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粗车:车钻工艺难度较大的阶段

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:粗车指的是初期将钻石从原始晶体形态,逐渐加工成具有基本圆形外观的阶段。粗车阶段是整个车钻工艺过程中风险相对较高、难度较大的阶段,该阶段初学者面临如何控制车时的进刀量、进刀位置、车刀大小以及手中的握力等问题。受各向异性的影响,四尖车钻难度相比两尖略大,易把腰箍做成类四边形,有较大的不圆度差异。

粗车:车钻工艺难度较大的阶段

检验完成后便要决定车钻的具体加工思路,并开始着手车钻。粗车指的是初期将钻石从原始晶体形态,逐渐加工成具有基本圆形外观的阶段。这一阶段的特征是钻石上的晶粒由大颗粒剥落逐渐向小颗粒剥落的过程。粗车阶段是整个车钻工艺过程中风险相对较高、难度较大的阶段,该阶段初学者面临如何控制车时的进刀量、进刀位置、车刀大小以及手中的握力等问题。

进刀量指的是车刀与钻石位置间的交叠程度,是影响车钻效率的重要因素之一,大则车钻时冲击力大,反之则小。对钻石与车刀之间的冲击力的感知,考量的是一名车钻师对车钻的理解程度。

握力与进刀量一样也是经验积累的产物。握力轻重与进刀量深浅间的合理搭配可保证车钻安全有效地进行。当进刀量大时,可适当放松握力,使钻石与车刀间保持一定的弹性,缓冲一部分由进刀量深而带来的冲击力,而当需要修正钻石圆度时,通常握力加强而进刀量浅(图8-34)。此外车钻初期进刀量与握力都应保持较少的状态,以免钻石发生崩缺。

图8-34 进刀量示意图(左浅,右深)

进刀位置指的是车刀与钻石之间的相对位置关系,位置若不当可能由于较大的撞击力导致钻石发生位移,甚至飞出。进刀位置应靠中下最为理想,太高顶着钻石,冲击力过大;太低则车刀连同车钻棒容易卷进钻石下方(图8-35)。

由于并非使用天然钻石,故车刀大小较难把握。主要是将整颗PCD 敲碎后找寻外形适合的碎块。选取的原则主要参考车刀与钻石加工面之间的接触状。当钻石不规则,存在较多尖锐的晶顶时,车刀对应晶顶的接触面应宽大,因为过小容易造成车刀破裂;而当钻石趋于圆时,由于表面积增大,此时应选用较尖锐的车刀,缩小与钻石的接触面积,以获得较好的加工表面(图8-36)。

手握车钻棒的位置以及把持力则是另一重要因素,尤其在使用手动车钻棒时体现更加明显。因手动车钻棒自身重量较轻,车钻时刚性相比电动车钻棒要低许多,容易受初期钻石不规则外形的影响,且由于PCD 外形及使用角度有所讲究,考虑因素也较多。电动车钻棒的优点在于加工效率高,工作稳定,但也有加工钻石表面粗糙与易打飞钻石的缺点。两种车钻棒与钻石之间的相互作用关系也不同。手动车钻棒车钻时,可以通过放松握力来降低两者接触时的冲击力,即车钻棒让钻石。电动则相反,是钻石让车钻棒,故而带来高效的同时也增加了不稳定性,初学者应先学习手动为好(图8-37)。

图8-35 车刀与钻石的位置关系(左至右分别是上、中、下)

图8-36 PCD 的夹持与形状选择

图8-37 手握车钻棒的位置与手法

握力大小的一般规律是初期小、中期大、末期小。初期因为钻石晶顶尖锐,握力小可降低破损的几率;中期主要为造型阶段,钻石尚处于不规则状态,需要较大握力来保持车钻棒的稳定;末期腰形已成形,主要工作为使表面光洁或轻微修改,根据握力大钻石让的原则,此时钻石不让,车棒让,故而握力要小。

粗车是整个车钻环节中相对容易出现问题的,问题主要集中于:钻石圆心位置的把握、腰箍厚薄控制、外形控制以及皮带维护。

1.圆心位置的把握与腰箍厚薄的控制

圆心位置指的是成品钻石的圆心在原石上的位置。当钻石被放置于夹咀与顶头之间后,便要开始寻找圆心,这个过程称为“定中”。“定中”并非一蹴而就,有时还需要人为地制造偏心来针对一些变形晶体,所以车钻的早、中期都将会有“定中”的需要。对于“定中”概括的解释是将右侧顶头的中心与未来成品钻石的圆心调整至同一中心(图8-38)。

图8-38 判断变形晶体的圆心位置(上正确,下错误)

钻机的右侧轴是固定不动的,“定中”通过小锤敲击机器左侧的浮游卡盘,继而调整左侧卡盘的轴心,而卡盘的轴心便是夹咀的轴心,最终可使夹咀上的钻石发生位置的偏移来达到“定中”的目的。“定中”需要车钻师运用丰富的经验与仔细认真的观察,并结合预判的能力来完成,是整个车钻过程中的核心要素(图8-39~图8-41)。

图8-39 通过敲击浮游卡盘来调整左轴位置

图8-40 顶头与钻石锯切面

图8-41 敲击浮游卡盘“定中”示意图

在“定中”时有经验的车钻师可以直接通过车刀对钻石轻微车刮后在钻石上留下的痕迹,来判断钻石与顶头的相对位置关系。对于初学者可使用蜡笔来代替车刀,这样既不会对钻石造成影响,又可以起到与车刀一样的作用,并且观察得更加清晰(图8-42)。

图8-42 使用蜡笔帮助判断钻石圆心位置,车刀痕迹(左下)

在最初“定中”时,应尽量使钻石上每一个晶顶都能被车到(图8-43)。

图8-43 根据蜡笔留在钻石上的位置“定中”

粗车开始后,晶顶被车掉形成腰箍雏形(多处不连续的弧边),需要时刻关注弧边之间的距离,保持四个弧边之间的距离相差不多,或两两相差不多。如果有一边已经连上,而另一边仍然有很长的距离,则需要刻意制造“偏心”,来针对长的距离车削(图8-44)。

图8-44 粗车掉的晶顶(www.xing528.com)

如图8-45、图8-46所示,由于原石的变形造成的厚薄差异使一侧的腰箍已基本连接上,而另一侧尚有很大的间隔,故需将大间隙的一侧敲击出圆心(原先的运动轨迹),使之“偏心”。着重车刮这一侧,待其间隙与另一侧接近为止,再敲击卡盘使钻石重新回到原来的运动轨迹。

图8-45 根据晶顶间距来调整“定中”位置

图8-46 调整后晶顶之间的距离缩短(由

能够预判是车钻师需要逐渐通过经验积累才能获得的能力。有时由于晶体本身两侧的厚薄不一致,导致看上去一侧已经连接,而另一侧还有一定距离的偏心假象,这时如果重新“定中”效果正相反(图8-47)。

图8-47 腰围尚未连接的两侧,预判其是否能同步连接上,且厚度是否均匀(上);已经连接上的另外两侧腰箍(下)

车钻时不仅要注意控制直径,还需注意控制圆度。受各向异性的影响,四尖车钻难度相比两尖略大,易把腰箍做成类四边形,有较大的不圆度差异。一般界定小钻不圆度控制在0.04mm 以内,大钻在0.06mm 以内。但在保克拉方案中,不圆度可放宽,起到保重量的作用,甚至故意做得不圆。针对这点,刻面腰围较之抛光腰围具有更隐蔽、更易控制的特点。在放大镜下观察,抛光腰相比刻面腰在不圆度上表现得更明显。此外,腰箍越窄圆度越容易控制,越厚则越难控制。

除了通过放大镜来确认钻石状态外,更重要的是触觉上的感知,因为只有当车钻机停止的时候,才能准确地看到钻石的状态,而运转时是看不见的,所以真正“车”时,车钻师依靠的是车刀与钻石接触后通过车钻棒传递到手中的振感。钻石外形趋于圆形的过程便是振感越来越小的过程。此外,还可以通过听车刀与钻石接触时的声音来判断圆度,圆度越高,声音相对越轻(图8-48)。

图8-48 通过观察旋转中的钻石可判断“偏心”或圆度

以下列举一颗未粗磨改形的钻石“定中”的整个过程(图8-49~图8-52)。

图8-49 未粗磨钻石的车钻加工方案

图8-50 初步“定中”:试车,寻找接触点;粗磨后一侧腰箍已快成形,另一侧尚有距离,这是变形钻石在车钻时的表现特征

图8-51 逐步定中:矩形钻石在长轴方向厚薄差异明显,需照顾到这个方向上腰箍的均匀与进度上的同步

图8-52 车钻继续进行中,可以观察到左右两侧厚薄的明显差异,需照顾左侧薄位置与右侧厚位置的进度同步(由于是练习用原石,故腰箍车得略厚了一些)

2.腰箍外形控制

理想的腰箍轮廓应该是一个圆柱体,腰箍与台面的夹角为90°,不理想的形状包括鼓形腰箍、锥形腰箍以及凹形腰箍(图8-53)。

图8-53 不合格产品

腰箍外形的控制还包含一项极为重要的内容:原始晶面的控制。所谓原始晶面(natural)乃国标中对成品钻石腰围附近,未去除(被保留)的原石晶体上的晶面,早期内地或港台翻译为天然面。天然面之所以被留下是因为要尽可能多地保留钻石的重量,是车钻师向检验人员表示自己所车钻石腰围尺寸已经达到最大的证据。然而天然面并非仅会在腰围附近,根据实际需要可以存在于任何一处,比如公主方琢形的整块亭部刻面就是原来的(111)晶面,在上面还可以清晰地看见倒三角蚀像,诸如此类(图8-54)。

图8-54 保留钻石天然面以求直径最大

3.皮带维护

车钻机的运作是通过皮带连接至车钻台下方的电机,皮带的主要材料为聚氨酯。安装方法是将一根皮带绕于车钻机与电机之间,再将皮带两头加热融化后粘结在一起(图8-55、图8-56)。最简单的方法是使用酒精灯接驳,而较为稳定可靠的方法是使用专业的接驳工具连接。

图8-55 车钻机下方的电机通过橡胶皮带接车钻机

图8-56 简单的烧结皮带方法,但稳定性较差,容易断裂

使用酒精灯接驳时关键是融化粘结后的快速冷却,可将粘结处浸于冷水中达到冷却目的,此种接驳方法快速、简便,但接驳质量不稳定,容易在长期的运转过程中发生断裂,影响工序开展。

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