新造工艺的新认识

新造工艺的新认识

一、王莽新币造工艺在中国古代，人们可以看到美丽的珍宝，如失拉法制作的钟鼎。对于大量生产精致細薄件的鑄造工艺尙少有人研究。我国古代这种壳型鑄造工艺,与今日鑄造上的一种新工艺壳型鑄造,有很多类似的地方,或有值得用来作为借鉴之处。我們知道壳型鑄造在第二次世界大战期間首为法西斯德国所采用,战爭結束以后,逐漸轉入各个工业先进国家,在交通运輸机械、农业机械、紡織机械、国防工业,直到日常生活用品中的輕薄件,均曾采用。精度达到5級到4級,光洁度可以达到W4—W5,幷有生产率高、节省金属原料、减少加工工时等优点,所以推广迅速。新壳型鑄造工艺从发明到現在只不过有二十余年的历史,眞正在各国推广更是最近十年的事。但是在我国古代,早在約距今一千九百余年前的新莽时代的鑄币工艺中,已經运用了一套相当完整的壳型鑄造工艺,这是値得我們加以研究的。王莽在公元8年取得了汉朝的政权,建国号曰“新”。以后,他废止了西汉时使用的“五銖”錢,改鑄新币。西汉时所使用的五銖錢,在王莽改新币前的百余年間,据《汉书·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280亿万余,这个数字是相当巨大的。因此,一旦废除旧币,換用新币,即有准备,亦来不及供应,何况当时剝削阶級与被剝削阶級的矛盾日趋尖銳化。加上生产降低,物价飞涨,原用五銖錢的币値已不适用。所以新币在数量上与币的形式上,都必然促使鑄造工艺向前推进一大步。又据《汉书》記載,当时盗鑄盛行,虽三令五申仍难防止,因此公私两方都不惜鼓励高速生产,能工巧匠相应而生,也使这个时代适应大量生产的鑄造工艺推进了不少。又为了防止盗鑄,改币制后,还需精制貨币,使民間难于仿鑄。从1958年西安北郊郭家村发掘出一个新莽时代的鑄币窑中,找到了許多完整的陶范、金属模型以及貨布、貨泉等实物。此外,还在西安东郊、西郊阿房宫区新軍寨等地也出土了不少的陶范。这使我們研究这个課題,得到最可靠的資料。为了研究鑄造工艺,首先需考虑鑄币的特征,如形式、尺度、重量、产量与要求精制程度等。根据《汉书·食貨志》記載,王莽时代的币制有金銀銅制币与龟貝币,統称为宝貨五物六名二十八品。其中关于鑄造的,包括泉貨六品、布貨十品和刀貨二品。行五年后又废除以上的二十八品,改鑄新币,称为“貨布”、“貨泉”、“布泉”,以上各种币,其形式分为三大类:(一)鏟形布(图一,1、2;二);(二)圆錢(泉)(图一,3—6);(三)刀形(图三)。从形式上考虑鑄造問題,鏟形的尖角必須充实,要求澆鑄时要塡充流到,其文字綫条織細亦須完整无缺損。从精密程度看:泉貨六品与布貨十品是旧币比較粗制的。而刀貨、貨布与貨泉特別精制,其中錯刀的一种在一刀二字上,鑲嵌黄金,一刀鑄出时为凹形,鑲的黄金有一定重量,凹孔尖角,必須做到相当的精度;貨布的篆文笔划織細美观,高度寬度不过0.3毫米,如貨布、貨泉的文字最长的笔划达到30毫米以上,貨布上人旁等笔划鑄品均淸晰美观,在一般砂模鑄造上是不易达到的。从厚薄程度看:泉貨較布貨薄,如大泉外边虽寬,其內部本身不过0.5毫米,布貨与刀貨較厚。从澆鑄角度看,这样薄的件,若在今天的金属模中,除非低熔金属的压鑄是不易澆到的。从重量与数量看:最小的为小泉,重仅0.58克,最重的如貨布刀貨等亦不过十几克,当时各种数量总是以若干万計,若不用大量生产方法,是不能达到要求的。从材料上看:币的材料除錯刀一种鑲嵌黄金外,余均为合金銅或鉛錫靑銅。未經化驗,如从表面上看,貴重的币含銅成分較多。《汉书》記載,“鑄作錢币,皆用銅殽以連錫。”連为古代鉛未熔炼时的名称,应即鉛錫銅合金。总看以上各种情况,鑄币的特征是輕、薄、精密美洁与大量生产銅合金件。要达到这样的条件,在那个时代,从陶范上、从不断研究与实践的經驗上,得出一整套鑄币的壳型工艺,是値得我們研究的。二、范窑料鑄范今称为鑄造的模型,从1958年西安北郊、西郊、东郊出土的新莽时代的鑄范窑及其陶范、金属型范等宝貴的資料,以及过去传世的型范,可以证明当时的各种类型,幷可借此探討当时工序工艺及所用原料,現分別叙述于下:(一)次吾本盘形鑄范可分为两大类型:1.花树形花树形为多层多件澆鑄,由十余层或数十层薄壳泥型堆积起来合成一組,外用泥土包扎烧成一个陶范(图四一六),然后澆鑄,一次可澆数十数百枚不等。每层的外形有圓有方有长方形,随內列鑄币形式而异,澆好后去其陶土。形似花树,总澆口居中似树枝,故取名花树形,与今日的单件活塞环叠箱澆鑄相似。2.盘形盘形为大批单层澆鑄,鑄币澆出后如列在盘中故名,每次可澆数十数百枚不等(图七、八)。有的为多排盘形立鑄,把每盘立排十余排或数十排,外用泥包扎合成一組,烧成陶范,一次澆出。(二)完成和完成花树形与多排盘形立鑄的相同,与盘形的不尽同,但仍有相同的地方。茲仍根据花树形与盘形分别叙述于下:1.金属模类陶范的生产(1)澆鑄金属型范的木母范(或称为木模型),由于每个鑄币要有准确的尺寸、重量和精細的篆文,又要能大量生产叠层澆鑄,所以原始模型必須精制。应是采用硬木如柏木、黑桃木等作木模型,因非用硬木不能雕刻出精細的篆文如貨布上的篆文是极精美的铁綫篆。汉代的钟鼎鑄造虽采用失腊法,但用那种方法大量生产鑄币是不适宜的。从出土的型范看,也确非失腊法。这种木母范(木模型)的尺寸,是値得研究的。由于工序要分两次鑄造,第一次要由泥范烧成陶范鑄出金属型范(即金属模),第二次由金属型范做出薄壳泥范烧出鑄币陶范。两次烧結泥范到陶范收縮两次,两次金属澆鑄又要收縮两次,共要經过四次收縮,所以确定原始母范(模型)的尺寸是不簡单的事,确定收縮量与木母范(模型)的放大量,都必須从实践中多次实驗得出的,否則不易准确。我們从出土的金属型范中币坯的尺寸与成品作了一次校測,确是預先放大了。由于木母范(模型)还沒有发現过出土的实物,故究竟放大了多少,还不能确定。(2)鑄造金属型范(即金属模)的陶范金属型范是当时大量生产的必經的一道中間工序,由金属型范才可制出无数次的薄壳泥型,合成一組,以烧成鑄币陶范。这种金属型范除鑄出外,亦可鑄出毛坯加工刻出篆文,当时刻銅的技术虽已高明而盛行,如汉印,但为了大量生产,每一金属型范都要用手工刻出来也是来不及的,所以还是必須鑄出来。当时尙无砂型鑄造,况砂型也不能如泥型精細,所以金属型范只有加一道焙烧陶范工序。出土的这类陶范还是很多的(見图四、五、七)。这种陶范的原料是用黄土高原的黄粘土、紅粘土或沉泥,富有粘性,烧成后有的是赭紅色,有的是靑灰色,赭紅色的可能是烧成后未噴水的。粘土在陝西或其他省分很易找到,如磚坯一样。仔細观察出土的各种陶范,觉得一般的泉币范未作加工,只是选择較洁淸的无滓的土。至于貨布、貨泉等篆文精細,可能經过一次或两次过滤。过滤的方法是将泥浸入水中攪拌成泥浆,經过細麻布过滤,沉下的泥末称为沉泥,或由地下約1米挖出的天然沉泥,极細,作为面料。在面料上又塗上一层塗料,看上去是稻糠灰(今仍沿用),有人称之謂豆浆土,白色。盘形泥范与这种金属型范的陶范不是壳型,較厚,或用塡料作底层,这种塡料有的加木屑稻芒以增加透气性。总之泥范的土坯,必須經过加水調湿,再經过錘打,錘打时用脚踏或木棍打实,必須使羼和料如稻芒木屑等拌匀打实。先做好坯料然后造型。关于这种細致鑄件合箱問題,仔細观察,当时是用定位銷6—8个(图九、—O)。也有用棱形的,更精确合箱时保证絲毫不能錯箱,在湿泥型制成后必須晾干或烤干,然后才入窑焙烧,以使烧成的陶范毫无裂縫。(3)金属型范金属型范是由陶范鑄出的,形式很多,以陝西省博物館所藏的一个鑄貨布的原型为例,四边凸起的边框是代替砂箱,从这块型范中可制出一层一层的鑄币壳型泥范(見图九、—〇)。泥范的制造是先放上一层薄薄的細砂、石粉或稻草灰,然后将沉泥放进去打实刮平,再放上一层石粉或稻草灰,作为起箱合箱之用。倒出后就成为半箱壳型,把上下壳型合攏后就成为一个鑄币壳型范,这样可以继續不断地做出无数个壳型范。所以金属型范是大量生产鑄币陶范的唯一工具。再从这个金属型范的設計上研究一下,可見当时的設計是很合理的。金属型范的底壁很薄,恐怕久用应力不够,故反面又加了十字筋加固,这样既能减少金属型范的重量以便于使用和节省劳动力,又保持坚固耐用。这也說明我們古代劳动人民的智慧,在生产工具設計上已有高度水平。金属型范的原料,沒有經过分析,看上去和鑄币的原料相同,属于靑銅类,但色較紅,含銅量較多。(4)叠层澆鑄的陶范由金属型范制成一个一个的薄壳泥型,再堆积起来或排列起来,成为一个叠箱泥范,叠箱的数目不等,有十余箱或数十箱,如图四、五所示是出土的由三十八箱合成的大泉五十陶范,每合一箱为1厘米,每半箱为0.5厘米,上放澆口,中通水道,堆积起来后再用一层泥土把四围包裹起来,然后晾干或烤干,送入窑中焙烧,总高約41厘米。烧成陶范后澆鑄,以后打毁取出銅币,鑄一次就不再用了,与一型多鑄不同,也因此說明建窑焙烧陶范是一道必要的工序。2.单层薄壳型(1)单层澆鑄盘形大批单层澆鑄,从出土的盘形陶范看是用于鑄造比較小的泉貨,每次数量多达百余枚。如中泉、幼泉、幺泉、小泉或差布、序布、幼布、幺布、小布等。制造的方法与花树形单层相似,原始模型为硬木制成。制成后先做金属型陶范,鑄成金属型范,再做成鑄币泥范,晾干或烤干后上下合箱,用粘土包扎起来,放入窑中焙烧,烧成陶范,然后澆鑄。这种单层澆鑄,每箱高度約2—3厘米,不能算是壳型。我們从传世的一个殘缺的差布金属型陶范的一角上,发現制造这块陶范时,下塾一块铁板托住泥范,这或者是一块单层类似盘形澆鑄的陶范。由于在平面較大的泥范下面若不用铁板托住,在未烤干以前或焙烧以前是不能搬移的,若用木板承托則既不能烤也不能焙烧,所以下面用一块鑄出的铁板承托是可以理解的。但叠层澆鑄的单层薄壳型的平面比較小,就不須用铁板承托。这类单层盘形陶范,照現在的泥模制法,可以利用一型多鑄,但当时是否已改进为一型多鑄,尙未找到证据。(2)多排薄壳型立鑄多排薄壳型立鑄,以一个中泉薄壳型陶范为例(見图八)。每合一箱可鑄二十六枚,可排列十余箱至二十余合箱,包扎起来成一組,一次可鑄数百枚,它的制造工艺与工序和花树形的工艺工序相同。三、瓦氏家族的部花树形薄壳型陶范与多排薄壳形立鑄陶范,經澆鑄后,由于启开再用修补困难費工时,所以只用一次,就不再用了。因此焙烧陶范成为干泥型中一道最重要的工序。焙烧陶范用一种土窑,这种土窑与現在的土磚瓦窑类似,烧溫可能較低,因为对陶范要求的坚实程度不同,烧普通磚瓦約摄氏800度,这可能还低几十度,书中尙无記載。窑的空間据1958年西安北郊郭家村出土的一个窑为例,內部空間长2、寬1、拱形最高处1.5米(图一一),排列泥范时,留空隙烟道任空气煤气順一定的烟道进出。使各个陶范受到一定的适当溫度,窑的前端有烧煤的地方,用鑄铁炉排,为小拱形用磚砌成,上通烟囱不直接通到空中,只能通到窑里頂部,烟到頂后即触窑頂而由上往下冲散至全窑,至窑底孔道分四路,由此四路孔道轉向上四个小烟囱流向空中,这样使全窑的泥范都能經过烟火焙烧。窑頂亦留孔,是初烧时因土坯不干以由此放出湿气,待无湿气时即封閉。这时炉溫漸高,所有在炉膛里的烟,均可燃烧起来。此窑还有一个特点,即擲放燃料处留成一个小洞,大小只能投入柴火或煤块,加燃料后即可用磚盖住,这样可使烟在窑中充分流暢,还可使烧炉工人不受熏烤,幷且随时可察看炉內燃烧情况。四、熔合和c这一部分我們沒有找到出土的資料,只不过从书本中或其他方面找些依据,可能是不够眞实的。下分熔化工具、鼓风、燃料和澆鑄作簡单的叙述:(一)古代的技术是“将”,还是“”熔化工具虽《汉书》上无明文記載,但可能为熔銅罐,因为鑄币的合金,据《汉书》記为鉛、錫、銅三种,当为一种靑銅。在工艺上我們要知道合金成分的原因,是为探討熔銅罐的耐高溫程度,上說三种原料以赤銅或接近純銅的熔化点为最高,在摄氏1000度以上。其他二种都是很低的,如鉛为摄氏300多度,錫为摄氏200多度。銅币究竟各含成分多少,尙不淸楚。我国古代冶炼靑銅的技术不是由汉始,而是从前几个王朝传留下来的,幷沒有什么困难,也可肯定是用熔銅罐熔化的,在安阳殷墟即曾发現过冶銅的炼鍋,俗称“将軍盔”。再参考明著《天工开物》的化銅的方法,有用熔銅罐化銅的操作过程图和鑄币工艺,幷說明先放銅后放鉛錫,这可能是一直传下来的方法,先高溫熔点金属,后低溫的,以减少金属的消耗。因此也可說明熔化的溫度当在摄氏千度以上,而熔銅罐必須能耐到摄氏1200度以上的高溫才合用。这种熔銅罐的原料在《汉书》上无記載,不过从《天工开物》卷八冶鑄上所記的是絕細的粘土和炭屑制成的:“熔銅之罐以絕細土末(打碎干土磚)和炭末为之,京炉用牛蹄甲未詳作何用,罐料十两土居七而炭居三,以炭性暖佐土使易化物也。礶长八寸、口徑二寸五分。罐約載銅鉛十斤,銅先入,然后投鉛洪炉扇合傾小模內”。从以上的記載熔罐的制造原料,比較耐高溫程度,已得出一个概念。但是《天工开物》上讲的土居其七的土,是选定一种能耐高温的坩子土(今俗称坩子土或耐火土),而不是作陶范的一般黄粘土或紅粘土。(二)币的成分不可占多数从以上所討論的各种鑄币情况看,已可断定熔化时必須鼓风方可升高火力,因为币的成分以銅占多数,而且必須先熔化,熔化温度在摄氏1000度以上,不鼓风不可能达到这样高的溫度。至鼓风設备究用何种形式,起于何时,尙未找到較可靠的記載,不过在汉代以前即用革囊鼓风,汉时当然不成問題。(三)是用活性炭来生长当时化銅用何种燃料,《汉书》中亦未記明,从出土的窑中亦未找到迹象。但根据安阳殷墟的材料,当时冶銅使用木炭。汉代使用木炭是不成問題的。至于是否用石炭,从西汉一些冶铁的遺址中也发現了少量石炭,可見用木炭、石炭均是可能的。(四)铁开发的工艺熔化用熔銅罐如何在高溫中提出澆鑄,亦为可探討的問題。因为一个熔銅罐至少有数斤或十余斤不等,旣为大量生产,每炉要鑄出数千数万枚銅币。若提取工具不方便,或工具的应力不足是不行的,从《天工开物》上說相传是用铁鉗又名鷹嘴鉗,即用弯口鉗能夹紧熔銅罐,很快地在高温下提取出来。据最近出土的汉墓中有熟铁制品,汉代也可用熟铁再渗炭炼成土鋼。說明汉时用土鋼制成鷹嘴鉗也許是可能的,但这純属推測,尙未找到实物足資证明。五、总吨总結新莽时代的鑄币工艺的探討,得出以下几点体会:(一)为大量生产的币,还可为个别显著作品鑄币的精度与光洁度,不是現代一般砂型鑄造能制出的。貨布、貨泉等币的文字篆刻精細工稳美观,字的綫条鑄出后极淸晰,这类貨币出土的很多,还未見到一个不好的。钟鼎的花紋細致,大家很贊美,是用失腊法鑄造,是属于少数的美术工艺品,而不是如貨币是用陶范大量生产的。所以說这种产量大、质量高而且省工的生产方法,在今日値得加以研究,而且还有可資借鉴之处。也可充分证明泥的塑性高于砂的塑性,所以能鑄出极精美的物品来。(二)壳泥型利用金属型范作为大量生产的工具,复制出无数的薄壳泥型,堆积若干层組成一套烧成陶范,为我国古代貨币大量生产开辟了途徑。这不但是古代的好方法,在今日的生产中,也是可仿效的。(三)金属型范的应用总結第三段根据出土实物分类叙述的鑄范工序,它的一套工艺程序是完整的,可分为下列过程：1.先造金属型范的木母范(木模型);2.制出泥型;3.烧成金属型范的陶范;4.鑄出金属型范;5.由金属型范制出单件壳型;6.合箱堆积成为整套泥型;7.烧成陶范澆鑄。这种复杂的工序早在二千年前,已由我国劳动人民的智慧奠定了,幷且在設計上与制造上均极合理,是当时鑄造工艺中的重大成就。(四)炉相当高时,炉硫矿及烧变了炉硫虽我們对古窑結构的了解还不够詳細,但总看起来是一种古代的反射炉,能利用煤气,到了炉內相当高溫时在炉膛內处处燃烧,火力均勻,遍及炉内所有的泥型,幷且使烧出的陶范毫无裂縫。还有一点可注意的地方,即炉前烧火的工人,可不受熏烤,沒有近代有些反射炉的火焰反射到司炉工人身上的缺点。这个方法,一直传了下来,今天的土窑还是如此处理。(五)．家电件的壳型今日鑄造技术已发展到相当高度,在大量生产极薄精細的机件或零件时,如所用材料是有色合金(或者說較耐高溫的模鋼的熔点低得多的合金)的,均采用压模鑄造,如我国