精铁铸造其实和现在大明工匠使用的精密制造方法其实一模一样。只是所采用的耐火材料不同而已,对此是大明的工匠没什么技术门坎,一看就会。
目前大明的铸造水准可谓天下第一,许多枪炮上的铁件,也是由工部局里统一铸造,但相对粗糙,达不到铁范的品相要求。
据传,永乐年间工部便打算采用铁范铜工法铸造铜钱,结果打了几个样,总觉不理想,终归不了了之。
林夕带着张延忙乎了两天,将精铸的材料备齐。
方才有条不紊地进入大伙熟悉的工艺流程:先是拓蜡模,将木雕母钱样拓成正反两片蜡模。
接下来就是在蜡模上均匀地刷上胶,再仔细地洒上硅砂粉,待其干燥,再刷胶、洒砂粉、干燥,一遍又一遍地重复,直到结成厚厚地外壳这种方法工匠都非常熟悉。
下面便是将型砂捶打成方框,做出外部的形状,然后将做好的沙漠放入沙范之中。
最后,将砂壳用火烘烤,使其腔内的石蜡熔化流出,待脱蜡完毕方可将铁水浇入砂壳,冷确彻底再敲碎外壳,便获得一副完美的铁范。
出壳后的铁范,光滑细腻,阴腔部分根本无须修饰,相当精致,略加抛光,便呈镜面效果,更加光鉴闪亮。
浇注精铁的方法,说起来简单,仅仅在耐火砂上下了点功夫,便解决了困扰百年的铸造难获得一副完美的铁范。
出壳后的铁范,光滑细腻,阴腔部分根本无须修饰,相当精致,略加抛光,便呈镜面效果,更加光鉴闪亮,完全出乎大伙的意料。
然后用这个铁饭浇筑出来的铜钱而且速度相当快。一杯茶的功夫,铁范还没完全冷却。
“启范……!”
一颗金钱树脱范而出,金光闪亮。
“咝……!”
众人惊讶地倒吸一口气,个个伸长脖子,清晰地看见钱币上字体饱满,纹理流畅,整个钱币精致绝伦,光可鉴人,不见丝毫瑕疵,较木雕母钱更有质感。
“哇……!”
“金币不过如此!”
毫无疑问‘铁范铜’相当成功。因为铁范只要等铜钱冷却后便可,取出铜钱便可浇筑下一个金钱树。
而不需像陶范一样,还要范铜先进行加热,取钱时也要小心翼翼,以防磕坏陶范。
而铁范不存在磕碰的问题,只要不有意的破坏,铁饭可以长时间的连续的铸造。
而且即使温度较高时,也可以把它放到水中进行冷却。极大的提高了铜钱的铸造速度,降低了成本。
工匠兴奋异常,三天时间,竟然学到了一门浇注精铁钱范的方法,说起来简单,仅仅在耐火砂上下了点功夫,便解决了困扰百年的铸造难题,当真是难者不会,会者不难。
林家铸造的这些铜钱主要并不是在大明使用,而是要销售到日本,安南,暹罗等地,当然主要的市场是日本。
在历史中直到清朝康熙年间日本才会自己铸钱,但是日本由于产铜,铜钱中铜的含量是相当高的。所以虽然日本自己不铸造铜钱,但是他们使用的铜钱流通范围是相当广的。甚至明朝都有很多人使用日本的铜钱。
最典型的就是康熙发现民间流传一种叫做宽永铜钱的铜钱。康熙勃然大怒,要追查私铸铜钱的罪过,后来才发现宽永是日本的年号。
估计到康熙时期日本自己铸造铜钱,也是被康熙禁海逼的,要不然恐怕他会一直使用大明铸造的铜钱。
日本由于盛产金银,它的流通的主要货币反而是铜钱。金银在那里只能说是一种价格比较高昂的贵金属,而不是货币。
铁范铜的意义并不光在铸造铜钱之上,它是可以铸造铜炮的。
历史上虽然明朝从葡萄牙引进佛郎机,但葡萄牙也要向明朝学习铸铁炮技术,专门从明朝带了炮匠去果阿教铸炮,认为明朝铸造炮技术优于葡萄牙。
不过此时大明铸造的火炮都是使用泥范法。可这些火炮都有一个共同的缺点,“笨重”,就是粗笨不堪,还打不远,因为此时大明的火炮主要用于城防所以不注重炮架。
火炮往往只是固定在一处,没有机动性,调整发射角度,在炮身下垫木头。
铸炮材料最早用的是铜,青铜或者黄铜,后来有了铁炮。
虽然是铸铁炮,其成品率很低,火炮质量问题很多,最大问题出在模具上。
泥范就是泥土做模具,这种方法有个很大弊端,泥巴含水分,高温蒸发后会形成水蒸气,这就导致炮膛里面坑坑洼洼,参差不平,容易炸膛也影响精度。
当时的铁的确不是铸炮的最好材料,除了铁熔点高不易加工以外,火药里的酸会腐蚀火炮。
如果是青铜后部会慢慢涨开,有经验的炮手可以判断火炮的寿命。铁则完全不会有这种迹象,只会积累一定程度后炸膛。
虽然也能靠经验估计寿命,但是炮和炮每门都不一样,很难判断。这个问题似乎工业革命前就没有根本解决。
后世通过不断实验,提高品控还是能缓解的。从材料的方面来说,铸铁本身是最差的,因为其质地相当脆,整体的强度进一步下降。
用铸铁来制造火炮,从材料角度而言炸膛的风险是最高的。
相比之下,最可靠的材料是青铜其性能稳定。按照合适的比例调配制造出来的青铜炮强度很好,也就是俗称的有韧性,可以承受火炮很高的膛压。
一直到18世纪,最好的火炮往往都是青铜制造。在海军的舰船上,铁容易生锈的问题非常严重,因此青铜炮更是受到广泛欢迎。
只是从性能上如此宜人的青铜炮却也有一个致命的弱点,青铜实在是太贵啦!无论在东方和西方铜都是可以作为货币使用的。用铜铸炮那就是拿钱在铸炮所以造价非常昂贵。
如果要大规模扩军(尤其是海军),无论是东方和西方都是负担不起,所以才会有用铁来铸炮的情况。
王吉在营建锻铁炮时都是根据林夕设计的图纸进行制造,早就考虑到了这些弊端,所以利用船厂几座大水堆用作动力,供水锤使用。
把一些生铁和熟铁进行熔炼后反复敲打,成精铁,又反复碎火提高铁的硬度韧度,最后变成一种钢,加热后敲成板材。
最后板材卷管,再加热炽红后套在圆柱铁棍上收成无缝管。接着打造第二个卷管,比之第一根要大一圈,利用热涨冷缩原理收紧锻打。
这样共套三层后,最后在一头又套了一层,这一层等于是四层,底部加后密封,可作发射药室,这个炮管口径不大,也就六公分,管厚五公分,加起来的炮管外径十五公分多一点,管长三尺。这就是大明正常的锻铁炮
再把火药用油纸包成定量药包,大小正好可塞入炮膛,再塞入一个生铁圆球作为炮弹。
在发射时,先用一根细竹签子,从山炮后面药室的细空中捅一下,用来刺破里面的油纸火药,插入火捻子后点火发射。
这么一门小炮,在制作时,明朝的火器工匠都不看好,原因是太重了。大明使用的大将军炮。里面的大炮样式并没有什么不同关键是材料。
此时浇铸出来的大炮是生铁,生铁易碎,没有韧性,而浇铸的话,里面有许多气泡杂质,为了不炸膛不得不增加炮的厚度。
现在既然现在炼不出钢,就用捶打来提高铁的性质,变成精铁,卷成需要的炮筒,对于这一点,现在林家的工匠有十足的把握。
但是林夕自从实验铁锚成功之后,让王吉打造一个三分粗细,只有一层薄薄铁瓦铸成的铁桶。
王吉虽然按照林夕的命令打造出了这个炮筒,但不明白林夕要拿这个炮筒干什么用?
林夕设计的这门炮实际是仿制后世的拿破仑铜炮。
可是对这样捶打出来的炮管王吉也没把握,所以炮管做的还是很厚实。
炮膛里面是最难处理,膛床的刀具用一根粗铁棍,再棍头上用铆钉紧固一小块工具钢,慢慢地磨出了光滑的内膛,一边磨切,一边加水,最后还加麻油对这一点还要慢慢地去切削。
炮膛里面是最难处理,膛床的刀具用一根粗铁棍,再棍头上用铆钉紧固一小块工具钢,慢慢地磨出了光滑的内膛,一边磨切,一边加水,最后还加麻油。
当这个明显是相当薄的大炮做出来之后,林夕把这个加工好的炮筒放入做好的铁模之中往里面浇筑青铜。
等铜水冷却之后,除去铁膜再在大炮上钻出引火孔,这就是历史上著名的铁芯铜胎炮。
大炮虽然制造出来但是具体的性能比如装多少药,能打多少远,把火药装到最大程度,炮会炸堂,这些参数还要去实验,为以后大批量制造积累数据。
这门大炮的工艺很到位,细看之下,就会发现许多瑕疵,比如说大炮的炮耳设计的有问题,尾部要比头部沉很多。
如果设计的精巧的话,不装火药的情况下,铜炮应该是两边重量相同的。
之所以这门铜炮有这些毛病,就是因为林夕在铸造时计算失误。
虽然林夕对工坊中的度量衡进行了统一,但是具体铜的配比及密度却不可能和理论计算是一模一样。所以就会出现很多其他的失误的情况,这也是难免的。
而目前只是把控一下制作上的精度,没有工艺自己去规定一个工艺出来。
比如切削炮管,经过膛床的一个来回,就颠覆了明朝工匠们的认知,最后得到的炮管像黄金一样闪亮。
虽然这炮的制作过程颠覆了传统工艺,不过很想要看到结果到底会是什么样子。
采用新的营造法后就是对做是做出来的这门大炮进行试射。
毕竟是骡子是马拉出来溜溜,孩儿兵也是很麻利地操作起来,一人加入火药包,另一人插入火绒线,还有一人把后座支架分开,在泥地上打入二个大铁钉固定炮架。
又在双轮前后塞上木块,防止开炮后,炮车移动,最后加入铁弹,点火跑开一丈外。
只听一声闷响后,地面随之一震,炮口冒出一股浓烟,铁弹随之飞出,用肉眼能看到的速度向百丈外的一块二寸厚木板飞去,只见一阵白烟冒起,木屑四处飞散,两边树叶纷纷落下。
想不到一枚六斤的铁球能把这样一块木板洞穿,此炮最大的好处是随时可以调整射角,只要把铁炮后面的垫木拿掉,炮口就会升高,因为铁炮边的炮耳支撑着整个炮管,能活动自如。
炮后面用三层垫木,刚才是平射,如果去掉一块垫木,炮口就会向上三寸,再去掉一块垫木,炮口又会向上三寸,不过将来批量营造的话,还要增加垫木来调整多个射角,因炮耳重心靠后,调整炮口时,只要炮尾抬一下,重量不是很大,一个人轻松能抬起。
林西设计这个炮架是中间一块硬木上托着火炮。炮架和火炮有炮耳连接,炮车脱离了传统车架,两个轮子中间只是一根铁车轴连接,炮两边纵向木头大梁,明显炮车宽不过三尺。
炮车上面还有厚铁加强,车下面是空的,炮尾可直接撑地,这是最大射角,成七十度状,只要抬高炮尾,就能实现射角大小,就这样一个小小的改进,让人眼前一亮。
这就是眼界的问题,要发明出一件东西出来很难,要现有的东西改进。有些物事只隔着一层窗户纸,就说这炮架,一般人想到的把大炮按放在车上,就脱不开车架上面是平板的思路。
然后在炮身下面用木头做成炮口高,后面低,木头上开出凹口,大炮放上去即可,要调整射角,立马就想着再用木头垫高炮口。
大明的火炮可打五炮后,就得停射,用水给炮降温。
而每一次打过后,要用沾湿的捅杆,清理炮膛,一是为了把未烧完的火药残留清理出来。
二是捅杆上绑着棉布沾湿后给炮膛降温,不然下一炮倒进黑火药时会有点燃的风险。
而林家使用的是戚继光改进了颗粒状黑火药,这样在点燃后,燃烧比粉末火药要充分,残留也会少许多,不过每打一炮,同样需要清理炮膛。
所不同用的是又经过林夕改进使用了定装药包,非散装。
火炮目前装药用的是一个木桶。一小桶为定量里面是用油纸包成的,一个一个的火药包。使用的时候直接把火药包整个的填入炮膛,还要用干懆的捅杆推着药包往炮后杵结实,接着再加进许多破布条,再把铁弹装进去。
然后从引火口刺入一只竹签将药包刺破倒入引火药用火把点燃,操炮繁复。