Контрольные вопросы к разделу 2.2

1. Каковы технологические особенности процесса пайки?

2. Какие припои применяются для пайки ювелирных изделий.

3. В чем особенности применения мягких припоев?

4. В чем особенности применения твердых припоев?

5. Какие флюсы применяются для пайки ювелирных изделий?

6. Каков механизм действия флюса при пайке?

7. Как производится пайка твердым припоем?

8. Каковы технологические особенности штифтования и клепки?

9. Для чего применяется резьбонарезной инструмент в ювелирном производстве?

10. Каковы технологические основы лазерной сварки?

2.3. Технология отделочных операций и декоративная обработка ювелирных изделий Лекция 24

Механические отделочные операции

1. Шлифование и полирование. Сущность процессов, основные понятия.

2. Технология и рабочие приемы шлифования и полирования.

3. Крацевание и матировка.

4. Технология удаления остатков шлифовальных и полировальных веществ.

Для повышения художественной ценности, выразительности, антикоррозионной стойкости и износостойкости ювелирных изделий, а также придания им законченного вида применяют целый комплекс отделочных операций, которые могут быть химическими, электрохимическими (гальваническими) и механическими.

Шлифование и полирование относятся к отдельной группе методов обработки металлов резанием. Цель этой обработки состоит не в придании металлу определенной формы, как при опиливании, фрезеровании, сверлении, а в том, чтобы придать готовым изделиям определенную чистоту поверхности и точные размеры.

Шлифование служит в основном для получения гладкой поверхности, формоизменение при этой обработке незначительно и играет второстепенную роль. Полирование обеспечивает получение на гладкой, но матовой поверхно­сти сильного металлического блеска (глянца). Между шлифованием и полированием нельзя провести резкой границы, так как оба процесса преследуют близкие задачи и во многом сходны друг с другом.

Процесс шлифования проще всего рассмотреть на примере работы карборундового шлифовального круга. Он состоит из абразивного материала и связки. В, данном случае это остроугольные, твердые карборундовые кри­сталлы, заключенные в связующее вещество и удерживаемые в нем. Когда металл прижимают к вращающемуся шлифовальному кругу, то остроугольные кристаллы действуют на него, как зубья фрезы, и снимают тонкий слой металла, образуя стружки переменного сечения. Глубина захвата резания и тем самым качество обрабатываемой поверхности зависят от величины шлифующих зерен. Кроме того, эти зерна выступают из связующего вещества на различную величину, и поэтому глубина захвата металла ими получается неодинаковой. Точно так же, как снимаемые стружки остаются между зубьями напильника, они застревают и в промежутках пористого шлифовального материала до тех пор, пока им не удастся освободиться оттуда.

В процессе резания острые края зерен срабатываются, становятся закругленными и тупыми. Затупившиеся зерна выпадаю из связующего вещества, что дает возможность вступить в работу новым острым зернам, расположенным под ними. Только при этом условии будет обеспечена нормальная работа шлифовального круга, так как, если связующее вещество удерживает слишком прочно затупившиеся зерна, то режущая способность круга падает, он «засаливается» и, наоборот, если связующее вещество слишком легко освобождает зерна, то последние будут выпадать преждевременно, еще будучи острыми, и круг очень быстро износится. Отчасти действие шлифовального круга зависит и от обрабатываемого металла, так как частицы мягкого металла застревают в порах и затрудняют шлифование, в то время как хрупкие и твердые металлы вызывают выкрашивание зерен.

Если при шлифовании наблюдается снятие стружки, то основное действие процесса полирования состоит в сглаживании поверхности под действием сил давления, как это особенно наглядно видно при обработке металлической поверхности стальным полировником. В то время как зерна абразивных материалов являются более или менее остроугольными, зерна крокуса даже при сильном увеличении выглядят гладкими, закругленными. Когда вращающийся круг, на который нанесено полировальное вещество, прижимается к металлической поверхности, в месте касания происходит сильное нагревание, благодаря чему в этом месте увеличиваются тягучесть и пластичность металла. Теперь микронеровности начинают сдавливаться и стираться, а возвышения – вминаться в соседние углубления поверхности металла. Еще не доказано безупречно, что микрообъемы металла нагреваются при полировании до точки плавления, и хотя напряжения в его поверхностных слоях достигают предела текучести, несмотря на это все же может происходить отделение мелких стружек.

Для выполнения изучаемых операций в качестве оборудования применяют шлифовально–полировальные станки, у которых вал удлинен с обеих сторон для закрепления на нем полировальных инструментов. Наибольшее распространение имеют полировальные станки с двигателями переменного тока с короткозамкнутым ротором. При полировании скорость вращения должна быть в пределах от 2800 до 3000 об/мин, при крацевании – только от 700 до 750 об/мин.

В качестве шлифующих и полирующих материалов применяют следующие.

1. Окись алюминия А1₂0₃(корунд), твердость которого по Моосу НМ равна 9.

2. Наждак. Этот минерал темно–серого, иногда черного цвета, состоящий приблизительно из 65% Al₂O_s, смешанной с магнетитом, гематитом, пиритом и кварцем. В зависимости от чистоты, твердость его НМ составляет от 6 до 8.

3. Электрокорунд. Он является искусственным абразивным материалом. Для получения нормального корунда бокситы и углерод расплавляются в электродуговой печи при температуре 2200° С; в процессе плавки составные части бокситов восстанавливаются углеродом. Конечный продукт содержит 94–97% А1₂0₈и примеси железа, титана, кремния.

4. Двуокись кремния Si0₂. Кварц является чистой формой кристаллизованной двуокиси кремния (кремниевого ангидрида). Имеет твердость НМ7. В виде кварцевой муки или песка он используется для изготовления наждачной бумаги и в пескоструйных аппаратах. Добытый в карьерах желтоватый песок промывается, прокаливается и размалывается. Конечным продуктом переработки является трепел, который используется в качестве основы для различных абразивных материалов. Искусственный трепел – это мелкозернистая смесь различных видов кремниевого ангидрида, обезвоженной кремниевойкислоты, кристаллического кварца и кварцевого песка.

5. Карбид кремния SiC(карборунд). Этот абразив получают нагреванием кокса и кварцевого песка с добавлением опилок и поваренной соли в электропечи при температуре выше 2000° С. Черные кристаллы карбида кремния, имеющие твердость НМ9,5, служат для обработки хрупких материалов и мягких металлов.

6. Окись железа Fe₂0₃. Красный железняк (гематит) является естественной формой окиси железа. Этот серо–стальной камень, подобно стальному полировнику, используется для ручного полирования.

7. Окись хрома Сr₃О₂. Порошок окиси хрома образует зеленую политуру. Она особенно хорошо подходит для обработки твердых металлов. Окись хрома изготовляется исключительно искусственным путем.

8. Наждачная бумага (шкурка). Основой для абразивного материала служит особенно прочная и жесткая бумага или полотно, в качестве связывающего средства для наклеивания наждачных зерен применяются клеи. Тонкость наждачной бумаги определяется величиной зерен абразива, выраженной в микронах. Так, например, микропорошки абразивных материалов номеров М40, М28. . .М7, М5 имеют размер зерна соответственно в 40, 28. . .7 и 5 мкм. Шлифовальные порошки с более крупными зернами имеют номера от № 12 до № 3. Здесь цифра обозначает зернистость абразива в сотых долях миллиметра.

Для полирования, в отличии от шлифования, не применяются жесткие абразивные инструменты со связкой зерен типа брусков, камней и т. п., а используются исключительно свободные полировальные вещества. Последние наносятся на какой–либо носитель полировальных частиц. В качестве таковых применяют твердые пасты промышленного изготовления, которые смешиваются на основе шлифовальных и полировальных материалов, и связываются твердыми жировыми веществами. Носители полировочных веществ по функциям, форме и величине примерно соответствуют носителям шлифовального вещества, только в некоторых случаях требуется более мягкий материал.

При механическом полировании технологический процесс и метод его выполнения сходны со шлифованием. Применяются одинаковые станки, полировальный войлок и круглые щетки, которые сделаны из особенно мягкого материала. Для получения зеркального блеска в конце процесса используется наборный полировальный, круг. Он состоит из многочисленных кружков из ткани с отверстием в центре, которые свободно лежат друг на друге и только посередине удерживаются фланцем. Полировальные круги работают на высоких оборотах, но с небольшим количеством полировального вещества. Наборные полировальные круги делают также из мягких кожаных шайб. Окончательная полировка достигается при помощи шерстяного круга, имеющего деревянную втулку подобно круглой щетке, но вместо щетины на втулку насажен хлопок.

При полировании стальным полировником (гладилом) и камнем не используется никакое полировальное вещество, но за счет давления гладкого инструмента сглаживаются микронеровности поверхности металла. Полирование гладилом дает особенно высокий блеск, при этом поверхностные слои металла, уплотняясь, наклёпываются, что повышает их твердость и увеличивает износостойкость изделия. Весьма ценным является также почти полное отсутствие потерь металла. В то же время к недостаткам этого метода полирования следует отнести большую продолжительность процесса, требования наличия высокой квалификации и опыта у работающего; обработка полировником обходится поэтому, дороже, чем полирование другими способами. Полировник (гладило) изготовляется из высококачественной закаленной стали. В любом случае кромки рабочей части должны быть полностью закруглены и поверхность инструмента отполирована. В качестве полировальных камней используется красный железняк (гематит) особенно плотного строения. Форма камня соответствует форме рабочей части полировника. Полировальные камни дают более высокое качество полировки, чем гладила.

Полирование в галтовочном (полировочном) барабане является дальнейшим развитием метода полирования стальными инструментами. Изделия укладываются в барабан, наполненный стальными шариками, цилиндриками и мыльным раствором. Во время вращения барабана шарики перекатываются по поверхности изделия и производят полирование. Скорость вращения барабана должна быть небольшой и составлять максимум 60 об/мин. Если применить более высокие скорости вращения, то шарики не будут перекатываться по поверхностям изделий назад и вперед, а станут лишь скользить по ним. Шарики изготавливают из нержавеющей стали и закаливают. Они должны быть абсолютно круглыми и хорошо отполированными. Для полирования украшений подходят шарики диаметром от 1 до 3 мм.

Крацевание является одним из способов обработки, при этом изделия на полировальном станке обрабатываются тонкой проволочной щеткой, причем концы проволок слегка касаются при движении поверхности изделия и проглаживают ее. Каждая проволочка щетки действует, как маленькое гладило. В качестве инструментов для крацевания применяются щетки, у которых вместо щетины имеются тонкие латунные или нейзильберовые проволочки толщиной от 0,15 до 0,25 мм. Практические приемы крацевания большей частью применяют для изделий из серебра после того, как при травлении образовался белый налет. Кроме того, рекомендуется крацевать зеленоватую налет и у изделий из золота после травления, так как после этого облегчается последующее шлифование.

Матировка - это способ получения матовой поверхности изделия. В то время, как шлифованная поверхность при полировании становится блестящей, матирование вызывает появление шероховатостей на гладкой поверхности, благодаря чему последняя становится тусклой и матовой. В зависимости от применяемого метода обработки получают мелкозернистую матовую поверхность. Различают несколько видов матировки.

Матировка центробежной щеткой. Суть операции заключается в том, что на деревянной втулке установлены в несколько рядов подвижные пучки стальной или медной проволоки. Щетка укрепляется на валу полировального двигателя и проволочные пучки ее вращаются с большой скоростью. Подлежащий обработке предмет всегда только слегка подталкивается к щетке, так что каждый раз охватывается только небольшая часть поверхности изделия. Действие будет только тогда удовлетворительным, если острия щетки силой своего центробежного давления будут оставлять небольшие вмятины на поверхности изделия.

Пескоструйная обработка. При помощи пескоструйного аппарата получают особенно мелкозернистую и равномерно–матовую поверхность. Полые предметы при этом не получают повреждений.

Прежде чем перейти к следующему по тонкости шлифовальному материалу, изделия необходимо каждый раз промывать. Цель промывки будет достигнута в том случае, если частицы грязи будут полностью удалены с поверхности изделия. Так как загрязнения большей частью связаны с присутствием жирных веществ, очистка производится обычно химическим путем: жиры растворяют и удаляют, а затем легко и счищаются и смываются остальные частицы грязи. Перед нанесением гальванических или лаковых покрытий предметы не только должны быть очищены, но и тщательно обезжирены. Признаком полного обезжиривания является равномерная смачиваемость металлической поверхности водой.

Различают следующие методы удаления загрязнений.

1. Прокаливание.Если прокалить подлежащий очистке предмет, то жиры, сгорая, обугливаются, и при повторном нагреве предмета в травильном растворе частички грязи и нагар легко отстают. Однако, этот метод имеет явные недостатки, заключающиеся в том, что без предохранительных средств металлическая поверхность окисляется, а у готовых изделий повреждаются камни и пружины; кроме того, требуется последующая полировка.

2. Промывание. Сущность действия растворителя жиров заключается в том, что имеющиеся на предмете жировые вещества освобождаются от грязи и удаляются жидкостью. Достоинствам метода промывки растворителем относятся: мягкость применяемых средств, не вызывающих изменения структуры металла и других повреждений поверхности изделий, быстрота растворения жировых составляющих загрязнений, а также хорошая смачиваемость жиров благодаря малому поверхностному натяжению растворителей.

К недостаткам этого способа следует отнести: необходимость дополнительной очистки загрязнений щетками после удаления жиров и возможное наличие остающихся следов жировых веществ, адсорбирующихся на изделиях. Поэтому промывку растворителями в случае необходимости следует завершать полным обезжириванием.

3. Применение щелочных обезжиривающих средств. Жиры при обработке обезжиривающими средствами растворяются следующим образом: органические жиры омыляются, т. е. расщепляются на жирнокислые соли и глицерин; неорганические и часть органических жиров эмульгируют или, иначе говоря, распределяются в жидкости в виде капелек величиной в 10^–5мм; частички грязи связываются пеной и удаляются. Чем сильнее щелочная, реакция обезжиривающих веществ, тем выше их активность Но следует помнить, что эти средства агрессивно действуют на различные металлы и сплавы.

В качестве обезжиривающих средств применяют следующие.

Едкий натрий (NaOH) и едкий калий (КОН) одинаковы по действию и используются, как сильно действующие обезжиривающие средства, однако разрушают кожу и частично даже металлы.

Нашатырный спирт (NH₄OH) является сильной щелочью, он также разрушает неблагородные металлы, но хорошо растворяет жиры и менее опасен для кожи.

Цианистый калий (KCN) и цианистый натрий (NaCN) отличаются от остальных щелочных средств тем, что они не только являются сильными растворителями жиров, но и могут разложить тонкие окисные пленки, при этом основным их недостатком является очень сильное ядовитое действие.

Сода (Na₂CО₈) используется как слабощелочной растворитель, но имеет преимущество в том, что совершенно не ядовита и пассивна по отношению к металлам.

Готовые обезжиривающие препараты все больше вытесняют чистые щелочные вещества. Большей частью эти препараты приготовлены уже не на щелочной основе, а составлены из других естественных и искусственных веществ, с целью повышения растворимости жиров и устранения недостатков натуральных чистых щелочей.

Чистые щелочи применяют в виде водных растворов. При этом загрязненные предметы кладут в щелочь и кипятят (при нагревании растворимость и смачиваемость жиров повышается), а затем изделия вынимают из щелочи и хорошо промывают.

При использовании ультразвука очистка происходит гораздо быстрее, чем щетками, устраняется обезжиривание и достигается, максимальная степень чистоты поверхности. Принцип его основывается на том, что частицы грязи снимаются ультразвуковыми колебаниями и эмульгируются жирорастворяющим раствором. Ультразвуком называют звуковые колебания, не воспринимаемые нашим ухом. За нижнюю границу ультразвуковых колебаний принимают 20 кГц, т. е. 20 000 колебаний в минуту. Пьезоэлектрический вибратор работает от высокочастотного генератора. Существуют определенные металлы, соединения и сплавы, которые сжимаются под влиянием магнитного поля, а после его исчезновения снова расширяются. В ультразвуковой головке такой сплав подвергается воздействию переменного магнитного поля тока высокой частоты и синхронно с магнитным полем сжимается и расширяется. Изменение размеров сплава в виде колебаний передается на раствор и далее на очищаемые изделия. Под дном ванны установлены вибраторы с частотой колебаний в 40 кГц. Ванна изготовлена из нержавеющей стали и может быть наполнена любой очищающей жидкостью. Генератор дает необходимые для процесса высокочастотные электрические колебания, вибраторы преобразуют их в механическую ультразвуковую энергию, которая распределяется равномерно по всей ванне, благодаря чему весь объем жидкости пронизывается ультразвуком, и очищаемые предметы могут погружаться в вибрационную ванну в любом месте. Такой способ очистки оправдывает себя на крупных предприятиях, где приходится обрабатывать одновременно большие партии изделий.