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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,宝石加工工艺学,彭桂仙,讲授,第五章,宝石加工常用的工艺耗材,指可用于是研磨或抛光的材料，是一些具有棱角和一定硬度及韧性的粉状物质，可直接研磨工件和制成磨具用。,一、磨料的基本特性,（1）硬度较高，一般不应低于被加工材料的硬度。,（2）韧性较好，不能因有研磨压力而易变形和被磨损。,（3）自锐性较好，即当受研磨压力而碎裂时，破碎后的各部分仍保持尖锐的多棱角状。,自,锐性示意图,第一节 磨 料,（4）熔点或软化点较高，在研磨发热作用下，磨料尖角不易熔化或变软。,（5）化学稳定性较好，不与被加工的材料起反应。,（6）形状和粒度较均匀，每号磨料粒度在一定范围内。,1、磨料的粒度等级,磨料粒度表示法：粒度号“”、“,w”,粒径尺寸“,m”,磨料粒度分类：磨粒 200040,m(17,种),微粉 400.5,m(12,种),（1）磨粒分级：,12#、14#、-100#、-280#,磨粒的粒度号用筛号表示，例如:,12#,表示,12#,筛以下,14#,筛以上的颗粒级,二、磨料粒度的分类及适用范围,（,2,）微粉分级：,W40 W28 W20-W1.0 W0.5,。,微粉的粒度号以微米值表示，例如：,W40,表示粒径,40,28 m,级（上限）磨料的粒度号与粒径尺寸的对应关系见下表：,粒度号,粒径（,m,）,粒度号,粒径（,m,）,粒度号,粒径（,m,）,12#,2000-1600,80#,200-160,W14,14-7,14#,1600-1250,100#,160-125,W10,10-5,16#,1250-1000,120#,125-100,W7,7-3.5,20#,1000-800,150#,100-80,W5,7-3.5,24#,800-630,180#,80-63,W3.5,3.5-1.5,30#,630-500,240#,63-50,W2.5,2.5-1.0,36#,500-400,280#,50-40,W1.5,1.5-0.5,46#,400-315,W40,40-28,W1.0,1,60#,315-250,W28,28-20,W0.5,0.5,70#,250-200,W20,20-14,2、不同磨料粒度的适用范围,在宝石加工中，不同粒度磨料的适用范围如下表,粒度号,适,用,范,围,46#-80#,大料切割，毛坯倒棱,100#-120#,小料切割，毛坯倒棱，预形,150#-1803,成型粗磨，预形，穿孔，小石切磨及修整,240#-,W40,成型细磨，穿孔,W28-W14,成型精磨，粗抛光,W10-W0.5,细抛光，精抛光,三、磨料的种类和性能,具一定硬度和韧性的粒状或(粉)矿物质材料。,天然磨料：金刚石、刚玉、石榴石、石英，等等。,人造磨料：金刚石系、碳化物系、刚玉系，等三大系列。,1、金刚石,(天然和人造),有韧性，脆性较大，自锐性较高、耐磨性强，磨削性能好、耐热性良好,(,1000,无变化,),化学性质稳定。,2、碳化硅（,SiC,）,以石英、石油焦碳为主原料在,1800,以上高温下炼成结晶化合物，是一种常用人造成磨料。,性脆，自锐性好。,磨削能力强等特性。常用来制造砂轮、砂带、砂布等磨具，或供自由研磨用。,3、碳化硼（,B4C）,人造磨料，由硼酸与碳在电炉中,2000,以上高温下合成。,灰至黑色，硬度很高，耐磨性好，,属高级磨料，常代替金刚石用作研磨和抛光中、高档宝石。,4、刚玉（,Al2O3）,天然和人造刚玉（棕刚玉、微晶刚玉、单晶刚玉、白刚玉、锆刚玉等）。,硬度高、韧性较大，切削力强，但自锐性相对较低。,适于磨削韧性较大的,翡翠、软玉、虎睛石,等材料，而对其它宝石材料的磨削能力不如金刚石、碳化硅和碳化硼。,四、抛光剂的种类和性能,抛光剂是磨料中的一些可用于抛光的微粉状特殊材料。宝石加工常用的抛光剂有：,1,、钻石粉（,C,）,将天然或人造的工业级金刚石压碎成粉未，经分级，即可制成不同型号的钻石粉，呈灰白色，极精细（,W10,以下）的可用作抛光剂。,用法：,干钻石粉与缝纫机油调成糊状；钻粉研磨膏可加适量缝纫机油稀释。,可用于抛光任何宝石，效果好，但成本高，一般仅用于抛光硬度,7,的宝石。,2、氧化铝（,Al,2,O,3,）,铝氧化粉：,纯度低，抛光性能差，但价格低廉，适用珠型和随型宝石抛光。,铝钒土：,纯度较低，抛光性能较差，价格低廉，用途同铝氧化粉。,红宝粉：,人造刚玉粉，红色，抛光性能好，主用刻面型、弧面型宝石抛光。,蓝宝粉：,人造刚玉粉，多呈白色，性能和用途与红宝粉一样。,3、氧化铈（,Ce,2,O,3,）,呈微黄粉红色，粉状。易溶于浓硫酸或浓硝酸，不溶于稀酸和水。,适用于抛光脆性的中硬度宝石，如水晶、橄榄石、锆石、绿柱石等，效果可达极佳。,4、氧化锡（,SnO2）,呈白色粉未状。可用于各种中硬宝石的抛光，但效果一般。,5、氧化锆（,ZrO2）,呈浓艳的红棕色粉未状，外观似红宝粉。,可用于中硬以下宝石的抛光，但效果不及红宝粉。,6、氧化铬（,Cr2O3）,俗称绿粉。硬度中等,。,性质稳定，不溶于水。,适于中硬、中软宝石的抛光，如翡翠、绿松石、孔雀石等.,缺点：常因颗粒粗细均匀，若掌握不好，易在抛光面上留下擦痕；,易污染工件、工具、手指、衣物等，故对裂隙或孔隙的宝石不适合。,7、氧化铁（,Fe2O3）,俗称红粉、铁丹。性质稳定，不溶于水，但溶液于盐酸。,粉状细腻均匀。,可用于多种中硬以下宝石的抛光，效果一般。,缺点：易污染宝石材料，难清除。,8、硅藻土（,SiO2）,用含硅藻壳骸的生物岩经粉碎、分选、提纯而成。,呈灰白微黄色粉状，质地细腻。硬度中等，,Hm,=5.5,5.6,。,化学性质稳定，不溶于水，仅易溶于氢氟酸。可用于玛瑙、翡翠等韧性较大或中硬宝石抛光，对部分高硬度宝石如蓝宝石、海蓝宝石的抛光也可这到很好效果。,第二节 磨 具,磨具是切割、研磨和抛光工具的总称。,磨具按功能分为三类：,切割磨具,锯片,研磨磨具,砂轮、磨盘、磨头、砂带、砂布,抛光磨具,抛光轮、抛光盘,一、锯 片,1、金刚石锯片的结构,金刚石锯片一般由刀基、金刚粉和结合剂三部分组成，如下图所示,。,2,、金刚石锯片的种类,金刚石锯片有种类很多（见下图），按制作工艺可分为热铸法和电镀法两大类。,各种类型的金刚石锯片,1,）刀基：承载并支撑金刚石粉的金属薄片。,大型锯片,硬质锰钢、锰硅钢片等材料。,中型锯片,软钢片、冲压铁片、冷钆铁片等材料。,小型锯片,薄冷钆铁片、青铜片等材料。,2,）金刚石粉：被附在锯片边缘，起类似,锯齿,的作用。,大型锯片,磨料粒度,46#,80#,中型锯片,磨料粒度,100#,180#,小型锯片,磨料粒度,240#,W40,3,）结合剂：把金刚石粘附在刀基上的材料。,通常用金属结合剂，如青铜粉、电镀金属等为结合剂材料,。,1）粉未冶金法（热铸法）锯片,制作方法：,将金刚石粉与黄铜（或其它）粉相混合，压特制薄环模具内；加热使粉未熔合，烧结成圆环状薄片；将含金刚石粉的铸压环片分段焊接或镶嵌到刀基边缘两侧。,热铸钻粉锯片示意图,大、中型锯片，直径,200,mm,，,厚,1,4,mm,，,钻粉粒度,50#,100#,适切大块中低档宝玉石。,流压,-,电镀钻粉锯片示意图：,（按箭头,安装注意,运转方向：,铣槽垂直,锯缘无运,转方向限制,铣槽斜交,锯缘有运,转方向限制,指向）,2,）滚压,-,电镀法锯片,使用多为中、小锯片，刀薄，对料损少，适合小块宝石材料的切割和修整。,制作工艺：,将软钢片冲压成刀基，,外径,100,150 mm,，,内径,20,40mm,，,厚度,0.150.40mm,将刀基叠层，,150,片,/,组，,400,460,退火，铣槽：槽宽,0.15,0.25mm,，,槽深,0.7,1.1mm,，,槽数,300,600,个。,将钻石粉加甘油调成糊状，滚压入锯片边缘的铣槽中。,对锯片分别电镀处理。,二、砂 轮,用途：冲坯、倒棱、预形。,种类：刚玉砂轮、碳化硅砂轮、金刚石砂轮,1、碳化硅砂轮,（1）砂轮材质：指砂轮的磨料成份。有绿碳化硅和黑碳化硅两种，前者更适用于宝石加工。,（2）砂轮粒度：指砂轮中所用磨料的粒度。宝石加工用的一般在46#240#之间。,（3）砂轮结合剂：宝石加工常用的是陶瓷结合剂和树脂结合剂碳化硅砂轮，金属结合剂用于制做金刚石砂轮，宝石加工中也常用。,结合剂类型,代号,磨,具,性,能,及,应,用,陶瓷结合剂,A,耐热，不怕水、油及酸碱，硬度高，耐磨性强，磨削效率较高但性脆，适合磨削高硬度脆性宝石,树脂结合剂,S,有一定弹性，耐冲击，自锐性好，磨削效率较高，但耐热抗酸碱性差，适合磨削中硬以下韧性宝石,橡胶结合剂,X,有较高强度，自锐性好，耐热性和化学稳定性差，很少用于宝石加工,金属结合剂,J,结合力强，耐用磨性好使用寿命长，但自锐性较差，磨削效率一般，适于磨削各种宝石,各种结合剂的性能见下表,（4）砂轮硬度：指磨表面上磨粒在外力作用下脱落的难易程度，与磨料本身硬度无关。磨粒易脱落者，硬度就低，反之则高。磨具硬度与结合剂有关，一般是：,金属结合剂,陶瓷结合剂,树脂结合剂,（5）砂轮组织：指磨具中磨粒、结合剂和气孔三者的体积关系，以磨粒占磨具总体积百分比表示，百分比越大组织越紧密，反之越疏松。,级,别,紧,密,中,等,疏,松,组织号,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,磨粒占磨具体积百分比（,%,）,62,60,58,56,54,52,50,48,46,44,42,40,38,应用范围,适用于硬度较大的宝石出坯、倒棱、预形,适于各种宝石的倒棱、预形粗磨、细磨,适用于硬度中等以下，但韧性较大的宝石,砂轮磨具组织级别及在宝石加工中的适用范围见下表,（6）砂轮形状和尺寸：,宝石加工中常用的碳化硅砂轮主要是平型砂轮、单斜边砂轮和磨针砂轮三种，砂轮直径一般为150250,mm，,厚度1550,mm。,几种常见的砂轮形状,2、金刚石砂轮,金刚石砂轮是用电镀或其它方法将金刚石固着在金属基轮的外缘表层而制成的一种磨具。,宝石加工用金刚石砂轮,（1）金刚石砂轮的结构,钻粉层,金刚石粉,+,金属结合剂。,过渡层,金属结合剂,(,青铜、镍,),。,基,体,体,钢轮或其它金属。,金刚石砂轮的结构图,（2）金刚石砂轮形状（见下图）,几种常用的金刚石砂轮形状,（3）金刚石砂轮的一般规格,直,径,150,200,mm,厚,度,15,50,mm,粒,度,70#,320#,（钻粉）,金刚石砂轮具有强度高、磨削效率高、磨损小、不易变形、使用寿命长等优点，但价格昂贵。,用途：研磨宝石表面（平面、凸面）,种类：铸铁磨盘、金刚石磨盘,1、铸铁磨盘,一种使用游离磨料的磨盘磨具，多采用灰口铸铁材料制成。,目前主要用于加工某些特殊宝玉石产品。,一般规格：平面直径200300，厚度2530。,使用磨料：一般用碳化硅，粒度1001000(40,W),常见形状：平面（研磨平面）、凹面磨盘（研磨凸面）、同心环槽（研磨球面）。,磨盘形状示意图,使用方法：,磨盘须平放，安装要平稳；将磨料水，调成糊状，用毛刷不断涂刷于盘面；要适当控制磨盘转速，不宜过快,三、磨 盘,2、金刚石磨盘,也称“钻粉磨盘”或“金刚石砂盘”，是一种固着磨料式的磨具磨盘，目前普遍采用。,各种形状和规格的金刚石磨盘,（1）金刚石磨盘类型,热压金刚石磨盘,结构：由基盘、过渡层、钻粉层 三部分组成特点：金刚石粉层厚(多层)，使用寿命长，造价高。,热压金刚石磨盘结构示意,电镀金刚石磨盘,结构,：由基盘和电镀金刚石粉层 组成。,特点,：,金刚石粉层薄(一层)，使用寿命较短，造价较低。,电镀金刚石磨盘结构示意,（2）磨盘形状和规格,磨盘直径,150,mm,、,200mm,磨盘粒度,120,1200,（,W40,）,磨盘形状多为平面形，广泛用于刻面型宝石的造型、粗磨、细磨及精磨各道工序中。,四、抛光盘,抛光盘一般都属于游离磨料磨具，即在使用时，须在盘面上添加抛光剂，后者处于游离分散状态。,抛光
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