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近现代机制币造币工艺中的模圈技术

编者荐语:

相信许多朋友都读过王承炽先生钱币摄影方面的文章。王先生是美籍华人,中国钱币爱好者,专注于造币工艺研究,擅长钱币摄影。本文是王先生译自原伦敦皇家造币厂总工程师丹尼斯・库柏著《造币的艺术和工艺》中相关部分。感谢王先生和铜元旅行者公众号允许转载。

新式压机使用的模圈也是用钢制作。如果是生铁模圈,通常会加装一个经过硬化处理的小模圈嵌套。所有模圈都必须经过车床加工,才能装入压机。模圈直径一般为 100 毫米,外缘带肩,以放入造币压机的进料台,图 154。


图 154 1966 年拉合尔造币厂的瓦特压机。进料台的前半部靠在压机右侧底部。图中显示出十字形顶部和导轨,以及装卸螺丝用的进料台槽。进料管和桥接部分被放在压机的基座上。图中前景里的基座螺栓不知何用。

如果币边是光边或带阴纹文字,币模开孔是光滑的,但如果币有边齿或铣成的币边,模圈就要经过刻制。有两种产生边齿的方式,一种使用一个带锥度的冲杆,另一种则利用一个滚花轮,图 179。


图 179  可在模圈孔中形成边齿的滚花轮


图 179B 使用冲杆制作边齿的方式

一个小压机被用来把冲杆压入光滑的开孔,直到所需的直径。而滚花轮则被装上车床的刀架上,压向开孔的表面,直到完全压出边齿的深度。这道工序可以和模圈车削同时进行。使用冲杆可以保证模圈孔内边齿的数目,而滚花所产生的边齿数目可能会稍稍不同。在冲制方式中,模圈孔要做成略带锥度,以配合冲杆,但是这反而是一个优点,因为这样压成的硬币会缓缓脱离模圈,保证其被顶出时不至于突然跳出。

即使是压花,也可以对车床中的滚花轮进行适当调整,在模圈孔内产生类似的锥度。顺便讲一下模圈承受的压力和应力。如果是全负荷压制,压印时模圈孔的直径会增加百分之零点五到百分之一。负荷消失后,模圈会收缩,将硬币抱死。接着硬币要被下模顶出来,这一做法过去和现在都一样。其证据是许多硬币平坦的边圈周围稍稍突起的部分。有时突起部分出现在一侧。具体情况和币模的车削和调设有关。模圈的工作寿命通常是币模的两到三倍。如果使用模圈嵌套,得把它取出来丢掉。但如果实心模圈不宜继续使用,可以车削成再大一号的尺寸,如此这般地重复使用两三次。

整体式模圈不可用于边缘文字凸出的钱币。即使有可能在模圈内雕刻出阴纹的文字,压印出的阳纹文字在硬币压完脱模时也会从币边刮掉。在币边需要使用阳纹时,会采用“virole brisé”法,也就是分离式模圈,以便同时压出正面、背面和币边。这样做的好处,是在模具设置正确的前提下,能够保证币边的图案与正面图案和背面图案始终保持同样的关系。此外,该方式也是最好的防伪手段:没有其它可行的生产方法。通常分离式模圈会按照放射方向分成三个同等的组块。组合后它们会形成一个圆环,其外缘带有锥度,与一个特殊的钢环中相应的锥形孔相配合,而这个特殊钢环安装在压印机的进料台上,图 180。


图 180 安装在进料盘上的分离式模圈组合。上模降下,把模圈组块向下压。它们在模圈外环的锥孔中下移时逐步闭合。硬币顶出时下模把模圈组块推回打开的位置。此时它们由被螺丝拧在模圈外环上的三个叶片弹簧所支承。

币模的模体要经过特制。上模有一个短短的凸出部,以便把模圈组块压向模圈孔里的叶片弹簧。这些叶片弹簧安装在进料盘钢环的底面。下模也有一个凸出部,其长度足以让坯饼在模圈被压下时保持正确的高度。这样在压印时,凸出的文字就能够在边缘上对着中心方向印制出来,图 181。


图 181 一个用分离式模圈压印出来的硬币(西班牙250 比塞塔)的印字币边展开图。箭头指示的是模圈组块的接合处。这个币边印迹上的字母当然是反的。

在压印过程中,模圈组块最初被三片弹簧托起,组块的上缘与进料台的表面持平。坯饼由进料爪放入模圈深处。随后上模下降,把模圈组块下压。同时因为下模肩部周围的锥形作用,模圈组块被向内挤压。造币的压力迫使金属扩张,流入模圈上的阴纹中。此时模圈被牢牢夹在上下模之间的锥形孔里,但是模圈组块周围的钢环会扩张。这一点可以从所有这样压制的硬币币边上的三道垂直线上看出来。模圈组块的瞬间分离造成了这种现象。压印以后,上模提起,紧接着下模升起,并且在三片弹簧的协助下提升模圈组块,后者随即相互分离。模圈孔打开后,硬币被释出,直到它和进料台上端的表面持平。生产这类硬币要求顶级水平的技能。模圈上的雕刻内容与两个币模设定之间的关系不允许压印光边或齿边硬币时所具有的余地。在 Uhlhorn 或类似具有移动进料台的压机上,压印的一刹那要对进料台进行支撑。随后支撑部分移走,进料台降低以完成造币循环中的硬币排出过程。Uhlhorn 压机上与曲柄销的额外连接可能提供了所需的机械结构。

一种翻模形式被用来雕刻分离式模圈。有时会模仿压机的进料台以提供一个定位夹具。一个三片式模圈母模经过雕刻和硬化,被用来压印一个具有硬币厚度和直径的钢盘。这个钢盘经过硬化后成为父模。父模在定位夹具中被用来压印模圈组块的模坯,图 180。如果币模和模圈的设置正确,硬币成品上设计图案的关系便能够保持一致。

Droz 对分离式模圈非常投入。他竭力倡导这一方法,并进行了试制工作。但是他遗留下来的试验成果中含有一些难解的不一致之处。“国家学院”于 1803 年在巴黎发表的一份报告以说明和图示的方式讲解了他的方法。图 135 展示了他的六片式模圈的全景图和剖面图。


图 135 用于压印阳纹边缘文字的分离式模圈

在伯明翰金银检验所收藏的博尔顿的币模中,有一个模圈实样。它毫无疑问出自 Droz 之手,图182。


图 182 Droz所设计的六片分离式模圈部件。这个模圈经过精心制作,每一个螺丝都编了号,以放入自己独有的孔中。照片由伯明翰金银检验所提供。

Droz 的模圈组块不是整体上升和下降,而是依靠外缘的铰链在中心部分升起。Droz 图纸所示的圆形外圈不可能做到这一点!外圈必须是六边形才能让铰链工作。对伯明翰金银检验所模圈的观察证明了这一点。此外,伯明翰金银检验所的模圈沿着铰链的延伸线水平拆分,两半可以组装起来。这个模圈实际存在,其真实性毋庸置疑,但是令人不解的是 Droz 如何允许这样的错误出现在他的图纸之中。

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