工艺型仿铜铜鼓的材料与工艺研究.pdf

4 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 工艺型仿铜铜鼓的材料与工艺研究 诸小丽 南宁职业技术学院，广西南宁5 3 0 0 0 3 摘要通过对仿铜材料的成分与工艺的研究，研制出外形逼真，与纯铜铜鼓手感、材质相仿的仿铜铜鼓。 关键词铜鼓；仿铜；工艺；成分 中图分类号T G l 4 6 ．1 1文献标识码A 文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 2 - - 0 0 4 0 - - 0 3 T h eM a t e r i a la n dI m i t a t i n go fH a n d i c r a f tB r o n z eD r u m Z H UX i a o 一1 i N a n n l n gC o l l e g ef o rV o c a t l o n a lT e c h n o l o g y 。N a n n i n g5 3 0 0 0 3 ，C M n a A b s t r a c t T h ei m i t a t i n gt i m b a l ，t h a th a st h es i m i l a rf i g u r a t i o na n dh a n d l e ，i sd e v e l o p e db a s e do nt h es t u d y o fm a t e r i a la n dp r o c e s s ． 。 K e y w o r d s T i m b a l ；I m i t a t i n g ；P r o c e s s ；C o m p o n e n t 千百年来，神秘庄重的铜鼓，一直被我国壮、瑶、 苗、侗、彝等少数民族视为权力与财富的象征，有着 割不断、分不开的历史和文化渊源。铜鼓它那曲直 适宜，纵横合度的外貌造型和生动传神、形象逼真的 人物和各种动物造型以及多姿多彩、精美绝伦而又 风格各异的装饰图案，使铜鼓设计师们那丰富的艺 术想象力、完美的构思以及设计者的审美情趣得到 了充分的展示。近年来随着人们返朴归真的审美意 识逐步提高，对各种小工艺品花色品种、外观质量要 求越来越高，传统的纯铜铜鼓由于其昂贵的价格，作 为旅游产品较难得以推广。 被称之为“铜鼓之乡”的广西，每年都有上千万 的游客浏览这片美丽的南国热土，象铜鼓这样具有 少数民族神奇魅力，一直以来为他们所钟情。当然 铜鼓能在各个朝代得以流传绵延，历经两千多年长 盛不衰，与其冶炼、铸造等工艺技术已达到相当高的 水平分不开。据考古工作者2 0 世纪7 0 年代在北流 县铜石岭发掘所发现的距今一千多年的唐代古铜 锭，经分析其含铜量达9 8 ．6 8 ％，炉渣的残铜量一般 在0 ．5 ％左右[ 1 ] 。因此而要研制出外形逼真，与纯 铜铜鼓手感、材质相仿的价廉物美的仿铜铜鼓，我们 作者简介诸／J 、丽 1 9 6 1 - - ，女。上海市人。剐教授 在合金的成分与工艺上进行了研究。 1 研制目标 所研制的仿古铜鼓，要求外形及纹饰、装饰逼 真，鼓体壁薄均匀，既是一件精致的工艺品，又是一 件具有较高文化内涵的宣传品，成为极具特色的旅 游产品。仿铜铜鼓外形尺寸①1 0 0m i n x 8 5m m ，壁 厚1m m ，单重0 ．2 5k g ，要求工艺可靠，质量稳定， 研制专用模具进行批量生产。 2 主要设备及原材料 2 ．1 主要工序及设备 整个工艺过程主要分为原料工段、熔炼及浇注 工段、后处理三个阶段。原料工段原料的准备及必 要的预处理，备料包括金属材料、燃料等。熔炼及浇 注工段因为试验规模较小，并考虑节约费用，熔炼 合金用燃油坩埚炉，该炉由2 个3 0 石墨坩埚串联 组成，其中一个熔炼时另一个作预热金属料，二者交 替使用，以提高热效率。并配备一台离心浇注机。 浇注、脱模后还要对铸件进行精整，去除浇冒 口、铸件飞边、毛刺，对纹筛、装饰物、鼓耳、鼓足等部 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 4 1 位进行必要的修整、上色，即可得到鼓身光洁、文饰 清晰的仿铜铜鼓 图1 。 图1 仿铜铜鼓 F i g ．1 T h eh a n d c r a f ti m i t a t i v eb r o n z ed r u m 2 ．2 主要原材料及金属模具 金属材料锌、铅、锡、铜、中间合金、回炉料、废 铜料等。 金属模具按照仿制铜鼓的设计造型、实物尺寸 比例和鼓上的纹饰，用4 5 号钢材料制作模具 图 2 ，模具有上下左右四部分组成，便于浇注后脱模。 在型腔内壁用电脑雕刻机刻出所需的阴纹或阳纹。 图2 模具图 F i g ．2 T h ef i g u r eo fm o u l d 3合金的熔炼与浇注 3 ．1 合金成份 对铜鼓合金成份、材质已进行过详细的研究‘引， 在对1 0 0 面铜鼓的材质进行研究后发现，绝大多数 铜鼓属于铅锡青铜类型。其中锡能起到降低合金熔 点和提高合金强度、硬度的作用，但当锡含量超过 1 8 ％～2 0 ％时，合金强度会急剧下降，机械性能变 差。铅不仅能降低合金熔点，可以有效地避免脆性， 更适合铸造大型、薄壁的铜鼓。但是铅在合金中能 加速声音振动的衰减，含铅量过高会影响铜鼓的声 响效果，因此，合金的含铅量有一定限度，以保证铜 鼓的音质。 对我们研制的仿铜铜鼓而言，铸件小而薄，不受 力，对其机械性能要求不高，但要求合金有较好的工 艺性能，如较好的流动性、较低熔点等，以保证铸件 可获得较好的表面光洁度和清晰的纹饰。锌合金的 特点是密度大、铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄 壁的精密件，铸件表面光滑。熔点低，在3 8 5 ℃熔 化，容易压铸成型。对纯铜、锡青铜、仿铜合金的几 项参数进行比较可见，仿铜合金的熔点最低，在同样 的铸造温度条件下，其流动性比纯铜的要高，见表 1 。 表1 纯铜与合金部分性能比较表 T a b l e1T h ep r o p e r t i e so fp u r ec o p p e r a n ds o m ec o p p e ra l l o y． 熔点／℃ 收缩率／％ 浇注温度／℃ 流动性／c m 10 2 0 1 0 ～1 4 l1 5 0 2 0 3 8 5 5 0 0 5 0 10 8 0 1 7 11 5 0 ～12 3 0 3 5 由表1 可见，选用仿铜铜鼓的材质 锌9 7 ．4 ％、 锡0 ．0 0 6 ％、铅0 ．0 6 4 ％、铜1 ．5 ％ 是合适的，仿铜 合金有较高的含锌量能代替价格较贵的铜，大大的 降低成本，且铸造性能好，熔点低。而含少量的锡、 铅能增加流动性，降低熔点。 3 ．2 熔炼与浇注工艺 仿铜铜鼓合金的含锌较高，为了防止合金液的 吸气和出现偏析，在熔铸过程中应着重掌握好。另 外，由于压铸件的凝固速度极快，因此到室温时，固 溶体的溶解度是大大地饱和了。经过一定时间之 后，这种过饱和现象会逐渐解除，而使铸件的形状和 尺寸略起变化。操作步骤及操作要点 1 新料与水口等回炉料配比，回炉料不要超过 5 0 ％，一般新料旧料一7 0 3 0 。连续的重熔合 金中铝和镁逐渐减少； 2 水口料重熔时，一定要严格控制重熔温度不 超过4 3 0 ℃，以避免铝和镁的损耗； 3 有条件的压铸厂最好采用集中熔炉熔化锌 万方数据 4 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年2 期 合金，使合金锭与回炉料均匀配比，熔剂可更有效使 用，使合金成分及温度保持均匀稳定。电镀废品、细 屑应单独熔炉。 而含少量的锡、铅能增加流动性，降低熔点。由于又 采用模具离心浇注，壁薄 仿铜铜鼓壁薄1m m 、纯 铜铜鼓壁薄2m m 、质量稳定、效率高。 4 经济性分析 5结论 4 ．1 材料成本分析 纯铜铜鼓合金成分一般为含铜量达9 8 ．6 8 ％， 炉渣的残铜量在0 ．5 ％左右[ 1 ] ，而仿铜铜鼓合金含 锌量一般达9 7 ．4 1 ％，其余元素含量在0 ．6 ％左右， 纯铜的价格是仿铜铜鼓合金的价格的一倍以上。 4 ．2 工艺分析 纯铜铜鼓一般采用“失蜡法”精密铸造[ 3 ] ，整个 工艺过程工序繁多，浇注温度高、工艺复杂，所使用 的材料品种繁多，技术要求严格，生产周期长，互相 制约的因素多，最终影响铸件质量的因素多等特点， 因此，在整个繁杂工艺过程中任何环节的一点疏忽， 或操作不当都会给铸件质量带来不良后果。型壳裂 纹就是最常见的型壳缺陷之一，而要尽可能工艺合 理、严格规范、精心操作，把废品的可能性降到最低 限度，难度非常大。仿铜铜鼓铸造性能好，熔点低。 选用仿铜铜鼓的材质 锌9 7 ．4 ％、锡0 ．0 0 6 ％、 铅0 ．0 6 4 ％、铜1 ．5 ％ 是合适的。仿铜铜鼓与纯铜 铜鼓外形相似，手感、材质相仿，但价格要低许多。 模具离心铸造与传统的纯铜熔模铸造相比，工艺简 单、壁薄、质量稳定、效率高。利于新产品的开发，有 很好的市场推广价值。 参考文献 E 1 3 蒋廷瑜．铜鼓艺术研究E M 3 ．南宁广西人民出版社， 1 9 8 8 3 4 ． E z 3 广西区博物馆．广西、云南铜鼓合金成份及金属材质的 研究E R 3 。1 9 8 5 1 8 ． E 3 3 佟天夫．熔模铸造工艺[ M ] ．北京机械工业出版社， 1 9 9 1 2 5 ． 万方数据