中国古代三大铸造技术

自然科学史研究所华觉明 “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。

泥范铸造

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，居住在今河南濮阳市境北)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，已经用泥范铸造铜铸、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■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，反覆摔打，使它高度匀熟，不致在造型、干燥的时候开裂。

在造型工艺上，以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接成一体。著名的四羊尊(湖南宁乡出土)就是使用了分铸法才铸成的。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，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。

此外，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)。

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，一次得到几十甚至几百个铸件。这种方法在近代是随着大机器生产的出现，需要大批小型铸件(如活塞环、链节等)，才发展起来的。由于它生产率高，成本比较低，可以节省造型、浇注面积，目前仍在广泛应用。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相当接近。

河南温县出土的汉代六角承叠铸范复原图。

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。

金属型铸造

铸型材料从石和泥、砂改用金属，从一次型经多次型又改进成为耐用

性更高的所谓“永久”型(就是金属型)，在铸造技术的历史发展上具有重要的意义。1953 年河北兴隆铁范的发现，证明我国早在战国时期已经用白口铁的金属型浇注生铁铸件。这批铁范包括锄、镰、斧、凿、车具等类共八十七件，大部完整配套。其中，镰和凿是一范两件，锄和斧还采用了金属芯。它们的结构十分紧凑，颇具特色。范的形状和铸件相吻合，使壁厚均匀，利于散热；范壁带有把手，以便握持，又能增加范的刚度。可以说是创造了一种中国风格的金属型，并且在那个时候已经大体定型了。近年来，在河南南阳、郑州、镇平和河北满城、山东莱芜等地又陆续出土汉代铁范许多件，品种比战国时期显著增多，型式却基本相同。河南渑池汉魏铁器窖藏中还有铸造成形铁板和矢镞的铁范以及长达半米的大型铁犁范。

除铁制金属型外，战国时期和汉代已经用铜制金属型铸造钱币(如传世和出土的五铢铜范等)。它们在生产中起着重要作用，但是在文献中，却很少看到记载。《汉书·董仲舒传》里说：“犹金之在■，惟冶者之所为。”“■”字注：“谓铸器之模范也。”这可以认作是金属型铸造的最早记述。但是后来这个“■”字多和“熔”字通用，失却它的本意了。

曾经有一种意见，认为铁范在我国很早发明，以后失传了，到近代才又从国外引进。这是不对的。因为，虽然锄、镰等小农具，在唐宋以后，由于炒铁的发明和推广，已经由铸制改成煅制，但是，犁镜一类却直到近代仍有用铁范铸造的。从战国、秦、汉起，由泥范翻铸铁范、再由铁范翻铸铁器的工艺方法基本上延续不变，是一脉相承的，在工艺操作上形成一套合乎科学原理的办法。例如：用铁水预热铸型(最初浇注的若干件作为废品或次品处理)，使用双层涂料，浇注以后及时打箱，除使用金属芯外还采用泥芯，使用简易的装卡机构等。由于金属型生产率高，使用寿命长(小型铸件可以达到几百次)，产品规格齐整，又能保证得到白口组织(在浇注铁件的时候)，它和铸铁柔化术配合使用，在古代农具铸造上发挥十分重要的作用。《汉书·沟洫志》描绘汉代大规模兴修水利的情景说：“举

■如云，决渠为雨。”出土铁器的检验表明，在这么多的铁工具中，有相当数量应该是由金属型铸成的。

用铁范铸炮是我国传统金属型铸造的一个创造。第一次鸦片战争时期，在浙江省炮局监制军械的龚振麟，为了赶铸炮位，打击侵略者，曾经创议用铁范铸炮并且得到成功。他所撰写的《铁模铸炮图说》，由魏源(1794

－1857)收入《海国图志》中，得以保存到现在。它是世界上最早论述金属型铸造的科学著作。书中总结了使用铁范的一些优点，如一范多铸，成本低，工效高(“用一工之费而收数百工之利”，“用匠之省无算”)，减少表面清理和旋洗内膛的工作量，铸型不含水气，不出气孔，收藏、维护方便，如果战事紧迫，能很快投产以应急需，等等。所有这些都讲得比较真切，和现代铸造学对金属型的认识是一致的。虽然由于清代反动政府的腐败无能以及此后不久钢炮的发明，这种工艺没有可能进一步发展，但是龚振麟的爱国主义和首创精神，仍是值得赞扬的，他的创造是来源于历代劳动人民的生产实践的。

熔模铸造

传统的熔模铸造一般称失蜡、出蜡或捏蜡、拨蜡。它和用来制造汽轮机叶片、铣刀等精密铸件的现代熔模铸造，无论在所用蜡料、制模、造型材料、工艺方法等方面，都有很大不同。但是，它们的工艺原理是一致的，并且，现代的熔模铸造是从传统的熔模铸造发展而来的。

清代的桂馥(1736－1805)说：“汉印多拨蜡”。一些带兽钮的汉代印章，钮制细小，形体复杂，又没有明显的錾、凿痕迹，很可能是失蜡铸造的。云南石寨山出土的汉代滇族文物贮贝器盖(参看本书第 518 页的图)，也是失蜡铸件。

1978 年湖北随县出土的曾侯乙尊盘和 1979 年河南浙川出土的楚国铜禁，经研究，都是失蜡法所铸，说明中国在春秋时期已经发明这种技术。

《唐会要》卷八十九说，开元通宝已经使用蜡模(原文是“■”，古“蜡”字)，这可以说是失蜡法的最早文献记载。现在传世和出土的开元钱，还有一种是带甲痕的，据说就是用蜡模铸造留下的痕迹。

宋代赵希鹄著的《洞天清禄集》里具体地记述了这一工艺，是用蜡刻画成模，放在桶状的容器里，经用澄泥浆多次浇淋以后，撤去桶板，再加敷含有盐和纸筋的细泥和背泥，做成铸型，然后出蜡，浇注。这种方法用于小型铸件，和明清时期失蜡铸印工艺比较接近。

现代熔模铸造多数也用于小型铸件，铸件过大，精度不容易保证。古代熔模铸造多用于艺术铸件或钟、■等，精度要求不像现代机械零件那样严格。因此，如《天工开物》所记述，有用失蜡法来铸“万钧钟”的。它采用地坑造型；蜡料由牛油、黄蜡调制，油蜡是八和二之比(“油居什八，蜡居什二”)，泥料中加入炭末以减少收缩，增加透气性，并且使表面光洁；每一斤蜡料，配铜十斤。附图是《天工开物·冶铸篇》所载塑钟模图(铁钟模是泥制的)。

元代设出蜡局，专管失蜡铸造。清代内务府造办处等也设有专职工匠，现存故宫博物院、颐和园的铜狮、铜象、铜鹤、狻猊等，都是有代表性的艺术价值很高的失蜡铸件，颐和园铜亭的某些构件也是用失蜡法铸成的，亭壁镌刻有拨蜡工杨国柱、张成、韩忠、高永固四位匠师的姓氏，可作佐证。

以上事实说明失蜡法在我国有悠久的历史，具有自己的工艺特点和艺术风格。但是，在封建制和旧中国半封建半殖民地生产关系的桎梏下，这一传统工艺只在很狭窄的范围里应用(主要是用来铸造用一般方法无法得到的艺术铸件和用于宗教迷信的神像等)，未能向现代精密铸造工艺转化。只是在新中国成立后，革命解放了生产力，熔模铸造车间才得以成批建立，并逐步实现机械化和自动化。在“古为今用”方针指引下，传统的失蜡铸造目前在生产中仍有应用，它和泥范、铁范一样，都是劳动人民创造的珍贵的科学技术遗产，可供我们学习、借鉴。