宝石加工常用设备及工具

第一节　宝石加工常用设备及工具

一、常用设备

要把宝石原料（矿物或岩石）琢磨成宝石，必须借助于一定的加工设备。而加工设备实际上是随科学技术的发展而不断改进和发明的。目前的宝石加工设备的种类已相当繁多，但根据其在加工中的作用，主要可将加工设备分成下列几大类。

（一）切割设备

切割设备主要用于宝石原料的分割，其具体用途有：

（1）分割原石：即把大块料分割成小块料，或把大块料上的废料剔除；（2）预形：即把毛料修整为初步的造型（毛坏）。

根据用途不同，切割设备又可分为下料机（或开石机）和修整机两大类。

下料机（开石机）：主要是用于分割大块的原石，其结构比较简单，主要部件有：钢质主动轴和轴承、冷却装置、支撑和进料装置、防溅罩、电动机和皮带等（见图4-1）；切块机（切块、切条和切粒等）体积比开石机小，主要用途是把中等大小的原石切成片、条和小块料，其结构与开石机类似。

图4-1　开石机

修整机：主要用于小块宝石（珍贵宝石）切割和毛料的修理。其结构简单，主要部件有：电动机、冷却机、载物台、锯片、防溅罩、轴承和主动轴、皮带轮和皮带、有机玻璃防溅板等（见图4-2）。

图4-2　修整机

（二）磨削设备

主要用于磨削宝石使之出造型。根据磨削方式和磨具不同，磨削设备可分以下几种：

（1）轮磨机：主要功能是给宝石倒棱和圈形，即磨削宝石毛坯使之成造型雏型。其主要部件是：轴承、主动轴、冷却水管、防溅罩、砂轮、法兰盘、水槽等（见图4-3）。

图4-3　轮磨机

（2）盘磨机：多用于磨削平面，如刻面型宝石的各种面。主要结构是：防溅罩、支架、轴承、电动机、被动轴筒、砂带、主动轴筒、水槽等（见图4-4）。

图4-4　盘磨机

（3）带磨机：带磨机的磨具是砂带，主要用于磨削宝石的各种弧面。主要结构是：防溅罩、支架、轴承、电动机、被动轴筒、砂带、主动轴筒和水槽等（见图4-5）。

图4-5　带磨机的结构图

①防溅罩；②支架；③轴承；④电动机；⑤滚桶；⑥支轴；⑦3～5皮带轮；⑧被动轴筒；⑨砂带；⑩主动轴筒；8水槽主动轴；电动机。

（4）滚磨机：主要用于磨削除去毛坯的棱角，使之变圆滑。主要部件有：滚桶、支轴、皮带轮、主动轴、被动轴和电动机等（见图4-6）。

图4-6　滚磨机的结构

（三）抛光设备

主要用于宝石抛光。大多数加工厂不设置专门的抛光设备，而是用磨削设备更换磨具、磨料来替代。当然也有专门的抛光设备，常用抛光设备由抛光桶、橡胶板内衬、弹簧、电动机、皮带传动装置、偏心轮等组成（见图4-7）。

图4-7　振动抛光机

（四）钻孔设备

钻孔设备主要用于珠型和异型宝石的打孔，也包括珍珠打孔。目前常用的钻孔设备的两种，即机械打孔机和超声波打孔机。

（1）机械打孔机：由转动轴、钻头夹具、钻杆、钻杆升降操作器、载物台、圆珠坯等构成（见图4-8）。

图4-8　机械钻孔机

（2）超声波打孔机：其原理是将超声波的慢振荡通过放大和转换为同一频率的机械振动来实施打孔的。其结构由转换器、线圈、超声波发生器、耦合放大杆、变幅杆、工作夹和毛坯等构成。

二、常用工具

目前国内外普遍使用的刻面宝石研磨及抛光设备主要有两大类型：机械手刻面机和八角手刻面机。它们的工作原理大体相同，都需要将宝石粘接在粘杆上，通过一定的夹具装置控制粘杆与水平面（磨盘）的夹角和粘杆的转动来研磨刻面实现造型，差别主要是两类机械的夹具装置不同。

1.机械手刻面机

机械手刻面机主要是通过分度轮型夹具（机械头）来控制粘杆转动和定位的，按机械头与支撑装置的结构不同，又有丝杠升降式机械手刻面机、支杆吊式机械手刻面机、卧式机械手刻面机等多种机型。机械手刻面机一般电机电压220～380V，功率180～250W，磨盘直径150～200mm，转速1400～3000r/min，部分刻面机还具有变速功能。分度轮有96、88、80、72、64、48、32等几种。

图4-9　机械手

图4-9是一种目前比较先进的丝杠升降式机械手刻面机。它由主机、工作台及支架上下两大部分组成，左侧为电机、传动轴及轴承、磨盘、防溅罩等部件，右侧为机械手、丝杠、 升降基座等部件。机械手安装在丝杠顶端，用手转动丝杠基座上的刻度轮，可使丝杠带动机械头上升或下降。还可以将机械头卸掉，换上托盘和使用八角手，因而刻面机可以实现机械手和八角手的两用功能。

加工宝石时，将粘有宝石的粘杆插入机械头的夹头杆内。宝石刻面的各个角度由扇形角度器和指针控制，可以根据各个刻面的角度要求将指针调整到扇形角度器上的相应角度值位置上，如加工台面时可将指针调至0°角位置，若磨腰围面时则可将指针置于90°角位置。宝石刻面的分度指数由分度齿轮和插入齿槽的分度板机控制，可选择使用64、80、96等齿数的配备分度轮。

机械手刻面机的精度较高，但加工效率低，一般适合于中高档宝石的加工生产厂家使用。

2.八角手刻面机

八角手刻面机的结构比较简单，主要由工作台支架、动力部件、托盘及支架、活动辅件八角手夹具等组成。八角手夹具的结构见图4-10。

图4-10　八角手夹具

八角手刻面机可以任意配备八角手或六角手、五角手夹具，但最常用的还是八角手夹具。其工作原理相同。通过托盘的提升高度变化来决定夹具和粘杆与磨盘之间的夹角，从而控制宝石的研磨角度；通过八角手夹具的孔、边组合变化，来控制宝石的研磨分度。

八角手刻面机的加工效率相对较高，适合于中低档宝石的加工生产。但精度较低，不过对于技术熟练的操作人员，刻面研磨角度及分度的误差控制在1.5°～2°范围内，可满足生产要求。

3.宝石粘杆

粘杆主要用黄铜或铁吕合金材料制成，因为这些既有良好的导热性，又有一定的强度，可以保持一定的精度。

图4-11　各种形状的粘杆

粘杆的形状多种多样，长度根据需要而定，一般在10mm～15mm之间。粘杆黏结端的形状不同，其适用的琢型也有所不同，图4-11中几种基本形状：a粘杆，主要用圆钻式和方钻式琢型以及腰型为圆形和正多边形的其他刻面型宝石琢型；b粘杆用于腰形为长方形、椭圆形、橄榄形等形状的刻面型宝石琢型（包括钻石式、阶梯式等）；c和d粘杆则用于黏结宝石顶面（台面）。至于一些特殊腰形的琢型，如半月形、心形等，如有条件，则可专制适合于此类腰形的粘杆， 若无条件，也可以用上面的粘杆代替使用，只要黏结过程中掌握得好，同样可以取得良好效果。

4.连接架

凸面型宝石上粘杆时，是直接用手持完成的，但刻面型宝石则不能这样做，因为此法精度太低。刻面型宝石粗坯上粘杆后，要求粗坯的中心线与粘杆轴线重合，顶面与粘杆垂直，以便后续工序加工能精确地按设计面角比例进行。为此，刻面型宝石上粘杆有专门的黏结夹具——粘接架。黏结架可用铸铁加工而成，也可用铝合金制作，其结构如图4-12所示。它有两个支柱，每一支柱上开有一“V”形槽，两个“V”形槽的槽底线应准确重合,“V”形槽角应完全一样，这样可以使两个相对放入“V”形槽内的粘杆的轴线重合，以确保宝石上粘杆的准确性。

图4-12　常用的粘接架（顶平器）