浅淡中国古代金属货币的制造加工技术
董亚巍 郭永和
摘要：本文通过对古代范铸技术铸钱的研究，提出了古代铸钱工艺是采取了多种铸造技术。通过采用砂型工艺铸钱的实践，提出了秦代也可能采用过砂型铸钱工艺。通过对出土文物的研究，证明圆形方孔钱的铸后加工技术，早在汉代就已经形成了规范的加工方法。
关键词： 范铸技术 砂型铸造 铸后加工
一、古代金属货币的制造技术
中国最早的流通货币，大概是贝壳。自春秋以后，各国都陆续开始铸制本国的金属货币。但是，因各国地方文化的差异，造成了许多不同的钱形。如刀币、布币、铲币、桥梁钱、蚁鼻钱等，各有各的几何形状。在制范工艺中，有用陶模制泥范的，亦有用金属模制泥范的工艺。两者的模具材质虽各不相同，但都需要夯制泥范。夯制出泥范后，须经过阴干、焙烧成为陶质范后，才能被浇铸成钱坯。
除模具的设计有所不同外，浇铸方法的设置也有所不同。总体来说，浇铸工艺分为平浇与立浇两种工艺。所谓平浇，是指浇注铜液时，钱的字面与地面呈平行状态。所谓立浇，是指浇注铜液时，钱的字面与地面呈垂直状态。在平浇中又分为双合范平浇与叠铸范平浇。在立浇中又可分为双合范串铸及多合范串铸。由于各地的钱形不同，各地的技术发展方向亦不同，所以产生出春秋战国时代许多种制钱方法。这些五花八门的钱形，在制造过程中，不但范铸技术不同，其铸后的修整加工也不可能相同。
1、 陶范串铸技术
战国至汉代的金属货币，可能多数是使用了范铸技术铸制的。但也不排出使用了砂型铸造。所谓范铸法铸钱，实际上只包含了两种工艺技术。即一种为泥范法铸制工艺，另一种则为金属范铸造工艺。而在泥范铸制技术中，又分为串铸及叠铸。所谓串铸，是指在一片模具面上设置有若干枚钱形，水口大多采用一个直浇口设置在中间，将钱形一个个都通过内浇口串通起来。在同一件模上夯制出许多范，当每两块范对合起来后，就可铸出完整的钱币。如图一所示，采用立式浇铸，当铜液进入水口后，会充满每一个钱的阴腔。待铜液凝固以后，就成为一个个的钱被串在水口上。因此，我们将这种铸钱的方法称之为“串铸”。
除了采用陶范法可进行串铸以外，尚有采用金属范进行串铸的工艺。由于陶范法铸造工艺需要制模、制泥范、泥范阴干、焙烧成陶范后才能浇铸等多道工序，既费力又费时，古人在陶范法的基础上发明了
金属范铸钱技术。
2金属范串铸技术
金属范铸钱工艺省去了制泥范、泥范阴干、焙烧等工序，可用金属范直接浇铸钱币。与陶范法相比，金属范铸钱工艺省去了大量的制范人工及时间，当天开炉当天就可铸得钱坯。图二为陕西历史博物馆于1994年4月在绥德县征集到的铜质半两钱范的拓片，另有一合已被绥德县博物馆收藏。钱范是绥德县辛店乡邓家楼村村民挖窑洞时发现的，共有四合。第一合面范长175、宽83、厚4.5毫米，重488克。范面有两行对称排列阴文钱模，每行5枚，共10枚。 设有方卯。背范长195、宽82、厚7毫米，重722克。范面平整，与面范相对处设合范定位方榫。经中国钱币学会委托中国科学院自然科学史研究所化验分析，其化学成分为：铜69.73%、铅16.23%、锡9.89%、铁0.52%、镍0.22%、钴0.017%【1】。从这枚铜范面上每枚钱腔都有字看，估计另一面应为平板。从钱的排列看，每枚钱都被串在直浇口上，因此，这也属于立浇式串铸法。使用金属范直接浇铸时，由于金属范的导热性能高，进入范腔的铜液会在不到2分钟的时间内凝固；可以很快将钱坯落出后再继续浇铸，这样就可以连续不停地进行铸造了。如果铸造数千枚半两钱，采用陶范法大约需要10天左右，而金属范铸钱工艺则需1天便可完成。金属范工艺在铸钱技术上的进步，其工效是显而易见的。
金属钱模上设置钱数的多少，需要考虑两个因素。其一是采取什么方式浇注，其二是钱形的体积大小。如果钱的体积较小，可考虑采用叠铸工艺或串铸工艺。如果钱的体积较大，就可作成金属范直接浇铸了。图三为一枚桥梁钱的金属范，其范为铁质。其范底长95mm，高为60mm，范中间的桥梁钱空腔长91mm。由此可知，从这枚铁范中铸出桥梁钱的两角之间的长度为91mm。从这枚铁范上可以看到水口下面只有一枚桥梁钱，由此可知，战国时代铸制这种钱币时，一次只浇铸一枚。尽管如此，其铸钱的速度，还是快于陶范法。
3、 陶范、金属模制范叠铸工艺
所谓叠铸工艺，是指将制好的许多范叠压起来浇注的工艺。这种铸钱工艺大概始于战国，一直延用至南朝。这种叠铸工艺不但用于铸钱，在汉代就被广泛用于铸制一些小型的铁质工具，如铁锤、六角承等。
用于叠铸的钱范可以在陶模上夯制，亦有用金属模夯制泥范的。因陶模较不容易保存至今，因此较少发现完整无缺的陶质钱模；而各地出土的夯制叠铸范用的金属模，却是累见于专业报刊杂志。图四为一件汉代的夯制大泉五十叠铸范用的金属模。从图中可知，从此模上夯制的范，每
两块对合后可浇出4枚钱。而叠铸范往往为10-20层叠压起来浇铸，这样操作可一次性多铸钱。但是，在浇铸之前的诸多工序如夯制泥范、泥范阴干、焙烧成陶质范、合范待铸等工序，却是一样也不可少。尽管叠铸工艺一次可以浇出许多层，相对金属范直接浇铸工艺而言，其铸钱速度还是显得稍逊一筹。
4、 砂型铸钱工艺
因全国各地的田野考古工作中曾在地下出土了许多陶质钱模、陶钱范、金属钱模及金属钱范，所以许多年以来考古界一直普遍认为，古代的钱币大概都是使用范铸技术铸制出来的。对于必须使用范铸技术铸钱的理由，是没有发现范铸技术以外其它与铸造工艺有关的遗物。
《天工开物·钱》中记载：“凡铸钱，模以木四条为空匡，木长一尺二寸，阔一寸二分。土炭末筛令极细，填实匡中，┉又用一匡，如前法填实合盖之。┉。”从宋应星对铸钱工艺的描述中可以看到，至迟在明代以前，我国已经普遍在采用砂型铸造工艺。在《天工开物·镜》中云：“凡铸镜，模用灰沙，┉”，这里明确讲到了砂型铸造用的灰沙，而不是制泥范用的泥料。而《天工开物·钱》中用两个匡铸钱，即是使用两个木框造型后合起来，其工艺技术等同于现代的翻砂造型工艺。凡在现代铸工中当过造型工的人都知道，翻砂造型是用的颗粒很细的型砂，而两型之间需要用灰作为分型剂，俗称界砂。《天工开物·镜》中所说的灰与沙，是指砂型铸造工艺中的耐火材料与分型剂。砂型铸钱与范铸法铸钱最根本的区别，就在于范铸法工艺必须将泥范焙烧成为陶范后才能浇铸，而砂型铸造则是湿型浇铸，夯好了的正、反两片砂型合起来后就可立即浇铸。《天工开物》中没有谈及焙烧工艺，显然不是记载的范铸工艺，而是指砂型铸造工艺。
与古代的范铸法工艺相比较，翻砂造型工艺显得简单易行。采用范铸法铸制钱币，首先需要设计整体钱模，钱模制好后才能制泥范；夯制泥范的背料需要配制，其工艺较繁琐，是将生土打成坯块后经焙干、磨细、按比例掺砂、掺水、陈腐等诸多工序后，才能进行夯制泥范。而夯制泥范的面料除以上工序外，还需按比例掺入草木灰，以增强范面的热稳定性。当泥料被夯制成为泥范以后，又须经10天以上的阴干再经焙烧，将泥质范烧制成为陶质范以后才可进行浇铸。
如果采用砂型铸造钱币，以上范铸法中的制泥范工序可全部省掉。另外，砂型铸造工艺对模具的要求也比较简单。中央电视台为拍摄大型纪录片《复活的军团》，除委托笔者单位铸制数百件秦代的青铜兵器、带勾、虎符、竹简刀等，还需铸制一批圆形方孔的“秦半两”钱。因要求的时间太紧迫，若采用传统的青铜范铸技术显然来不及，我们只能采用现代的常规砂型铸造工艺来赶制。其中“秦半两”的铸制工艺较简单，我们将一枚秦代的“半两”钱翻成一样的六枚当作钱模，与《天工开物·钱》中记载的铸钱方法完全一样，将这六枚钱模放在平板上，套上木框填砂夯型。因秦“半两”钱只有一面有纹，另一面是平板，因此，只夯一面就可起模开内浇口，而另一面则只需要夯制一块中间有直浇口的平板即可。我们采用了南京红砂进行造型，2001年9月20日，当天气温35℃，红砂含水量约为5%；夯制一型六腔即一个砂型6枚钱的秦“半两”钱砂型，大约需要10分钟。当夯制出一大片砂型后埋好砂型之间的缝，就只待浇铸了。我们参考了战国时代许多钱币合金的化学成分，采用了Cu82%、Sn3%、Pb15%的铅青铜浇铸秦“半两”钱，铜的液温约为900℃，浇注过程十分顺利，成活率也很高，其表面光洁度也合乎要求。从停止浇注至开型取钱，只需3分钟。
而若采用陶范法铸制，当铜液中的含铅量达到15%时，当浇注后，铜液在陶范中致少需要30分钟后才能凝固。究其原因甚是简单，因陶范既是不含水的干型，又有良好的保温性能，铜液充满后，不容易立即结晶、凝固。砂型为含水的湿型，虽然具备一定的耐火度，但由于水份导热使得湿砂型不具备保温性能。因此，高铅青铜液在湿砂型中凝固的速度快于不含水的陶范。笔者曾于1996年10月作过实验【2】，采用陶范法试铸了古代钱币。当时按战国蚁鼻钱的合金成分配制的合金为含铅量40%，浇铸铜液至陶范后，约1小时才能凝固。这个试验，给笔者留下了十分深刻的印象，即当合金中的含铅量超过20%以后，其铜液浇注致陶范中，凝固的速度都相当慢。如果在没有彻底凝固时打开陶范，铜液会立即从范腔中流淌出来。
通过这次采用砂型铸钱工艺认识到，古代铸钱不一定全部使用费工费时的范铸法工艺，很有可能古人早就使用了砂型铸造工艺。砂型铸造工艺相对范铸工艺而言，省工省时省原料，造型用的型砂，基本各省都有所产。如果说，一般青铜器大多因器形复杂而不适宜于采用砂型铸造工艺，那么可以说，春秋以后所有的金属货币都只需两箱造型就可分型。这对于采用砂型铸造工艺，可能为最便捷的铸钱方式了。
以往研究先秦时代的铸造技术时，认为除失蜡法外，就是范铸法；通过这一次采用砂型工艺铸造“秦半两”钱，笔者对中国古代的铸造工艺特别是先秦时代的铸造技术，产生了新的推测。过去之所以一直认为先秦时代铸制青铜器物都用陶范法，是因陶范为不含水份的干型，如果在湿型特别是含水量明显大的砂型中浇铸，恐铜液注入型腔后流不到头就凝固了。通过这次的砂型铸造“秦半两”得知，根本不存在上述问题。除“秦半两”外，我们还采用砂型铸造了300余件青铜兵器，它们有90cm长的秦剑、铍、镞、带芯子的矛、戈、带钩、竹简刀等青铜兵器及器物，且全部为平浇，竞无一种器物发生浇不足的现象。关于先秦时代的青铜兵器是否也采用过砂型铸造的问题，将另文讨论，这里只谈铸制钱币。
虽然现代田野考古发展的全都是范铸法的遗物，但这只能说明，经夯制过的泥范、或经焙烧过的陶范可以保存到今天，而古代的砂型浇过铜液后，只有将砂型打散才能取出器物，砂型是不可能被保存至今的。而这个道理同时说明，没有发现古代的砂型，不能等于古代没有砂型铸钱工艺。笔者采用砂型工艺铸钱顺利，但也不能证明秦代是用砂型铸钱，因此不下结论认为秦代的“半两”是采用砂型铸造工艺铸得。今只是将问题提出，以供大家研究。
与各国铸钱条件有所不同的是，战国时代各国铸钱只是供本国的小范围使用，而秦统一货币后，铸钱的数额需要供全天下使用。数量大时间紧，如果采用传统的范铸技术铸钱，是不可能达到雷厉风行的效果。最快的方法，是采用砂型铸造工艺，将实用的“秦半两” 当模，可随处就地造型浇铸。
二、古代金属货币的加工技术
古代的金属货币铸制出来后，只是钱的毛坯，从水口上落下来后，其钱坯上尚留有水口的断茬及合范的范缝毛刺。不论什么样形状的钱坯，凡是经铸造的，都少不了会出现上述两种需要铸后加工的毛刺。先秦以前，由于各国的钱形各异，致目前又未出土有关铸后修钱的实物资料，亦未见到有关这方面的文献记载，因此还无法下结论。
秦始皇统一中国后，推行了统一的圆形方孔钱，结束了数百年来钱形纷杂、价值各不相等的局面。从此，圆形方孔钱在中国大地上一直被历代沿用。由于钱形的统一，给铸造及铸后的加工都带来了规范化的条件。
《天工开物·钱》中有一幅线图，图中画的是铸出后的圆形方孔钱坯被穿在一
根方形木棍上，由工匠挫外圆。从此图中
不难想解，每一枚钱都有一个方孔，将方孔都穿在一根方木棍上以后，等于将这一串钱固定了中心，然后磨削外圆。这样磨削下来，虽然谈不上达到今天的机械设备车削加工的精度，但却完全符合机械加工的同心原理。因加工后的钱与钱之间并不存在公差配合，只是要求铸出的钱坯经加工后能达到外径相对一致便可。因此，《天工开物》中记录了修钱的工具是简便易行的操作工具。
《天工开物》是明代科学家宋应星的著作，明代的钱形是沿用了秦代以后历代沿用的圆形方孔钱。明代可以用方木棍作为修钱的工具，前代的工匠又采用了什么样的工具来修整钱坯的外圆呢?
1976年6月，鄂州市博物馆的考古工作者在鄂州市周家咀M4中，出土一件修钱工具；根据墓内其它与之共存的文物及地层关系认定，此墓葬的年代为汉末。如图五所示，其木棍茎部为圆形，中间一段穿钱的部位为方形，全长约28Cm，方中穿有若干枚“大泉五十”钱。这件修钱的工具与《天工开物》中所描绘的明代修钱工具没什么两样。只是《天工开物》中的工具稍长，而鄂州出土汉末的这一件稍短。
这件出土文物告诉人们，中国至迟在汉末以前，就已经使用了如明代的《天工开物》中所描述的修钱技术了。
