“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。

　　一、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。


　　春秋时期成为分铸法的主流

　　先铸附件后铸器身成为分铸法的主流，新郑彝器和战国时期的鼎、壶等类多半是这样铸成的。运用简单的工艺原则成功地解决复杂的工艺问题，执简御繁，平凡的劳动中显现出独具的匠心，这是古代劳动人民的卓越创造，也是了解商周青铜器铸造技术的一个关键。把像四羊尊这样复杂的器物误认为失蜡铸件，是不符合实际的，把商周青铜器说得神秘莫测，不可逾越，那更是错误的。

　　叠铸法

　　我国古代泥范铸造的又一个杰出成就，是叠铸法的早期出现和广泛应用。所谓叠铸是把许多个范块或成对范片叠合装配，由一个共用的浇道进行浇注，一次得到几十甚至上百个铸件。成本比较低至今仍在广泛使用。我国最早的叠铸件是战国时期的齐刀币，是用铜质范盒翻制出具有高度对称性和互换性的范片，每两片合成一层，多层叠浇而成。到了汉代，广泛用于钱币、车马器的生产。近年来，在陕西、河南、山东等省，这种铸范和烘窑多有出土。特别是河南温县西招贤村汉代冶铸遗址一个烘范窑，就发掘出十六类、三十六种规格的五百多套叠铸范，为我们了解这一工艺提供了很可贵的实物资料。它们结构巧妙，制作精细，为便于清理铸件，内浇口厚度只有二到三·五毫米。用这些铸范浇出的铸件，表面光洁度达到五级(光洁度共分十四级)。金属收得率可以达到百分之九十，工艺水平和广东佛山近代所用同类方法已经札当接近。


　　范铸技术在我国源远流长

　　我国自新石器晚期，就进入铜石并用时代。河北唐山等地出土的早期铜器，有锻打成形的，也有熔铸成形的，说明范铸技术在我国源远流长，很早就发展起来。

　　古代文献中有不少关于昆吾(夏代的一个部落，居住在今河南渡阳市境北)制陶、铸铜的记载以及禹铸九鼎的传说。从近年考古发掘来看，夏代已经能熔铸青铜。最初的铸型是使用石范。由于石料不容易加工，又不耐高温，在制陶术发达的基础上，很快就改用泥范，并且在长达三千多年的时间里，在随着近代机器制造业的兴起采用砂型铸造以前，它一直是最主要的铸造方法。

　　商代早期以河南偃师二里头遗址作为标志，已经用泥范铸造铜锛、铜凿等小型生产工具和铜铃、铜爵等日用器具。稍后，以郑州二里岗作为标志，青铜冶铸业开始发达起来。郑州张寨出土的两件大方鼎，分别重六四·二五和八二·二五千克，表明商代中期铸铜技术已经具有相当水平，从单面范、双面范铸造，发展到能用多个型、芯组成复合铸范铸作重达百斤以上的大型铸件。

　　盘庚迁殷以后，以安阳小屯殷墟作为标志，青铜冶铸技术达到鼎盛时期。出土和传世的几万件商、周青铜器，既是重要的历史文物，又是冶铸奴隶智慧和才能的结晶，它们的学术、艺术价值和技术水平是世所公认的。

　　为了获得形状高度复杂、花纹精细奇丽的青铜铸件，古代冶铸工匠采取了一系列重要的工艺措施。

　　例如：在造型材料的制备上，就地取材，精选质地纯净、耐火度比较高的砂泥，予以练制，铸型表层所用的面泥，用水澄洗，得到极细极纯的澄泥(澄泥)，这种泥料有很好的塑性和强度，翻制铸范的时候能得到很高的清晰度和准确度。背泥却采用比较粗的泥料或杂以砂子、植物质，以减少澄泥的耗用量，增加铸范的透气性。所有泥料都要经过长期阴干，反覆摔扫，使它高度匀熟，不致在造型、干燥的时候开裂。

　　成熟的工艺

　　对于范芯的干燥、焙烧、装配，均匀壁厚使它达到同时凝固，预热铸型使它能顺利浇注等方面，商周时期都已经摸索出了一整套成熟的工艺，不但为后代的泥范铸造，也为金属型和熔模铸造，奠定了技术基础。

　　但是，在剥削阶级占有生产资料、掌握国家机器的社会条件下，劳动人民的科学技术创造成果总是被统治者所攫取，用来镇压、欺骗人民，满足他们穷奢极欲的腐朽生活需要。商周青铜器中，礼、乐、兵、车四类占了绝大多数，生产工具为数很少，许多明器(陪葬器物)铸成后就埋置地下。这种情形极大地阻碍了社会生产力的发展。以致在长达一千多年的时间里，泥范铸造基本上停留在一次型的阶段，到春秋时期才用多次型(半永久性泥型)铸造铜工具(镢)。

　　用泥范铸造大型和特大型铸件，从唐宋时期起，有很大发展。沧州五代时期的铁狮，当阳北宋的铁塔，北京大钟寺明代的大钟，都是世界闻名的巨大铸件。宋应星《天工开物》卷八记述了两种浇注大件的方法：一是用多个行炉相继倾注(千斤以内的钟)，一是用多个熔炉槽注(万钧钟)。这在古代手工业生产的技术条件下，应当说是一种巧妙而又需要熟练技巧和很好组织协同的工艺措施。就是在现代，要成功地浇注三四十吨的大铸件，也不是一件轻而易举的事。

　　我国在商代早期就有了泥范铸造，商代中期达到鼎盛时期。用这种方法，古代工匠们创造出了象司母戊鼎、四羊方尊这样的旷世珍品。

　　二、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，但与冶金工艺仍然密不可分。

　　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。

　　三、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

　　概述

　　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。


　　模料

　　制模材料的性能不单应保证方便地制得尺寸精确和表面光洁度高，强度好，重量轻的熔模，它还应为型壳的制造和获得良好铸件创造条件。模料一般用蜡料、天然树脂和塑料(合成树脂)配制。凡主要用蜡料配制的模料称为蜡基模料，它们的熔点较低，为60～70℃;凡主要用天然树脂配制的模料称为树脂基模料，熔点稍高，约70～120℃。