“冶石為器，千爐齊設(shè)”，晉曹毗《詠冶賦》的著名詩句，真實(shí)描繪了我國古代冶鑄生產(chǎn)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“模范”、“陶冶”、“熔鑄”、“就范”等習(xí)語，就是沿用了鑄造業(yè)的術(shù)語。勞動人民通過世代相傳的長期生產(chǎn)實(shí)踐，創(chuàng)造了具有我國民族特色的傳統(tǒng)鑄造工藝。其中特別是泥范、鐵范和熔模鑄造最重要，稱古代三大鑄造技術(shù)。
一、泥范鑄造
最初的鑄造技術(shù)是使用石范。由于石料不容易加工，又不耐高溫，隨著制陶業(yè)的發(fā)展，很塊就改用泥范。在近代砂型鑄造之前的三千多年時間里，泥范鑄造一直是最主要的鑄造方法之一。
簡介
鑄造業(yè)在我國古代的金屬加工工藝中占有突出的地位，并產(chǎn)生過巨大的社會影響。今天我們在生活中還經(jīng)常使用的“模范”、“熔鑄”、“泥范”等詞匯，就來源于古代鑄造業(yè)的術(shù)語。我國古代勞動人民在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，創(chuàng)造了陶范法、失臘法兩大傳統(tǒng)鑄造工藝。
泥范鑄造的工藝
1.制模
用泥土按照器物原型雕刻成泥模;
2.翻外范
將調(diào)合均勻的泥土拍打成平泥片，按在泥模的外面，用力拍壓，使泥模上的紋飾反印在泥片上。等泥片半干后，按照器物的耳、足、鋬、底、邊、角或器物的對稱點(diǎn)，用刀劃成若干塊范，然后將相鄰的兩泥范做好相拼接的三角形榫卯，而后晾干，或用微火烘烤，修整剔補(bǔ)范內(nèi)面的花紋，這就成了鑄造所用的外范;
3.制內(nèi)范
將制外范使用過的泥模，趁濕刮去一薄層，再用火烤干，制成內(nèi)范。刮去的厚度就是所鑄銅器的厚度;
4.合范
將內(nèi)范倒置于底座上，再將外范塊置于內(nèi)范周圍。外范合攏后，上面有封閉的范蓋，范蓋上至少留下一個澆注孔;
5.澆鑄
將融化的青銅溶液沿澆注孔注入，等銅液冷卻后，打碎外范，掏出內(nèi)范，將所鑄的銅器取出，經(jīng)過打磨修整，一件精美的青銅器就制作完成了。
分鑄法作為基本工藝原則
在制作復(fù)雜造型的青銅器時，古人還采用了分鑄法作為基本工藝原則，獲得復(fù)雜的器形。或者先鑄器身，再在上合范澆注附件(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界成一體。著名的四羊尊(湖南寧鄉(xiāng)出土)就是使用了分鑄法才鑄成的。
起源于商代前期
這個方法的起源可以上溯到二里崗期(商代前期)，到小屯期(商代后期)，基本型式已經(jīng)大體具備。
春秋時期成為分鑄法的主流
先鑄附件后鑄器身成為分鑄法的主流，新鄭彝器和戰(zhàn)國時期的鼎、壺等類多半是這樣鑄成的。運(yùn)用簡單的工藝原則成功地解決復(fù)雜的工藝問題，執(zhí)簡御繁，平凡的勞動中顯現(xiàn)出獨(dú)具的匠心，這是古代勞動人民的卓越創(chuàng)造，也是了解商周青銅器鑄造技術(shù)的一個關(guān)鍵。把像四羊尊這樣復(fù)雜的器物誤認(rèn)為失蠟鑄件，是不符合實(shí)際的，把商周青銅器說得神秘莫測，不可逾越，那更是錯誤的。
疊鑄法
我國古代泥范鑄造的又一個杰出成就，是疊鑄法的早期出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用。所謂疊鑄是把許多個范塊或成對范片疊合裝配，由一個共用的澆道進(jìn)行澆注，一次得到幾十甚至上百個鑄件。成本比較低至今仍在廣泛使用。我國最早的疊鑄件是戰(zhàn)國時期的齊刀幣，是用銅質(zhì)范盒翻制出具有高度對稱性和互換性的范片，每兩片合成一層，多層疊澆而成。到了漢代，廣泛用于錢幣、車馬器的生產(chǎn)。近年來，在陜西、河南、山東等省，這種鑄范和烘窯多有出土。特別是河南溫縣西招賢村漢代冶鑄遺址一個烘范窯，就發(fā)掘出十六類、三十六種規(guī)格的五百多套疊鑄范，為我們了解這一工藝提供了很可貴的實(shí)物資料。它們結(jié)構(gòu)巧妙，制作精細(xì)，為便于清理鑄件，內(nèi)澆口厚度只有二到三·五毫米。用這些鑄范澆出的鑄件，表面光潔度達(dá)到五級(光潔度共分十四級)。金屬收得率可以達(dá)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(jīng)札當(dāng)接近。
范鑄技術(shù)在我國源遠(yuǎn)流長
我國自新石器晚期，就進(jìn)入銅石并用時代。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，說明范鑄技術(shù)在我國源遠(yuǎn)流長，很早就發(fā)展起來。
古代文獻(xiàn)中有不少關(guān)于昆吾(夏代的一個部落，居住在今河南渡陽市境北)制陶、鑄銅的記載以及禹鑄九鼎的傳說。從近年考古發(fā)掘來看，夏代已經(jīng)能熔鑄青銅。最初的鑄型是使用石范。由于石料不容易加工，又不耐高溫，在制陶術(shù)發(fā)達(dá)的基礎(chǔ)上，很快就改用泥范，并且在長達(dá)三千多年的時間里，在隨著近代機(jī)器制造業(yè)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里頭遺址作為標(biāo)志，已經(jīng)用泥范鑄造銅錛、銅鑿等小型生產(chǎn)工具和銅鈴、銅爵等日用器具。稍后，以鄭州二里崗作為標(biāo)志，青銅冶鑄業(yè)開始發(fā)達(dá)起來。鄭州張寨出土的兩件大方鼎，分別重六四·二五和八二·二五千克，表明商代中期鑄銅技術(shù)已經(jīng)具有相當(dāng)水平，從單面范、雙面范鑄造，發(fā)展到能用多個型、芯組成復(fù)合鑄范鑄作重達(dá)百斤以上的大型鑄件。
盤庚遷殷以后，以安陽小屯殷墟作為標(biāo)志，青銅冶鑄技術(shù)達(dá)到鼎盛時期。出土和傳世的幾萬件商、周青銅器，既是重要的歷史文物，又是冶鑄奴隸智慧和才能的結(jié)晶，它們的學(xué)術(shù)、藝術(shù)價值和技術(shù)水平是世所公認(rèn)的。
為了獲得形狀高度復(fù)雜、花紋精細(xì)奇麗的青銅鑄件，古代冶鑄工匠采取了一系列重要的工藝措施。
例如：在造型材料的制備上，就地取材，精選質(zhì)地純凈、耐火度比較高的砂泥，予以練制，鑄型表層所用的面泥，用水澄洗，得到極細(xì)極純的澄泥(澄泥)，這種泥料有很好的塑性和強(qiáng)度，翻制鑄范的時候能得到很高的清晰度和準(zhǔn)確度。背泥卻采用比較粗的泥料或雜以砂子、植物質(zhì)，以減少澄泥的耗用量，增加鑄范的透氣性。所有泥料都要經(jīng)過長期陰干，反覆摔掃，使它高度勻熟，不致在造型、干燥的時候開裂。
成熟的工藝
對于范芯的干燥、焙燒、裝配，均勻壁厚使它達(dá)到同時凝固，預(yù)熱鑄型使它能順利澆注等方面，商周時期都已經(jīng)摸索出了一整套成熟的工藝，不但為后代的泥范鑄造，也為金屬型和熔模鑄造，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
但是，在剝削階級占有生產(chǎn)資料、掌握國家機(jī)器的社會條件下，勞動人民的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造成果總是被統(tǒng)治者所攫取，用來鎮(zhèn)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(shù)，生產(chǎn)工具為數(shù)很少，許多明器(陪葬器物)鑄成后就埋置地下。這種情形極大地阻礙了社會生產(chǎn)力的發(fā)展。以致在長達(dá)一千多年的時間里，泥范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(镢)。
用泥范鑄造大型和特大型鑄件，從唐宋時期起，有很大發(fā)展。滄州五代時期的鐵獅，當(dāng)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(yīng)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(nèi)的鐘)，一是用多個熔爐槽注(萬鈞鐘)。這在古代手工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)條件下，應(yīng)當(dāng)說是一種巧妙而又需要熟練技巧和很好組織協(xié)同的工藝措施。就是在現(xiàn)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。
我國在商代早期就有了泥范鑄造，商代中期達(dá)到鼎盛時期。用這種方法，古代工匠們創(chuàng)造出了象司母戊鼎、四羊方尊這樣的曠世珍品。
二、金屬鑄造
簡介
金屬鑄造(metal casting)是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清整處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。鑄造毛胚因近乎成形，而達(dá)到免機(jī)械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上減少了時間.鑄造是現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)工藝之一。
分類
金屬鑄造種類造型方法習(xí)慣上分為：
① 普通砂型鑄造，包括濕砂型、干砂型和化學(xué)硬化砂型3類。
② 特種鑄造，按造型材料又可分為以天然礦產(chǎn)砂石為主要造型材料的特種鑄造(如熔模鑄造、泥型鑄造、鑄造車間殼型鑄造、負(fù)壓鑄造、實(shí)型鑄造、陶瓷型鑄造等)和以金屬為主要鑄型材料的特種鑄造(如金屬型鑄造、壓力鑄造、連續(xù)鑄造、低壓鑄造、離心鑄造等)兩類。
砂型鑄造流程
金屬鑄造工藝通常包括：
① 鑄型(使液態(tài)金屬成為固態(tài)鑄件的容器)準(zhǔn)備，鑄型按所用材料可分為砂型、金屬型、陶瓷型、泥型、石墨型等，按使用次數(shù)可分為一次性型、半永久型和永久型，鑄型準(zhǔn)備的優(yōu)劣是影響鑄件質(zhì)量的主要因素;
② 鑄造金屬的熔化與澆注，鑄造金屬(鑄造合金)主要有鑄鐵、鑄鋼和鑄造有色合金;
③ 鑄件處理和檢驗(yàn)，鑄件處理包括清除型芯和鑄件表面異物、切除澆冒口、鏟磨毛刺和披縫等凸出物以及熱處理、整形、防銹處理和粗加工等。
歷史
在古代,中國、印度、巴比倫、埃及、希臘和羅馬就已經(jīng)鑄造兵器、祭器、藝術(shù)品和家庭用具。早期的鑄件是用金、銀、銅及其合金制作的。青銅器時代是人類文明史上光輝燦爛的一頁;以后又出現(xiàn)鑄鐵件。中國早在戰(zhàn)國時期就廣泛使用鑄鐵件，技術(shù)傳統(tǒng)源遠(yuǎn)流長。附圖是《天工開物》中的鑄釜圖(見冶金史)。金屬鑄造
冶金和鑄造是相輔相成的工藝過程，中國古代“冶鑄”一詞反映了這一事實(shí)。盡管后世鑄造工藝已發(fā)展成機(jī)械制造工藝中相對獨(dú)立的分支學(xué)科，但與冶金工藝仍然密不可分。
① 鑄鐵鑄鐵已有悠久的歷史，但發(fā)展速度緩慢。直到1722年，列奧米爾創(chuàng)制“沖天爐”，并開始用顯微鏡研究鑄鐵的組織和斷口，情況才發(fā)生變化。1734年斯韋登貝里(Svedenberg)所著《鑄鐵學(xué)》(De ferro)問世，對鑄鐵工藝有了初步的理論認(rèn)識。1765～1785年間，由于蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，從18世紀(jì)60年代起機(jī)器制造業(yè)中大量使用鑄鐵，運(yùn)輸部門也使用鑄鐵軌，1788年為巴黎自來水廠生產(chǎn)了總長60公里的輸水鑄鐵管。鑄鐵需求量的增加發(fā)展，促進(jìn)了鑄鐵的技術(shù)進(jìn)步和理論研究工作。
② 鑄鋼鋼的熔點(diǎn)高，成分控制(如脫氧等)復(fù)雜，直到1740年才出現(xiàn)坩堝法煉鋼，開始發(fā)展工藝。
③ 鑄鋁 1886年發(fā)明熔鹽電解制鋁。到20世紀(jì)初，鋁及其合金的鑄造業(yè)迅速發(fā)展起來，在有色金屬鑄造中已居首位。而傳統(tǒng)的銅合金鑄件所占的比例卻逐漸減少了。
現(xiàn)在已發(fā)展出適應(yīng)各種需求的金屬鑄造方法，可以經(jīng)濟(jì)地制作復(fù)雜形狀和各種尺寸的鑄件。
金屬的鑄造性能包括：
① 流動性，液態(tài)金屬充滿鑄型的能力;
②收縮傾向,從液態(tài)到固態(tài)體積收縮大,易產(chǎn)生縮孔等缺陷，又線性尺寸收縮大，影響鑄件的最終尺寸精度;
③熱裂傾向，有的金屬和合金在鑄造過程中容易產(chǎn)生裂紋和偏析傾向(見金屬的凝固)等。
三、熔模鑄造
歷史
我國的失蠟法至遲起源于春秋時期。河南淅川下寺2號楚墓出土的春秋時代的銅禁是迄今所知的最早的失蠟法鑄件。此銅禁四邊及側(cè)面均飾透雕云紋，四周有十二個立雕伏獸，體下共有十個立雕狀的獸足。透雕紋飾繁復(fù)多變，外形華麗而莊重，反映出春秋中期我國的失蠟法已經(jīng)比較成熟。戰(zhàn)國、秦漢以后，失蠟法更為流行，尤其是隋唐至明、清期間，鑄造青銅器采用的多是失蠟法。
失蠟法一般用于制作小型鑄件
用這種方法鑄出的銅器既無范痕，又無墊片的痕跡，用它鑄造鏤空的器物更佳。中國傳統(tǒng)的熔模鑄造技術(shù)對世界的冶金發(fā)展有很大的影響。現(xiàn)代工業(yè)的熔模精密鑄造，就是從傳統(tǒng)的失蠟法發(fā)展而來的。雖然無論在所用蠟料、制模、造型材料、工藝方法等方面，它們都有很大的不同，但是它們的工藝原理是一致的。四十年代中期，美國工程師奧斯汀創(chuàng)立以他命名的現(xiàn)代熔模精密鑄造技術(shù)時，曾從中國傳統(tǒng)失蠟法得到啟示。1955年奧斯汀實(shí)驗(yàn)室提出首創(chuàng)失蠟法的呈請，日本學(xué)者鹿取一男根據(jù)中國和日本歷史上使用失蠟法的事實(shí)表示異議，最后取得了勝訴。
失蠟法
概述
熔模鑄造又稱"失蠟鑄造"，通常是指在易熔材料制成模樣，在模樣表面包覆若干層耐火材料制成型殼，再將模樣熔化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后即可填砂澆注的鑄造方案。由于模樣廣泛采用蠟質(zhì)材料來制造，故常將熔模鑄造稱為“失蠟鑄造”。
可用熔模鑄造法生產(chǎn)的合金種類有碳素鋼、合金鋼、耐熱合金、不銹鋼、精密合金、永磁合金、軸承合金、銅合金、鋁合金、鈦合金和球墨鑄鐵等。
熔模鑄件的形狀一般都比較復(fù)雜，鑄件上可鑄出孔的最小直徑可達(dá)0.5mm，鑄件的最小壁厚為0.3mm。在生產(chǎn)中可將一些原來由幾個零件組合而成的部件，通過改變零件的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成為整體零件而直接由熔模鑄造鑄出，以節(jié)省加工工時和金屬材料的消耗，使零件結(jié)構(gòu)更為合理。
熔模鑄件的重量大多為零點(diǎn)幾十牛(即幾十克到幾公斤)，太重的鑄件用熔模鑄造法生產(chǎn)較為麻煩，但目前生產(chǎn)大的熔模鑄件的重量已達(dá)800牛左右。
熔模鑄造工藝過程較復(fù)雜，且不易控制，使用和消耗的材料較貴，故它適用于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度要求高、或很難進(jìn)行其它加工的小型零件，如渦輪發(fā)動機(jī)的葉片等。
熔模的制造
熔模鑄造生產(chǎn)的第一個工序就是制造熔模，熔模是用來形成耐火型殼中型腔的模型，所以要獲得尺寸精度和表面光潔度高的鑄件，首先熔模本身就應(yīng)該具有高的尺寸精度和表面光潔度。此外熔模本身的性能還應(yīng)盡可能使隨后的制型殼等工序簡單易行。為得到上述高質(zhì)量要求的熔模，除了應(yīng)有好的壓型(壓制熔模的模具)外，還必須選擇合適的制模材料(簡稱模料)和合理的制模工藝。
模料
制模材料的性能不單應(yīng)保證方便地制得尺寸精確和表面光潔度高，強(qiáng)度好，重量輕的熔模，它還應(yīng)為型殼的制造和獲得良好鑄件創(chuàng)造條件。模料一般用蠟料、天然樹脂和塑料(合成樹脂)配制。凡主要用蠟料配制的模料稱為蠟基模料，它們的熔點(diǎn)較低，為60～70℃;凡主要用天然樹脂配制的模料稱為樹脂基模料，熔點(diǎn)稍高，約70～120℃。
