“支撑起日本造车业的匠人们”第2期 铸造匠人 元木清秀

目录

• 代表丰田的铸造工师傅
• 向赛车发动机制作发起的挑战
• 将铸造的“源头技能”传递向未来
• 我想传达“铸造的乐趣”

在当今这个以3D打印、AI技术为代表的数字化备受瞩目，造车行业的一线其实还存在着一些依靠“老手艺”而运转的部门。

ToyotaTimes将聚焦这些用其自身精湛技艺支撑起汽车行业的“匠人”们。并开启一个直指日本制造业精髓的新特辑“支撑日本汽车制造业的匠人们”。

这次我们采访的是有着“铸造匠人”之称的元木清秀先生。

第2期 沉醉于铸造技术的“铸造匠人”元木清秀

丰田汽车 明知工厂 素形材*（以铸锻冲工艺制作而成的材料通称，下文通称素形材）技术部 样品研发课 专家组（SX）

代表丰田的铸造工师傅

在汽车制造中，许多零件都需要使用铸造工艺完成。

譬如气缸体、气缸盖等发动机的主要零件，像气缸体、气缸盖等；像变速驱动桥壳、离合器壳等把动力从发动机传递到车轮时所需要的动力驱动零件。另外像铝合金轮毂、盘式制动器等行驶性能的零件；以及部分车身零件与HEV的电池箱等，均需要用到铸造工艺。

丰田一向倡导采用“物美价廉的制造方法”。如果想要保证成品既高品质，又价格亲民，那么就少不了使用高精度的铸造技术。

早在5000多年前，人类使用金属造物时，最基本的工艺手法就是铸造。其中砂型铸造是最具有代表性的一种。

砂型铸造首先是用铸造砂做出一个铸模，然后将高温熔解的金属液体倒入铸模的空洞部分，待金属冷却定型后将铸模破坏，这样便可获得一个与铸模空洞部分一模一样的金属制品。

因为这是一种可以将金属做成自己所要形状的加工手法，所以无论是多么庞大或复杂的形状，都可以使用铸造工艺完成。譬如在奈良县东大寺大佛殿内的铸卢舍那佛，从佛像的底座开始算起，全身高约18米，这座被誉为世界上最大的青铜佛像•卢遮那佛，也是使用铸造工艺建造的。从底座到头顶共8段，分别造好后组装搭建完成。

上图为工厂内所展示的模型，以便大家更清晰地了解使用铸造手法建造大佛的过程

而在丰田里就有着这么一位铸造工艺方面的专家——就职于爱知县三好市明知工厂的元木清秀先生。他主要负责铸造样品的制作，同时担任检验量产铸造零部件是否有残次品的顾问，另外他还肩负着人才培养、教导新员工有关铸造技艺基本知识的重任。

元木先生生于1962年6月27日，现年58岁。自1981年3月1日入职丰田汽车后，常年倾注铸造事业至今。

2020年，元木先生作为拥有优秀技术技能的铸造技术楷模，得到了致力于振兴发展日本素形材制造非营业性组织——素形材中心的嘉奖。他被授予了“素形材产业优秀员工奖”。

另外，元木先生在铸造技术的进化与发展方面也做出了极大贡献，因此他也是众多获奖人员中唯一荣获“久保田长太郎奖”的人。

在这里向大家简单介绍一下久保田长太郎奖项。久保田长太郎（1882~1964），是一位建立了丰田汽车铸造部门，并为之倾其一生的铸造技术传奇人物。当年丰田佐吉看中他的才能，招他进入了丰田织机。随后，他成为铸造部门的负责人，开始致力于铸造机械的研发与制造，在1927年久保田长太郎成功研制了日本第一台国产砂型造型机。在铸造业界里，他是被称为“铸造之神”的人物。

上图为丰田佐吉制造的自动织布机，其中有许多零件运用铸造工艺制成

现在，丰田量产的发动机铸造零件，一般是使用自动砂型造型机与铸造机（压力铸造、低压铸造等）制造生产。

而元木先生的部门并不是负责这种批量生产线的铸造工作，而是在对精度及品质的要求极高的样品试做部门，负责一些诸如F1赛车发动机的零件等各种样品的铸造工作。“我第一次接触铸造，是在丰田工业学园二年级的时候。其实最初我的志愿是进入批量生产线工作。但在最终审查的时候我被挑选出来并分配到了样品部门。那时，部门里有许多同事在入职之前，就在其他工厂中有很丰富的铸造经验，已经是很有经验的行家了，我就是在这种环境中学习成长起来的。”

上图中的元木先生握着铸造砂，用手去判断砂中的含水量。因为含水量也会随着气温而有所变化

虽然元木先生笑着打趣自己没有被分配到理想的部门，但想必当时已经有同事从他身上看到了“铸造匠人”的潜质，才会强行改变他的志愿吧。

后来，元木先生被各位前辈们的高超技术所打动，不断学习有关铸造的各种技艺和知识，最终成长为一位能够代表丰田的、名副其实的铸造技术工作者。元木先生说道：“时至今日我也没有‘这样就够了’的心态，在工作的时候依然还是不能以百分百自信的姿态去面对。”

“铸造这种工作，每天都要在反复试验中摸索，时刻都要学习。铸造工艺是一门很深的学问，许多东西都要依靠个人的技能及知识经验去把握与判断，是很难马上被机械取代的。我想大概在金属加工技术中，这应该是最难被取代的一种工艺。”

向赛车发动机制作发起的挑战

对于“铸造匠人”元木先生来说，在以丰田F1计划（2002~2009）为首的赛车运动中，赛车发动机气缸盖与气缸体的制造是极具吸引力的。

上图为元木先生亲手制造的F1赛车用发动机气缸体

F1赛车基本上都是选取搭载集当下最高端科技制造而成的发动机。元木先生当初制造的发动机，其最高转速可达到每分钟约18000~19000次。这个超高速发动机的转速，超出了市面上普通发动机转速的三倍，最大可达到700马力以上。

发动机的本体由气缸盖与气缸体构成，是决定汽车动力、特性与耐久度的最重要零件。由于这个零件要转化出强大的动力，所以内部的金属结构如果不能保持精准一致，就会从最弱的部分开始损坏。

另外，为了使发动机更有效地燃烧，就要确保活塞高速顺畅运转。制造气缸盖与气缸内部零件时，精准程度必须达到微米单位。这样才能保证燃烧室处于密闭状态，并将摩擦减小到极限。

由于赛车发动机转速是普通发动机的三倍，所以在燃烧时所产生的热量大约也是三倍。因此气缸体内部就要预留可灌入降温用冷水的水套，以保证发动机不会因为过热而烧坏。

面对这些严苛的课题，铸造工艺是唯一能够全面应对的制造方法。而且如果想要在比赛中取胜，车身的重量与强度也是需要考量与平衡的。

元木先生及其同事们将所有课题从铸造的角度重新审视了一遍后，开始着手制造气缸盖与气缸体。在这一过程中，他们摸索出了许多铸造手法，这些手法日后成为了丰田独有的专利技术。

元木先生及其同事们在明知工厂制造赛车用发动机时所开发的技术，为今后市销车与赛车的研发、制造提供了很大的帮助

另外，因为贯彻落实了严格的质量管理，如通过CT扫描保证金属内部没有“空隙”（铸造过程中由于凝固收缩造成的细小空洞），通过纤维镜确认水套内不遗漏哪怕一粒的铸造砂等，所以良品率达到了100%，也就是零次品，并收获了团队坚定的信赖。

通过赛车这样的项目，元木先生等人开发的铸造技术不仅运用到了IndyCar等赛车发动机中，还用到了市销车的发动机制造上。在丰田汽车内部，从赛车活动中获取的技术延续至今，并不断进化发展。

将铸造的“源头技能”传递向未来

用常用的小匙压实木型边缘的铸造砂，这便是“分割”作业。同时这也是决定上型和下型在哪里分割的重要工序。照片上的木型是悬架部件的缩小版，作为教材使用

现在，元木先生正在向肩负着丰田汽车未来的年轻员工们传授铸造的“源头技术”。

铸造的基本手法是“砂型铸造”，要用到与目标金属零件相同形状的木型和以铸造砂作为材料的铸模（砂型）。

元木先生为我们演示了一部分向年轻员工传授的手工砂型铸造，又称“手工铸造”。开始工作后，元木先生的表情完全变了个样，他调动五感，全身心地投入了工作。

将嵌有木型的上下砂箱重叠，牢牢压实铸造砂。铸造砂中央突出来的是浇口棒

所谓用砂型来铸造，就是在填满铸造砂的上下两个砂箱中埋入木型，在去除木型后的空间中浇入熔化后的金属（熔汤）。

首先在装有铸造砂的下砂箱中埋入木型，让铸造砂凝固，同时为了制造出砂型内部熔汤通过用的空洞，要在铸造砂中竖一根棒，它被称为“浇口棒”。

接着，把上面的砂箱与下面的砂箱重叠起来，再把铸造砂牢牢地填进里面，然后拔出浇口棒，在上下砂箱重叠的情况下，保持垂直90°的状态，再移开两个砂箱。

然后从下面的砂箱中取走木型，在砂型内部形成的熔汤流动通道（浇道）中，用小匙仔细地刮去铸造砂，后再次将上下砂箱重叠。

砂型最终完成工序：分割上砂箱和下砂箱，去掉木型

铸造砂中形成了与结构复杂的木型相同形状的空间。在这里倒入金属并凝固

用舀子舀起熔汤倒入已完成的砂型浇口，等待金属凝固后破坏砂型，就会出现与木型相同形状的金属零件。

看准砂型中铝合金凝固后，元木先生取下木框并将砂型破坏，铸造零件便呈现在了我们面前。接着在工作中一脸严肃的元木先生表情一转，笑了起来。

元木先生将电炉熔化的铝合金一口气倒入砂型。合金是一边收缩一边凝固的，所以倒入熔汤的诀窍是“沉住气，一气呵成”

从砂型中取出的铸造零件。用夹子夹着的部分是在浇口和浇道凝固的金属。把它取下来并做最后的加工，零件就完成了

我想传达“铸造的乐趣”

对“铸造匠人”元木先生来说，铸造并不是单纯的工作。他认为没有比这更有趣、更快乐的生产方法了。

“铸造的魅力在于它可以从金属材料一下子变成有形的东西，实现从无到有。取出铸模后，成品就会显现，这个时候的兴奋感会带来无与伦比的快乐。而且，和其他的制造方法不同，铸造是可以重头再来的。铸模能立刻重新制作，金属也是熔了便可，所以即使失败了也可以立即开始重新挑战。我想将铸造生产的乐趣和技能都传达给年轻人们。”

元木先生笑着说：我想把铸造生产的快乐传达给年轻员工们

在铸造作业中，因为要使熔汤渗到铸模的空心部分，并且在金属凝固的时候不能有“空隙”，所以铸模前的计划和设计是很重要的。我们把这称为“铸造方案”。

和其他部门一样，大型自动机械是现在丰田铸造生产的主角，并且其铸造方案是通过计算机模拟制定的。尽管如此，元木先生认为对于操作机器的铸造技术人员来说，掌握无法数值化的铸造“源头技能”是必不可缺的。

“熔化的金属是什么样的、如何让熔化的金属按预定道路流淌？这些如果不靠感觉去记忆，那么机器发生问题的时候就无从解决。为此，重要的是要学会依靠手和感觉学会手工铸造技术，并以此完成所有的铸造工业。”

丰田“铸造生产的未来”，取决于年轻的员工能否继承元木先生的“源头技能”。而元木先生现在正通过“手工铸造”的技术传承，与年轻的员工们共同创造未来。

（文•涩谷 康人、照片•前田 晃）