1.4 Расчет рациональных углов наклона граней камня

Чтобы наиболее полно выделить ценные свойства камня производится огранка. Огранкой называется процесс нанесения на камень плоских полирован-

ных граней определенного размера и формы в определенном порядке. Но этому процессу предшествует несколько немаловажных этапов. Сначала нужно грамот-

но выбрать материал. Затем нужно выбрать и придать ему наиболее выгодную форму. А следующим этапом нужно подобрать такие соотношения угловых и линейных величин, при которых камень станет собирателем и рефлектором па-

дающих лучей, а его окраска выявится более ярко. Точный и обоснованный рас-

чет невозможен без учета оптических свойств и окраски самоцвета и существую-

щих закономерностей геометрически ограненных камней.

Расчет углов ограночной формы начинается с определения углов наклона граней павильона α и угла наклона граней коронки β к плоскости рундиста. Вы-

бранные углы должны быть такими, чтобы как можно большая часть света, по-

павшая в камень, отражалась бы от нижней поверхности ограненного камня и выходила бы в воздух через грани коронки.

Угол наклона граней павильона к плоскости рундиста α лежит между зна-

чениями критического угла материала R (нижний предел) и разности 180º и кри-

тического угла R, деленной на три (верхний предел). Для полного отражения луча, падающего на камень необходимо соблюдение следующего условия: луч должен упасть под углом не менее критического угла R, то есть α R. Согласно номограмме Витковского для топаза с показателем преломления 1,6, нижний предел наклона граней павильона к плоскости рундиста, т. е. критический угол

R, равен 38º, верхний предел угла наклона граней павильона соответственно равен (180-38)/3=47º.

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	14

2. Технологическая часть

1. Обоснование выбора технологического процесса обработки изделия

Для того чтобы получить из куска материала ограненный сверкающий камень, необходимо выполнить ряд операций: обработку заготовки, которая включает распиловку и обдирку; наклейку или приклеивание заготовки к опра-

ве; шлифовку, в процессе которой наносятся грани; полирование, необходимое для выравнивания граней. Возьмем следующую последовательность:

1. сортировка и разметка сырья

2. распиливание заготовки

3. наклейка заготовок

4. предварительная обработка заготовок

5. нанесение линии рундиста

6. наклейка заготовок

6. огранка граней верха

6. полировка граней верха

6. переклейка

10.шлифовка площадки

11.полировка площадки

12.огранка граней низа

13.полировка граней низа

14.окончательная заточка по рундисту

15.полировка рундиста

16.отклейка

17.очистка

18.контроль качества

Рассмотрим подробнее каждый этап изготовления вставки:

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	15

2.1.1.Предварительный осмотр сырья. Сортировка и разметка сырья.

Предварительный осмотр камня проводится для выбора наиболее опти-

мального способа его обработки с учётом дефектов, неравномерности окраски,

возможной формы огранки. Камень необходимо осматривать со всех сторон, так как некоторые дефекты видны под определённым углом. При осмотре камня применяется прикрытая отражателем лампа или иммерсионная жидкость.

В процессе роста кристаллов естественно возникновение неправильностей,

отклонений от совершенства формы. Естественные грани кристаллов, за исклю-

чением очень маленьких, очень редко бывают совершенными. Нередки случаи,

когда грани испещрены различными бороздами и ямками. Наличие подобных недостатков особенно заметно на относительно больших (несколько сантимет-

ров) кристаллах. Естественно и различие кристаллов по размерам и форме. По-

этому перед резкой сырья на заготовки его рассортировывают на группы по раз-

мерам кристаллов и внутренним дефектам. Затем материал каждой группы раз-

мечается на заготовки с учетом их оптимальных размеров с целью наиболее ра-

ционального использования сырья при распиловке. Разметка камней осуществ-

ляется под бинокулярным микроскопом или лупой 10^х. Обычно линии раскалы-

вания или распиливания размещаются рапидографами или фломастерами.

2.1.2. Резка (распиловка) сырья на заготовки.

Резка является немаловажной операцией, так как она служит для разделе-

ния на пластины или заготовки в тех случаях, когда требуется изменить размеры ограночного сырья. Она так же производится при обнаружении какого-либо де-

фекта в камне. Поэтому очень важно ровно и правильно распилить кусок сырья.

Для этого необходимо хорошо закрепить камень в специальных зажимах станка,

так как если камень сдвинется, в зажимном устройстве, то отрезные диски вый-

дут из строя. Каждый кусок камня следует осмотреть и выяснить наилучшее направление разреза. Далее камень вручную или под прессом подаётся к отрез-

ному диску. Важно, чтобы плоскость реза была параллельна плоскости диска,

диск о камень не тёрся и камень не сдвинулся с места. Подрезка кристалла про-

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	16

изводится на малых оборотах на глубину 1-1,5 мм. Затем распиливание идёт на номинальных режимах.

Могут использоваться алмазные пилы – металлический диск с включённым в его состав алмазным порошком по краю. Диск изготовляется из бронзы или меди. Пилы с диаметром менее 100 мм используют для резки ценных материа-

лов, диаметром 200 мм для подрезки, более крупные для распиловки камня на пластины и блоки.

Иногда резку полностью или частично заменяют колкой, в зависимости от вида и качества сырья, характера заданной огранки и её размеров.

2.1.3. Наклейка заготовок.

Перед механической обработкой заготовка закрепляется на торец оправки наклейной смолой или специальной мастикой: 82% сургуч, 8% шеллак, 5% ка-

нифоль, 5% мел. На этой оправке камень проходит все операции огранки.

2.1.4. Предварительная обработка камня.

Процесс предварительной обработки камня заключается в черновом съёме материала, целью которого является придание заготовки контуров будущего огранённого камня. Она обычно выполняется на различных абразивных кругах.

При изготовлении кругов, которые должны быстро удалять лишний материал,

используется грубое абразивное зерно. Тонкое зерно выбирают, когда требуется мягкое и тонкое абразивное действие.

Камень находится в "волочащемся" положении, то есть обдирка произво-

дится в направлении вращения круга, а не против. Нельзя допускать появление неровностей на круге и сильного нагрева камня. Во избежание нагрева исполь-

зуют водоэмульсионное охлаждение. Вода для охлаждения и удаления образу-

ющейся пыли подаётся с помощью либо капельного устройства, либо с помо-

щью губки, соприкасающейся с кругом. Вода должна смачивать всю поверх-

ность камня. В зависимости от формы камня предварительная обработка ведётся на разном оборудовании.

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	17

В данном случае, для обработки заготовки (обдирки) круглой фор-

мы используют станок модели ЗК-80. Обработка заготовок ведётся алмазным валиком, собранным из кругов наружным диаметром – 80-90 мм на металличе-

ской связке. При обдирке закладываются основные размеры камня, исправить их после будет невозможно, поэтому операцию нужно производить очень тщатель-

но.

2.1.5. Наклейка.

Ограночные оправки изготавливают из металла на токарных станках или из деревянных стержней (лучшими породами деревьев являются клён и берёза). В

процессе наклейки используется специальное устройство, называемое трансфер-

том. Для скрепления камня с оправкой используют смолу, основными компонен-

тами которой являются сургуч и шеллак. В состав большинства смесей входят также порошок глины и небольшое количество пчелиного воска. Сургуч и глина придают смеси прочность, шеллак обеспечивает липкость, а пчелиный воск спо-

собствует получению более однородной смеси и понижает температуру её плав-

ления. При обычных температурах обработки наклеенная смола практически не даёт усадки и с трудом отделяется от камня – очень важное свойство.

При применение деревянных оправок, смола наносится уже размягченной,

а камень берется предварительно подогретым.

2.1.6. Огранка.

Операция огранки заключается в нанесении (путём сошлифовки) на по-

верхность заготовки определённого числа граней, расположенных определённым образом. При этом уточняются форма и размеры ограняемого камня с учётом припусков для последующих операций.

Огранка производится на станке модели 0126-А, квадрант с делительной головкой. Охлаждение водяное. Полировка производится в такой же последова-

тельности на станках модели ГП-2. На поверхности под требуемым углом к плоскости алмазного круга наносится ряд симметрично расположенных граней

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	18

равных по ширине рундиста и одинаковых по высоте. Для огранки применяется алмазный круг диаметром 140 мм на металлической связке М1 с алмазным зер-

ном марки АСМ 60/40 50%-ной концентрации. Частота вращения алмазного кру-

га 3000 об/мин. Охлаждение водяное.

Отделку поверхности граней начинают со шлифовки, и чем больше разме-

ры граней, тем тщательнее должна быть выполнена шлифовка.

Камни, наклеенные на оправки, прижимают к вращающейся планшайбе,

шлифуют до тех пор, пока не образуется плоская площадка. Затем оправку пово-

рачивают и сошлифовывают другой участок. Повторяя эту процедуру, в конце концов, получают замкнутый поясок граней с помощью ограночной ("механиче-

ской") головки и опорной втулки.

Будем использовать простой, но весьма эффективный ограночный станок

0126-А. Для начала шлифовки следует сначала закрепить оправку в станке и установить защёлку делительного кольца в нужном положении, затем включить двигатель, одновременно начиная смачивать поверхность шлифовального круга водой. Следует иногда поднимать и осматривать камень, а в ходе процесса сле-

дить за указателем угла подъёма, чтобы вовремя заметить неправильный ход огранки. После получения грани нужно провести доводочное полирование сме-

нив круг. Она должна продолжаться до удаления всех следов, оставшихся после грубого шлифования.

Сущность шлифования заключается в том, что при движении камня и планшайбы в противоположных направлениях зёрна абразива вращаются между поверхностями. Металлическая планшайба в силу своей относительной мягкости под зёрнами слегка вдавливается. А камень не может вдавливаться, поэтому ска-

лывается. В результате повторения этого процесса множеством зерен вся по-

верхность камня покрывается мелкими ямками.

Планшайба может быть изготовлена почти из любого металла, особенно подходят чугун и мягкая сталь. В течение нескольких веков использовались свинцовые или деревянные планшайбы, но их повторное применение невоз-

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	19

можно из-за низкой твёрдости. Из порошков чаще всего применяется карбид кремния. Характер работы требует непрерывного поступления воды.

2.1.7. Полирование.

Завершающей операцией изготовления любого ювелирного изделия явля-

ется полирование. К нему переходят лишь в том случае, когда поверхность соот-

ветствующим образом подготовлена предыдущими этапами. Это абразивный процесс. Он заключается в контакте (со значительным усилием) полируемого изделия с вращающимся мягким материалом вроде войлока, кожи, ткани или дерева, натёртым полирующим составом.

Полировка граней производится в той же последовательности и на том же станке, что и огранка.

Процесс осуществляется на алмазном круге марки АПВ диаметром 140 мм на металлической связке Ml с алмазным зерном АСМ 7/5 50%-ной концентра-

ции. Охлаждающая жидкость – веретённое растительное масло. В процессе по-

лировки граней необходимо периодически править алмазосодержащий слой кру-

га трепелом с целью вскрытия режущих кромок алмазных зёрен.

Для придания зеркального блеска поверхностям граней вставок произво-

дится их окончательная полировка на щёточно-полировальном станке при по-

мощи алмазной пасты АСМ 5/3 ВОМ (смываемая водой и органическими рас-

творителями) 10% концентрации.

Полировка рундиста огранённых вставок, изготовленных на станках руч-

ной огранки и полировки, производится вручную, при этом особое внимание уделяется равномерной толщине рундиста и форме огранённой вставки.

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	20

2.1.8. Отклейка и очистка.

Отклейка производится путем нагревания вставки до температуры размяг-

чения смолы или мастики (35-38⁰С) в термокамерах. Затем огранённые и отпо-

лированные камни очищают в ультразвуковой ванне модели УЗУ - 0,1 или УЗУ -

0,25 смесью растворов 30%-ного едкого натра и спирта.

По окончании технологического процесса огранки и полировки готовая вставка проходит процесс промывки в УЗУ с применением промывочной жидко-

сти на основе мыльно-спиртового раствора.

2.1.9. Контроль качества.

Проверка соответствия геометрических параметров, наличие сколов и мик-

ротрещин, а также выявление дефектов обработки производится визуально с помощью лупы с 5-ти или 10-тикратным увеличением путём сравнения с утвер-

ждённым образцом - эталоном. В другом случае может быть использовано спе-

циальное контрольно-измерительное оборудование (для определения погрешно-

сти взаимного расположения граней камня, угломеры и так далее).

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	21

Вывод

Разработанный технологический процесс для огранки фиолетового слабо окрашенного топаза отвечает всем предъявляемым требования. Он применим для серийного производства, а также качественен, эффективен и прост.

Сама огранка великолепно подходит для топаза – раскрывает всю игру света и блеска. Она представляет собой огранку типа «Звездная», которая применяется для прозрачных и слабоокрашенных камней. Огранка наиболее полно выявляет все лучшие качества камня.

Лист

Изм. Лист № докум. Подпись Дата

КП. ОК. 00. 008. ПЗ	22

Список литературы

1. Галанин С.И., Шорохов С.А. Ювелирные и поделочные камни: Учеб-ное пособие. – Кострома: КГТУ, 2003. – 55 с.

2. Андреев В.Н. огранка самоцветов: Часть первая. Ограночное сырьё – М.: ГИМП РСФСР, 1957. – 160с

3.Андреев В.Н. Огранка самоцветов: Часть вторая. Технология огранки. – М.:

ГИМП РСФСР, 1958. – 200 с.

4.Селиванкин С. А. Технология ювелирного производства: Справочник/ - Л.: Машиностроение, 1977. – 233 с., ил.

Лист

КП. ОК. 00. 008. ПЗ 23

Изм. Лист № докум. Подпись Дата