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[分享讨论] 我国古代三大铸造技术

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发表于 2020-4-23 13:34:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
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“冶石为器,千炉齐设”,晋曹毗《咏冶赋》的著名诗句,真实描绘了我国古代冶铸生产的情景。在我国古代金属加工工艺中,铸造占着突出的地位,具有广泛的社会影响,像“模范”、“陶冶”、“熔铸”、“就范”等习语,就是沿用了铸造业的术语。劳动人民通过世代相传的长期生产实践,创造了具有我国民族特色的传统铸造工艺。其中特别是泥范、铁范和熔模铸造最重要,称古代三大铸造技术。
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1

泥范铸造

最初的铸造技术是使用石范。由于石料不容易加工,又不耐高温,随着制陶业的发展,很块就改用泥范。在近代砂型铸造之前的三千多年时间里,泥范铸造一直是最主要的铸造方法之一。

简介

铸造业在我国古代的金属加工工艺中占有突出的地位,并产生过巨大的社会影响。今天我们在生活中还经常使用的“模范”、“熔铸”、“泥范”等词汇,就来源于古代铸造业的术语。我国古代劳动人民在长期的生产实践中,创造了陶范法、失腊法两大传统铸造工艺。

泥范铸造的工艺

1.制模

用泥土按照器物原型雕刻成泥模;

2.翻外范

将调合均匀的泥土拍打成平泥片,按在泥模的外面,用力拍压,使泥模上的纹饰反印在泥片上。等泥片半干后,按照器物的耳、足、鋬、底、边、角或器物的对称点,用刀划成若干块范,然后将相邻的两泥范做好相拼接的三角形榫卯,而后晾干,或用微火烘烤,修整剔补范内面的花纹,这就成了铸造所用的外范;

3.制内范

将制外范使用过的泥模,趁湿刮去一薄层,再用火烤干,制成内范。刮去的厚度就是所铸铜器的厚度;

4.合范

将内范倒置于底座上,再将外范块置于内范周围。外范合拢后,上面有封闭的范盖,范盖上至少留下一个浇注孔;

5.浇铸

将融化的青铜溶液沿浇注孔注入,等铜液冷却后,打碎外范,掏出内范,将所铸的铜器取出,经过打磨修整,一件精美的青铜器就制作完成了。

分铸法作为基本工艺原则

在制作复杂造型的青铜器时,古人还采用了分铸法作为基本工艺原则,获得复杂的器形。或者先铸器身,再在上合范浇注附件(如兽头、柱等);或者先铸得附件(如鼎的耳、足等),再在浇注器身的时候铸界成一体。著名的四羊尊(湖南宁乡出土)就是使用了分铸法才铸成的。

起源于商代前期

这个方法的起源可以上溯到二里岗期(商代前期),到小屯期(商代后期),基本型式已经大体具备。

2

金属铸造

简介

金属铸造(metal casting)是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里,经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛胚因近乎成形,而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了时间.铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一。

分类

金属铸造种类造型方法习惯上分为:

① 普通砂型铸造,包括湿砂型、干砂型和化学硬化砂型3类。

② 特种铸造,按造型材料又可分为以天然矿产砂石为主要造型材料的特种铸造(如熔模铸造、泥型铸造、铸造车间壳型铸造、负压铸造、实型铸造、陶瓷型铸造等)和以金属为主要铸型材料的特种铸造(如金属型铸造、压力铸造、连续铸造、低压铸造、离心铸造等)两类。

砂型铸造流程

金属铸造工艺通常包括:

① 铸型(使液态金属成为固态铸件的容器)准备,铸型按所用材料可分为砂型、金属型、陶瓷型、泥型、石墨型等,按使用次数可分为一次性型、半永久型和永久型,铸型准备的优劣是影响铸件质量的主要因素;

② 铸造金属的熔化与浇注,铸造金属(铸造合金)主要有铸铁、铸钢和铸造有色合金;

③ 铸件处理和检验,铸件处理包括清除型芯和铸件表面异物、切除浇冒口、铲磨毛刺和披缝等凸出物以及热处理、整形、防锈处理和粗加工等。

历史

在古代,中国、印度、巴比伦、埃及、希腊和罗马就已经铸造兵器、祭器、艺术品和家庭用具。早期的铸件是用金、银、铜及其合金制作的。青铜器时代是人类文明史上光辉灿烂的一页;以后又出现铸铁件。中国早在战国时期就广泛使用铸铁件,技术传统源远流长。附图是《天工开物》中的铸釜图(见冶金史)。金属铸造

冶金和铸造是相辅相成的工艺过程,中国古代“冶铸”一词反映了这一事实。尽管后世铸造工艺已发展成机械制造工艺中相对独立的分支学科,但与冶金工艺依旧密不可分。

① 铸铁铸铁已有悠久的历史,但发展速度缓慢。直到1722年,列奥米尔创制“冲天炉”,并开始用显微镜研究铸铁的组织和断口,情况才发生变化。1734年斯韦登贝里(Svedenberg)所著《铸铁学》(De ferro)问世,对铸铁工艺有了初步的理论认识。1765~1785年间,由于蒸汽机的出现,从18世纪60年代起机器制造业中大量使用铸铁,运输部门也使用铸铁轨,1788年为巴黎自来水厂生产了总长60公里的输水铸铁管。铸铁需求量的增加发展,促进了铸铁的技术进步和理论研究工作。

② 铸钢钢的熔点高,成分控制(如脱氧等)复杂,直到1740年才出现坩埚法炼钢,开始发展工艺。

③ 铸铝 1886年发明熔盐电解制铝。到20世纪初,铝及其合金的铸造业迅速发展起来,在有色金属铸造中已居首位。而传统的铜合金铸件所占的比例却逐渐减少了。

现在已发展出适应各种需求的金属铸造方法,可以经济地制作复杂形状和各种尺寸的铸件。

金属的铸造性能包括:

① 流动性,液态金属充满铸型的能力;

②收缩倾向,从液态到固态体积收缩大,易产生缩孔等缺陷,又线性尺寸收缩大,影响铸件的最终尺寸精度;

③热裂倾向,有的金属和合金在铸造过程中容易产生裂纹和偏析倾向(见金属的凝固)等。

3

熔模铸造

历史

我国的失蜡法至迟起源于春秋时期。河南淅川下寺2号楚墓出土的春秋时代的铜禁是迄今所知的最早的失蜡法铸件。此铜禁四边及侧面均饰透雕云纹,四周有十二个立雕伏兽,体下共有十个立雕状的兽足。透雕纹饰繁复多变,外形华丽而庄重,反映出春秋中期我国的失蜡法已经比较成熟。战国、秦汉以后,失蜡法更为流行,尤其是隋唐至明、清期间,铸造青铜器采用的多是失蜡法。

失蜡法一般用于制作小型铸件

用这种方法铸出的铜器既无范痕,又无垫片的痕迹,用它铸造镂空的器物更佳。中国传统的熔模铸造技术对世界的冶金发展有很大的影响。现代工业的熔模精密铸造,就是从传统的失蜡法发展而来的。虽然无论在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面,它们都有很大的不同,但是它们的工艺原理是一致的。四十年代中期,美国工程师奥斯汀创立以他命名的现代熔模精密铸造技术时,曾从中国传统失蜡法得到启示。1955年奥斯汀实验室提出首创失蜡法的呈请,日本学者鹿取一男根据中国和日本历史上使用失蜡法的事实表示异议,最后取得了胜诉。

失蜡法

熔模铸造又称"失蜡铸造",通常是指在易熔材料制成模样,在模样表面包覆若干层耐火材料制成型壳,再将模样熔化排出型壳,从而获得无分型面的铸型,经高温焙烧后即可填砂浇注的铸造方案。由于模样广泛采用蜡质材料来制造,故常将熔模铸造称为“失蜡铸造”。

可用熔模铸造法生产的合金种类有碳素钢、合金钢、耐热合金、不锈钢、精密合金、永磁合金、轴承合金、铜合金、铝合金、钛合金和球墨铸铁等。

熔模铸件的形状一般都比较复杂,铸件上可铸出孔的最小直径可达0.5mm,铸件的最小壁厚为0.3mm。在生产中可将一些原来由几个零件组合而成的部件,通过改变零件的结构,设计成为整体零件而直接由熔模铸造铸出,以节省加工工时和金属材料的消耗,使零件结构更为合理。

熔模铸件的重量大多为零点几十牛(即几十克到几公斤),太重的铸件用熔模铸造法生产较为麻烦,但目前生产大的熔模铸件的重量已达800牛左右。

熔模铸造工艺过程较复杂,且不易控制,使用和消耗的材料较贵,故它适用于生产形状复杂、精度要求高、或很难进行其它加工的小型零件,如涡轮发动机的叶片等。

熔模的制造

熔模铸造生产的第一个工序就是制造熔模,熔模是用来形成耐火型壳中型腔的模型,所以要获得尺寸精度和表面光洁度高的铸件,首先熔模本身就应该具有高的尺寸精度和表面光洁度。此外熔模本身的性能还应尽可能使随后的制型壳等工序简单易行。为得到上述高质量要求的熔模,除了应有好的压型(压制熔模的模具)外,还必须选择合适的制模材料(简称模料)和合理的制模工艺。

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