СПОСОБ ОГРАНКИ МЯГКОГО ЮВЕЛИРНОГО МАТЕРИАЛА, НАПРИМЕР ЖЕМЧУГА, С ВЫСОКОТОЧНОЙ ПОЛИРОВКОЙ НА СВОБОДНОМ АБРАЗИВЕ Российский патент 2012 года по МПК C30B33/00 

Изобретение относится к области обработки (огранка, шлифовка, полировка) кристаллов, таких как, например, сфалерит, церуссит, а также иных материалов, таких как янтарь, жемчуг и другие с твердостью менее 4 по шкале Мооса.

Из уровня техники известна технология огранки мягких материалов (с твердостью менее 3,5 по шкале Мооса) G. & М.Vargas «Faceting for amateurs», Indio CA, Desert Printing Co., 1989.

Эти технологии предусматривают щадящую обработку при нанесении граней на ограночном диске с небольшой скоростью вращения (50-100 оборотов в минуту) с последующей полировкой на мягком диске (обычно на дереве, виниле или воске) с использованием в качестве полировочного агента окиси алюминия, а для охлаждения - воды. При этом получается ровная отполированная поверхность грани, соответствующая 9 классу чистоты согласно ГОСТ 2789-59, со слегка скругленными ребрами, что обусловлено мягким материалом полировального диска.

В Таблице приведены сравнительные данные свойств некоторых мягких материалов с рекомендациями для их обработки.

Таблица Материал Твердость Хрупкость Чувствительность к нагреванию Спайность Полировка Янтарь 2-2,5 Низкая Чрезвычайная Нет На воске Кальцит 3 Низкая Высокая Совершенная На воске Целестин 3-3,5 Высокая Умеренная Совершенная На воске Церуссит 3-3,5 Чрезвычайная Чрезвычайная   На воске Гипс 2 Чрезвычайная Высокая Совершенная На воске Вивианит 1-1,5 Низкая Высокая Совершенная На воске Галит 2,5 Чрезвычайная Чрезвычайная Совершенная На воске Сера 1,5-2 Чрезвычайная Чрезвычайная Низкая На воске Вульфенит 2,5-3 Чрезвычайная Чрезвычайная Средняя На воске Жемчуг 2,5-4 Средняя Умеренная Нет Нет

Аналогом настоящего изобретения является способ, описанный в патенте RU №2162780, опуб. в 2001 г. В патенте рассмотрен процесс и инструмент для обработки абразивомягких материалов и минералов, например янтаря, описан алмазоподобный круг полирования янтаря, описано изготовление инструмента и технология формообразования и полирования янтарных изделий - шаров, оливок, кабошонов, минаретов, кулонов.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ огранки мягких материалов, описанный в книге Дж.Синкенкес «Руководство по обработке драгоценных и поделочных камней», М., МИР, 1998, недостатком известного способа является невозможность получения совершенных граней на мягких материалах, невозможность достичь обработки граней до 11 класса чистоты по ГОСТ 2789-59.

Достижение такой степени обработки на мягких минералах и материалах является техническим результатом изобретения.

Следует отметить, что существующие методы огранки мягких материалов предполагают полировку на диске, менее твердом, чем обрабатываемый материал (дерево, плексиглас, кожа, воск и другие), с использованием более крупного абразива (для увеличения скорости полировки и снижения риска образования царапин), что не позволяет достичь необходимой чистоты обработки поверхности, плоскости граней и остроты ребер. Попытки использования более твердых дисков были неудачными, поскольку в этом случае зерна абразива, скапливаясь в месте соприкосновения с полируемой поверхностью, повреждали ее, не давая возможности достичь высокой степени чистоты. Использование же более мягких полировальников приводило к скруглению ребер и выпуклости граней.

Принципиальное отличие изобретения от аналогов и прототипа заключается в следующем:

а) в использовании для полировки диска с твердостью большей, чем твердость обрабатываемого материала;

б) в использовании тонкозернистого свободного абразива (алмазный порошок, оксид алюминия, оксид церия и т.д.) с размером зерна ¼ микрона;

в) в постановке полируемой грани и отрыве ее от поверхности диска при нулевой скорости вращения (диск должен быть остановлен, чтобы не допустить повреждения грани частицами абразива, скопившимися перед ней при вращении).

Технический результат достигается тем, что способ огранки мягкого ювелирного материала проводится с высокоточной полировкой на свободном абразиве и включает щадящую обработку при нанесении граней на ограночном диске с последующей полировкой на диске при использовании полировочного агента, при этом гранение поводят на абразивном круге с размером зерна 20-40 микрон, а полировку проводят на диске с твердостью большей, чем твердость обрабатываемого материала с тонкозернистым свободным абразивом с размером зерна не более ¼ микрона, при этом постановку полируемой грани и ее отрыв от поверхности диска осуществляют при нулевой скорости вращения так, чтобы диск был остановлен для предотвращения повреждения грани частицами абразива, скопившимися перед ней при вращении.

При полировке используют твердый металлический диск с нанесенным предварительно алмазным спреем с размером зерна 0,125-0,25 мкм. Устанавливают грань материала на полировальный диск при нулевой скорости вращения, затем двигатель запускают и скорость вращения доводят до 80-100 об/мин, при постоянной силе прижима. При этом материал, приклеенный к оправке, совершает возвратно-поступательные движения в направлении, перпендикулярном направлению вращения диска, а через 10-20 секунд скорость вращения диска уменьшают до полной его остановки.

Дополнительно способ характеризует то, что вся совокупность указанных действий может использоваться в том случае, когда в качестве мягкого материала используют жемчуг.

Описание процесса огранки и примеры реализации заявленного изобретения - как жемчуга, так и других мягких ювелирных материалов и минералов приведены далее.

В отличие от существующих методов предлагаемый метод огранки предусматривает полировку на твердом металлическом диске с использованием свободного алмазного абразива (алмазный спрей, содержащий в себе охлаждающую жидкость) с размером зерна 0,25 мкм. Данная технология полировки обеспечивает обработку поверхности граней до 11 класса чистоты согласно ГОСТ 2789-59, острые ребра, которые, подобно лезвию ножа, не отражают свет. В результате создается эффект «целостности» ограненного камня, когда контуры отдельных граней практически невидимы, но каждая грань дает яркий блик отраженного света при попадании на нее светового потока.

Сущность метода заключается в обработке жемчуга (в других примерах все аналогично и для других материалов - сфалерит, церуссит и другие) на ограночном станке в две стадии - гранение на абразивном круге с размером зерна 20-40 микрон и полировка на твердом металлическом диске с использованием свободного абразива с размером зерна не более ¼ микрона.

Этот метод включает в себя несколько этапов. Первоначально исходный образец ограночного материала произвольной формы распиливается диском, содержащим абразивный материал (применяли в разных процессах алмаз, или карбид бора, или карбид кремния и др.), на заготовки необходимого размера. Заготовка нагревается и приклеивается к специальному металлическому стержню (оправке) клеем, размягчающимся при нагревании и затвердевающим при остывании. Для материалов, чувствительных к нагреванию (целестин, церуссит, галит), материал приклеивается холодным способом.

В случае использования жемчуга в качестве ограночного материала размер исходного образца соизмерим с размером будущего ограненного изделия, поэтому этап распиливания исключался и сразу за наклейкой заготовки следовала стадия грубой обработки (обдирки). Эта обработка производится на абразивных дисках с размером зерна 20-40 мкм. В результате обдирки будущий ограненный камень получает свою форму.

Форма (дизайн) будущего ограненного камня определяется предварительно составленным чертежом (диаграммой), где показан будущий камень в четырех проекциях, указаны угловые координаты всех граней (угол наклона и индекс поворота) и даны основные размерности и соотношения размерностей камня.

Затем следует стадия более точной обработки - полировки. Полировка каждой грани производится путем контакта грани с поверхностью вращающегося металлического диска, на которую в небольшом количестве нанесен полировочный агент - алмазный спрей, содержащий зерна алмазного абразива размером ¼ мкм и охлаждающую эмульсию. Охлаждающая эмульсия необходима для предотвращения растрескивания ограночного материала при перегревании от трения о поверхность диска. Частицы алмазного абразива снимают с поверхности грани соизмеримые частицы ограночного материала, тем самым выравнивая ее до зеркального блеска. Чистота обработки поверхности контролируется визуально с помощью увеличительной лупы. После окончания обработки одной грани заготовка, укрепенная в ограночной головке, поворачивается на заданный угол и процесс повторяется для всех граней.

После окончания обработки готовый ограненный камень отклеивают и остатки клея удаляют спиртом или ацетоном.

Достижение высокоточной полировки мягких материалов (в первую очередь жемчуга) даст возможность создания новых ювелирных брендов с неожиданной трактовкой ювелирных вставок, поскольку (в случае жемчуга) одновременный вид внутренней слоистой структуры перламутра и отражения от зеркальной поверхности создаст необычный визуальный эффект.

Пример огранки жемчуга.

Для примера использовался натуральный пресноводный жемчуг, а также культивированный жемчуг южных морей белого, золотистого и черного цвета. Перед началом обработки жемчужина нагревалась и приклеивалась к оправке термоклеем. Затем оправка закреплялась в патроне ограночного станка, который с высокой точностью задает угловые координаты положения заготовки (угол наклона и индекс поворота) относительно абразивного диска, вращающегося на шпинделе станка в горизонтальной плоскости со скоростью 50-100 оборотов в минуту. Патрон с оправкой укрепляли в ограночной головке станка, которая позволяет поднимать и опускать заготовку. При опускании заготовки на вращающийся абразивный диск часть материала стачивается, образуя плоскую грань с угловыми координатами, которые должны соответствовать заданным в диаграмме. Когда грань была проточена на необходимую глубину, патрон с заготовкой поворачивался в ограночной головке для перехода к следующей грани, и операция повторялась для всех граней нижней части жемчужины.

При полировке использовали твердый металлический диск с нанесенным предварительно небольшим количеством алмазного спрея с размером зерна 0,125-0,25 мкм. После нанесения алмазного спрея обрабатывали поверхность диска кусочком твердого материала (синтетического корунда) с достаточной плоской поверхностью, чтобы равномерно распределить абразивные частицы по поверхности диска и разбить их возможные конгломераты.

Для предотвращения повреждений поверхности граней перед постановкой грани на полировальный диск двигатель ограночного станка останавливался, поверхность грани осторожно помещалась на диск и слегка прижималась. Затем при той же силе прижима двигатель запускался и скорость вращения доводилась до 80-100 об/мин. При этом заготовка, приклеенная к оправке, совершала возвратно-поступательные движения в направлении, перпендикулярном направлению вращения диска. Через 10-20 секунд скорость вращения диска уменьшалась до полной его остановки, и лишь затем заготовка осторожно снималась с поверхности диска для осмотра. Остановка диска необходима для того, чтобы избежать выкрашивания частиц материала при касании поверхностью грани вращающегося диска и царапания грани частицами абразива, скопившегося перед гранью при движении. Указанные действия повторялись до полного исчезновения с поверхности грани неровностей, выбоин и царапин, то есть до достижения зеркального блеска поверхности грани. Затем оправка с заготовкой в ограночной головке поворачивалась на нужный индекс для обработки следующей грани и описанные выше действия повторялись для всех граней нижней части.

После завершения обработки нижней части осуществлялась переклейка жемчужины на другую оправку. Начало этого процесса аналогично описанной выше наклейке на первую оправку.

Обработка верхней части жемчужины повторяла для каждой грани те же стадии, что и обработка нижней части, описанная выше. После завершения обработки оправка вынималась из зажима ограночной головки, ограненная жемчужина отклеивалась и остатки клея удалялись растворителем.

Пример огранки церуссита.

Материал приклеивался холодным способом. Для этого оправка с нанесенным на нее термоклеем в охлажденном состоянии смачивается обычным клеем, растворимым ацетоном, к которому приклеивается заготовка. Затем оправка закреплялась в патроне ограночного станка, который с высокой точностью задает угловые координаты положения заготовки (угол наклона и индекс поворота) относительно абразивного диска, вращающегося на шпинделе станка в горизонтальной плоскости со скоростью 50-100 оборотов в минуту. Патрон с оправкой укрепляли в ограночной головке станка, которая позволяет поднимать и опускать заготовку, не меняя ее угловых координат. При опускании таким образом заготовки на вращающийся абразивный диск часть материала стачивается, образуя плоскую грань с угловыми координатами, которые должны соответствовать заданным в диаграмме. Когда грань была проточена на необходимую глубину, патрон с заготовкой поворачивался в ограночной головке для перехода к следующей грани, и операция повторялась для всех граней нижней части камня (павильона).

При полировке использовали твердый металлический диск с нанесенным предварительно небольшим количеством алмазного спрея с размером зерна 0,125-0,25 мкм. После нанесения алмазного спрея обрабатывали поверхность диска кусочком твердого материала (возможно использование синтетического корунда) с достаточной плоской поверхностью, чтобы равномерно распределить абразивные частицы по поверхности диска и разбить их возможные конгломераты.

Для предотвращения повреждений поверхности граней перед постановкой грани на полировальный диск двигатель ограночного станка останавливался, поверхность грани осторожно помещалась на диск и слегка прижималась. Затем при той же силе прижима двигатель запускался и скорость вращения доводилась до 80-100 об/мин. При этом камень, приклеенный к оправке, совершал возвратно-поступательные движения в направлении, перпендикулярном направлению вращения диска. Через 10-20 секунд скорость вращения диска уменьшалась до полной его остановки и лишь затем камень осторожно снимался с поверхности диска для осмотра. Остановка диска необходима для того, чтобы избежать выкрашивания частиц материала при касании поверхностью грани вращающегося диска и царапания грани частицами абразива, скопившегося перед гранью при движении. Указанные действия повторялись до полного исчезновения с поверхности грани неровностей, выбоин и царапин, то есть до достижения зеркального блеска поверхности грани. Затем оправка с камнем в ограночной головке поворачивалась на нужный индекс для обработки следующей грани и описанные выше действия повторялись для всех граней павильона и рундиста.

После завершения обработки граней павильона осуществлялась переклейка камня на другую оправку. Начало этого процесса аналогично описанной выше наклейке заготовки на первую оправку. Отличие состоит лишь в том, что коническая оправка с термоклеем нагревается до размягчения термоклея, и заготовка, наклеенная на первую оправку и закрепленная вместе с ней в переклеечном устройстве, слегка вдавливается в термоклей, чтобы в нем сохранился отпечаток граней павильона. Указанное действие должно быть кратковременным, чтобы камень не успел нагреться. Затем на отпечаток наносился цианоакрилат или иной используемый клей, и камень приклеивался ко второй оправке, сохраняя соосность относительно первой оправки. После этого первая оправка отклеивалась посредством нагревания до размягчения термоклея со своей стороны.

Обработка верхней части камня (короны) повторяла для каждой грани те же стадии, что и обработка павильона, описанная выше. После завершения обработки оправка вынималась из зажима ограночной головки, камень отклеивался и остатки клея удалялись растворителем.

Изобретение относится к области обработки (огранка, шлифовка, полировка) кристаллов, таких как, например, сфалерит, церуссит, а также иных материалов, таких как янтарь, жемчуг и другие с твердостью менее 4 по шкале Мооса. Способ огранки мягкого материала с высокоточной полировкой на свободном абразиве включает гранение на абразивном круге с размером зерна 20-40 микрон и полировку на диске с твердостью большей, чем твердость обрабатываемого материала с тонкозернистым свободным абразивом. При этом постановку полируемой грани и ее отрыв от поверхности диска осуществляют при нулевой скорости вращения так, чтобы диск был остановлен для предотвращения повреждения грани частицами абразива, скопившимися перед ней при вращении. В качестве абразива используют алмазный порошок, или оксид алюминия, или оксид церия. Способ позволяет достичь обработки граней до 11 класса чистоты по ГОСТ 2789-59. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.

1. Способ огранки мягкого ювелирного материала с высокоточной полировкой на свободном абразиве, включающий щадящую обработку при нанесении граней на ограночном диске с последующей полировкой на диске при использовании полировочного агента, отличающийся тем, что гранение проводят на абразивном круге с размером зерна 20-40 мкм, а полировку проводят на диске с твердостью большей, чем твердость обрабатываемого материала с тонкозернистым свободным абразивом с размером зерна не более ¹/₄ мкм, при этом постановку полируемой грани и ее отрыв от поверхности диска осуществляют при нулевой скорости вращения так, чтобы диск был остановлен для предотвращения повреждения грани частицами абразива, скопившимися перед ней при вращении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве абразива используют алмазный порошок, или оксид алюминия, или оксид церия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при полировке используют твердый металлический диск с нанесенным предварительно алмазным спреем с размером зерна 0,125-0,25 мкм.

4. Способ по п.1 или 3, отличающийся тем, что в качестве мягкого материала используют жемчуг.

5. Способ по любому из пп.1, или 2, или 3, отличающийся тем, что грань материала устанавливают на полировальный диск при нулевой скорости вращения, затем двигатель запускают и скорость вращения доводят до 80-100 об/мин при постоянной силе прижима, так что материал, приклеенный к оправке, совершает возвратно-поступательные движения в направлении, перпендикулярном направлению вращения диска, а через 10-20 с скорость вращения диска уменьшают до полной его остановки.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что в качестве мягкого материала используют жемчуг.