不可缺少的噴砂工藝-解密上海造幣廠6000枚奧運獎牌制作全過程

作者:admin日期:2015-11-20 22:37點擊:

這是一場跨越中國乃至南北半球的融合:來自青海昆侖山的玉石,經過在格爾木切料,在揚州加工成玉環,最后在位于上海蘇州河畔的上海造幣廠,與來自智利、澳大利亞的黃金、白銀和銅,實現了“金玉合璧”。噴砂,拋光等


8月8日,這些獎牌連同此前上海造幣有限公司交付的一共6000枚奧運獎牌,將正式亮相北京奧運會。


“鑲玉”


上海造幣廠是直屬于中國印鈔造幣總公司的國家造幣廠,主要生產流通金屬鑄幣和貴金屬紀念(章),其生產的“1983年版熊貓金幣”、“熊貓銀幣”榮獲世界最佳金幣獎、最佳銀幣獎。尤其是在與獎牌制作類似的大銅章的制作上,上海造幣廠具備豐富經驗,被譽為世界上一流的高浮雕金屬壓印。此前在中國舉辦的北京亞運會、世界大學生運動會和東亞運動會的獎牌以及一些重大的國內賽事的獎牌,也都出自上海造幣廠。


此次上海造幣廠不僅承擔了6000枚北京奧運會以及隨后的殘奧會的獎牌制作,還有奧運會表演項目金、銀、銅獎牌和奧運參與牌、殘奧參與牌的制作。


2008年北京奧運會獎牌采用“金鑲玉”方案,與金、銀、銅牌相匹配的分別為白玉、青白玉和青玉,這也是奧運史上第一次使用兩種不同的材質制作奧運獎牌。“金鑲玉”的學名叫“金銀鑲嵌寶石玉器”,其歷史可以追溯到漢代。“金鑲玉”之所以華麗,就在一個“鑲”字上。其要靠連續不斷地敲擊,把金絲或金片鑲嵌到圖案中。


但是,在造幣過程中,“金鑲玉”卻還是一種全新的工藝,從來沒有碰到過。如何讓玉完美地鑲嵌在金屬獎牌上,上海造幣廠的工人們頗費了一番周折。


“金鑲玉”的訣竅在于獎牌金屬內壁和玉環外緣的凹槽。金和玉并不是直接鑲嵌在一起的,工人們正是借助這些凹槽,把密封圈加進去使得金和玉結合在一起。這個密封圈也同時起到緩沖震動波的作用,以在發生碰撞等事故時保護玉環。


因此,要實現金和玉的完美鑲嵌,首先就要保證獎牌內壁凹槽的一致性。為此,上海造幣廠還專門研制了特種刀具,用數控車床車制凹槽,通過多次實驗測出參數,控制誤差,確保加工精度的一致性并保持在公差范圍內。由于車凹槽是在獎牌上已經壓印出希臘勝利女神和希臘潘納辛納科競技場的浮雕圖形之后,所以為了不破壞獎牌表面的圖形,他們還使用專用工具,依靠摩擦力把金屬夾住。


“琢玉”


金屬加工好了,還要配上同樣精確標準的玉環。玉環的外圓和內徑都有一定的尺寸要求,如果玉環稍大,則嵌入獎牌時由于太緊容易碎掉,如果尺寸稍小,則與金屬接觸面縫隙過大,很難看。


事實上,為了確保玉環的質量,揚州的工廠也引入了電腦數控的制玉設備,并且經過了數道工序的努力。玉環運到上海后,工作人員還是發現了問題:這些玉環的尺寸有大有小,不完全符合裝配規格要求。“對于金屬加工,我們可以達到微米級的誤差,但是玉石加工達不到這種水平。”黃平說,這就給相應的金屬加工帶來難度。


同時,“即使玉很薄,外緣上開的槽也會偏,這可能是因為在刻槽的時候玉環擺放的有些傾斜的緣故。”梁德奎表示,不僅是凹槽有偏向,而且還存在深淺不一的問題,這些都給裝配出了難題。


按照規定,這些不合格的玉環會被作為廢品篩選出去。包括獎牌設計團隊負責人之一王沂蓬和獎牌用玉鑒定師董振信,都在上海造幣廠實地把關,嚴格篩選。據報道,2008年上半年的一次篩選中,200多片玉環的大部分被棄用了,只有80多片被交到下一道檢測工序―――尺寸檢測。玉環內外圓的直徑,被允許有正負0.025毫米的誤差,超過此數,則要遭到第二次棄用。經過兩道篩選之后,200多片玉環只剩下不到60片。一位參與制作的工作人員回憶,有一塊白玉原料重737.5公斤,有人開價350萬元。這塊重737.5公斤的原料切開后,最后只選出20片玉環。


據了解,由于玉環的大量被篩選出局,所以青海和揚州方面還得不斷開采新的玉石并加工成玉環送往上海。甚至今年7月份還有玉環送來。事實上,7月3日,上海造幣廠已經開始向北京奧組委交付獎牌,而最終完全交付獎牌的時間是在7月28日,因此留給上海造幣廠進行加工的時間并不多。


不僅如此,這些大量被篩選出局的玉環,由于其特殊的規格,而且比較薄,也不適合于加工成擺飾掛件之類的工藝品,其再利用的可能性也就比較小了。


為了挽救這些品質好但尺寸不符要求的玉環,上海造幣廠首先在金屬上下功夫。“玉環尺寸稍大的,我們就在尺寸公差范圍內把金屬的孔車大一些,反之就小一些,以此來配玉的尺寸。”另外,黃平表示,主要是借助密封圈的作用。在得到北京奧組委人員的同意下,上海造幣廠設計了十余種不同尺寸的硅膠圈,來彌補玉環凹槽深淺不一的問題。


不過,由于密封圈一旦老化,也會導致玉環的松動,所以在王沂蓬最初的設計中也加了一道涂膠水的工序要求。由于擔心膠水不小心涂到金屬表面影響成色,工人們往往使用很小的工具一點點涂上去。“獎牌制作很費時間,都是人工活。”黃平說。


據了解,上海造幣廠最初使用的膠水是一家外國公司的產品,可是后來這家外國公司得知這一情況后,不僅膠水價格大幅度上漲,而且在市場上根本買不到貨。為了解決這個問題,上海造幣廠聯合國內一家公司攻關,最終在奧運獎牌制作中使用了國貨膠水。


“金鑲玉”設計最早提出時,國際奧委會專家曾對玉石易碎表示過擔心。而在奧運賽場上,人們也常會看到獲獎后的運動員由于異常亢奮,可能會將手中的獎牌拋向空中,甚至扔向觀眾席的場景,這可能會造成獎牌的損毀。


當時,王沂蓬說服國際奧委會批準設計的一個試驗結果是,獎牌從2米的空中墜落而玉環沒有損壞。現在,上海造幣廠把測試距離拉升至了3米。


經過一系列努力后,玉環終于牢牢鑲嵌在了獎牌上。在隨后的破壞性測試中,獎牌從3米的高度墜地,即使獎牌表面有損壞,有些玉環出現裂紋,但是,“整塊、碎片掉下來是沒有的。”黃平說。


由于本屆奧運獎牌獨特的“金鑲玉”設計,因此在獎牌制作中,外界普遍認為鑲玉是最難的工序,但梁德奎卻認為并非如此。“以金牌為例,共有30多道工序,玉石裝配只是其中之一,主要的工序還是在前面金屬的制作,而這其中有2/3是我們所不熟悉的。”

 

據記者了解,在獎牌生產工藝流程中,產品壓印以后的工序不屬于傳統錢幣生產的范疇。同時,由于實驗室制作樣品與規模生產之間存在很大的差異,所以在實際生產過程中,上海造幣廠遇到許多棘手的問題。


傳統的錢幣制作屬于冷加工,一般只需要經過熔鑄、冷軋、壓印等環節即可完成,而在獎牌制作中,包括玉環的鑲嵌、吊環的安裝、獎牌字樣的規范以及整體質量的零缺陷,都是獎牌制作的重點和難點。

 

其中吊環安裝環節的高溫焊接和由此帶來的金屬變形變色,梁德奎認為是困擾他們的最大問題。


上海造幣廠之前制作的獎牌。“吊環都是利用機械原理用螺絲擰上去的,但是這次,由于玉雙龍蒲紋璜狀的吊環凸出來的地方很細很長,而細長的螺絲強度不夠,另外,螺絲經過震動后也會松脫,所以最終要求采用焊接的工藝。”梁德奎說。


焊接并不是造幣行業擅長的,除了要保證吊環與獎牌母體必須在圓周和厚度兩個方向居中,焊料和焊藥不得破壞獎牌和吊環本身,焊接后,還要逐枚做拉力試驗并修磨焊點。最主要的,就是要解決由于高溫焊接帶來的銀、銅金屬表面嚴重變色問題。為徹底解決變色問題,上海造幣廠也采取了整體噴砂、拋光、鎦制等多種物理和化學的辦法來處理。


鎦制后,獎牌會刻上具體的項目名稱,這個時候,還需要另外一道工序,就是表面保護,也就是噴漆。要求噴漆后獎牌表面要均勻,不能有油漆局部積聚之處。獎牌表面色澤效果保持與沒噴漆時一致。


由于玉環沒有按照原計劃到達上海,致使獎牌大規模鑲玉延至6月份進行,此時正值上海的梅雨季節,室內的濕度往往達到80%~90%,而這種濕氣以及空氣中的硫,特別容易導致白銀和銅表面硫化變色。


對此,黃平表示,上海造幣廠一方面緊急添置、調配了4臺大功率去濕機用于生產現場降低空氣濕度,使之保持在50%以下,另外就是所有的安裝工人都要戴口罩,以防止呼吸、口水帶來的濕氣對獎牌造成影響。“運動員的獎牌是一生的付出,如果收藏一段時間發現顏色變化,心里肯定不舒服,所以我們也希望精益求精。”


要實現零缺陷,黃平表示,還有很重要的一點,就是嚴格控制鍍金質量。“金牌并不是純金的,而是在銀牌表面鍍上了6克純金。如果少于6克,就不合格。”


而要控制好鍍金的重量,重點是控制好電鍍時間及電流大小,同時金屬表面色澤必須均勻,晶粒致密,不允許有局部發亮或鍍金層疏松或表層起皮等現象發生。


為此,每一枚獎牌在電鍍之前都會用電子天平稱重,然后放入電鍍槽。同時,由于電鍍時每個位置的電流不同,因此工作人員逐枚將獎牌編號,電鍍期間每隔一段時間后交換位置,并多次稱重,從而確保同批獎牌鍍金重量一致。為了控制時間和效果,黃平表示,他們會把重量相近的幾枚獎牌放在一起電鍍。這樣下來,最后每枚金牌鍍金重量都很好地控制在6~6.1克。

另外,為獎牌美觀的需要,設計的吊環頂部非常尖銳,在焊接后批量生產的各工序中,獎牌之間極易相互碰傷。為了避免獎牌碰傷,上海造幣廠的工作人員還自行設計出多種用具:“安全袋”――用軟紙口袋將每一枚獎牌套起來;“九宮格”――將獎牌在托盤中隔離;“餅干卷”――將獎牌固定,等等。


梁德奎表示,接到奧運獎牌制作的任務后,上海造幣廠從上到下都非常重視,并在去年10月成立了獎牌制作工作組,成為獎牌制作各道工序的骨干力量。他們組織技術能手進行攻關和試生產,從“不會”到“會”,再到“熟練”,從原來的平均1人1天裝配10枚獎牌,到后來的平均1人1天裝配50枚獎牌。


針對獎牌品質、安全、環保等方面的要求,上海造幣廠還組織了內部檢測和外部檢測。內部檢測由本公司人員對各工序實行檢查;外部檢測分別由上海材料研究所、上海涂料研究所、上海天祥質量技術服務有限公司、上海橡膠制品研究所等權威檢測機構提出了厚厚的一本《第29屆奧林匹克運動會獎牌檢測報告》。


對于上海造幣廠來說,不僅要保證奧運獎牌的質量與速度,還要保證安全。為了保證在整個制作過程中產品材料以及獎牌成品的安全,上海造幣廠制定了嚴格的安保措施。“我們從倉庫開始控制,每天有多少坯餅要點數,然后有多少成品廢品,每天都要結清。倉庫實行雙人管理,另外車間還有安檢門,通過安檢門時甚至一個回形針都會被發現,更別說這么大的獎牌了。”黃平說,員工也簽了保密協議,不允許向家人親屬講述情況。“別人問我們獎牌做的怎么樣,我們也都不能說。”噴砂設備

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