新造工藝的新認(rèn)識

新造工藝的新認(rèn)識

一、王莽新幣造工藝在中國古代，人們可以看到美麗的珍寶，如失拉法制作的鐘鼎。對于大量生產(chǎn)精致細(xì)薄件的鑄造工藝尙少有人研究。我國古代這種殼型鑄造工藝,與今日鑄造上的一種新工藝殼型鑄造,有很多類似的地方,或有值得用來作為借鑒之處。我們知道殼型鑄造在第二次世界大戰(zhàn)期間首為法西斯德國所采用,戰(zhàn)爭結(jié)束以后,逐漸轉(zhuǎn)入各個工業(yè)先進(jìn)國家,在交通運輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、紡織機(jī)械、國防工業(yè),直到日常生活用品中的輕薄件,均曾采用。精度達(dá)到5級到4級,光潔度可以達(dá)到W4—W5,幷有生產(chǎn)率高、節(jié)省金屬原料、減少加工工時等優(yōu)點,所以推廣迅速。新殼型鑄造工藝從發(fā)明到現(xiàn)在只不過有二十余年的歷史,眞正在各國推廣更是最近十年的事。但是在我國古代,早在約距今一千九百余年前的新莽時代的鑄幣工藝中,已經(jīng)運用了一套相當(dāng)完整的殼型鑄造工藝,這是値得我們加以研究的。王莽在公元8年取得了漢朝的政權(quán),建國號曰“新”。以后,他廢止了西漢時使用的“五銖”錢,改鑄新幣。西漢時所使用的五銖錢,在王莽改新幣前的百余年間,據(jù)《漢書·食貨志》記載,自武帝元狩五年(公元前117年)至平帝元始年(1年),已鑄錢280億萬余,這個數(shù)字是相當(dāng)巨大的。因此,一旦廢除舊幣,換用新幣,即有準(zhǔn)備,亦來不及供應(yīng),何況當(dāng)時剝削階級與被剝削階級的矛盾日趨尖銳化。加上生產(chǎn)降低,物價飛漲,原用五銖錢的幣値已不適用。所以新幣在數(shù)量上與幣的形式上,都必然促使鑄造工藝向前推進(jìn)一大步。又據(jù)《漢書》記載,當(dāng)時盜鑄盛行,雖三令五申仍難防止,因此公私兩方都不惜鼓勵高速生產(chǎn),能工巧匠相應(yīng)而生,也使這個時代適應(yīng)大量生產(chǎn)的鑄造工藝推進(jìn)了不少。又為了防止盜鑄,改幣制后,還需精制貨幣,使民間難于仿鑄。從1958年西安北郊郭家村發(fā)掘出一個新莽時代的鑄幣窯中,找到了許多完整的陶范、金屬模型以及貨布、貨泉等實物。此外,還在西安東郊、西郊阿房宮區(qū)新軍寨等地也出土了不少的陶范。這使我們研究這個課題,得到最可靠的資料。為了研究鑄造工藝,首先需考慮鑄幣的特征,如形式、尺度、重量、產(chǎn)量與要求精制程度等。根據(jù)《漢書·食貨志》記載,王莽時代的幣制有金銀銅制幣與龜貝幣,統(tǒng)稱為寶貨五物六名二十八品。其中關(guān)于鑄造的,包括泉貨六品、布貨十品和刀貨二品。行五年后又廢除以上的二十八品,改鑄新幣,稱為“貨布”、“貨泉”、“布泉”,以上各種幣,其形式分為三大類:(一)鏟形布(圖一,1、2;二);(二)圓錢(泉)(圖一,3—6);(三)刀形(圖三)。從形式上考慮鑄造問題,鏟形的尖角必須充實,要求澆鑄時要塡充流到,其文字綫條織細(xì)亦須完整無缺損。從精密程度看:泉貨六品與布貨十品是舊幣比較粗制的。而刀貨、貨布與貨泉特別精制,其中錯刀的一種在一刀二字上,鑲嵌黃金,一刀鑄出時為凹形,鑲的黃金有一定重量,凹孔尖角,必須做到相當(dāng)?shù)木?貨布的篆文筆劃織細(xì)美觀,高度寬度不過0.3毫米,如貨布、貨泉的文字最長的筆劃達(dá)到30毫米以上,貨布上人旁等筆劃鑄品均淸晰美觀,在一般砂模鑄造上是不易達(dá)到的。從厚薄程度看:泉貨較布貨薄,如大泉外邊雖寬,其內(nèi)部本身不過0.5毫米,布貨與刀貨較厚。從澆鑄角度看,這樣薄的件,若在今天的金屬模中,除非低熔金屬的壓鑄是不易澆到的。從重量與數(shù)量看:最小的為小泉,重僅0.58克,最重的如貨布刀貨等亦不過十幾克,當(dāng)時各種數(shù)量總是以若干萬計,若不用大量生產(chǎn)方法,是不能達(dá)到要求的。從材料上看:幣的材料除錯刀一種鑲嵌黃金外,余均為合金銅或鉛錫靑銅。未經(jīng)化驗,如從表面上看,貴重的幣含銅成分較多?！稘h書》記載,“鑄作錢幣,皆用銅殽以連錫?！边B為古代鉛未熔煉時的名稱,應(yīng)即鉛錫銅合金?？偪匆陨细鞣N情況,鑄幣的特征是輕、薄、精密美潔與大量生產(chǎn)銅合金件。要達(dá)到這樣的條件,在那個時代,從陶范上、從不斷研究與實踐的經(jīng)驗上,得出一整套鑄幣的殼型工藝,是値得我們研究的。二、范窯料鑄范今稱為鑄造的模型,從1958年西安北郊、西郊、東郊出土的新莽時代的鑄范窯及其陶范、金屬型范等寶貴的資料,以及過去傳世的型范,可以證明當(dāng)時的各種類型,幷可借此探討當(dāng)時工序工藝及所用原料,現(xiàn)分別敘述于下:(一)次吾本盤形鑄范可分為兩大類型:1.花樹形花樹形為多層多件澆鑄,由十余層或數(shù)十層薄殼泥型堆積起來合成一組,外用泥土包扎燒成一個陶范(圖四一六),然后澆鑄,一次可澆數(shù)十?dāng)?shù)百枚不等。每層的外形有圓有方有長方形,隨內(nèi)列鑄幣形式而異,澆好后去其陶土。形似花樹,總澆口居中似樹枝,故取名花樹形,與今日的單件活塞環(huán)疊箱澆鑄相似。2.盤形盤形為大批單層澆鑄,鑄幣澆出后如列在盤中故名,每次可澆數(shù)十?dāng)?shù)百枚不等(圖七、八)。有的為多排盤形立鑄,把每盤立排十余排或數(shù)十排,外用泥包扎合成一組,燒成陶范,一次澆出。(二)完成和完成花樹形與多排盤形立鑄的相同,與盤形的不盡同,但仍有相同的地方。茲仍根據(jù)花樹形與盤形分別敘述于下:1.金屬模類陶范的生產(chǎn)(1)澆鑄金屬型范的木母范(或稱為木模型),由于每個鑄幣要有準(zhǔn)確的尺寸、重量和精細(xì)的篆文,又要能大量生產(chǎn)疊層澆鑄,所以原始模型必須精制。應(yīng)是采用硬木如柏木、黑桃木等作木模型,因非用硬木不能雕刻出精細(xì)的篆文如貨布上的篆文是極精美的鐵綫篆。漢代的鐘鼎鑄造雖采用失臘法,但用那種方法大量生產(chǎn)鑄幣是不適宜的。從出土的型范看,也確非失臘法。這種木母范(木模型)的尺寸,是値得研究的。由于工序要分兩次鑄造,第一次要由泥范燒成陶范鑄出金屬型范(即金屬模),第二次由金屬型范做出薄殼泥范燒出鑄幣陶范。兩次燒結(jié)泥范到陶范收縮兩次,兩次金屬澆鑄又要收縮兩次,共要經(jīng)過四次收縮,所以確定原始母范(模型)的尺寸是不簡單的事,確定收縮量與木母范(模型)的放大量,都必須從實踐中多次實驗得出的,否則不易準(zhǔn)確。我們從出土的金屬型范中幣坯的尺寸與成品作了一次校測,確是預(yù)先放大了。由于木母范(模型)還沒有發(fā)現(xiàn)過出土的實物,故究竟放大了多少,還不能確定。(2)鑄造金屬型范(即金屬模)的陶范金屬型范是當(dāng)時大量生產(chǎn)的必經(jīng)的一道中間工序,由金屬型范才可制出無數(shù)次的薄殼泥型,合成一組,以燒成鑄幣陶范。這種金屬型范除鑄出外,亦可鑄出毛坯加工刻出篆文,當(dāng)時刻銅的技術(shù)雖已高明而盛行,如漢印,但為了大量生產(chǎn),每一金屬型范都要用手工刻出來也是來不及的,所以還是必須鑄出來。當(dāng)時尙無砂型鑄造,況砂型也不能如泥型精細(xì),所以金屬型范只有加一道焙燒陶范工序。出土的這類陶范還是很多的(見圖四、五、七)。這種陶范的原料是用黃土高原的黃粘土、紅粘土或沉泥,富有粘性,燒成后有的是赭紅色,有的是靑灰色,赭紅色的可能是燒成后未噴水的。粘土在陝西或其他省分很易找到,如磚坯一樣。仔細(xì)觀察出土的各種陶范,覺得一般的泉幣范未作加工,只是選擇較潔淸的無滓的土。至于貨布、貨泉等篆文精細(xì),可能經(jīng)過一次或兩次過濾。過濾的方法是將泥浸入水中攪拌成泥漿,經(jīng)過細(xì)麻布過濾,沉下的泥末稱為沉泥,或由地下約1米挖出的天然沉泥,極細(xì),作為面料。在面料上又塗上一層塗料,看上去是稻糠灰(今仍沿用),有人稱之謂豆?jié){土,白色。盤形泥范與這種金屬型范的陶范不是殼型,較厚,或用塡料作底層,這種塡料有的加木屑稻芒以增加透氣性?？傊喾兜耐僚?必須經(jīng)過加水調(diào)濕,再經(jīng)過錘打,錘打時用腳踏或木棍打?qū)?必須使羼和料如稻芒木屑等拌勻打?qū)?。先做好坯料然后造型。關(guān)于這種細(xì)致鑄件合箱問題,仔細(xì)觀察,當(dāng)時是用定位銷6—8個(圖九、—O)。也有用棱形的,更精確合箱時保證絲毫不能錯箱,在濕泥型制成后必須晾干或烤干,然后才入窯焙燒,以使燒成的陶范毫無裂縫。(3)金屬型范金屬型范是由陶范鑄出的,形式很多,以陝西省博物館所藏的一個鑄貨布的原型為例,四邊凸起的邊框是代替砂箱,從這塊型范中可制出一層一層的鑄幣殼型泥范(見圖九、—〇)。泥范的制造是先放上一層薄薄的細(xì)砂、石粉或稻草灰,然后將沉泥放進(jìn)去打?qū)嵐纹?再放上一層石粉或稻草灰,作為起箱合箱之用。倒出后就成為半箱殼型,把上下殼型合攏后就成為一個鑄幣殼型范,這樣可以繼續(xù)不斷地做出無數(shù)個殼型范。所以金屬型范是大量生產(chǎn)鑄幣陶范的唯一工具。再從這個金屬型范的設(shè)計上研究一下,可見當(dāng)時的設(shè)計是很合理的。金屬型范的底壁很薄,恐怕久用應(yīng)力不夠,故反面又加了十字筋加固,這樣既能減少金屬型范的重量以便于使用和節(jié)省勞動力,又保持堅固耐用。這也說明我們古代勞動人民的智慧,在生產(chǎn)工具設(shè)計上已有高度水平。金屬型范的原料,沒有經(jīng)過分析,看上去和鑄幣的原料相同,屬于靑銅類,但色較紅,含銅量較多。(4)疊層澆鑄的陶范由金屬型范制成一個一個的薄殼泥型,再堆積起來或排列起來,成為一個疊箱泥范,疊箱的數(shù)目不等,有十余箱或數(shù)十箱,如圖四、五所示是出土的由三十八箱合成的大泉五十陶范,每合一箱為1厘米,每半箱為0.5厘米,上放澆口,中通水道,堆積起來后再用一層泥土把四圍包裹起來,然后晾干或烤干,送入窯中焙燒,總高約41厘米。燒成陶范后澆鑄,以后打毀取出銅幣,鑄一次就不再用了,與一型多鑄不同,也因此說明建窯焙燒陶范是一道必要的工序。2.單層薄殼型(1)單層澆鑄盤形大批單層澆鑄,從出土的盤形陶范看是用于鑄造比較小的泉貨,每次數(shù)量多達(dá)百余枚。如中泉、幼泉、幺泉、小泉或差布、序布、幼布、幺布、小布等。制造的方法與花樹形單層相似,原始模型為硬木制成。制成后先做金屬型陶范,鑄成金屬型范,再做成鑄幣泥范,晾干或烤干后上下合箱,用粘土包扎起來,放入窯中焙燒,燒成陶范,然后澆鑄。這種單層澆鑄,每箱高度約2—3厘米,不能算是殼型。我們從傳世的一個殘缺的差布金屬型陶范的一角上,發(fā)現(xiàn)制造這塊陶范時,下塾一塊鐵板托住泥范,這或者是一塊單層類似盤形澆鑄的陶范。由于在平面較大的泥范下面若不用鐵板托住,在未烤干以前或焙燒以前是不能搬移的,若用木板承托則既不能烤也不能焙燒,所以下面用一塊鑄出的鐵板承托是可以理解的。但疊層澆鑄的單層薄殼型的平面比較小,就不須用鐵板承托。這類單層盤形陶范,照現(xiàn)在的泥模制法,可以利用一型多鑄,但當(dāng)時是否已改進(jìn)為一型多鑄,尙未找到證據(jù)。(2)多排薄殼型立鑄多排薄殼型立鑄,以一個中泉薄殼型陶范為例(見圖八)。每合一箱可鑄二十六枚,可排列十余箱至二十余合箱,包扎起來成一組,一次可鑄數(shù)百枚,它的制造工藝與工序和花樹形的工藝工序相同。三、瓦氏家族的部花樹形薄殼型陶范與多排薄殼形立鑄陶范,經(jīng)澆鑄后,由于啟開再用修補(bǔ)困難費工時,所以只用一次,就不再用了。因此焙燒陶范成為干泥型中一道最重要的工序。焙燒陶范用一種土窯,這種土窯與現(xiàn)在的土磚瓦窯類似,燒溫可能較低,因為對陶范要求的堅實程度不同,燒普通磚瓦約攝氏800度,這可能還低幾十度,書中尙無記載。窯的空間據(jù)1958年西安北郊郭家村出土的一個窯為例,內(nèi)部空間長2、寬1、拱形最高處1.5米(圖一一),排列泥范時,留空隙煙道任空氣煤氣順一定的煙道進(jìn)出。使各個陶范受到一定的適當(dāng)溫度,窯的前端有燒煤的地方,用鑄鐵爐排,為小拱形用磚砌成,上通煙囪不直接通到空中,只能通到窯里頂部,煙到頂后即觸窯頂而由上往下沖散至全窯,至窯底孔道分四路,由此四路孔道轉(zhuǎn)向上四個小煙囪流向空中,這樣使全窯的泥范都能經(jīng)過煙火焙燒。窯頂亦留孔,是初燒時因土坯不干以由此放出濕氣,待無濕氣時即封閉。這時爐溫漸高,所有在爐膛里的煙,均可燃燒起來。此窯還有一個特點,即擲放燃料處留成一個小洞,大小只能投入柴火或煤塊,加燃料后即可用磚蓋住,這樣可使煙在窯中充分流暢,還可使燒爐工人不受熏烤,幷且隨時可察看爐內(nèi)燃燒情況。四、熔合和c這一部分我們沒有找到出土的資料,只不過從書本中或其他方面找些依據(jù),可能是不夠眞實的。下分熔化工具、鼓風(fēng)、燃料和澆鑄作簡單的敘述:(一)古代的技術(shù)是“將”,還是“”熔化工具雖《漢書》上無明文記載,但可能為熔銅罐,因為鑄幣的合金,據(jù)《漢書》記為鉛、錫、銅三種,當(dāng)為一種靑銅。在工藝上我們要知道合金成分的原因,是為探討熔銅罐的耐高溫程度,上說三種原料以赤銅或接近純銅的熔化點為最高,在攝氏1000度以上。其他二種都是很低的,如鉛為攝氏300多度,錫為攝氏200多度。銅幣究竟各含成分多少,尙不淸楚。我國古代冶煉靑銅的技術(shù)不是由漢始,而是從前幾個王朝傳留下來的,幷沒有什么困難,也可肯定是用熔銅罐熔化的,在安陽殷墟即曾發(fā)現(xiàn)過冶銅的煉鍋,俗稱“將軍盔”。再參考明著《天工開物》的化銅的方法,有用熔銅罐化銅的操作過程圖和鑄幣工藝,幷說明先放銅后放鉛錫,這可能是一直傳下來的方法,先高溫熔點金屬,后低溫的,以減少金屬的消耗。因此也可說明熔化的溫度當(dāng)在攝氏千度以上,而熔銅罐必須能耐到攝氏1200度以上的高溫才合用。這種熔銅罐的原料在《漢書》上無記載,不過從《天工開物》卷八冶鑄上所記的是絕細(xì)的粘土和炭屑制成的:“熔銅之罐以絕細(xì)土末(打碎干土磚)和炭末為之,京爐用牛蹄甲未詳作何用,罐料十兩土居七而炭居三,以炭性暖佐土使易化物也。礶長八寸、口徑二寸五分。罐約載銅鉛十斤,銅先入,然后投鉛洪爐扇合傾小模內(nèi)”。從以上的記載熔罐的制造原料,比較耐高溫程度,已得出一個概念。但是《天工開物》上講的土居其七的土,是選定一種能耐高溫的坩子土(今俗稱坩子土或耐火土),而不是作陶范的一般黃粘土或紅粘土。(二)幣的成分不可占多數(shù)從以上所討論的各種鑄幣情況看,已可斷定熔化時必須鼓風(fēng)方可升高火力,因為幣的成分以銅占多數(shù),而且必須先熔化,熔化溫度在攝氏1000度以上,不鼓風(fēng)不可能達(dá)到這樣高的溫度。至鼓風(fēng)設(shè)備究用何種形式,起于何時,尙未找到較可靠的記載,不過在漢代以前即用革囊鼓風(fēng),漢時當(dāng)然不成問題。(三)是用活性炭來生長當(dāng)時化銅用何種燃料,《漢書》中亦未記明,從出土的窯中亦未找到跡象。但根據(jù)安陽殷墟的材料,當(dāng)時冶銅使用木炭。漢代使用木炭是不成問題的。至于是否用石炭,從西漢一些冶鐵的遺址中也發(fā)現(xiàn)了少量石炭,可見用木炭、石炭均是可能的。(四)鐵開發(fā)的工藝熔化用熔銅罐如何在高溫中提出澆鑄,亦為可探討的問題。因為一個熔銅罐至少有數(shù)斤或十余斤不等,旣為大量生產(chǎn),每爐要鑄出數(shù)千數(shù)萬枚銅幣。若提取工具不方便,或工具的應(yīng)力不足是不行的,從《天工開物》上說相傳是用鐵鉗又名鷹嘴鉗,即用彎口鉗能夾緊熔銅罐,很快地在高溫下提取出來。據(jù)最近出土的漢墓中有熟鐵制品,漢代也可用熟鐵再滲炭煉成土鋼。說明漢時用土鋼制成鷹嘴鉗也許是可能的,但這純屬推測,尙未找到實物足資證明。五、總噸總結(jié)新莽時代的鑄幣工藝的探討,得出以下幾點體會:(一)為大量生產(chǎn)的幣,還可為個別顯著作品鑄幣的精度與光潔度,不是現(xiàn)代一般砂型鑄造能制出的。貨布、貨泉等幣的文字篆刻精細(xì)工穩(wěn)美觀,字的綫條鑄出后極淸晰,這類貨幣出土的很多,還未見到一個不好的。鐘鼎的花紋細(xì)致,大家很贊美,是用失臘法鑄造,是屬于少數(shù)的美術(shù)工藝品,而不是如貨幣是用陶范大量生產(chǎn)的。所以說這種產(chǎn)量大、質(zhì)量高而且省工的生產(chǎn)方法,在今日値得加以研究,而且還有可資借鑒之處。也可充分證明泥的塑性高于砂的塑性,所以能鑄出極精美的物品來。(二)殼泥型利用金屬型范作為大量生產(chǎn)的工具,復(fù)制出無數(shù)的薄殼泥型,堆積若干層組成一套燒成陶范,為我國古代貨幣大量生產(chǎn)開辟了途徑。這不但是古代的好方法,在今日的生產(chǎn)中,也是可仿效的。(三)金屬型范的應(yīng)用總結(jié)第三段根據(jù)出土實物分類敘述的鑄范工序,它的一套工藝程序是完整的,可分為下列過程：1.先造金屬型范的木母范(木模型);2.制出泥型;3.燒成金屬型范的陶范;4.鑄出金屬型范;5.由金屬型范制出單件殼型;6.合箱堆積成為整套泥型;7.燒成陶范澆鑄。這種復(fù)雜的工序早在二千年前,已由我國勞動人民的智慧奠定了,幷且在設(shè)計上與制造上均極合理,是當(dāng)時鑄造工藝中的重大成就。(四)爐相當(dāng)高時,爐硫礦及燒變了爐硫雖我們對古窯結(jié)構(gòu)的了解還不夠詳細(xì),但總看起來是一種古代的反射爐,能利用煤氣,到了爐內(nèi)相當(dāng)高溫時在爐膛內(nèi)處處燃燒,火力均勻,遍及爐內(nèi)所有的泥型,幷且使燒出的陶范毫無裂縫。還有一點可注意的地方,即爐前燒火的工人,可不受熏烤,沒有近代有些反射爐的火焰反射到司爐工人身上的缺點。這個方法,一直傳了下來,今天的土窯還是如此處理。(五)．家電件的殼型今日鑄造技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)高度,在大量生產(chǎn)極薄精細(xì)的機(jī)件或零件時,如所用材料是有色合金(或者說較耐高溫的模鋼的熔點低得多的合金)的,均采用壓模鑄造,如我國