造幣模具製作簡說

06-03

造幣模具製作簡說

作者：章軍

金屬錢幣的鑄造已有數千年的歷史，在東西方錢幣鑄造工藝的發展有兩個不同的軌跡，在中國早期的錢幣均採用的是「鑄造法」，即把熔融的金屬通過澆注進錢範里凝固成型的方法獲取錢幣；而在西方，早期的錢幣一般都是通過人工「打製法」來獲取錢幣，後來發展為機器壓製法，中國從清朝晚期從西方引進了機器壓制工藝鑄造錢幣，從而結束了沿襲數千年的「鑄造法」鑄造錢幣的工藝。

當今世界造幣生產在繼承傳統的造幣工藝技術基礎上，結合現代工業技術的進步，發展到了一個嶄新的階段。近幾十年來，隨著科學技術的迅速發展，造幣生產中應用了許許多多新的工藝技術，以至當代世界錢幣，形制豐富多彩，品種琳琅滿目。但是，形制再多樣的錢幣，其鑄造工藝的基本路線是不變的。

要生產出美觀漂亮、工藝精湛，充滿藝術魅力的金屬硬幣、紀念幣(章)，必須要有合格的壓印模具。因此，模具的製作是造幣生產上極為重要的組成部份。造幣模具製造包括原模製作，印模(亦稱工作模)製作。

一、原模製作

原模製作在制模工藝上是指直雕模、陰紋模和二原模。

(1)直雕模是直接用專用雕刻機縮刻而成的凸紋原模。

(2)陰紋模是用直雕模經熱處理後翻制而成的凹紋原模。

(3)二原模是用陰紋模經熱處理後翻制而成的凸紋原模。二原模是直接用來生產印模（工作模）的原模。

1．圖稿設計

圖稿設計是造幣模具製作中的第一道工序，是美術藝術在造幣生產中的體現。要在方寸大小的幣面上能夠充分反映出藝術主題，體現出民族風格，這對圖稿設計者來講極為重要。

當圖稿設計者接到設計任務後，首先要根據任務的性質和要求，積極地有目的地收集有關資料，認真進行構思創作，繪製圖稿。一般來講，錢幣圖稿的設計，要能夠做到：

(1)概括性

圖稿設計不僅要有較高的藝術水平，而且要求在很小的錢幣幅面上能夠突出地表現主題思想，因此需要有高度的概括性。

(2)民族性

中國是一個有著悠久歷史燦爛文化多民族的國家，中國的文化藝術在世界的文明史上佔有極為重要的地位。因此在錢幣圖稿設計中能夠充分體現出中華民族優秀的文化藝術風格。

(3)紀念性

錢幣圖案應能夠表現我國和當今世界的重大事件，或名勝古迹，或歷史名人，或珍稀的動物植物，這在紀念幣(章)圖稿的設計中尤為重要，從而使錢幣具有更大的收藏價值。

(4)單一性

錢幣的幣面直徑除了個別的紀念幣(章)外一般都不大，在流通硬幣中，至今最大的直徑只有30毫米（國外有少數錢幣大於此直徑），要在這小小的方寸之地上表現多主題的內容，顯然是不合適的，這就要求在圖稿設計時突出單一主題。

其次，在圖稿設計中，除了要充分反映上述的藝術性之外，還得認真考慮到制模工藝及硬幣壓印工藝的可行性，以下幾個問題是不能忽視的：

(1)圖紋布局分布的均勻性；

(2)圖紋面積與空白面積的比例；

(3)圖紋最高點的位置；

(4)正、背兩面圖紋布局的對應關係；

(5)圖紋與清邊的關係。

一般要求、圖紋的布局儘可能做到均勻分布，不要集中在某一小區域內，圖紋最高點的位置應儘可能分布在中心圓範圍內，正背面圖紋中較大或較高的部位應儘可能相互錯開，避免形成對應關係，圖紋不要離邊部太靠近，更不要和邊部連成一個整體。

圖稿的大小力求統一，圓形的一般以φ200—300毫米為宜，其它形狀可以類推，為了能正確體觀產品效果，必須做到畫面清晰，主題明確，構圖合理，必要時，除了正稿外還可以附有效果圖，效果圖的大小以錢幣的實際尺寸規格為宜。

設計圖稿經正式審批同意後，即可進行油土型雕塑。

2．雕塑油土型

雕塑油土型是在平整光滑的玻璃板或有機玻璃板上進行的，是將平面圖稿畫樣轉變為具有立體圖案的浮雕藝術，是模具製作中的一個重要工序。

油土是雕塑油土型必不可少的材料，其成份主要是「羊毛脂衍的生物」或「含乳化劑的脂臘」，對油土的技術要求是：

（1）良好的可塑性；

（2）適宜的軟硬度；

（3）極低的揮發性；

（4）很小的溫差變異性；

（5）對金屬很小的粘滯性。

油土型的雕塑一般分為高浮雕和低浮雕兩種。低浮雕又稱薄浮雕，它一般用來製作普通硬幣和普通紀念幣（章）的，因此它的浮雕高度受到嚴格控制，因為過高的圖紋往往會給壓印工作帶來很大的困難。而高浮雕主要用來製作特殊的紀念幣(章)。由於紀念幣(章)的壓印工藝與普通硬幣有所不同，前者是單枚壓印，後者是連續壓印，故其圖紋高度一般不受限制。而對於普通硬幣和普通紀念幣（章）來說，為了便於壓印，圖紋高度要求儘可能低一些。而對於鏡面要求的紀念幣(章)在製作時應該考慮留有一定的研磨餘量。

3．製作石膏模型

油土型做好後即可翻制石膏模型，製作石膏模型的目的是：

(1)用油土型翻制的石膏模型為凹型圖紋，有些圖紋為了提高藝術效果，需要在凹型及凸型石膏模型上反覆進行修整，因此需要多次翻制石膏模型。

(2)在凹紋石膏模型上要完成車邊，刻寫文字和雕刻花邊等工作。

硬幣模具上的文字一般都是在石膏模型上雕刻完成的。據考證，早期硬幣模具曾採用過用錐模將文字打制到陰紋模上的辦法。

(3)要利要凹紋石膏模型來電鑄銅型，方能在雕刻機上進行縮雕原模的工作。

翻制石膏模型的方法是：將油土浮雕平放，周圍用金屬薄帶(如鋁帶)圍上，高度、直徑可根據所需的大小而定，然後在金屬薄帶圈內澆注調製好的石膏漿體，待硬化成為陰紋石膏模型。然後再用同樣的方法翻製成陽紋石膏模型。這樣經數次精心翻制後，即可製成供電鑄使用的凹紋石膏模型。

4．電鑄銅型

凹紋石膏模型的強度很低，不能直接在雕刻機上縮雕成原模，必須用電鑄的方法，電鑄出凸紋的銅型，方能用銅型在雕刻機上雕制出原模。

凹紋石膏模型在電鑄銅型前進行乾燥處理、防水處理和導電處理。

乾燥處理的目的是清除石膏模型中所含的水份，防止石膏模型在電鑄過程中發生變形開裂現象。

防水處理的目的是：由於石膏模型要在電鑄溶液中連續電鑄數天，要使石膏模型能經受得住電鑄溶液的浸蝕，必須進行防水處理，

導電處理的目的是使石膏模型上的圖紋面獲得良好的導電性能。

經過乾燥、防水、導電處理後的石膏模型就可以進行電鑄銅型了。電鑄銅型是將石膏模型作為陰極，純銅板作為陽極，在電鑄槽中進行的。

對於電鑄銅溶液，要求電鑄速度快，均鑄能力好，電流效率高，生產成本低，容易操作和控制，常用的電鑄銅溶液為酸性電鑄液。

電鑄完畢後，從溶液中取出石膏模型及電鑄件，用清水沖洗乾淨，在脫模機上將銅型取下，然後進行修整，使銅型平面光亮，圖紋精細。

電鑄銅型的製作工藝較為複雜，技術要求高，生產周期長，但用這種方法製作出來的產品花紋精細，清晰美觀，因此以前一般硬幣、紀念幣(章)的銅型均用這種方法製作，而對一般要求不高的紀念章之類的模型則可採用低熔點合金澆鑄成型或採用樹脂型的方法來製作。澆鑄低熔點合金或樹脂型的最大優點是生產周期短，成本低。

以前，電鑄銅型一直是造幣模型製作的主要手段，但近二十多年來隨著工藝技術的進步，樹脂型在造幣機雕模型製作上得到了普遍的應用。

6．直雕模（亦稱原模）的製作

縮雕直雕模在雕刻機上進行，在縮雕時調整好銅型和鋼坯的平行度，使銅型的基準面與觸針垂直，雕刻刀頭與鋼坯餅平面垂直，並且將雕刻刀尖調整至鋼坯餅平面的迴轉中心位置、觸針調整至銅型（樹脂型）圖案面的中心位置。隨後調整好縮刻比，使機器能雕刻出符合要求的直雕模。

直雕模的鋼坯可採用高碳鋼製作。

直雕模通常在卧式雕刻機上進行縮雕，首先將電鑄銅型（或樹脂型）作為靠模，把校調平整的靠模及鋼坯固定在機器的夾具上，找出靠模及鋼坯的中心點。

在進行雕刻前，認真計算出縮刻比，即計算雕刻頭位置及靠模的曲率半徑。

把計算完成的數據輸入雕刻機的控制器內，隨後調整好頂針至靠模中心點與雕刻刀至鋼坯中心點進行雕刻。

縮雕應一次完成，在整個縮雕過程中不可停機，否則在接頭處易產生接刀印跡。雕刻後的直雕模應沒有唱片樣明顯的螺旋紋痕迹，圖形規整不變形，線條挺括不歪扭。

縮雕後的直雕模經手工修整後即可車制外形和進行熱處理淬火。車制後的直雕模外形如圖-1所示。

圖-1 直雕模外形圖示

熱處理後的直雕模要進行清洗，並作回火處理。最後對直雕模做一次全面細緻的檢查和整修，以消除各種缺陷，確保符合技術標準的規定。

如果採用數控雕刻機（亦稱電腦雕刻機）製作直雕模，其工藝流程可大大簡化。首先將需要雕刻的圖稿用軟體掃描進計算機，並用軟體對掃描的圖稿進行必要的修改，然後將修改後的圖稿文件輸出為可進行雕刻的CAM文件。

運用計算機編輯軟體對CAM文件進行編輯，設置好雕刻要求以及刀具參數，根據雕刻圖紋的要求準備好所需要的雕刻刀具，同時安裝好需要雕刻的模坯。隨後在計算機編輯軟體中選用雕刻文件，仔細查看模擬雕刻，確認浮雕圖案能被清晰雕刻出來。安裝完成雕刻刀具，用刀具找准需要雕刻的模坯加工面的中心和平面，記錄中心坐標和平面高度坐標後即可進行直雕模的雕刻。

7．翻壓陰紋模

直雕模是凸紋模(亦稱陽紋模)，從圖紋形式來講，它是完全可以直接用來翻壓工作印模投入生產使用的。但是在實際生產中，除了生產數量較少的紀念幣(章)品種外，一般都不用直雕模直接翻制工作印模，這是因為工作印模在造幣大生產中要求數量較多，如果直接用直雕模來翻壓工作印模，一旦直雕模損壞，就要重新製作直雕模，這樣不僅縮刻周期長，而且每次縮刻後的直雕模要做到完全一樣是比較困難的。因此在實際生產中，通常是將直雕模翻製成陰紋模(即凹紋模)，再用陰紋模翻壓成二原模，然後用二原模來翻壓工作印模。一旦二原模損壞，可以再用陰紋模再來翻制二原模。

常用的陰紋模鋼坯的材料可全用高碳鋼，陰紋模鋼坯如圖-2所示。

圖-2 陰紋模鋼坯圖示