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中國古代三大鑄造技術(1 / 1)

自然科學史研究所華覺明“冶石為器,千爐齊設”,晉曹毗《詠冶賦》的著名詩句,真實描繪了我國古代冶鑄生產的情景。在我國古代金屬加工工藝中,鑄造占著突出的地位,具有廣泛的社會影響,像“模範”、“陶冶”、“熔鑄”、“就範”等習語,就是沿用了鑄造業的術語。勞動人民通過世代相傳的長期生產實踐,創造了具有我國民族特色的傳統鑄造工藝。其中特彆是泥範、鐵範和熔模鑄造最重要,稱古代三大鑄造技術。

泥範鑄造我國自新石器晚期,就進入銅石並用時代。河北唐山等地出土的早期銅器,有鍛打成形的,也有熔鑄成形的,說明範鑄技術在我國源遠流長,很早就發展起來。

古代文獻中有不少關於昆吾(夏代的一個部落,居住在今河南渡陽市境北)製陶、鑄銅的記載以及禹鑄九鼎的傳說。從近年考古發掘來看,夏代已經能熔鑄青銅。最初的鑄型是使用石範。由於石料不容易加工,又不耐高溫,在製陶術發達的基礎上,很快就改用泥範,並且在長達三千多年的時間裡,在隨著近代機器製造業的興起采用砂型鑄造以前,它一直是最主要的鑄造方法。

商代早期以河南偃師二裡頭遺址作為標誌,已經用泥範鑄造銅锛、銅鑿等小型生產工具和銅鈴、銅爵等日用器具。稍後,以鄭州二裡崗作為標誌,青銅冶鑄業開始發達起來。鄭州張寨出土的兩件大方鼎,分彆重六四·二五和八二·二五千克,表明商代中期鑄銅技術已經具有相當水平,從單麵範、雙麵範鑄造,發展到能用多個型、芯組成複合鑄範鑄作重達百斤以上的大型鑄件。

盤庚遷殷以後,以安陽小屯殷墟作為標誌,青銅冶鑄技術達到鼎盛時期。出土和傳世的幾萬件商、周青銅器,既是重要的曆史文物,又是冶鑄奴隸智慧和才能的結晶,它們的學術、藝術價值和技術水平是世所公認的。

為了獲得形狀高度複雜、花紋精細奇麗的青銅鑄件,古代冶鑄工匠采取了一係列重要的工藝措施,例如:

在造型材料的製備上,就地取材,精選質地純淨、耐火度比較高的砂泥,予以練製,鑄型表層所用的麵泥,用水澄洗,得到極細極純的澄泥(澄泥),這種泥料有很好的塑性和強度,翻製鑄範的時候能得到很高的清晰度和準確度。背泥卻采用比較粗的泥料或雜以砂子、植物質,以減少澄泥的耗用量,增加鑄範的透氣性。所有泥料都要經過長期陰乾,反覆摔掃,使它高度勻熟,不致在造型、乾燥的時候開裂。

在造型工藝上,以分鑄法作為基本工藝原則,獲得複雜的器形:或者先鑄器身,再在上合範澆注附件(如獸頭、柱等);或者先鑄得附件(如鼎的耳、足等),再在澆注器身的時候鑄接成一體。著名的四羊尊(湖南寧鄉出土)就是使用了分鑄法才鑄成的。這個方法的起源可以上溯到二裡崗期(商代前期),到小屯期(商代後期),基本型式已經大體具備。春秋時期,先鑄附件後鑄器身成為分鑄法的主流,新鄭彝器和戰國時期的鼎、壺等類多半是這樣鑄成的。運用簡單的工藝原則成功地解決複雜的工藝問題,執簡禦繁,平凡的勞動中顯現出獨具的匠心,這是古代勞動人民的卓越創造,也是了解商周青銅器鑄造技術的一個關鍵。把像四羊尊這樣複雜的器物誤認為失蠟鑄件,是不符合實際的,把商周青銅器說得神秘莫測,不可逾越,那更是錯誤的。

此外,對於範芯的乾燥、焙燒、裝配,均勻壁厚使它達到同時凝固,預熱鑄型使它能順利澆注等方麵,商周時期都已經摸索出了一整套成熟的工藝,不但為後代的泥範鑄造,也為金屬型和熔模鑄造,奠定了技術基礎。

但是,在剝削階級占有生產資料、掌握國家機器的社會條件下,勞動人民的科學技術創造成果總是被統治者所攫取,用來鎮壓、欺騙人民,滿足他們窮奢極欲的腐朽生活需要。商周青銅器中,禮、樂、兵、車四類占了絕大多數,生產工具為數很少,許多明器(陪葬器物)鑄成後就埋置地下。這種情形極大地阻礙了社會生產力的發展。以致在長達一千多年的時間裡,泥範鑄造基本上停留在一次型的階段,到春秋時期才用多次型(半永久性泥型)鑄造銅工具(钁)。

我國古代泥範鑄造的又一個傑出成就,是疊鑄法的早期出現和廣泛應用。所謂疊鑄是把許多個範塊或成對範片疊合裝配,由一個共用的澆道進行澆注,一次得到幾十甚至幾百個鑄件。這種方法在近代是隨著大機器生產的出現,需要大批小型鑄件(如活塞壞、鏈節等),才發展起來的。由於它生產率高,成本比較低,可以節省造型、澆注麵積,目前仍在廣泛應用。我國最早的疊鑄件是戰國時期的齊刀幣,是用銅質範盒翻製出具有高度對稱性和互換性的範片,每兩片合成一層,多層疊澆而成。到了漢代,廣泛用於錢幣、車馬器的生產。近年來,在陝西、河南、山東等省,這種鑄範和烘窯多有出土。特彆是河南溫縣西招賢村漢代冶鑄遺址一個烘範窯,就發掘出十六類、三十六種規格的五百多套疊鑄範,為我們了解這一工藝提供了很可貴的實物資料。它們結構巧妙,製作精細,為便於清理鑄件,內澆口厚度隻有二到三·五毫米。用這些鑄範澆出的鑄件,表麵光潔度達到五級(光潔度共分十四級)。金屬收得率可以達到百分之九十,工藝水平和廣東佛山近代所用同類方法已經劄當接近。

用泥範鑄造大型和特大型鑄件,從唐宋時期起,有很大發展。滄州五代時期的鐵獅,當陽北宋的鐵塔,北京大鐘寺明代的大鐘,都是世界聞名的巨大鑄件。宋應星《天工開物》卷八記述了兩種澆注大件的方法:一是用多個行爐相繼傾注(千斤以內的鐘),一是用多個熔爐槽注(萬鈞鐘)。這在古代手工業生產的技術條件下,應當說是一種巧妙而又需要熟練技巧和很好組織協同的工藝措施。就是在現代,要成功地澆注三四十噸的大鑄件,也不是一件輕而易舉的事。

金屬型鑄造鑄型材料從石和泥、砂改用金屬,從一次型經多次型又改進成為耐用性更高的所謂“永久”型(就是金屬型),在鑄造技術的曆史發展上具有重要的意義。1953年河北興隆鐵範的發現,證明我國早在戰國時期已經用白口鐵的金屬型澆注生鐵鑄件。這批鐵範包括鋤、鐮、斧、鑿、車具等類共八十七件,大部完整配套。其中,鐮和鑿是一範兩件,鋤和斧還采用了金屬芯。它們的結構十分緊湊,頗具特色。範的形狀和鑄件相吻合,使壁厚均勻,利於散熱:範壁帶有把手,以便握持,又能增加範的剛度。可以說是創造了一種中國風格的金屬型,並且在那個時候已經大體定型了。近年來,在河南南陽、鄭州、鎮平和河北滿城、山東萊蕪等地又陸續出土漢代鐵範許多件,品種比戰國時期顯著增多,型式卻基本相同。河南泥池漢魏鐵器窖藏中還有鑄造成形鐵板和矢鏃的鐵範以及長達半米的大型鐵犁範。

除鐵製金屬型外,戰國時期和漢代已經用銅製金屬型鑄造錢幣(如傳世和出土的五銖銅範等)。它們在生產中起著重要作用,但是在文獻中,卻很少看到記載。《漢書·董仲舒傳》裡說:“猶金之在鎔,惟冶者之所為。”“鎔”字注:“謂鑄器之模範也。”這可以認作是金屬型鑄造的最早記述。但是後來這個“鎔”字多和“熔”字通用,失卻它的本意了。

曾經有一種意見,認為鐵範在我國很早發明,以後失傳了,到近代才又從國外引進。這是不對的。因為,雖然鋤、鐮等小農具,在唐宋以後,由於炒鐵的發明和推廣,已經由鑄製改成緞製,但是,犁鏡一類卻直到近代仍有用鐵範鑄造的。從戰國、秦、漢起,由泥範翻鑄鐵範、再由鐵範翻鑄鐵器的工藝方法基本上延續不變,是一脈相承的,在工藝操作上形成一套合乎科學原理的辦法。例如:用鐵水預熱鑄型(最初澆注的若乾件作為廢品或次品處理),使用雙層塗料,澆注以後及時打箱,除使用金屬芯外還采用泥芯,使用簡易的裝十機構等,由於金屬型生產率高,使用壽命長(小型鑄件可以達到幾百次),產品規格齊整,又能保證得到白口組織(在澆注鐵件的時候),它和鑄鐵柔化術配合使用,在古代農具鑄造上發揮十分重要的作用。《漢書·溝洫誌》描繪漢代大規模興修水利的情景說:“舉臿如雲,決渠為雨。”出土鐵器的檢驗表明,在這麼多的鐵工具中,有相當數量應該是由金屬型鑄成的。

用鐵範鑄炮是我國傳統金屬型鑄造的一個創造。第一次鴉片戰爭時期,在浙江省炮局監製軍械的龔振麟,為了趕鑄炮位,打擊侵略者,曾經創議用鐵範鑄炮並且得到成功。他所撰寫的《鐵模鑄炮圖說》,由魏源(1794—1857)收入《海國圖誌》中,得以保存到現在。它是世界上最早論述金屬型鑄造的科學著作。書中總結了使用鐵範的一些優點,如一範多鑄,成本低,工效高(“用一工之費而收數百工之利”,“用匠之省無算”),減少表麵清理和旋洗內膛的工作量,鑄型不含水氣,不出氣孔,收藏、維護方便,如果戰事緊迫,能很快投產以應急需,等等。所有這些都講得比較真切,和現代鑄造學對金屬型的認識是一致的。雖然由於清代反動政府的腐敗無能以及此後不久鋼炮的發明,這種工藝沒有可能進一步發展,但是龔振麟的愛國主義和首創精神,仍是值得讚揚的,他的創造是來源於曆代勞動人民的生產實踐的。

熔模鑄造傳統的熔模鑄造一般稱失蠟、出蠟或捏蠟、撥蠟。它和用來製造汽輪機葉片、銑刀等精密鑄件的現代熔模鑄造,無論在所用蠟料、製模、造型材料、工藝方法等方麵,都有很大不同。但是,它們的工藝原理是一致的,並且,現代的熔模鑄造是從傳統的熔模鑄造發展而來的。

清代的桂馥(1736—1805)說:“漢印多撥蠟”。一些帶獸鈕的漢代印章,鈕製細小,形體複雜,又沒有明顯的熬、鑿痕跡,很可能是失蠟鑄造的。雲南石寨山出土的漢代滇族文物貯貝器蓋(參看本書第518頁的圖),也是失蠟鑄件。

1978年湖北隨縣出土的曾侯乙尊盤和1979年河南浙川出土的楚國銅禁,經研究,都是失蠟法所鑄,說明中國在春秋時期已經發明這種技術。

《唐會要》卷八十九說,開元通寶已經使用蠟模(原文是“”,古“蠟”字),這可以說是失蠟法的最早文獻記載。現在傳世和出土,的開元錢,還有一種是帶甲痕的,據說就是用蠟模鑄造留下的痕跡。

宋代趙希鵠著的《洞天清祿集》裡具體地記述了這一工藝,是用蠟刻畫成模,放在桶狀的容器裡,經用澄泥漿多次澆淋以後,撤去桶板,再加敷含有鹽和紙筋的細泥和背泥,做成鑄型,然後出蠟澆注。這種方法用於小型鑄件,和明清時期失蠟鑄印工藝比較接近。

現代熔模鑄造多數也用於小型鑄件,鑄件過大,精度不容易保證。古代熔模鑄造多用於藝術鑄件或鐘、鎛等,精度要求不像現代機械零件那樣嚴格。因此,如《天工開物》所記述,有用失蠟法來鑄“萬鉤鐘”的。它采用地坑造型;蠟料由牛油、黃蠟調製,油蠟是八和二之比(“油居什八,蠟居什二”),泥料中加入炭末以減少收縮,增加透氣性,並且使表麵光潔:每一斤蠟料,配銅十斤。附圖是《天工開物·冶鑄篇》所載塑鐘模圖(鐵鐘模是泥製的)。

元代設出蠟局,專管失蠟鑄造。清代內務府造辦處等也設有專職工匠,現存故宮博物院、頤和園的銅獅、銅象、銅鶴、狻猊等,都是有代表性的藝術價值很高的失蠟鑄件,頤和園銅亭的某些構件也是用失蠟法鑄成的,亭壁鐫刻有撥蠟工楊國柱、張成、韓忠、高永固四位匠師的姓氏,可作佐證。

以上事實說明失蠟法在我國有悠久的曆史,具有自己的工藝特點和藝術風格。但是,在封建製和舊中國半封建半殖民地生產關係的桎梏下,這一傳統工藝隻在很狹窄的範圍裡應用(主要是用來鑄造用一般方法無法得到的藝術鑄件和用於宗教迷信的神像等),未能向現代精密鑄造工藝轉化。隻是在新中國成立後,革命解放了生產力,熔模鑄造車間才得以成批建立,並逐步實現機械化和自動化。在“古為今用”方針指引下,傳統的失蠟鑄造目前在生產中仍有應用,它和泥範、鐵範一樣,都是勞動人民創造的珍貴的科學技術遺產,可供我們學習、借鑒。


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