1.1生铁中磷含量对曲轴疲劳强度的影响对于球墨铸铁炉料而言，其中的生铁成分、回炉铁成分以及废钢中的磷成分在铁水熔炼过程当中会以恒定量的方式得到保留。同时，过量的磷成分多富集于晶界，主要表现形式为二元磷共晶或者是三元磷共晶。无论其表现为哪种形式，都具有脆性相的特点，由此会导致球墨铸铁的塑性指标明显降低，最终诱发曲轴的早期断裂。已有研究中对发生断裂问题的曲轴进行分析，分析结果显示：曲轴正火采用部分奥氏体化工艺，通过此种方式获得铁素体组织（此类铁素体组织多为破碎形态）。但从断轴分析的角度上来说，此部分检出的磷成分含量多在0.07~0.10％范围内。通过疲劳试验所得出的结果反映，该曲轴正常运行工况条件下的疲劳强度极限值仅为8050.0kg•cm，无法满足设计要求。其原因在于曲轴制造使用了本地生铁作为的球铁炉料。在取消该环节后曲轴质量自然可得到提高。
1.2铸造缩松对曲轴疲劳强度的影响已有研究资料中报道某厂曲轴曾大量出现断裂问题。从曲轴外观上观察得知，导致断裂的主要原因是在曲轴连杆轴颈位置有铸造缩松问题，且肉眼可见。分析其成因是：在冷铁供应存在问题的条件下，曲轴造型省略了补缩所使用的冷铁。在恢复冷铁工艺后，曲轴铸造缩松问题得到了圆满的解决。由此可见，铸造缩松对于曲轴疲劳强度的影响是非常显著的。
1.3黑色带层及灰斑对曲轴疲劳强度的影响在常规工艺条件下，球墨铸铁曲轴断口多呈现出灰色或银灰色，曲轴本体以及抗拉试棒断口同样应当有此类表现。对于黑色带层问题而言，其主要是受到灰斑在疲劳试验曲轴轴颈往复式运动的影响而形成的，而灰斑的产生则主要是受到了铁水中硅偏析的影响。以往研究中在对某批次球墨铸铁曲轴进行疲劳试验的过程当中发现曲轴断面出现了异常的黑色层以及灰斑。虽然此种问题在球墨铸铁曲轴中相对比较少见，但同样属于内部缺陷的一种表现形式，此问题的出现导致了曲轴疲劳强度受到不良影响，有黑色带层或灰斑问题的曲轴在正常使用过程当中可能提前出现疲劳裂纹，导致抗疲劳强度的下降。
2热处理工艺对球墨铸铁曲轴疲劳强度的影响分析
2.1正火和中频淬火工艺对曲轴疲劳强度的影响已有研究中显示，对于球墨铸铁曲轴而言，在经过高温正火处理后，能够将其中所存在的游离状态渗碳体消除掉，从而能够起到调整基体中铁素体以及珠光体形态，以及两者构成比例的目的。通过这种方式，使球墨铸铁曲轴的综合力学性能得到了提升，促进了抗疲劳强度的改善。同时，在球墨铸铁曲轴制造过程当中，通过进行中频淬火处理的方式，能够使球墨铸铁曲轴表面形成具有一定深度的淬硬层，其对于改善曲轴自身耐磨性能有重要意义。但也有研究中认为：传统的非圆角淬火工艺下会导致曲轴淬火区与非淬火区交界位置产生失衡且反向的应力关系，并对疲劳强度造成不良影响。因此，在引入中频淬火工艺的过程当中，需要尽量选择圆角淬火工艺，达到满意的处理效果。
2.2等温淬火工艺对曲轴疲劳强度的影响在球墨铸铁曲轴的生产过程当中，通过应用等温淬火工艺的方式，能够使曲轴获得主要的贝氏体成分，同时还可形成一定的马氏体组织以及残余奥氏体组织，力学性能上具有较高的强度以及韧性水平。已有研究资料中报道，针对受到化学成分偏离影响而造成球墨铸铁曲轴疲劳强度的不足的问题，通过应用等温淬火工艺的方式，解决了曲轴在热处理上的质量问题。等温淬火工艺的应用除了对改善球墨铸铁曲轴疲劳强度水平以外，还对提高曲轴自身耐磨性有重要价值，由此也有效延长了曲轴的使用寿命，综合效益确切。
2.3氧氮化工艺对曲轴疲劳强度的影响从化学处理的角度上来说，在球墨铸铁曲轴的制造生产工艺中，通过对曲轴进行氧氮化处理的方式，能够使曲轴表面获得具有高氮特点的化合物层，同时还可形成具有饱和特点的氧扩散层。受到氧成分以及氮成分渗入的影响，使得球墨铸铁曲轴表面层的化学成分发生改变，与之相对应的显微结构也有了非常显著的提升趋势，曲轴整体的耐磨性能以及耏疲劳性能均得到了有效的改善。需要注意的一点是，对于经过氧氮化处理的球墨铸铁曲轴而言，其抗疲劳水平的提高很大程度上会受到氧化层扩散水平的影响，在氮化处理后快速冷却，并在扩散层中形成饱和固溶体，或是形成高水平的残余压应力都能够促进疲劳强度的提高。正是由于在氧氮化工艺处理下，曲轴表面能够形成较深的扩散层，故而对延长球墨铸铁使用寿命也有相当重要的意义与价值。
3结束语
关键词：卓越工程师；铸造工艺；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）09-0023-03
一、引言
我国工程教育的规模位居世界第一，已成为名副其实的工程教育大国。高等工程教育体系大而不强、多而不精，毕业生创新能力和实践能力较弱，成为困扰我国高等工程教育的难题。实现工程教育大国向强国的转变，推进高等工程教育改革势在必行[1]。在这样的背景下，教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）。“卓越计划”是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）》的重大改革项目，也是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务，对促进高等教育面向社会需求培养人才，全面提高工程教育人才培养质量具有十分重要的示范和引导作用[2]。“卓越计划”具有三个特点：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。
课程、教学内容和教学环节是工程人才培养的基本要素，是培养出卓越人才的关键[3]。“铸造工艺”课程是材料成型与控制工程专业（铸造方向）的主干课程，在铸造专业人才的培养过程中具有举足轻重的地位。这门课程是一门实践性非常强的课程，与生产实习紧密相关，是培养铸造方向学生工程能力和创新能力最重要的一门课，这正好符合“卓越计划”的培养理念，为了配合“卓越计划”的实施，我们对这门课程的教学内容、教学方法、考核方式等方面进行了思考和探索。
二、“铸造工艺”课程特点及教学现状
铸造工艺是一个复杂的、影响因素诸多的金属凝固成型过程，工艺设计既要考虑不同的合金材料、不同的铸造方法的影响，还要考虑不同的零件结构及其工艺参数的影响。若想真正掌握并灵活应用铸造工艺，就必须具备扎实的理论基础和丰富的实践经验[4]。受传统教育思想的影响，铸造工艺课程教学仍然是重理论、轻实践，忽视学生创新能力的培养，主要表现在：（1）教学方式单一，授课方式采用老师讲、学生听的“填鸭式”教学方法，课题缺乏学生的参与，不利于学生能力的培养。（2）教学内容陈旧，理论脱离实践、应用实例少，学生在学完这门课后进行铸造工艺设计时无从下手。（3）课内实验也完全是简单的验证性实验，学生兴趣不高，难以培养学生的创新能力。（4）课程的考核仍以闭卷的书面形式考核，考核内容多以基础知识的考察为主，这种教学和考核方式不利于卓越工程师的培养，不能满足“卓越计划”对工程能力和创新能力强化培养的要求。
三、卓越工程师培养理念下的课程教学改革
1.课程教学内容改革。根据“卓越计划”的特点，从工程实际出发，对本课程教学大纲进行了修订，改变传统的重理论、轻实践的教学思路，同时将教材的内容与铸造工程师资格认证考试内容结合起来，吸收职业资格考试的相关内容，加强学生的工程素质和实践能力的培养。根据铸造工艺课程的特点增加一些典型铸件铸造工艺设计实例。使学生能够通过实例掌握产品的铸造工艺设计步骤及方法。
根据这门课程的特点，为了让学生能够牢固的掌握设计理论基础，灵活运用所学习过的知识，开拓设计思路，我们把工艺课程进行了模块化设计，把授课内容分为若干模块。例如：铸造工艺方案的选择；浇注系统的设计；冒口、冷铁设计、砂芯的设计；铸造工艺装备设计等。通过模块化教学配合相应的工厂实践教学，使学生及时巩固了铸造工艺的设计理论，并加深了学生对现象的认识和对知识的掌握。
2.课程教学方法和教学手段改革。
①教学方法综合运用，激发学生兴趣。综合运用实物法、启发法、课堂讨论等教学方法。教学时将实物展示给学生，并采用启发法及课堂讨论的方法，培养学生的综合素质。例如在讲述浇注系统的设计时，可以向学生展示一套还未清理的，保留完整浇注系统的铸件，学生可以获得充分的感官认识，同时充分发挥学生的主观能动性，让学生思考几种不同的浇注系统的设计方案，然后进行讨论，让学生参与到课堂教学中。
②多媒体教学，提高教学质量。多媒体集成、动画模拟仿真和丰富的图像信息扩展了学生认知的深度与广度，也使教师摆脱了时间和空间对讲授内容的束缚，清楚地显示某些复杂的过程，有利于激发学生的观察力、发现力、想象力、逻辑联想力，有利于认知思维的深化与发展，有利于增强工程设计能力，提高教学效率和教学质量[5]。通过搜集、精选、制作铸造工艺方面的图片、动画来丰富该课程的多媒体课件。例如，在讲授手工造型方法时，若采用板书教学来讲述整体造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型等，则不易掌握其相关内容；若采用Flas的形式，则可清楚、直观地看到各种手工造型方法，激发学生的学习兴趣，使学生快速掌握相关内容。在讲授浇注位置的选择、分型面的选择等内容时，可通过动画模拟展示，既形象生动、直观、感染力强，又可变单纯的听觉语言为视听同步的动画模拟，这样就可以理解轻松，难点化解，学习由难变易，降低了学生学习的枯燥感，提高了教学效率和教学效果。将铸造生产企业的录像短片穿插于课堂教学中，这种录像演示生产过程的教学模式将无形变为有形、不可见转变为可见、无声转变为有声，展示了实际工业生产中的情况，激发了学生的学习兴趣，增强了学生的感性认识和好奇心，培养了学生的工程能力，提高了教学效果。
③课内实验教学改革。铸造工艺是一门实践性很强的专业课，但现有的课内实验完全是验证性的实验，难以培养学生的工程能力和创新能力。将铸造模拟软件引入课内实验，使之应用于实际铸件的工艺设计之中，为理论与实践结合提供了一个新思路。通过铸造凝固过程模拟，可以预测铸造缺陷产生，优化工艺设计，缩短试制周期，降低成本。铸造模拟软件有德国的MAGMA，法国ESI公司的PROCAST，韩国的AnyCasting，华中科技大学开发的华铸CAE等。华铸CAE是中国最著名的铸造分析系统，国内占有率达到80%左右。因此，本课程采用华铸CAE开展8个学时的铸造工艺模拟实验课。实验一：纯凝固模拟分析（4学时）；实验二：基于耦合的凝固计算（4学时）。给学生一些典型的零件，让学生在实验课中模拟铸件的充型凝固过程，预测缺陷，并优化工艺方案。通过这种实验改革的方式，达到提高学生应用能力的目的。这种原理与模拟相结合的教学方法对于加强学生对铸造工艺设计的认识，原理的深入理解效果很好。
通过上述实践环节的改革，可极大地促进学生的学习兴趣，提高设计能力，为学生的工程能力和创新能力打下了很好的基础。
④基于校企合作的教学方法改革。企业优秀工程师、技术员都具备丰富的时间技能和经验，聘请他们承担部分课堂教学任务，讲解铸造工艺规程的编制、产品铸造工艺设计的关键环节等，使得学生很容易掌握本专业设计前沿技术，同时也掌握工程应用中的一些非常重要的概念和结论。通过这种校企合作的授课方法提高了学生的职业技能，培养了学生的工程能力。
⑤课堂授课与铸造现场实践教学的结合。以往材料成形及控制工程专业（铸造方向）的生产实习都是在铸造工艺课程结束后，才到工厂进行生产实习。学生在学习铸造工艺的过程中由于对具体的生产没有概念，往往对很多内容不理解。通过这次教学改革，增加了工厂实践的这个教学环节，边学习边实践，每讲授完一个模块后，便到工厂实习相关内容，做到课堂理论教学和现场实践教学的同步进行，通过这个实践环节来促进教学内容的学习。
⑥科技竞赛提高学生综合素质。鼓励学生积极参加“永冠杯”中国大学生铸造工艺设计大赛。该项赛事由中国机械工程学会铸造分会等单位举办，是近年来铸造专业最重要的赛事，学生参与此项赛事的兴趣很高。大赛不仅要求学生具备扎实的理论基础，同时也锻炼了学生的实践操作能力。在作品的设计过程中，学生需要查阅资料、阅读图纸、三维建模、工艺设计、数值模拟、解决铸造缺陷等。通过参加铸造工艺大赛既促进了学生对实践内容的掌握，又提高了学生的学习兴趣。
同时，在教学过程中可以将往届大赛中的题目作为教学内容，让学生设计几种工艺方案，参与课堂讨论，启迪学生的思维，培养学生的工程实践能力。
⑦学生参与科研项目，培养创新能力。卓越工程师教育培养计划要求在培养学生工程实践的过程中做到课堂上的教学理论与课堂外的生产实践相结合，而工程实践问题也最好与教师的生产、科研项目相结合[6]。结合本课程的学习，鼓励学生参与教师的科研项目。学生在参与科研项目的过程中，需要查阅相关文献，了解了课题的研究现状及进展，培养了学生基本的学术素养和能力。通过参与科研项目的活动，学生不仅需要动手、更需要动脑，科研实践中遇到的各种问题，极大地促进了学生学习该课程的兴趣，同时也锻炼了学生的工程能力，培养了学生的创新能力。
3.课程考核方式改革。传统的考核方式是通过闭卷考试考查学生对理论知识的掌握程度，缺乏对实践的考核。结合卓越工程师的培养特点，采用多模块的考核方式。考核分为期末考试、课内实验考核、科技活动考核等几个模块。其中参加科技竞赛、参加科研项目等属于科技活动模块，均可以算定一定的分数。期末考试的卷面成绩占总成绩的60%，考核内容以应用型内容为主；增加实践考核的比重，课内实验占总成绩的20%；科技活动占总成绩的20%。
四、结语
“铸造工艺”是材料成型及控制工程（铸造方向）培养卓越工程师的一门非常重要的专业课，通过对该课程教学内容、教学方法、考核方式等环节的改革，提高学生的工程能力和创新能力，为卓越工程师的培养奠定了基础。
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关键词：铸造 技术管理 质量管理
1 概述
铸造是将熔融状态下的金属浇注到特定形状的模具中而形成预期形状金属材料的一种工艺，是人类较早掌握的一种金属热加工工艺，据今已有6000年的历史。铸造在工业发展中起到举足轻重的作用，对人类文明的发展起到巨大推动作用。随着现代社会的快速发展，对铸件的质量要求也越来越高，如何保证铸件的质量，如何对铸件进行有效的质量管控，即是本文所讨论的内容。
质量管理是制造企业在市场竞争中的决定性因素[1]，铸造企业也不例外，只有拥有良好的质量保证才能使企业在竞争中立于不败之地。全面的质量管理是把质量问题作为一个系统工程分析，强调质量职能由全体员工承担，质量管理应贯穿于设计制造的全程，而质量控制是质量管理的重要环节之一[2]。铸造车间作为铸件生产的主体，其中的人员配备、设备性能、工艺流程、管理体系等都会对铸件的质量产生一定的影响。为有效地对铸件的质量进行管理，提高产品合格率，生产出高质量的铸件，本文从以下几个方面进行了讨论。
2 人员管理
铸造车间的员工是铸件生产的执行者，员工的素质直接关系到生产铸件的质量。
从员工着手，首先在招聘员工时，应选择铸造专业的相关高素质人才，其对铸造工艺流程和成型机理都有一定的了解，能够快速的掌握自己的工作内容。其次，对工作人员定时进行系统培训，要结合新技术的发展和企业发展的战略与目标为企业人才提供学习和培训的条件与机会，使他们自身的知识和技能不断提高，同时为他们提供施展才能的舞台[3]，使员工对自己的工作内容有更加深刻的认识，不断的提高业务水平和工作能力，时刻掌握目前比较先进的铸造工艺，不断的完善自己的工艺设计水平，提高产品质量。第三，培养员工严谨认真的工作态度，使员工认识到铸件质量就是企业的生命线，使其能够严格的按照安全生产准则，认真负责的完成好每一项工作。第四，合理有效的激励机制，能够激发员工的工作积极性，自觉提高自己的工作能力和责任感，生产出高质量的铸件。第五，培养员工的团队精神，能够真正发挥出一个团队的协作精神，从而提高团队的工作质量和效率。第六，一个企业的发展就需要不断的创新，而创新是由人发起的，培养员工的创新精神。鼓励创新，才能使企业可持续的发展下去。第七，人的生命是最可贵的，车间应将员工的安全放到第一位，制定各项安全措施，定时进行安全教育和检查。
3 生产技术的管理及创新
3.1 工艺流程管理 铸造车间的生产技术管理主要是对工艺内容的管理。生产出合格铸件的关键是有一整套系统科学的工艺内容，其是工人师傅在整个生产过程中应严格遵守的工作流程。一个合格的工艺必是经过反复的实验和不断的探索而得出的。因此一个完善的科学的工艺技术流程是生产高质量合格铸件的关键。工艺流程是由工艺人员制定的，由工人师傅进行实施的，工艺人员在进行工艺制定时必须严格遵守工艺制定准则，由上级工艺人员进行细致校对后，才能下发到工人手中执行的。工艺设计要全面进行CAD化，其将工艺设计和计算机先进软硬件技术结合起来，能够辅助工艺人员进行数字化工艺设计，减少了工作量，增加了科学性和标准化，保证铸件质量的稳定性[4]。每一个工艺都会有许多节点，每一个节点都是生产合格制件的关键，因此在每一个节点实施完毕后都应有相应的人员进行检查，确保本节点顺利完成，能够进行下一节点，这样如果出现问题能够及时的发现，并提出解决对策。经由每一个节点的质量检测，才确保最终铸件的高质量。任何技术都不是一成不变的，随着科技的快速发展，对铸件的要求也就越来越高，那么工艺流程也需要不断的改进，来应对铸件质量不断提高的需求。这就需要我们的工艺人员不断地了解当今世界最先进的铸造技术，经过反复的实验和不断地创新工艺流程和工艺手段来提高铸件的质量。
3.2 模拟技术的应用 随着计算软件的不断发展，铸件的成型过程能够经过计算机软件真实的模拟出来，使生产的整个过程都清晰地呈现在计算机屏幕中，其模拟结果可以有效地指导现实的生产。它可以比理论和实验做得更深刻、更全面、更细致，可以进行一些理论和实验暂时还做不到的研究[5]。通过模拟分析我们能够提前预判出生产过程中可能存在的各种缺陷，技术人员通过分析结果对现有的工艺内容进行改进，然后重新进行模拟分析，直至整个分析过程都符合标准后，方能进行实际生产。成熟的仿真模拟技术的广泛应用能够在很大程度上避免不合格铸件的产生，尤其针对是批量化生产或是大型铸件。模拟技术的应用能够提高生产效率，提高产品合格率，对现代铸造的发展有非常积极的意义。
3.3 先进的设备 随着现代工业的发展，铸造企业正在摆脱“脏、乱、差”的工作环境和人员密集型企业的模式，向着环境舒适和流水化作业模式发展。先进的铸造生产线，在保证生产率的同时，大大提高了铸件的稳定性和质量。因此先进的铸造设备为高质量铸件的生产奠定了基础。
4 质量控制
4.1 原材料管理 铸造就是将金属在熔融状态下变形的一个过程，因此铸造就需要大量的金属原材料，那么高质量的原材料，科学有效的原材料管理模式，对铸件的质量会产生积极的影响。高质量的铸件的生产需要高标准的原材料。对于铸件而言，原材料是否含有杂质，含有多少杂质，对铸件的质量都会产生影响。只有合格的原材料才能生产出符合工艺要求，各项指标达到合格要求的高质量铸件。因此在采购时必须对原材料的质量进行严格的管控。采购时需供货厂家提供详细的质量报告，进厂后对每一批次的原材料进行复检，保证原材料达到生产所需的各项标准。原材料进场后要进行科学有序的管理，设定专门的原材料仓库，由专人进行管理。原材料仓库要良好的环境，防止二次污染。每一批次的原材料的进出都必须有详细的记录，而且与生产任务一一对应，以便以后对原材料的检查。
铸造生产总会产生一定的废料，这些废料可以重熔后进行再生产。每一批次的生产废料要进行统一的回收，存放在固定地点，且进行成分分析后，进行详细的登记。如符合下一批次的成分要求，这些废料仍然可以当作原材料进行生产，在保证质量的同时，也符合当下节能减排、可持续发展的国家方针。
4.2 质量监测管理 质量监测是生产合格制件的保障，拥有一个严格的质量监测体系，才能有效的控制铸件在整个生产过程中的质量状态，保证最终合格的制件交付到客户手中，得到客户的信任。
质量监测应贯穿在铸件设计到交付使用的整个过程中，由专门的质量监测人员进行管理。质量监测应从源头开始，原材料的采购需要进行成分检测确保质量合格，工艺设计需要组织专家评审，并进行严格的校对，且通过严格的仿真模拟，保证其科学合理性。在生产中的每一道工序，都应有专人进行质量监测，并填写详细的质量跟踪表，确保整个生产过程的正确有序。铸件生产完毕后，需经过严格的系统的质量检测，通过专门的检测设备，将那些不合格的制件严格按照废料处理，防止流入客户手中，铸件检测完毕后，需由质检部门负责人签发合格证，保证整批铸件的质量。发给客户使用后，进行质量回访，对客户提出的质量问题进行及时的研究，改进改善工艺内容，提高铸件质量。质量监测体系就像一道道关口。任何一道关口出现问题，可能都会产生严重的质量问题，影响生产进程，造成经济损失。因此在每一道工序上，都需要我们的质检人员严格遵守工作准则，为我们高质量的铸件把好每一道关口。
5 结论
铸造车间的质量管理涉及到多方面的因素。高素质的认真负责的员工团队是质量管理的核心，科学有效的人事管理制度能够提高员工的工作能力，培养认真负责的工作态度，增强团队凝聚力，掌握先进的铸造技术，不断提高铸件的质量；先进的生产技术是生产高质量铸件的关键，拥有先进设备的同时，拥有先进的工艺设计技术水平，才能生产出高质量的铸件；行之有效的质量管理体系是铸件质量的保障，原材料的有效管控，各个生产环节的质量监测，以及最后制件的合格检测都是在为最终的高质量铸件努力。只有在科学合理的各种质量管控准则的串连下才能使人和技术很好地结合在一起，共同保障合格制件的生产。
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[关键词]沙范法；失蜡法；铜佛像制作；藏族工艺
[中图分类号]J526.1
[文献标识码]A
[文章编号]1002—557（x）（2012）03—0175—11
藏传佛教铜佛造像艺术的成就，与铜佛像制作工匠对铜合金性能和锻铸工艺的熟练掌握，以及对佛教图像和度量比例的严格遵守是分不开的。藏族传统铜佛像制作工艺的研究，因为缺乏历史文献的记录，更需要通过对传统作坊的实地考察和实物观察，从技术工艺特点分析的角度来展现其本来的面貌。对地区传统铜佛像的制作，尤其是铜佛像的铸造工艺，以往多认为是以传统失蜡铸造法为主，即现代所说的熔模铸造工艺，因通常认为失蜡法在制作复杂立体铜像方面具有明显的优势。然而，经过笔者对、云南和四川藏区的实地考察，发现地区的藏族传统铜像作坊中采用沙范（砂型）铸造法更为普遍，而传统失蜡铸造法仅在云南德钦见到一例，这一现象引起了笔者的关注。通过参考国内外相关研究，从铜佛像制作工艺的特征入手，在此对沙范法和失蜡法两种传统铸造工艺在地区的存在提供一些粗浅的论述，目的是将思考的问题能够呈现出来，希望对促进藏族传统金属工艺的深入研究有所助益。
一、藏族传统沙范铸造法与失蜡铸造法
1、沙范法铸造工艺
目前所知，藏族工匠铸造铜佛像主要所采用的仍是传统砂型铸造法，也称作沙模法或沙范法。扎雅活佛在《宗教艺术》一书中，指出藏区工艺师广泛使用的铸造方法是模具法（沙范法），并对这一铸造工艺流程进行了详细的介绍。藏族艺人扎西威色，为了传承本民族传统手工技艺，曾对藏族金属工艺各个制作工序进行了较全面地介绍，但在其介绍中只提及沙模法铸造铜像的工艺，并未介绍失蜡铸造法。扎呷在《传统民族手工艺研究》一书中，较系统地论述了民族手工艺的发展历程、行业组织、手工艺者的社会地位，同时对各个传统工艺门类的历史变迁和制作工艺进行了专门的介绍。在该书“五金工艺”一章，对锻铸工具种类和制作工序都进行了说明，虽述及翻砂铸造，但也未曾提到失蜡法铸造工艺。学者Erberto Lo Bue认为，在喜马拉雅和地区，传统上使用3种制作佛像的技术：锻打，使用锤击红铜或黄铜板的方法，这种方法从尼泊尔山谷到东部和东北部都在使用；沙范铸造法，在东部和东北部特别普遍，这种方法或许是来源于中国中原地区；还有失蜡铸造法，在南部、中部和西部特别普遍，艺术家从尼泊尔山谷纽瓦尔师傅那里学到这项技术，而纽瓦尔人是从印度笈多、帕拉时代的雕塑家那里继承而来。
笔者2005年在拉萨和昌都地区考察“昌都工匠群”铜像作坊时，实地记录了藏族工匠所采用的传统沙范铸造方法。以拉萨铜佛像制作艺人罗布占堆的演示，将沙范铸造法的工艺流程呈现出来，为后文的讨论提供必要的根据。罗布所演示的是制作一个高11厘米、宽8厘米、厚7.5厘米的菩萨头像，整个工艺流程可以划分为以下3个部分。
1）制作沙范
首先用胶泥塑成菩萨头像的模型。用于制作沙范的沙土取自拉萨附近的山上，沙土经过筛选。
沙范由上、下两部分组成。制作时，将沙土拢起，用手掌拍实，沙土形成一台基面。然后将佛头泥模置于沙土台基面上，用手下压使佛头固定于沙土。制作沙范的上、下两部分需用2个尺寸相当的椭圆形铁皮环，椭圆的长轴20厘米，短轴17厘米，铁环的宽度5厘米左右。用铁环将佛头泥模圈住，佛头居中，铁环与沙土台基面垂直（图1）。
向置于沙土台基上的铁环内撤入黑色草木灰，草木灰可以使制范时沙土台基和佛头模型、沙范易于分离。向铁环内撤入沙土，用木棍夯实，铁环内泥土紧密挤压形成一个整体。将刮刀自铁环下口沿与台基接缝处插入，使沙范的上部与台基面分离。用手将铁环连同夯实的泥土和佛头模型一同翻转过来。用刮刀剔除范内表面粘有草木灰的土层，将沙范内表面向上置于沙土台基之上。
在沙范内表面用刮刀分别剔出4个扁弧形凹槽。凹槽的作用是定位，使两块沙范在分开、合拢时不会产生错位。在佛头颈部下方的沙范内表面，用刮刀剔出一个半圆形凹槽，留作铜液的浇口（图2）。在铁环侧壁的对应浇口的位置有半圆型的孔隙，2个铁环合并后成一个圆孔。用细毛笔蘸水，滴入与模型接触的沙土层中。再用小锤轻敲佛头模型，并对沙范与模型接触部位进行修整。用双手食指和拇指从两侧托住佛头模型，垂直向上托起，模型与沙范分离。对内壁表面再进行修整，然后将佛头模型放回原位，此时半块沙范制作完成。
将另一相同尺寸的铁环置于已完成的半块沙范上，向铁环内撒入草木灰。向铁环内填入沙土并夯实。用双手将沙范整体托起，上下旋转360度，重新置于沙土台基之上。将沙范的两部分分开，内表面向上，并列放置于沙土台基上。上下翻转会使两块沙范接触内壁的沙土层出现粘连错位，翻转的目的是为了发现土层接触不良的地方并及时进行修补。用刮刀在两块沙范内表面的浇口位置，剔出半圆形凹槽，留作浇注铜液时的浇口，用毛笔蘸水滴入浇口处的土层中进行加固。对取出模型后的沙范型腔内壁进行修整。两块沙范都已制作完成（图3）。制成的沙范置于室外背光处自然干燥，大约需要3—5天。
摘要：金刚烧结陶瓷铸造砂是以优质焦宝石矿物为主要原料，经制粉、造粒、烧结、筛分、级配工艺获得的球形人造陶瓷砂。其含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数、耗酸值低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损破碎、抗压、可再生性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标。金刚烧结陶瓷铸造砂对各种砂型铸造工艺均具有良好的工艺适应性，用于铸铁、碳钢、合金钢等材质铸件的生产，无论是中小铸件还是大型铸件，均取得了令人满意的效果，表现出了良好的铸造工艺性能。
关键词：金刚烧结陶瓷铸造砂；性能；应用
砂型铸造是铸造生产的主要工艺方法，由砂型铸造工艺生产的铸件占到铸件总产量的80%以上[1]。砂子是砂型铸造中形成铸型和芯子的骨料，是重要的砂型铸造用原材料。石英砂价格便宜，资源丰富，是常用的砂型铸造用砂，占到铸造用砂量的90%以上,但是石英砂热膨胀性大，热化学稳定性差[2]，铸件易产生表面粗糙、粘砂、脉纹、桔皮等缺陷。因此，虽然铸造生产中石英砂是最常用的铸造用砂，但石英砂不是理想的砂型铸造用造型材料。锆砂耐火度高、粒形好、导热性好、热膨胀性小、化学稳定性好[3]，铸造工艺性能优于石英砂，但其比重大，价格高，且往往和放射性元素伴生，具有放射性风险。橄榄石砂、铬铁矿砂热膨胀性小，有较强的抗金属氧化物侵蚀的能力[3]，但粒形不好，易破碎，且橄榄石砂不能用于酸固化粘结剂工艺。在此背景下，金刚新材料股份有限公司研究开发了利用焦宝石矿物制备烧结陶瓷铸造砂技术，并和山东建筑大学联合对烧结陶瓷铸造砂在铸造生产中的应用进行了研究。
1金刚烧结陶瓷铸造砂
金刚烧结陶瓷铸造砂既不同于采用熔融造粒技术生产的人造砂，也不同于各种天然人造砂，而是以焦宝石矿物为原料，经过破碎、制粉、成分调配、造粒、烧结、分级和级配工艺获得的球形人造烧结陶瓷砂。
2金刚烧结陶瓷铸造砂在铸钢件生产中的应用
铸钢件浇注温度高，对砂子的耐火度和热化学稳定性提出了更高的要求。金刚烧结陶瓷铸造砂以覆膜砂工艺和自硬树脂砂工艺在铸钢件生产中得到了大量应用。
3金刚烧结陶瓷铸造砂在铸铁件生产中的应用
金刚烧结陶瓷铸造砂在铸铁件生产领域也获得了大量的应用，取得令人满意的效果。某企业用金刚烧结陶瓷铸造砂混制呋喃树脂自硬砂生产图4箱体类球铁铸件，并和原采用石英砂混制呋喃树脂自硬砂工艺生产相同铸件时的情况进行了比较，结果如表7。采用金刚烧结陶瓷铸造砂取代石英砂后，在生产条件和工艺条件不变的情况下，铸件的废品率明显降低。某企业用金刚烧结陶瓷铸造砂呋喃树脂自硬砂工艺生产大型铸铁件，在工作温度16℃，相对湿度40%，AFS细度为26.34的再生砂，在不同粘结剂加入量时的型砂性能。
4金刚烧结陶瓷铸造砂在3D打印中的应用
金刚烧结陶瓷铸造砂不仅在覆膜砂、自硬砂工件，取得了令人满意的效果。
5结论
（1)金刚烧结陶瓷铸造砂含泥量、含水量、热膨胀性、角形系数和耗酸值低，粒形圆整，耐火度高，抗磨损冲击和抗压性能好，具有作为铸造用砂理想的性能指标。
（2)金刚烧结陶瓷铸造砂用于碳钢、合金钢及铸铁件生产，表现出了良好的铸造工艺性能。
（3）金刚烧结陶瓷铸造砂对各种砂型铸造工艺均表现出了良好的铸造工艺适应性。
参考文献:
[1]周静一.从2010中国国际铸造博览会看我国造型材料的发展[J].铸造，2010，59(7)：766-767.
[2]张勋芳.新型铸造砂的制备及性能研究[D].沈阳：东北大学，2006.
[3]李远才.铸造造型材料实用手册[M].北京：机械工业出版社，2009.[4]李远才.覆膜砂及制型(芯)技术[M].北京：机械工业出版社，2008
在以上列举的青铜器里,不管是在造型艺术、铸造工艺、表面装饰技术,还是鉴赏与实用、史料价值等方面,都应该首推南京博物院院藏青铜器 陈璋壶。陈璋壶,1982年2月在盱眙县南窖庄出土,制作精良、构思巧妙,纹饰新颖独特,造型玲珑剔透,华美精巧。陈璋壶的铸造工艺,将我国古代青铜器的冶铸技术推向了第二个高峰,是综合研究春秋战国青铜铸造的典型器。
一、陈璋壶
1. 形制
铜壶通高24cm,口径12.8cm,腹径22.2cm,圈足径13.8cm,重量为5590g。全器造型由7个部分、19个构件组成。(图一、二)
侈口、束颈、弧肩、平底颈部较肩部高出一层,形成一周凸面。外露的颈部饰错金银云纹图案(图三、四),镂空网络罩的肩部饰错银斜方格云纹图案。
2. 铜龙网络
分肩、腹两组,由卷曲起伏的长龙和梅花钉交错、叠压形成镂空纹饰。
肩部的网络由48条龙组成,龙身上下起伏卷曲,每条龙上下起伏卷曲三次。相邻的两龙头尾相对,形成一组,相间的两龙卷曲相接。龙与龙之间皆以梅花钉缀连,每条长龙缀连6枚梅花钉。肩部网络的梅花钉为48竖行,24组,每组6枚,共144枚。
腹部的网络是每条龙上下起伏卷曲9次。两龙在卷曲处相接,亦以梅花钉缀连,每条龙两侧缀连18枚梅花钉。腹部网络梅花钉是48竖行,24组,每行9枚(下部锈蚀脱落4、5枚),每组18枚,共432枚。整个网络由96条长龙、576枚梅花钉组成。(图五、六)
3. 箍带
肩腹之间有一圈衔接肩腹两组网络的箍带,由4根环接连而成,上饰错金云纹饰。(图七、八)
4. 立兽
连接箍带的立兽形竖环耳4个,作奔虎形,虎头向下,张口弓背,四肢鳞爪状,通体错金银重环饰纹。(图九、十)
5. 铺首
每条箍带中间有一兽面,共4个。宽额、竖耳、弯眉、杏眼、勾鼻、兽面额上镶嵌绿松石(皆已脱落),两侧细刻卷曲双龙。龙头为角,龙尾为须。(图十一)
6. 衔环
每1铺首与龙鼻套接,共4个。饰有细如发丝的错金云纹饰。(图十一、十二)
7. 圈足
座缘与铜龙网络相连,底部饰镂空花纹,外缘饰错金斜方格云纹。
8. 铭文
壶口内沿刻篆1行11字,容积的计量单位。铜壶实测容量为3000ml。(图十三)
铜壶圈足外缘镌刻29字,这与美国费城宾夕法尼亚大学博物馆收藏的陈璋壶的铭文几乎全同。铭文说明,铜壶是燕国铜器,后为齐国将领陈璋所获。(图十四)
二、陈璋壶的冶铸技术
春秋战国出现新的冶铸技术,主要有以下几点:
器物的造型艺术,一改商周青铜器以鼎、簋、鬲、爵、角等礼器为主的造型,将实用与欣赏、造型与审美有机结合,纹饰以动物造形为主题;
在铸造技术上出现了镂空青铜器;
在表面装饰出现了错金银等;
改变了铜器铭文在商周时期以铸造成形使用了篆刻的新方法;
普遍运用铸接、焊接等综合装配工艺的特种技术;
多种合金在一件器物上运用。
以上列举的六点,在陈璋壶上表现得淋漓尽致。
1. 造型艺术
铜壶系由 19个构件组成,即壶身、圈足、镂空网络、4个箍带、4个衔环、4个铺首、4只立兽。箍带、衔环、铺首、立兽的16个附件分别摆置在肩腹之间的同一条圆圈上。布局相当对称,显得均衡协调,稳重自然,丝毫没有呆板之感。铜龙网络的构思,外层是取之自然界中的植物
梅花,里层由神话中的动物龙巧妙构成(即龙穿梅花)。这种源于生活却高于生活的手法,含义深刻,耐人寻味。错金银的纹饰,长龙、兽面、立兽和梅花都是静物,然而古人造就静中有动、动中有静的表现手法。壶身的纹饰设计向上或向下浮动的斜方格纹,梅花为带,花蕊5瓣花,花朵与花朵层叠相错;长龙穿于鲜花丛中起伏,兽面铺首中的双龙两头向上做游动,倒立的兽向下跳跃,一上一下,错落有致的艺术造型,给铜壶增添了强烈的美感。铜壶不仅有错金银平面装饰,且配有长龙、梅花、兽面、立兽等套饰, 同时在错金银暖色的基础上,用翠绿的绿松石镶嵌,暖色、冷色交相辉映形成了明显对比,给人以强烈的视觉效果。
该铜壶实测容量为3000ml,与壶口内沿刻篆1行11字所描述的容积相吻合,可谓中国古代器皿中把实用与欣赏、造型与审美有机结合的典型例证。
2. 铜龙网络的镂空技术
春秋战国时期出现了镂空的青铜器,著名的有曾侯乙盘尊。它的镂空是由19种变体蟠螭纹组成12种花纹单元,再按一定排列方式和层次汇合而成的一个主体花环,每个花纹彼此脱空,互不连接,全靠其下的铜梗支撑而保持其独立性,形成镂空。
陈璋壶上龙与龙之间皆以梅花钉缀连,肩部每条长龙缀连6枚梅花钉,腹部每条龙两侧缀连18枚梅花钉,分外(梅花)、中(长龙起处)、内(长龙伏处)3个层次,形成镂空。显然,陈璋壶的镂空程度比曾侯乙尊盘要复杂。
3. 表面装饰技术错金银
战国时期的错金银铜器是铜器中的珍品,如河南洛阳文物工作队藏错金银卷云四瓣纹鼎、山西省博物馆藏错金蟠兽纹盖豆、南京博物院藏错金云纹牺尊②。但在镂空青铜器上错金银纹饰,陈璋壶是唯一的一件。陈璋壶的壶颈、壶身、4个立兽、4个衔环、4条箍带都镶嵌了金银,可谓是珍品的瑰宝。
4. 刻纹青铜器
最早的刻纹青铜器应该是四川成都金沙遗址出土的青铜有领壁,然后是江苏六合程桥春秋晚期墓出土的铜盘残片。显然,细如毫发、技法纯熟的刻纹技术的青铜器,在收藏品中可谓凤毛麟角。但在陈璋壶上,古人就直接刻了30个铭文,以此阐明陈璋壶的用途与意义。
5. 铸接、焊接等
春秋战国时期,在青铜器冶铸技术的制造中,机械装配工艺开始被运用,并逐渐成熟。如曾侯乙盘尊,“尊由尊体以及尊颈、尊腹、圈足各部分的附件组成。尊腹事先铸出4处共八个接榫,上焊八件分铸的龙身,组成双身四条龙,龙首焊接在尊颈豹形兽的尾部。至此,由34部件通过6处铸焊连接成一体的铜尊,完成了它的制作全过程。”③
陈璋壶的造型由7部分、19个构件组成,其组合的过程,通过表面初步观察,推测如下:先分别铸出壶肩和腹的铜龙网络、4个衔环、4个铺首、4根箍带和4个立兽等。在肩、腹铜龙网络的衔接处设计并分别铸出4处共8个接榫,由4个铺首通过箍带铸焊连接成一体。它绝妙的精心设计在于肩、腹铜龙网络的衔接处的衔接缝,用4根箍带遮挡,使人感觉壶的肩与腹为一体。此外,陈璋壶的壶颈与肩铜龙网络的连接处,在外观察有一道分界线(图十五、十六),在内用手摸,壶颈与肩铜龙网络有一个台阶,据此推测,可能是壶颈与肩铜龙网络连接时采取的榫接或套接的机械装配工艺。当然,要证明这一推测要做很多的科学检测,尤其是用工业CT检测和X光透视。
5. 多种合金的运用
在春秋战国时期,青铜器的成形与装配工艺运用了多种合金。如山西省博物馆藏错金蟠兽纹盖豆,使用了金、青铜两种金属;河南洛阳文物工作队藏错金银卷云四瓣纹鼎,使用了金、银和青铜三种金属;曾侯乙墓里出土建鼓等铜器,为了装配使用了锡铅合金的焊料;陈璋壶,使用了金、银、青铜、铺首与铜龙网络铸接时的低熔点合金(锡铅合金),此外,陈璋壶的兽面铺首氧化层的颜色与壶的其他构件不同,呈灰黑色,并且铺首的龙头有韧性。铺首的合金与壶本体的合金有很大的差异,据此现象推测,铺首的合金可能是锡铅合金铸造。当然,要证明这一推测只要做金相、能谱仪或CT等科学检测即可。
从以上列举的春秋战国时期在冶铸方面的新技术,陈璋壶基本涵盖了,而且,陈璋壶在成形与表面装饰方面,造型设计生动、活泼,铸造复杂程度高,装饰工艺精细、优美,静动结合,将古代人在器物设计时的完美与人性化、实用与欣赏、造型与审美有机结合。不容置疑,剖析陈璋壶的制作工艺,就能基本看出古代春秋战国时期的冶铸技术。
三、陈璋壶的镂空技术
最近一年来,从事古代青铜器铸造工艺的研究人员对古代先秦时代是否有失蜡法铸造,镂空青铜器的制作采用何种方法展开了热烈的讨论,这对研究古代科技,探明中国古代的发明创造,有着极其重要的作用。笔者从事文物保护与修复工作34年,对古代的冶铸技术没有专门的研究,对现代铸造技术也缺乏经验,但对古代青铜器上留下的冶铸技术信息,一直在思考。现根据陈璋壶上所反映的镂空铸造信息及相关的资料,提几个关于镂空铜器的技术问题,供展开讨论的研究人员参考。
陈璋壶的铜龙网络分外(梅花)、中(长龙起处)、内(长龙伏处)3个层次,与河南淅川的春秋晚期楚国双层镂空云纹禁、湖北随县战国早期曾国的镂空曾侯乙尊盘,应同属一种铸造工艺。镂空或称透空铜器的铸造技术,在已发表的研究青铜器工艺的文章中,基本上有四种观点:
(1) 熔模铸造法④(失蜡法);
(2) 失J法⑤;
(3) 范铸技术+焊接⑥;
(4) 泥质合范⑦。
首先将以上四种观点,从工艺成形的原理归纳为两类:失蜡法和失J法的成形工艺中的模为可熔性,所不同的是使用的熔模材料不同,一是蜡,一是J,故将这两种观点归为一类;第二类成形工艺中的模都是泥,不可熔性,故将3、4观点归为一类。
其次,我们暂不从春秋战国是否有失蜡法等方面去讨论,而是从现在复制的实际出发来思考,如用失蜡、失J法或用失蜡、失J法与范铸法相结合的工艺复制陈璋壶,从铸造技术的理论和操作的工艺角度分析,也许可以达到我们设计或者克隆出与原物基本相同的复制品;如用范铸技术或泥质合范法复制陈璋壶可能存在一些问题,现将这些问题提出,尚祈专家不吝赐教。
1. 范铸技术+焊接
“尊侯乙尊盘的尊口及盘口,是由大大小小数千个分别铸造的小纹饰焊接成一组组的组件装配而成”⑧。据此方法制作陈璋壶,也就是将576朵梅花焊接在96条交叉的长龙上,形成镂空。那么,梅花与长龙之间焊口的设计是对接,还是搭接、丁字接(正交接)或角接?用 熔焊、压焊还是钎焊?
如用熔焊类法,那么怎样防止大气中的氮、水蒸汽等进入熔池,使焊缝在冷却过程中不形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷?
如用熔焊法,在焊第二朵梅花时如何保护距离只有1公分的第一朵梅花不被熔化?
焊缝与本体的再做色时,如用同样的化学试剂、同样的温度与时间,焊缝处与陈璋壶本体的腐蚀产物,颜色会一致吗?
2. 泥质合范法:
① 把镂空纹饰制成一块不镂空的泥质纹饰板,用它制作外范,它可作铸造时的内范使用;② 在内范上削去铜器实际需要的厚度;③ 挖去内范上所有的纹饰,注意没有纹饰的地方不能挖,因为这些纹饰的地方是和外范紧密的拼合,铸造后才能形成镂空;④ 根据镂空纹饰的设计需要,用工具挖通上下之间的小孔,孔的深度将是铸造后纹饰上下镂空的程度。”⑨据该文章文字介绍和图片展示, 泥质合范法制作的镂空形状都是很有规律的半圆形叠压镂空,那么,怎样保证陈璋壶肩部的铜龙网络每条龙上下起伏卷曲三次,腹部铜龙网络每条龙上下起伏卷曲9次,这种上下不规则起伏的造型呢?铜龙网络中每条龙的脊背上都有一条刻纹(图五、六、十五、十六),是如何形成的呢?
南京博物院院藏陈璋壶,在时代上比河南淅川的春秋晚期楚国双层镂空云纹禁、湖北随县战国早期曾国的镂空曾侯乙尊盘晚,采用的制作种类和工艺精度也就要比云纹禁、曾侯乙尊盘齐全和复杂,堪称汇集我国春秋战国时期新的冶铸技术的典型器。
然而,陈璋壶究竟用何种冶铸技术成形,需要对其进行科学的分析和检测,并进行模拟试验。笔者深信,在今天百家争鸣的学术领域里,利用21世纪最先进的分析仪器,模拟古人冶铸时的思维、材料与工艺,从理论与实践上论证与挖掘,重现以陈璋壶等为代表的我国春秋战国时期出现的镂空青铜器的冶铸技术是能办到的。
注释:
① 华觉明.中国古代金属技术铜和铁造就的文明[M].郑州:大象出版社,1999:164,166.
② 国家文物局主编.中国文物精华大辞典[M].青铜卷.上海:上海辞书出版社,1995,231,234,238.
③ 华觉明.中国古代金属技术铜和铁造就的文明[M].郑州:大象出版社,1999:164,166.
④ 华觉民等.曾侯乙尊、盘和失蜡法的起源[J].自然科学史研究,1983,4.
⑤ 张光远.中国最早“失J法”春秋中期“蛇网盖冠龙虎方壶”的铸法论证[J].东南文化,2002,1.
⑥ 周卫荣,董亚巍,万全文,王昌遂.中国青铜时代不存在失蜡法铸造工艺,江汉考古,2006,2.
⑦ 王金潮.谈曾侯乙尊盘的铸造工艺[J],东南文化,2002,1.
