下型，不存在特殊的補縮要求。因此，鑄造工藝上設計的冒口，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，設計冒口排氣面積。
4澆注熔煉要求
1）化學成分控制目標。在滿足顧客材質的化學成分和力學性能要求的前提下，根據公司內部配料規范，嚴格控制化學成分。2）熔化、澆注過程溫度及時間控制。熔煉出鐵溫度控制到1460℃～1500℃；澆注溫度控制到1380℃～1400℃；澆注時間控制到50s～60s；3）熔煉材質變質處理。采用包內孕育、孕育槽孕育和澆口盆孕育相結合的方式對鐵液進行變質處理。
5結論
關鍵詞：減速器箱體；球墨鑄鐵；鑄造工藝設計；澆注系統；冒口；球化率
JF90-1箱體是南水北調工程中減速器箱體的重要部件，外形尺寸為∮1700mm×高740mm，材質QT450-10，此種減速器箱體輸出扭矩高達170噸，箱體的軸承端承載載荷較大，該鑄件內部質量要求非常嚴格、苛刻，不能有夾渣、疏松、裂紋等缺陷。同時，該批鑄件壁厚不均，大部分壁厚50mm，軸承端的壁厚高達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準。
1鑄造工藝設計及方案選擇
1.1鑄件的工藝性分析從箱體的形狀結構看，在鑄件限位裝置兩處，分別存在厚大幾何熱節，易產生大的收縮，很容易出現變形、縮孔、縮松等鑄造缺陷。此兩處工藝措施：在鑄型和砂芯內分別設置冷鐵（厚度為100mm），增加散熱面積，減小熱節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澆注系統設計采用半開放半封閉式澆注系統，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，內澆道斷面總面積為6020mm2，∑F直：∑F橫：∑F內=1：1.5：1.2，橫澆道、內澆道均涂刷石墨涂料，兩次涂刷兩次烘干。內澆口沿著外圓切向引入，分散開設，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入型腔并平穩地充滿型腔，同時也便于清理，直澆口底部設置耐火磚保護，有效防止沖砂現象的發生。1.4工藝參數設計（1）鑄件收縮率：鑄件收縮過程受到阻礙不大，收縮率選取：長度方向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）分型負數為1mm，芯頭配合間隙1mm。1.5冒口的設計及計算根據均衡凝固理論，利用球墨鑄鐵石墨化膨脹，抵消一部分收縮，設置冒口補縮鑄件初期凝固產生的收縮，采取參數如下：根據鑄件壁厚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砂芯的設置采用呋喃樹脂自硬砂造型、制芯。根據鑄件結構特點，內腔結構不太復雜，為了減少砂芯，采用中間設置一整體砂芯，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的滲漏。
2鑄造生產控制
2.1模樣制作做1個實樣外模、1個實樣芯盒、1個卡板、外模上做出冒口定位。縮尺1.0%。2.2造型生產控制造型：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%。混砂設備采用25t/h移動式混砂機。箱體鑄件的合箱過程，是控制鑄件尺寸的關鍵過程，下芯后，采取演箱的方式，調整局部測量不到的壁厚；可以測量的部位，用專用卡板測量尺寸，采取這兩種方式檢驗砂芯的定位，控制鑄件尺寸精度。為了防止鑄件表面產生粘砂，在砂型表面和芯子表面涂刷耐火度高的石墨涂料兩層，分層點燃干燥固化，以增加型砂表面強度，避免表面落砂，提高鑄件質量，并吹干凈澆口管內的砂子。下芯后，用卡板檢查壁厚并測量尺寸，中間芯與上箱壓石棉繩。2.3化學成分控制C含量（質量分數，下同）控制在3.2%-3.9%范圍內，Si含量控制在2.6%-2.8%范圍內。Mn降低塑性和韌性；同時錳易產生偏析，鑄態下在共晶團邊界極易形成碳化物，降低鑄件力學性能，所以錳含量控制在0.5%以下。為了防止磷共晶、MgS等雜質產生，磷含量必須小于0.06%，硫含量必須小于0.03%。要求熔煉設備為中頻感應電爐，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℃，澆注時間85s，注意點火排氣。2.4鑄件清理清理工作前，先檢查鑄件表面有無嚴重缺陷。清理時，應注意不得損傷鑄件的邊緣、棱角。禁止重錘敲擊以免出現裂紋。鑄件翻轉時應注意人身安全，并應墊軟胎或木塊以防碰壞。對鑄件進行了拋丸處理，去除鑄件表面粘砂、氧化皮等附著物，顯露出金屬表面。2.5生產驗證實際生產嚴格執行鑄造工藝，最終成功生產了6個JF90-1箱體，化學試驗報告、金相試驗報告、力學性能試驗報告、局部探傷報告均滿足客戶要求及相關標準。鑄件內部無縮孔、縮松、裂紋、氣孔等缺陷。通過以上工藝生產出的首件產品具體性能指標：
3結束語
JF90-1箱體利用實樣造型方法，操作簡單，保證了鑄件無裂紋、變形、縮孔、縮松等鑄造缺陷。取得了客觀的技術效果和經濟效益。本產品無論是內在質量還是外在質量都得到了用戶的認可，為大批量生產減速器箱體做好了準備工作。
參考文獻
[1]張春明.球墨鑄鐵飛輪殼的無冒口鑄造工藝實踐[J].鑄造，2013，62（2）：170-172.
CAD/CAE一體化技術在鑄造過程的應用已成為鑄造技術發展的一個顯著特點。鑄造工藝CAD的開發基本上涉及所有的CAD軟件，包括各種材料，各種鑄造類型、數據庫等，可以說是全方位立體式發展。目前國內基于三維CAD軟件的鑄造工藝CAD的研究還很不成熟，有待進一步的發展。
一、CAD/CAE技術在球墨鑄鐵件工藝設計中的應用
CAE技術被應用在鑄鋼件，擁有大量準確的判據，可以判定鑄造凝固過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程CAE技術應用。
針對球墨鑄鐵的特殊性開發了專用模塊解決球墨鑄鐵CAE技術的準確性問題，模擬球墨鑄鐵凝固過程中的收縮與石墨化膨脹的禍合作用結果上己經達到了應用程度。針對球墨鑄鐵件在工藝設計過程中的困難，提出將CAD/CAE技術應用到工藝的設計過程中，并開發專用的球墨鑄鐵設計系統，以滿足CAE模擬和CAD設計時的需要，提高設計成功率，減少設計周期。
二、鑄造CAE數值模擬理論和CAD參數化造型技術
熔融的金屬充型與凝固過程為高溫流體于復雜幾何型腔內作有阻礙和帶有自由表明的流動及向鑄型和空氣，的傳熱過程。該物理過程遵循質量守恒、動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械性能不僅取決于熱流動，還取決于以下參數：合金成分、基本金屬處理、微量元素和雜質的數量、孕育處理方式、孕育材料的數量和種類、孕育方法、沉積相的生長動力和冷卻條件決定實際的微觀組織。因此必須研究凝固，疏松的形成和固態轉變，這些共同影響鑄鐵零件機械性能的因素。
Pro/Engineer是目前世界上最流行的三維機械CAD軟件之一，本文選擇其做為CAD平臺，完成鑄件的三維實體建模，以及二次開發其族表功能，實現墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統中澆冒補縮系統的三維模型的自動建立。
三、球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統
CAE技術作為球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統和CAD工藝設計的參數依據。鑄造工藝集成化工藝設計，是在整個工藝設計過程中，利用CAE技術確定鑄造缺陷的位置、類型等，再進行有針對性的工藝設計，減少了傳統方法中對鑄造經驗的依賴。利用球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統提供設計參數和進行澆冒補縮系統建模模型，同時應用CAD造型技術實現設計的三維造型。
利用CAD技術對鑄件進行三維實體造型，并進行分型面設定、最小鑄出孔、拔模斜度等必要的工藝處理。設定澆注溫度，澆注時間等工藝參數。在整個系統中，CAE平臺是為設計工藝提供判斷依據，為球墨鑄鐵鑄造工藝CAD/CAE系統提供部分參數。球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統就是CAD與CAE之間的紐帶，為兩者提供參數和模型。
球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE整個系統是由五個模塊和一套依靠Pro/E二次開發的CAD造型系統構成的，包括澆注系統設計模塊，補縮系統設計模塊，球磨鑄鐵數據庫，鑄造材料數據庫和鑄造工藝數據庫。
四、球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統應用
隨著計算機技術在鑄造行業得到迅速的發展，借助鑄造CAE軟件可對鑄造的充型、凝固過程在計算機上進行模擬，鑄造工業中采用計算機模擬技術可以縮短產品試制周期，降低生產成本及提高材料利用率。筆者利用鑄造工藝CAE技術，應用球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE輔助系統，集成鑄造CAD技術，設計并優化工藝。
借助鑄造CAE技術對鑄造工藝進行重新設計。對未添加任何澆冒系統的鑄件進行簡單的凝固模擬，以獲得凝固缺陷的狀態。球墨鑄鐵鑄造工藝CAD/CAE系統的計算功能能滿足不同材質，不同類型材料澆注和補縮系統的計算，參數準確。數據庫的數據滿足設計需要。Pro/E二次開發的族表大大提高了造型速度，并將參數標準化。系統與CAE和CAD結合緊密，能完全滿足為CAE和CAD提供參數的要求。
五、結束語
筆者在本文中以球墨鑄鐵件的鑄造工藝為研究對象進行開發研究。以Pro/E作為CAD造型和二次開發的平臺，應用Pro/E的參數化設計功能和族表開發工具，開發出球墨鑄鐵件鑄造工藝CAD/CAE系統。系統能為不同類型的CAE和CAD平臺提供參數，可移植性強。系統針對球墨鑄鐵開發，將成套的CAD/CAE集成式的設計方法引入到球墨鑄鐵的工藝設計中。
[關鍵詞]消失模鑄造工藝 缺陷 處理
中圖分類號：TG249.5 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0052-01
前言：消失模鑄造工藝本身具備著無需取模、無分型面、無砂芯的特點，這一特點就使得其本身生產的鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，但我國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我國消失模鑄造工藝的發展，正是本文就消失模鑄造工藝進行研究的目的所在。
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、型腔內局部產生空洞而致鑄型損壞、澆注系統設置不當而致的鑄型損壞等三種缺陷形式。具體來說，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;而在型腔內局部產生空洞而致鑄型損壞則主要源于金屬液置換消失模的過程不順暢，空洞處的鑄型因受金屬液的熱作用而損壞所致;而澆注系統設置不當而致的鑄型損壞則主要源于內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，這一缺陷的出現主要是受溫度低合金金屬液流動性較低所致。此外，薄壁鑄件的生產也較為容易出現澆筑不足的問題。
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，而澆注溫度過高、型砂充填緊實度不夠等都能夠引起這一缺陷。具體來說，澆注溫度過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，強度低，耐火性差;而型砂充填緊實度不夠引起的消失模鑄造工藝粘砂缺陷，則主要來自于一次向砂箱中投入全部型砂后再振實存在的填砂不緊[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，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。之所以會出現表面增碳的問題，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;而在型腔內局部產生空洞而致的鑄型損壞缺陷中，建議進行澆注方案的改進，以此實現液流前端持續、不停頓地流動;而在澆注系統設置不當而致的鑄型損壞缺陷中，為了較好的根除這一缺陷，建議適當拉長內澆道長度，以此實現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[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，當面對受溫度低合金金屬液流動性較低所致的澆筑不足缺陷時，我們可以采用適當提高溫度并增加砂箱中的減壓程度的方式解決這一缺陷;而對于薄壁鑄件生產的澆筑缺陷來說，我們可以采用降低發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高引起的粘砂工藝缺陷時，我們可以采用適當提高澆注溫度的方式，這種方式在解決粘砂缺陷的同時還能夠在一定程度上提高消失模鑄造的質量。例如，在進行小型鑄鐵件時，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并提高小型鑄鐵件的澆注質量;而在型砂充填緊實度不夠的缺陷處理中，建議使用分批加砂方式進行該缺陷的處理，并同時輔以手工輔助填砂，這樣最終完成的砂箱填砂、振實，就能夠較好的避免型砂充填緊實度不夠所引發的粘砂工藝缺陷出現[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，我國當下存在著通過砂箱減壓可縮短澆注時間、用EPMMA珠粒代替EPS珠粒兩種處理方式，不過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
3.1 消失模摸料的選擇
為了能夠較好的完成消失模鑄造，提高鑄件質量，我們就需要合理的選擇消失模摸料。在我國當下，EPS是應用最早而且最為廣泛使用在消失模鑄造上的摸樣材料，其本身具備著價格便宜、易于采購的優點。
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，一般來說原砂需要滿足Si O2的質量分數在90%～95%區間。想要鑄造較為高質量的消失模鑄件，我們就必須為其準備透氣性良好的型砂。對于原砂來說，我們還需要控制其潔凈度與粒度，以此保證其流動性與緊實性能夠滿足消失模鑄造的需求。一般來說，原砂在使用時其溫度應控制在60℃以下，當其溫度到達60℃時，我們就必須對其進行降溫，并在降溫后繼續使用，這是為了避免泡沫模樣軟化問題的出現，保證消失模鑄造質量的必然過程[5]。
3.3 工藝過程及控制措施
在鑄鋼件消失模鑄造時涂料的配制中，這一涂料需要具備高的耐火度、防止粘砂、高的強度、良好的透氣性、優良的涂掛性能、較強的附著力等優點;而在填砂造型環節中，需要依次進行放底砂、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，而在填砂造型的操作中，我們需要采用采用往復n次向模樣內外腔落砂的方式進行填砂，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，并以此較好的保證消失模鑄造的質量。
結論：作為一個系統工程，消失模鑄造本身對于企業來說有著較高的難度，這也就是的其在鑄造過程中難免出現一些工業方面的缺陷，而由于這種缺陷是其他造型工業所不具備的，這就加大了企業解決相關缺陷的效率與質量。本文對消失模鑄造工藝中較為常見的缺陷進行了分析，希望這一分析能夠在一定程度上推動我國消失模鑄造工業的相關發展。
參考文獻：
[1]郭鵬，葉升平.發動機缸體消失模鑄造工藝[J].現代鑄鐵，2012，01：43-45.
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[3]符堅，龍枚青，符寒光.球鐵管件真空消失模殼型復合鑄造工藝的研究[J].現代鑄鐵，2012，05：22-27.
關鍵詞：無冒口；球鐵鑄件；冷鐵
1 鑄件結構特點
箱體結構，內部中空，由多個隔板分隔，上下為兩個大平板，上板較大，使用時承載其上的部件，板上有螺紋孔和油槽用于固定和，下板通過螺紋孔與下部固定。側壁傾斜并內凹。在上平板上有四個對稱分布，呈工字型的油槽，用于將重物放于其上時的，防止該移動板與其他重物接觸時因力量過大而產生磨損。
隔板與外壁相交處散熱較難，易產生熱節，產生縮松，在工藝設計時應注意應用冷鐵等措施改進這些部位的散熱。
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。生產經驗表明：具有較大平板的鑄件，如機床床身等，會因為結構的剛度差，或由于鑄件各表面冷卻條件的差別產生的內應力，產生翹曲變形。該件內腔多處為隔板，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 無冒口鑄造工藝原理
球墨鑄鐵中的碳以球形石墨的形態存在，流動性和線收縮與灰鑄鐵相近，體收縮及形成內應力傾向較大，易產生縮松和裂紋。
在鐵水凝固過程中，具有石墨化膨脹的特點，適宜采用均衡凝固方式，要求砂型的剛度較高，在鑄件膨脹時約束鑄件，對其產生反作用力，形成自補縮。自補縮不足的部分可以利用冒口進行補縮，冒口的補縮量和補縮時間均較小，可以有效提高鑄件的工藝出品率。本件為厚大球鐵件，適用于無冒口鑄造的工藝。
3 鑄造工藝設計
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，保持原位不動，可防止鑄件因石墨化膨脹而脹大。
3.2 澆注系統
鑄件材質為球墨鑄鐵，為利用球墨鑄鐵件的自補縮的作用，澆注系統應有利于鑄件均衡凝固；為減輕鑄件澆注缺陷，需平穩快速沖型；因球墨鑄鐵易產生渣滓，澆注系統需具有良好的擋渣能力；使造型盡量簡單，降低工藝難度。
選擇封閉式澆注系統，本件的熱節部位較多且分散，故需設計澆注快速且平穩的澆注系統以避免縮松、縮孔的產生。而球墨鑄鐵的石墨化膨脹產生自補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縮性質，先凝固的必須是內澆道，有助于將鑄件連同冒口封閉起來，避免隨后的石墨化膨脹壓力松弛。封閉式澆注系統內澆道橫截面積較小，能防止渣滓進入型腔內部，起到良好的擋渣效果；同時由于內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。
內澆道開在分型面上，容易實現；隔板處為鐵液流動提供了順暢的通路，防止沖砂；開設在鑄型下部，充型平穩，減少夾雜物。
3.3 冒口冷鐵設計
在設計方案時可以考慮利用其石墨化膨脹自補縮的作用，進行無冒口鑄造。不用冒口可以提高工藝出品率，省去冒口清理工時。
選擇澆注溫度為1320℃；內澆道厚度為16mm，鑄型砂為呋喃樹脂砂（具有鑄型剛度高，尺寸精確高的優點）。滿足使用無冒口鑄造工藝的條件，嘗試使用無冒口鑄造工藝。
4 數值模擬與鑄造缺陷分析
澆注溫度設置為1320℃，初始澆注速度為38.98kg/s，砂箱及冷鐵的初始溫度設置為20℃。砂箱與鑄件間的熱交換系數為500w/（m2·k）。
內澆道凝固早，達到了預期中使內澆道先凝固的要求，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間最長，此處散熱最慢，為熱節，多且分散。在這些熱節處產生縮松縮孔缺陷。鐵水最后到達的上壁處由于排氣與凝固收縮出現大面積的縮孔。
5 工藝方案改進
本鑄件較大，金屬液在凝固過程中鐵液收縮量較大，且大多數收縮集中于鑄型上部，
而內澆道凝固較早，金屬液補給不足，金屬液最后流到的地方出現大面積的縮孔。
結合本件的結構特點及球墨鑄鐵的自補縮特性，選擇在上平面放置壓邊冒口。壓邊冒口相當于冒口頸長度為零的冒口。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時縫隙口就已凝固封閉，起不到液態補縮作用；過大則由于鑄件進行石墨化膨脹時縫隙口尚未凝固，致使一部分漿狀金屬液從這里擠出來，即造成所謂的“倒縮”反饋現象，結果在此位置形成縮孔。因此，壓邊寬度應能是縫隙口在鑄件接觸部位液態收縮后石墨化膨脹之前凝固[4]。
考慮到本件內澆道距離下部熱節較近，而冒口距離上部熱節較近，為不影響內澆道的鐵水注入和冒口的補縮效果，將冷鐵貼放在內部隔板的側壁上。
關鍵詞：雙偏心蝶閥；消失模鑄造工藝；閥桿軸心
中圖分類號：TH134 文獻標識碼：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、勞動強度大、生產周期長、工藝復雜，精度較低。而消失模鑄造工藝是在實型鑄造法、干砂實型鑄造法的基礎上發展的負壓實型鑄造法。消失模鑄造工藝在造型和澆注過程中不需要進行取模，而且由于消失模鑄造工藝采用了負壓澆注，這樣可以大大的減少鑄造過程中產生的氣體。雙偏心蝶閥應用于自來水、電力循環水、石油、化工等領域。雙偏心蝶閥通常由球墨鑄鐵、高強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，鑄造相對較為復雜。本文采用消失模鑄造工藝作為雙偏心蝶閥的鑄造工藝，既簡化工藝，提高生產效率，降低環境污染，也提高了產品的質量和精度。
2 消失模鑄造工藝生產雙偏心蝶閥閥體
本項目采用計算機仿真和實踐試驗為主的研究方法，針對鑄鐵類蝶閥消失模鑄造進行新產品新工藝研究。首先將整個項目分為：
①蝶閥鑄件及模具結構研究；
②消失模鑄造蝶閥生產工藝研究方案；
③蝶閥鑄件成品的質量檢測3個部分。
（1）蝶閥鑄件及模具結構研究方案及技術路線
整個模具結構設計過程及研究方案如圖1所示，主要分為6個部分。
其中產品三維設計階段主要根據如圖2（尺寸及細節視圖略）所示的二維圖紙生成產品的三維數字化模型，設計過程應確保三維模型的數據與所依據的二維圖紙一致。同時獲得產品的結構方面的相關信息，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，在生產中模樣要求保證斷面上至少要容納下三顆珠粒，即使用國內最小號的珠粒也要求斷面厚度大于3mm，實際不同鑄造合金在生產中均有一適宜最小壁厚和可鑄最小孔徑的限制。對于脫模斜度，設計時可考慮0.5°的斜度。
泡沫模樣三維設計主要根據金屬合金的收縮率和模樣材料的收縮率來最終獲得模樣的最終尺寸。L模樣 =L產品（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軟件對設計好的模具進行澆注仿真，以盡可能早地發現在鑄造過程中會出現的問題。通過對鑄件在沖型、凝固過程中的溫度、時間、速度、縮松、孤立液相的仿真結果分析，形成分析報告，指導模具結構的改進或澆注參數的設計。
（2）消失模鑄造蝶閥生產工藝研究方案及技術路線
整個工藝過程主要分為白區、灰區、黑區，如圖3所示。白區主要為塑料粒子模樣的制作與組型，主要研究目標為發泡塑料粒子的選擇，預發泡工藝參數的確定，發泡成型工藝參數的確定，澆冒口的設置；灰區主要為耐火涂料的制備與涂覆，主要研究目標為涂料的配制與使用，烘房的設置；黑區主要為砂箱組型及澆注，主要研究目標為砂箱的設置，砂處理系統，原材料的配比，澆注溫度的選擇，真空負壓大小的選擇。
（a）白區工藝研究路線
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有多個標號。對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卷入的碳黑夾渣比較敏感，通常也采用STMMA比較保險。鑄件中閥體要求的材質為HT250，而閥板要求的材質為QT450-10。
根據預發顆粒的要求控制預發時間及蒸汽氣壓大小選擇合適的預發機。根據模具選擇合適的發泡成型機，根據模樣成品的質量調整成型過程通蒸汽的時間，時間過短，泡沫不熟，時間過長，又會出現過融合的現象。
澆注系統設計時應注意：
（1）保證澆注時金屬液能充滿型腔；
（2）澆注系統的安排要考慮到模樣束在砂箱中的位置，便于填砂緊實；
（3）澆注系統的設置要保證模樣束的整體強度；
（4）考慮內澆道的個數、位置對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充鑄件凝固收縮，同時起到集渣、排氣作用。消失模鑄造由于真空負壓的作用，鑄件可實現自補縮，冒口的需求小于砂型鑄造，具體的大小比值需要通過試驗確定，小冒口有利于提高產品的出品率。
（b）灰區工藝研究路線
消失模鑄造對涂料的要求很高，其中最主要的為涂料的透氣性、強度及涂掛工藝性能。涂料的組成成分很多，需合理配制各組分，達到產品性能最優化。涂料在浸涂過程中應處于連續攪拌狀態下，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、運送、放置均要考慮防止模樣變形問題。實際運用中，應根據浸涂模樣的質量，確定整個流程。
（c）黑區工藝研究路線
對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，但過大容易出現粘砂等缺陷，此項先可購買不同粒徑的硅砂，試驗后確定。消失模鑄造用砂箱由箱體、抽氣室、起吊或走運送結構等部分組成。其形狀應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力學性能指標，對原材料配比主要使用爐前化驗儀、碳硫燃燒測定儀、光譜儀測定原材料和鑄件成分，并及時調整爐內配合比。
（3）蝶閥鑄件成品的質量檢測方案及技術路線
蝶閥鑄件成品檢測主要分為鑄件外觀質量檢測、鑄件尺寸精度質量檢驗、鑄件內在質量檢驗三大部分，詳細流程如圖4所示。
（a） 鑄件外觀質量檢測
鑄件外觀質量檢測內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；檢驗方法主要根據鑄件實際情況，采用直觀目測法。鑄件表面粗糙度檢測是把GB/T 6060.1規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行比對。
（b）鑄件尺寸精度質量檢測
采用試驗對比的方式，每次開箱后對結構尺寸的精確丈量。
由于模具設計時已嚴格控制了模樣及鐵水冷卻時的收縮形變，所以鑄件尺寸精度主要是由于泡沫塑料模樣形變引起。在鑄件結構不緊湊、剛性差時，具有變形的可能性，其次，掛涂料和埋箱造型時方法不對，也可能使模樣變形。通過改進掛涂料和埋箱造型時的方法，改進泡沫塑料珠粒，甚至通過加工藝支撐、工藝拉筋來提高模樣強度進而提高鑄件尺寸精度。
（c）鑄件內在質量檢測
根據該蝶閥鑄件的使用要求，內在質量主要為致密性、力學性能及金相組織。
對于致密性能，通過加壓試驗檢查鑄件的強度、致密性、針孔、疏松、氣孔和貫穿的裂紋等。加壓試驗是把一定壓力的介質壓入經密封的鑄件內腔，當鑄件內部有缺陷時，受壓的介質就可能在缺陷處滲漏出來，便可粗略地確定缺陷的性質及位置。
對于力學性能，首先需要標準試件，標準試件通過模樣制作，并在鑄件造型時與碟閥鑄件模樣一同組模，在同一砂箱內澆注，保證成分、晶體結構形成的一致，開箱后經加工成型后檢測。
對于金相組織，則采取微觀檢驗法，即在鑄件本體的指定部位截取一個試塊，經過磨削平整、拋光、洗滌、干燥，做成合格的金相試樣，將試樣直接或經過浸蝕后，在顯微鏡下觀察，將觀察到的金相組織與標準金相圖譜對比鑒定。為不破壞鑄件，在批量生產后試塊將在同爐鐵水澆注的鑄件澆道中截取。
參考文獻
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(1.棗莊市盛源榮達實業有限責任公司，山東棗莊，277519；2.山東理工大學，山東淄博，255049)
摘要：本文利用快速成型、硅溶膠翻模及樹脂模具制造工藝，開發了一種汽車輪轂樹脂鑄造模具的快速制造技術。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。
關鍵詞 ：汽車輪轂，樹脂鑄造模具，快速成型，硅溶膠翻模
作者簡介：翟傳偉（1989-），男，山東棗莊人，本科，主要從事鑄造工藝的研究。基金項目：山東省研究生教育創新計劃項目（SDYY13132）資助課題。
1 引言
在鑄造過程中，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或是鋁質的。傳統的模具制造方法由于制造工藝復雜，所以具有本身所固有的一些缺點，如制造成本高、生產周期長、產品改進困難等。
本文針對汽車輪轂鑄鋼鑄件， 將快速成型[ 1 , 2 ]、硅橡膠翻模以及樹脂模具制造等技術[ 3 , 4 ]有機結合在一起， 開發出了快速制造用于垂直分型無箱造型的樹脂鑄造模具的新工藝， 滿足了該鑄件生產的需要。用快速成型技術制造的原型材質為光敏樹脂， 其強度和表面硬度不高， 不能直接使用， 所以本文將原型翻制成表層耐磨和背層強度高的環氧樹脂復合材料來制作鑄造模具。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， 制造周期短的優點。
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上，根據鑄件的技術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。
將該鑄件三維圖轉化為S T L 格式文件， 用快速成型機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的設計
本文根據該汽車輪轂鑄件是采用垂直分型無箱造型鑄造工藝的要求，計算并設計了與造型設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鑄件的造型方式，計算并設計了鑄造模具的澆口杯、直澆道、橫澆道及內澆道等澆注系統（詳見圖7和圖8所示）。
3.3 樹脂鑄造模具的組裝
根據設計的鑄造模具的型板及澆注系統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 快速成型技術和硅橡膠翻模技術是本文
開發的模具快速制造技術的基本保證利用快速成型技術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，誤差只有零點幾毫米，這就保證了模具的制造精度。
在得到的原型的基礎上，利用硅橡膠翻模技術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。經過對樹脂鑄造模具實際尺寸的檢測，其尺寸誤差在0.5mm以內，滿足了鑄造模具的精度要求。
4.2 采用面層和背層復合樹脂材料可保證模具的使用性能
在環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度，樹脂鑄造模具的使用壽命要接近于鋁質模具。所以對于批量不大的鑄件而言，可以利用樹脂鑄造模具來滿足生產要求，而不需要制造金屬模具（鋁質或是鋼質），增加生產成本。
5 結論
（1）在首先得到模具快速原型的基礎上，利用硅橡膠翻模技術和樹脂模具制造技術可以快速翻制出樹脂鑄造模具。
（2）利用本文開發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，可滿足鑄造的工藝要求。
（3）本文開發的樹脂鑄造模具可適用于生產批量不大的鑄件的鑄造工藝過程中，取代金屬模具，節約生產成本。
參考文獻
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根據各個部位的冒口模數，選擇出冒口的規格。在實際生產中，為了節省鋼液總量，提高鑄造效率，冒口主要選擇補縮效率較高的保溫冒口和發熱冒口進行補縮，保溫冒口的補縮效率是普通冒口的1.1～1.2倍，發熱冒口的補縮效率是普通冒口的1.3～1.4倍，為了促進冒口的補縮效果，在鑄件的厚大及熱節位置放置尺寸適當的冷鐵，要求冷鐵的厚度為熱節尺寸的2/3至1/1，保溫冒口、發熱冒口和冷鐵設置的具置如圖3所示。選擇冒口具體規格如表2所示；為了保證整體鑄件質量，在鑄件的整體不規則熱節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，在造型時可替代部分冷鐵。模擬過程前處理在使用模擬軟件計算之前，要輸入正確的參數，盡可能模擬其工廠的實際生產環境，模擬軟件計算的主要參數設置如表3所示。冒口和冷鐵的設置通過鑄造模擬軟件進行驗算，驗證的結果為合格，鑄件組織結構致密，縮孔區域控制在冒口的內部。模擬結果如圖4所示；圖中孤立凝固位置基本消除，高溫區域基本集中在冒口（圖中深色部分），說明鑄件縮孔縮松區域已向冒口區域轉移，冒口起到了補縮作用；添加冒口后鑄件的工藝重量W=4500kg，工藝出品率為69%.
2澆口的設計
1）澆口尺寸的計算根據鑄件壁厚尺寸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；鑄件的澆注時間T=H/v（H為型腔內的高度mm），即T=1330/13=102s；可以計算出澆注重量速度V包=W/T=4450kg/102s=43.6kg/s，通過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鑄造模擬軟件進行充型模擬，可以得出澆口開設在鑄件的底部止口法蘭處較合理，采取底注式澆注系統，圖5顯示金屬液在充型時液面始終基本保持平面，說明該澆注方案設計充型平穩，金屬液流動穩定，不易出現紊流、卷氣等充型類缺陷；鑄造工藝設計結果通過冒口模數法計算，以及模擬軟件的凝固和充型計算模擬的應用驗證，得出合格的鑄造工藝設計結果，生產出了合格鑄件，如圖6．
3鑄造生產簡介
3.1鑄造生產過程簡介
3.1.1模型設計
零件內部空腔較大，且形狀復雜，模具的制作需考慮每個砂芯的擺放難度和制造難度。在型板的側面做出十字線，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，型砂目數為40目~70目，黏結劑為堿性酚醛樹脂和固化劑。造型時，注意將熱節、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；由于零件內部空腔較大，且形狀復雜，為了合箱放置砂芯方便，分型面采取上中下三箱造型工藝。整體復雜部位采用砂型剪胎工藝造型。造型時使用砂型剪胎工藝將鑄件復雜無法起膜處單獨做出。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，型砂目數為70目~140目，黏結劑為堿性酚醛樹脂和固化劑。制芯時，砂芯中放置適當的氣眼繩、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，對鋼液有效地除渣、除氣，保證鋼液質量；澆包采用5t漏包，漏包可以有效地提高鋼水的質量，包眼尺寸為45mm，澆注前保證澆包烘烤在600℃以上；澆注前，用烘干機對型腔進行烘烤，型腔溫度達到80℃以上；根據鑄件壁厚確定澆注溫度為1560℃～1580℃，澆注時間為80s左右。
3.1.4清理、熱處理
根據鑄件的重量，鑄件澆注后的保溫時間為10h以上，澆注后鑄件無明顯缺陷；冒口切割前，將鑄件預熱到150℃~200℃之間，以免鑄造應力在切割過程造成裂紋缺陷；然后進行性能熱處理，需符合CA6NM（ASTMA487）鑄件技術條件的要求，熱處理工藝卡如圖7所示；最后進行缺陷位置的焊補、打磨及拋丸處理。
3.2質量檢驗結果
1）目視檢驗根據《核電鑄件表面目視檢驗》的要求進行檢驗，按MSS-SP-55外觀法鑄件表面外觀無粘砂、氧化皮、裂紋和熱裂等缺陷，表面質量符合要求，檢驗鑄件合格。2）射線和液體滲透檢驗根據相關檢測規程進行對所有法蘭等關鍵性承壓部位作射線檢驗，射線檢驗結論符合標準要求，檢驗鑄件合格；全身進行液體滲透檢驗，檢驗鑄件合格。
4結束語
關鍵詞：立柱；補縮；工藝設計；性能；變形
1 鑄件概況
1.1 鑄件結構
立柱的基本參數如下：60/70MN快鍛立柱材質：GS-20Mn5，化學成分C（%）：0.18-0.23，Si（%）：0.30-0.50，Mn（%）：1.0-1.50，P（%）、S（%）：≤0.010。性能指標：屈服強度≥280N/mm2，抗拉強度≥500N/mm2，斷裂伸長率≥500N/mm2，V型沖擊功≥40J，立柱性能必須滿足設計要求。
1.2 探傷要求
UT探傷要求起始靈敏度為Ф3，表面進行磁粉探傷。UT探傷的位置是立柱的兩個端面及滑板表面，但在實際探傷過程中，鑄件所有的表面（包括內表面）都進行了超聲探傷。
2 鑄造難點
立柱外觀結構雖然簡單，但是尺寸非常大，長度9980mm，編制工藝時縮尺及加工量都很難確定，以往也沒有生產這樣的鑄件經驗；鑄件中間的砂芯長度幾乎和鑄件長度一樣，芯盒的制作難度非常大，芯盒強度很難保證；制作砂芯時受生產條件所限，混砂機無法一次提供全部所需砂子，需要混制兩次，這樣勢必造成砂子分層，增加鉆鋼及芯子損壞的風險，砂芯強度也無法保證。
3 鑄造工藝設計
為保證鑄件表面質量，防止出現粘砂等鑄造缺陷，立柱造型材料采用先進的呋喃樹脂砂。為保證鑄件的完整性，設計了從鑄件的四個面進行澆注。為保證中間型腔尺寸準確及芯子下沉，工藝采用整體芯子，下部用硬頂子支撐，上部用鋼軌頂到壓鐵上。為保證鑄件的內部質量，建立三維模型（見圖1），包括鑄件、冷鐵、冒口，采用數值模擬技術對鑄件進行了模擬（見圖2）。
圖1 立柱鑄造三維模型
圖2 立柱鑄造數值模擬（縮孔）
3.1 澆注系統
澆注系統共分兩層，每一層都設置在長度方向的兩側，內水口均為Ф80mm，每層各20道。直澆道、橫澆道為Ф140mm的陶瓷管。澆注系統的截面比：Σ直：Σ橫：Σ內=1：1：2.1。澆注時采用四個Ф90包孔進行全流澆注，不點澆也不補澆，澆注過程一次完成，澆注時間：312s。
3.2 冒口放置
如圖2所示：鑄件共計12個冒口，同時在每個冒口下方放置補貼以對立柱下部補縮。冒口延續度達到了59%，充分滿足鑄件的補縮和排氣要求。
3.3 造型生產
由于產品的尺寸太大，沒有合適的砂箱，所以采用地坑組芯造型。整個鑄型由21塊芯子組成，完成內形和外形的構造（內水口是預埋在芯子里的），其中中間砂芯采用整體芯盒撞制，制作砂芯時控制好樹脂與酸的配比，使其反應時間延長，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，造芯過程中將氣道做好，保證排氣通暢，確保澆注的順利進行，有效防止安全事故的發生。澆注結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℃，共兩個澆包，由于兩包先后過跨，所以控制兩包鋼水溫差在10℃范圍內。
3.5 性能檢測（見表1）
表1 性能檢測結果
從上表中可以看出，各項性能指標均符合設計要求。
3.6 探傷結果
如圖1所示：設計要求立柱的兩個端面UT探傷，探傷采用直探頭，起始靈敏度為Ф3。立柱壁厚為200mm-300mm，探傷結果沒有超標缺陷。隨后中國一重對生產的兩個立柱進行了100%UT探傷，探傷結果非常理想，均無任何超標缺陷。探傷結果也再次證明了數值模擬結果的準確性以及工藝設計的合理性。
4 結束語
4.1 一對立柱均已經生產完畢，打箱后外形完整，沒有粘砂，冒口割除之后無縮孔縮松。
4.2 經過精整后，毛坯的尺寸經測量為10070mm，和工藝所給的加工量完全符合，這說明鑄造時給的縮尺是準確無誤的。內部UT探傷零缺陷，一次合格。
4.3 鋼水要嚴格控制其溫度，含氧量，含氫量，有條件時可以采用VD精煉來保證鋼水的純凈度。
4.4 對于大型的厚壁鑄件，工藝設計時要充分考慮到壁厚，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度，而且還要有相應的退讓性；利用數值模擬技術進行模擬，保證產品質量的同時能夠極大的節約鋼水，提高收得率。
參考文獻
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一、產品設計類專業教育現狀分析
設計藝術在現代社會中愈來愈受到重視，它已深入到社會的各個方面，影響著每個人的生活。具有手工藝特性的產品設計類專業，在中國現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分地注重設計理論的灌輸，而忽視必要的實際動手操作能力的培養。如果不及早有效地改變這種重理論輕實踐的教育方式，培養出來的學生只能是紙上談兵，缺乏實際操作的能力，將來勢必很難滿足社會的需求。
二、實踐的重要性
學生的實踐訓練，除了基礎的素描、制圖、設計等課程訓練之外，更重要的是進行實際工藝制作能力的訓練。實際制作不僅是手的訓練，更是腦的訓練、是組織能力的訓練。實踐，不僅可提高學生的嚴密的邏輯思維能力，而且也可提高其對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為現實的設計能力。因此，實踐是產品設計教學中必不可少的環節。學生的設計作品，往往因為經驗不足，或者一味的對效果圖的追求，導致作品過于夸張、工藝上無法實現。蠟雕工藝制作的學習，可以使學生對材料、設備、成本等有初步的認識，有助于學生對作品細節的設計與把握，使設計的作品構思更加合理，避免設計脫離工藝。
三、雕蠟鑄造工藝
蠟雕工藝不僅僅是一門簡單的工藝，而是涵蓋了設計的概念、方法的一門造型藝術，我們可以利用蠟雕工藝鍛煉空間造型能力，還可以培養學生們對作品尺寸的精準把握，達到能擁有嚴謹的學習、工作態度的目的。
雕蠟鑄造工藝又稱失蠟澆鑄工藝，早在四五千年前，中國和歐洲的先民們就已利用失蠟澆鑄的原始方法來制取青銅質和金銀質的工藝品。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。它的主要特點是細致精巧，最適于精細首飾制作。
利用雕蠟鑄造工藝批量生產過程可分為 8 個工序：原模型、橡膠模具、蠟模組、蠟模的完成、石膏型、脫蠟及烘焙、熔化金屬、鑄造。每個工序之間都有著必然的聯系。
其中，本文主要研究整個工序中用硬蠟雕刻成蠟模的雕蠟工藝，雕蠟工藝直接影響、決定產品的形狀、質量。
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，軟蠟因為其軟、薄、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、楚國青銅器發展的背景
楚地原本是三苗的故鄉，在西周初期，楚國文化逐漸與土著融合。在兩周的時候，楚國迅速發展，經歷了長時間的發展，楚國人成了漢江地區的主人。大約在春秋時期，楚國的文化開始逐漸呈現出自己的特征。東周是我國歷史上一個動蕩的年代，此時的楚國率先舉起了標新立異的藝術旗幟，在青銅器上創造了出具有鮮明地域特色的風格樣式，到春秋晚期的時候，楚國的青銅藝術邁進了一個全新的境界。這時，楚國的鑄造技術中出現在了一種新的技術，由1979年河南淅川下寺楚墓出土的遺物證明，這技術與楚國青銅器藝術風格的形成大有聯系。它一掃西周以來的模仿中原的平庸作風，在歷史的變革中顯示了楚國人自己的特征。 下寺楚墓出土的銅器無論從技術和藝術風格，都可以作為共康時代的代表作。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，它們是已知中國最早的，并經過科學發掘的一批失蠟法鑄件。
2、楚國青銅鑄造工藝的發展
在已經出土的楚國青銅器中,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青銅文化鼎盛時期的精湛鑄造技術與精良裝飾工藝。
2.1 鑄接與焊接技術的普遍使用
淅川下寺楚墓出頭的青銅器除了少數簡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、附件同時進行鑄造的并鑄法三種。由于分鑄法的盛行,青銅器的各個部位之間的連接普遍采用了鑄接和焊接技術。
2.2 技術方法的革新—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為都是由失蠟法鑄造而成的。這些鑄件的器形結構都比較復雜,尤其是銅禁的鏤空附飾異常繁復精致,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,人們認為戰國早期就可能有發達的失蠟法鑄造工藝了。下寺楚墓的銅器面世,人們又把失蠟法產生的年代向前推至春秋中晚期了。春秋中晚期之時，楚國就有了如此精巧繁麗的作品，可見楚國當時青銅鑄造業極為發達。失蠟法的運用，使平面裝飾增加了三維的視覺內容，它給新奇清秀的器型平添了從未有過的輝煌色彩。
3、楚國青銅鑄造技術高度發展的原因
中國青銅器在發展過程中,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國早期。這一時期的楚國,博采眾長,鑄造出眾多無與倫比的青銅器精品。可以毫不夸張地說,春秋戰國時期,楚國的青銅鑄造技術,是高峰中的高峰。
3.1社會需要的劇增
一個時代的變革,最根本決定力仍然是生產力發展所引起的經濟基礎的變革,這是唯物史觀中最重要的觀點。經濟基礎決定上層建筑的真理也充分表現在春秋中期以來的各個諸侯國的社會變革中。春秋中期以來,楚國由于土地制度改革及帶來的經濟基礎的改革,導致社會財富重新分配,以士為代表的社會階層大量崛起,庶人工商階層也開始突破身份束縛而可以向上層流動,這導致社會對代表財富和地位的青銅禮器需要大增;同時由于宗法制度的衰落,楚國的各級貴族甚至平民也超越禮制限制,總是不斷地提高對青銅器數量和精美程度的追求,在這種社會大量需求的動力下,如何使青銅器的生產大規模化和批量化成為鑄造技術上的迫切問題。也正是在這種社會需要和刺激下,導致能夠使青銅器物生產大批量化、流水線化的焊接技術和分模技術產生。同時,青銅紋飾的模印技術的廣泛運用,也大大促進了青銅器裝飾工藝的生產效率。
3.2審美意識的巨變
楚國社會的變化導致社會意識、審美意識的巨變。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,兩者的風格即使從很直觀的角度看,也有很明顯的差異。有學者認為,春秋中期以來青銅器形制的改換也很顯著,以往那種森嚴凝重的氣象,逐漸代以清新秀麗的風格。春秋中期之后的楚國青銅器也是如此。例如,對于用失蠟法鑄造的青銅器,給人印象最深的無不是那些精致細密、透空繁復的形態,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,構成一套)等。楚人對青銅器精致繁麗的追求應是楚國發明失蠟法鑄造技術的強大動力。
楚人浪漫主義的審美情趣是楚國青銅器表面金屬工藝的發達的強大動因。作為浪漫主義思潮發源地的楚國,對美和豐富多彩生活的追求也自然表現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達的巨大推動力。淅川下寺貴族楚墓和曾侯乙墓出土的大部分青銅器,除了鑄造技術超群外,表面金屬工藝也達到很高水準。楚國工匠們特別注意各種不同金屬色澤的相互對比和映襯,先后探索并運用各種裝飾手法,如錯金銀鑲嵌工藝、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青銅器表面裝飾的單調風格,使青銅器增添了多姿多彩的生活氣息和生動活潑的氣韻,使青銅器物更加精美。
4、政治變革對青銅鑄造藝術風格的影響
一個藝術風格的出現往往包含著諸多因素，它的演進過程很復雜，所以楚國青銅藝術的新風格是春秋時期社會變革的結果。
政治的變革對東周時期的藝術發展影響是巨大的。當然歷史變革的機遇不僅僅施恩于楚國，東周列國都沐浴在時代的春風里，但楚國的青銅藝術特別引人矚目，而且新的失蠟法工藝，只是在楚國腹地流行，這使得 楚國的銅器鑄件，或者說是中國青銅藝術第二個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，楚國的青銅藝術很難達到我們現在見到的樣式。
春秋晚期至戰國初期，楚國的青銅藝術吸收了三個方面的資料，一是越人的鑄造經驗，一是土著藝術的樣式，一是殷人的審美趣味，但是，古今中外藝術史上的許多信息告訴我們，不用民族處在不同的歷史時期，因其藝術意志的不同，其他區域文化或文化遺產的領悟、感受、運用，會有很大的差別。可見，一個藝術風格的產生，主要是創造者的藝術意志在起作用。
楚國歷史發展的特點決定了楚人對其他文化的包容態度以及創造自己文化的恢弘氣魄，富麗繁密的裝飾風格是楚國青銅藝術的突出特征，但這并不是全部，淅川下寺所出土的王子午鼎，主要是以精巧結構表現典雅秀麗的審美趣味。藝術鐘擺的一個回歸，歷史了近四個世紀，到了公元前228年前后，楚幽王的這些用器，不論就鑄造工藝，還是藝術樣式而言，都是楚國青銅藝術乃至中國青銅時代謝幕的標志（作者單位：武漢紡織大學藝術與設計學院）
參考文獻:
［1］郭德維.談談我國青銅鑄造技術在楚地的發展與突破 ［J］.中原文物,1990,(01).
［2］張正明.楚文化史.上海人民出版社1987年
［3］張正明、皮道堅.楚美術圖集.湖北美術出版社 1996.12 導言
在以上列舉的青銅器里,不管是在造型藝術、鑄造工藝、表面裝飾技術,還是鑒賞與實用、史料價值等方面,都應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、構思巧妙,紋飾新穎獨特,造型玲瓏剔透,華美精巧。陳璋壺的鑄造工藝,將我國古代青銅器的冶鑄技術推向了第二個高峰,是綜合研究春秋戰國青銅鑄造的典型器。
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個部分、19個構件組成。(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。外露的頸部飾錯金銀云紋圖案(圖三、四),鏤空網絡罩的肩部飾錯銀斜方格云紋圖案。
2. 銅龍網絡
分肩、腹兩組,由卷曲起伏的長龍和梅花釘交錯、疊壓形成鏤空紋飾。
肩部的網絡由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,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,每條長龍綴連6枚梅花釘。肩部網絡的梅花釘為48豎行,24組,每組6枚,共144枚。
腹部的網絡是每條龍上下起伏卷曲9次。兩龍在卷曲處相接,亦以梅花釘綴連,每條龍兩側綴連18枚梅花釘。腹部網絡梅花釘是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。整個網絡由96條長龍、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絡的箍帶,由4根環接連而成,上飾錯金云紋飾。(圖七、八)
4. 立獸
連接箍帶的立獸形豎環耳4個,作奔虎形,虎頭向下,張口弓背,四肢鱗爪狀,通體錯金銀重環飾紋。(圖九、十)
5. 鋪首
每條箍帶中間有一獸面,共4個。寬額、豎耳、彎眉、杏眼、勾鼻、獸面額上鑲嵌綠松石(皆已脫落),兩側細刻卷曲雙龍。龍頭為角,龍尾為須。(圖十一)
6. 銜環
每1鋪首與龍鼻套接,共4個。飾有細如發絲的錯金云紋飾。(圖十一、十二)
7. 圈足
座緣與銅龍網絡相連,底部飾鏤空花紋,外緣飾錯金斜方格云紋。
8. 銘文
壺口內沿刻篆1行11字,容積的計量單位。銅壺實測容量為3000ml。(圖十三)
銅壺圈足外緣鐫刻29字,這與美國費城賓夕法尼亞大學博物館收藏的陳璋壺的銘文幾乎全同。銘文說明,銅壺是燕國銅器,后為齊國將領陳璋所獲。(圖十四)
二、陳璋壺的冶鑄技術
春秋戰國出現新的冶鑄技術,主要有以下幾點:
器物的造型藝術,一改商周青銅器以鼎、簋、鬲、爵、角等禮器為主的造型,將實用與欣賞、造型與審美有機結合,紋飾以動物造形為主題;
在鑄造技術上出現了鏤空青銅器;
在表面裝飾出現了錯金銀等;
改變了銅器銘文在商周時期以鑄造成形使用了篆刻的新方法;
普遍運用鑄接、焊接等綜合裝配工藝的特種技術;
多種合金在一件器物上運用。
以上列舉的六點,在陳璋壺上表現得淋漓盡致。
1. 造型藝術
銅壺系由 19個構件組成,即壺身、圈足、鏤空網絡、4個箍帶、4個銜環、4個鋪首、4只立獸。箍帶、銜環、鋪首、立獸的16個附件分別擺置在肩腹之間的同一條圓圈上。布局相當對稱,顯得均衡協調,穩重自然,絲毫沒有呆板之感。銅龍網絡的構思,外層是取之自然界中的植物
梅花,里層由神話中的動物龍巧妙構成(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。錯金銀的紋飾,長龍、獸面、立獸和梅花都是靜物,然而古人造就靜中有動、動中有靜的表現手法。壺身的紋飾設計向上或向下浮動的斜方格紋,梅花為帶,花蕊5瓣花,花朵與花朵層疊相錯;長龍穿于鮮花叢中起伏,獸面鋪首中的雙龍兩頭向上做游動,倒立的獸向下跳躍,一上一下,錯落有致的藝術造型,給銅壺增添了強烈的美感。銅壺不僅有錯金銀平面裝飾,且配有長龍、梅花、獸面、立獸等套飾, 同時在錯金銀暖色的基礎上,用翠綠的綠松石鑲嵌,暖色、冷色交相輝映形成了明顯對比,給人以強烈的視覺效果。
該銅壺實測容量為3000ml,與壺口內沿刻篆1行11字所描述的容積相吻合,可謂中國古代器皿中把實用與欣賞、造型與審美有機結合的典型例證。
2. 銅龍網絡的鏤空技術
春秋戰國時期出現了鏤空的青銅器,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主體花環,每個花紋彼此脫空,互不連接,全靠其下的銅梗支撐而保持其獨立性,形成鏤空。
陳璋壺上龍與龍之間皆以梅花釘綴連,肩部每條長龍綴連6枚梅花釘,腹部每條龍兩側綴連18枚梅花釘,分外(梅花)、中(長龍起處)、內(長龍伏處)3個層次,形成鏤空。顯然,陳璋壺的鏤空程度比曾侯乙尊盤要復雜。
3. 表面裝飾技術錯金銀
戰國時期的錯金銀銅器是銅器中的珍品,如河南洛陽文物工作隊藏錯金銀卷云四瓣紋鼎、山西省博物館藏錯金蟠獸紋蓋豆、南京博物院藏錯金云紋犧尊②。但在鏤空青銅器上錯金銀紋飾,陳璋壺是唯一的一件。陳璋壺的壺頸、壺身、4個立獸、4個銜環、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該是四川成都金沙遺址出土的青銅有領壁,然后是江蘇六合程橋春秋晚期墓出土的銅盤殘片。顯然,細如毫發、技法純熟的刻紋技術的青銅器,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個銘文,以此闡明陳璋壺的用途與意義。
5. 鑄接、焊接等
春秋戰國時期,在青銅器冶鑄技術的制造中,機械裝配工藝開始被運用,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6處鑄焊連接成一體的銅尊,完成了它的制作全過程。”③
陳璋壺的造型由7部分、19個構件組成,其組合的過程,通過表面初步觀察,推測如下:先分別鑄出壺肩和腹的銅龍網絡、4個銜環、4個鋪首、4根箍帶和4個立獸等。在肩、腹銅龍網絡的銜接處設計并分別鑄出4處共8個接榫,由4個鋪首通過箍帶鑄焊連接成一體。它絕妙的精心設計在于肩、腹銅龍網絡的銜接處的銜接縫,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絡的連接處,在外觀察有一道分界線(圖十五、十六),在內用手摸,壺頸與肩銅龍網絡有一個臺階,據此推測,可能是壺頸與肩銅龍網絡連接時采取的榫接或套接的機械裝配工藝。當然,要證明這一推測要做很多的科學檢測,尤其是用工業CT檢測和X光透視。
5. 多種合金的運用
在春秋戰國時期,青銅器的成形與裝配工藝運用了多種合金。如山西省博物館藏錯金蟠獸紋蓋豆,使用了金、青銅兩種金屬;河南洛陽文物工作隊藏錯金銀卷云四瓣紋鼎,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、鋪首與銅龍網絡鑄接時的低熔點合金(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,據此現象推測,鋪首的合金可能是錫鉛合金鑄造。當然,要證明這一推測只要做金相、能譜儀或CT等科學檢測即可。
從以上列舉的春秋戰國時期在冶鑄方面的新技術,陳璋壺基本涵蓋了,而且,陳璋壺在成形與表面裝飾方面,造型設計生動、活潑,鑄造復雜程度高,裝飾工藝精細、優美,靜動結合,將古代人在器物設計時的完美與人性化、實用與欣賞、造型與審美有機結合。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國時期的冶鑄技術。
三、陳璋壺的鏤空技術
最近一年來,從事古代青銅器鑄造工藝的研究人員對古代先秦時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,這對研究古代科技,探明中國古代的發明創造,有著極其重要的作用。筆者從事文物保護與修復工作34年,對古代的冶鑄技術沒有專門的研究,對現代鑄造技術也缺乏經驗,但對古代青銅器上留下的冶鑄技術信息,一直在思考。現根據陳璋壺上所反映的鏤空鑄造信息及相關的資料,提幾個關于鏤空銅器的技術問題,供展開討論的研究人員參考。
陳璋壺的銅龍網絡分外(梅花)、中(長龍起處)、內(長龍伏處)3個層次,與河南淅川的春秋晚期楚國雙層鏤空云紋禁、湖北隨縣戰國早期曾國的鏤空曾侯乙尊盤,應同屬一種鑄造工藝。鏤空或稱透空銅器的鑄造技術,在已發表的研究青銅器工藝的文章中,基本上有四種觀點:
(1) 熔模鑄造法④(失蠟法);
(2) 失J法⑤;
(3) 范鑄技術+焊接⑥;
(4) 泥質合范⑦。
首先將以上四種觀點,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觀點歸為一類。
其次,我們暫不從春秋戰國是否有失蠟法等方面去討論,而是從現在復制的實際出發來思考,如用失蠟、失J法或用失蠟、失J法與范鑄法相結合的工藝復制陳璋壺,從鑄造技術的理論和操作的工藝角度分析,也許可以達到我們設計或者克隆出與原物基本相同的復制品;如用范鑄技術或泥質合范法復制陳璋壺可能存在一些問題,現將這些問題提出,尚祈專家不吝賜教。
1. 范鑄技術+焊接
“尊侯乙尊盤的尊口及盤口,是由大大小小數千個分別鑄造的小紋飾焊接成一組組的組件裝配而成”⑧。據此方法制作陳璋壺,也就是將576朵梅花焊接在96條交叉的長龍上,形成鏤空。那么,梅花與長龍之間焊口的設計是對接,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、水蒸汽等進入熔池,使焊縫在冷卻過程中不形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷?
如用熔焊法,在焊第二朵梅花時如何保護距離只有1公分的第一朵梅花不被熔化?
焊縫與本體的再做色時,如用同樣的化學試劑、同樣的溫度與時間,焊縫處與陳璋壺本體的腐蝕產物,顏色會一致嗎?
2. 泥質合范法:
① 把鏤空紋飾制成一塊不鏤空的泥質紋飾板,用它制作外范,它可作鑄造時的內范使用;② 在內范上削去銅器實際需要的厚度;③ 挖去內范上所有的紋飾,注意沒有紋飾的地方不能挖,因為這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 根據鏤空紋飾的設計需要,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。”⑨據該文章文字介紹和圖片展示, 泥質合范法制作的鏤空形狀都是很有規律的半圓形疊壓鏤空,那么,怎樣保證陳璋壺肩部的銅龍網絡每條龍上下起伏卷曲三次,腹部銅龍網絡每條龍上下起伏卷曲9次,這種上下不規則起伏的造型呢?銅龍網絡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,在時代上比河南淅川的春秋晚期楚國雙層鏤空云紋禁、湖北隨縣戰國早期曾國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雜,堪稱匯集我國春秋戰國時期新的冶鑄技術的典型器。
然而,陳璋壺究竟用何種冶鑄技術成形,需要對其進行科學的分析和檢測,并進行模擬試驗。筆者深信,在今天百家爭鳴的學術領域里,利用21世紀最先進的分析儀器,模擬古人冶鑄時的思維、材料與工藝,從理論與實踐上論證與挖掘,重現以陳璋壺等為代表的我國春秋戰國時期出現的鏤空青銅器的冶鑄技術是能辦到的。
注釋:
① 華覺明.中國古代金屬技術銅和鐵造就的文明[M].鄭州:大象出版社,1999:164,166.
② 國家文物局主編.中國文物精華大辭典[M].青銅卷.上海:上海辭書出版社,1995,231,234,238.
③ 華覺明.中國古代金屬技術銅和鐵造就的文明[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].自然科學史研究,1983,4.
⑤ 張光遠.中國最早“失J法”春秋中期“蛇網蓋冠龍虎方壺”的鑄法論證[J].東南文化,2002,1.
⑥ 周衛榮,董亞巍,萬全文,王昌遂.中國青銅時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.
