大型銅合金浮雕的鑄造制作

耿紅亮

（山西夏縣易源雕塑有限公司，山西夏縣 044402）

大型浮雕是藝術(shù)鑄造重要的產(chǎn)品系列，特別是銅合金浮雕，在生產(chǎn)中很常見(jiàn)。大型銅合金浮雕的鑄造制作，不僅要保證浮雕圖案的清晰、完美，還要保證整體厚度的均勻和不變形，同時(shí)在安裝時(shí)也要特別注意變形問(wèn)題。本文結(jié)合為運(yùn)城市鹽池博物館鑄造制作的大型青銅浮雕河?xùn)|鹽池之圖為例，介紹銅合金大型浮雕的制作過(guò)程。

1 河?xùn)|鹽池之圖大型青銅浮雕介紹

如圖1 所示，大型浮雕青銅地鋪《河?xùn)|鹽池之圖》，長(zhǎng)6 000 mm，寬3 500 mm，平均厚8 mm，重約2 500 kg，采用優(yōu)質(zhì)青銅鑄造。浮雕素材來(lái)源于明神宗萬(wàn)歷二十四年（公元1596 年）河?xùn)|巡鹽御史繪制的《河?xùn)|鹽池之圖》。吳楷出任河?xùn)|巡鹽御史后，他看到鹽丁采撈之苦，頗多感慨，便繪制河?xùn)|鹽池之圖，后鐫刻于石，以圖文并茂的形式，真實(shí)地展示了明代萬(wàn)歷年間河?xùn)|鹽池的全貌。同時(shí)，吳楷號(hào)召鹽商們要恪守關(guān)公信義精神，誠(chéng)信天下，利從信中來(lái)，并重建了運(yùn)城關(guān)王廟。河?xùn)|鹽池之圖原藏于運(yùn)城關(guān)王廟，現(xiàn)藏于運(yùn)城博物館，是明代河?xùn)|鹽池重要的物證，具有很高的研究?jī)r(jià)值。大型浮雕青銅地鋪河?xùn)|鹽池之圖以青銅藝術(shù)的形象，再現(xiàn)了明代鹽池的全貌。

圖1 河?xùn)|鹽池之圖青銅浮雕地鋪

2021 年11 月3 日，2021 運(yùn)城池鹽文化旅游周開(kāi)幕式暨河?xùn)|池鹽博物館開(kāi)館儀式在池鹽文化博覽園北廣場(chǎng)隆重舉行，大型浮雕青銅地鋪河?xùn)|鹽池之圖亮相，傳承和弘揚(yáng)著運(yùn)城悠久的鹽文化歷史。

2 造型設(shè)計(jì)收縮余量

大型浮雕產(chǎn)品對(duì)于設(shè)計(jì)的尺寸都有具體要求，但是從模型的塑造，到銅合金鑄件的制作，由于銅合金由液態(tài)到固態(tài)的收縮，所以在模型的設(shè)計(jì)制作時(shí)必須考慮收縮量的問(wèn)題，只有在模型尺寸中增加縮尺，才能保證最終的尺寸符合設(shè)計(jì)要求。根據(jù)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，一般青銅浮雕砂型鑄造的鑄件尺寸收縮率不小于泥塑，或者為石膏型尺寸的2%.對(duì)于河?xùn)|鹽池之圖大型青銅地鋪，設(shè)計(jì)要求尺寸為長(zhǎng)6 000 mm，寬3 500 mm，模型的尺寸放縮尺后為：長(zhǎng)6 120 mm～6 150 mm，寬3 570 mm～3 600 mm 為佳，余量太小可能造成設(shè)計(jì)尺寸不夠，太大會(huì)使最終尺寸變大，成本增加。圖2 為《河?xùn)|鹽池之圖》浮雕泥塑制作過(guò)程。

圖2 河?xùn)|鹽池之圖浮雕泥塑制作

3 翻制模具

翻制模具的工藝過(guò)程，首先是在完成模型上分型塊；第二是根據(jù)型塊插分型插片；第三步根據(jù)工藝要求按分型塊，先翻制石膏型或者硅橡膠陰模，然后再翻制陽(yáng)模。其中分型非常關(guān)鍵，翻模分型原則上盡量避開(kāi)有花紋的地方，如果實(shí)在避不開(kāi)的話，也要選擇在后期容易焊接和打磨的地方分型。分型的面積大小應(yīng)該和熔銅爐容量的大小相匹配。最大不能超過(guò)熔銅爐一爐所熔銅的量。假如熔銅爐一次熔銅為300 kg，按銅壁厚0.5 cm 計(jì)算，每平方米銅鑄件大概是45 kg 左右，加上澆注系統(tǒng)用的銅量，每平方米應(yīng)該在70 kg 左右，那么分型的最大面積就不能超過(guò)4 m2.具體對(duì)于河?xùn)|鹽池之圖大型青銅地鋪由于圖案異常復(fù)雜，總共分了17 塊，分型線具體分布于紋飾相對(duì)簡(jiǎn)單的水紋和山形圖案邊緣，利于鑄造后期的焊接加工。采用的是硅橡膠翻制模具，如圖3 所示。

圖3 河?xùn)|鹽池之圖 浮雕泥塑分型

4 造型

大型青銅浮雕一般采用砂型鑄造和熔模精密鑄造工藝。具體對(duì)于河?xùn)|鹽池之圖大型青銅地鋪來(lái)說(shuō)，采用的是樹(shù)脂砂造型工藝。造型時(shí)首先焊接造型用的砂箱；其次把型塊布設(shè)在砂箱內(nèi)，并布設(shè)澆冒口系統(tǒng)；第三是攪拌混制樹(shù)脂砂，樹(shù)脂加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)是擦洗砂的1.6%，固化劑的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)是樹(shù)脂的55%；第四是把攪拌好的樹(shù)脂砂倒入砂箱內(nèi)，搗實(shí)；第五待砂型固化后，掀開(kāi)模具。值得注意的是樹(shù)脂和固化劑的加入量隨著室溫的變化而變化，在造型時(shí)樹(shù)脂砂一定要均勻搗實(shí)。造砂型如果有砂箱的話還比較規(guī)范，但對(duì)分型不規(guī)范的造型，要根據(jù)造型自行焊接砂型內(nèi)的骨架，內(nèi)外砂型的鋼骨架必須上下平行，有利于后期的砂型加固。內(nèi)外型造好合好后首先要用8 號(hào)左右的鐵絲把內(nèi)外砂型鎖緊，再用直徑20 cm 左右的螺紋鋼進(jìn)行內(nèi)外型焊接，如圖4 所示，以防高溫銅液澆注時(shí)漲殼增加鑄件厚度。由于砂型較大必須在中心外加穿心螺絲，防止高溫膨脹中心鼓起。同時(shí)要在砂型上按要求布設(shè)排氣孔。大型浮雕澆道一般采用雨淋式澆道，先把砂型加固好然后放在沙坑中，沙型下面三分之一部分最好埋在沙中夯實(shí)，也能進(jìn)一步有效的防止?jié)q殼[1]，如圖5 所示。

圖4 河?xùn)|鹽池之圖砂型合型

圖5 河?xùn)|鹽池之圖砂型放入沙坑下面三分之一用沙子夯實(shí)

5 鑄造與焊接

大型銅浮雕一般采用C90300 錫青銅配方，澆注溫度1 140 ℃，但是紋飾復(fù)雜的要提高澆注溫度。澆注后，待鑄件完全凝固并在接近室溫時(shí)打開(kāi)砂型；清砂、噴砂、割除澆冒口，檢查鑄件合格后再進(jìn)行焊接加工、打磨，然后在工廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)裝，特別是要對(duì)變形部分進(jìn)行校正，不能有翹曲變形；預(yù)裝檢驗(yàn)結(jié)束后再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。

大型銅合金浮雕的鑄造工藝注意事項(xiàng)：

1）必須按照?qǐng)D案的復(fù)雜、精細(xì)程度確定合理的澆注溫度。如果紋飾復(fù)雜，且為高浮雕，就必須提高澆注溫度，此鑄件的澆注溫度為1 250 ℃.

2）在澆注速度方面，人工控制盡量做到銅合金液均勻注入。

3）鑄件鑄出后進(jìn)行噴砂，先點(diǎn)焊對(duì)接在一起，然后檢查整體尺寸。

是否滿足客戶要求，還要注意浮雕整體是否方正，以免焊接完后方正時(shí)尺寸變小。焊接必須保證鑄件的不變形，為防止變形，必須在兩塊鑄件焊縫下面加鋼骨架，一般是4 mm×8 mm 的槽鋼即可。塊面大的中間也要適當(dāng)加上輔助筋，焊縫最好安放在槽鋼面中間進(jìn)行焊接，兩邊也可以進(jìn)行加焊，這樣可以增加焊口的強(qiáng)度，可以有效防止浮雕吊裝過(guò)程中出現(xiàn)焊口裂開(kāi)的情況。圖6 為河?xùn)|鹽池之圖鑄件點(diǎn)焊對(duì)接、校正現(xiàn)場(chǎng)，圖7 為焊接完成后的河?xùn)|鹽池之圖。

圖6 河?xùn)|鹽池之圖鑄件點(diǎn)焊對(duì)接、校正

圖7 河?xùn)|鹽池之圖加工完成安裝前

6 現(xiàn)場(chǎng)安裝

現(xiàn)場(chǎng)安裝也是保證鑄造制作質(zhì)量重要的工藝環(huán)節(jié)。如果安裝在墻體上，必須保證基體的平整，用膨脹螺栓進(jìn)行固定，縫隙要灌注水泥?！逗?xùn)|鹽池之圖》大型青銅地鋪是安裝在地面上的，鑄件背面的加強(qiáng)筋起到了支撐作用，有效防止了鑄件的變形，但是必須要和地基上預(yù)留的地埋件焊接在一起。在安裝固定好以后，需要進(jìn)行專業(yè)的水泥高壓注漿夯實(shí)，否則如果有車輛不小心碾壓必定會(huì)出現(xiàn)浮雕局部塌陷，甚至出現(xiàn)焊口撕裂的嚴(yán)重現(xiàn)象，后期維修會(huì)非常麻煩，而且還會(huì)影響鑄件的表面質(zhì)量。

7 結(jié)語(yǔ)

大型銅合金浮雕是藝術(shù)鑄造主要的大型件門類，只有在模型設(shè)計(jì)、模具翻制、型殼制作、冶煉鑄造、現(xiàn)場(chǎng)安裝等各個(gè)工藝環(huán)節(jié)均進(jìn)行合理科學(xué)的工藝保障和操作，才能保證最終產(chǎn)品的高質(zhì)量。