刘福裕覃斌荣
第一作者简介:刘福裕,中宝协第三届人工宝石专业委员会委员,广西梧州市福裕三友宝石机械厂厂长。
梧州人工宝石业起源于20世纪80年代初,当时的人工宝石加工机械,如宝石切石机、围形机、打磨机(角度机)等,全部是进口产品。随着人工宝石业进一步在梧州发展,各类人工宝石加工机械逐步本地化,技术不断地改良,到20世纪90年代末,几乎所有机械都已经本地化。本地的机器价格是进口机器的25%左右,大大地促进了梧州人工宝石业的发展。
梧州人工宝石加工机械是以刻面宝石的加工机械为主,机器改良也是围绕刻面宝石加工工艺进行改良。改良工作按进程可以粗略地分为本地化阶段、改造阶段与创造阶段。本地化阶段从20世纪80年代初开始,到90年代后期基本完成;20世纪90年代中、后期进入机械和工艺改造阶段;2000年以后机器设备进入创造与改造并进的时代。比较典型的改良事例有以下几项。
图1 单刀切石机
一、切石机的改良
切石机又称开料机、切割机。最初是单刀机,用手拿着宝石移向锯片切割,存在切割位置不准确(切片不一)、操作危险、效率低(每次只能切一片)等不足之处(图1);后来增加了宝石送料平台,切石位置准确度提高了很多,切片切条的厚度、宽度统一了;2000年后改造成定位加多刀切割,既可以控制切割位置,又能一次切几片,效率提高了5~6倍,而且切出来的坯料形状、大小、厚薄统一,为机械化、工业化加工宝石奠定了基础(图2)。
图2 多刀切石机
二、围形机的改良
围形机又称圈石机、万能整形机。最初围形机只能围平面或凸面的石坯,且局限于合成立方氧化锆、合成红宝石和蓝宝石等几个品种,围橄榄石等石料会碎裂。改良后不但能围平面、凸面石坯,而且能围凹面、坑形石坯;有些围形机改良后转速可以灵活调整,围硬度高的宝石可以用高速挡,围橄榄石、石榴子石等容易破裂的宝石用低速挡,适应性扩大了很多。
三、磨石机的改良
磨石机的改良是最多的,不但改造,而且创造出很多新的机型和零部件。
1.自动刻面机
以前是手工打磨宝石刻面,现在已创造出机器自动打磨刻面、自动抛光刻面(图3),但有些品种的抛光效果不太理想,抛光的工艺有待改进。有些厂家采取“机器+人工”的方法,即用机器自动磨刻面,人工抛光刻面,一台机器配备4人抛光,效率是原来的4倍,而且产品的刻面整齐、大小一致,光洁度也理想,达到AA、AAA级别。
图3 自动宝石刻面机
2.机械八角机
传统的宝石刻磨机基本上分为两类,机械手机与八角手机。机械手(人工操作)的优点是精确度高,缺点是效率较低、成本高;八角手的优点是效率高、成本低,缺点是精确度低、零配件更换快。现在创造的机械八角手,综合了两者的优点,又避免了各自的缺点,产品质量与加工效率都得到了很大的提高,尤其适合应用在专业圆形产品加工厂。机械八角手是为专业性加工单一产品设计的,加工不同形状要用不同的手柄,这是机械八角手的缺点,因而机械八角手只在专业工厂使用,不能得到普及。目前加工“八箭八心”宝石的工厂大部分采用机械八角手(图4)。
3.三板升降台
普通八角机的升降座只有一块平台,而加工宝石时一般需要使用中、高、低三个档次,故使用时要将平台移上移下,有效率低、准确度低等不足之处;现在把它改造成三个平台的升降座,加工宝石时不用将平台移上移下,对应档次使用即可,既提高了效率也提高了准确度(图5)。
图4 机械八角手
图5 三板升降台
4.翻石对接器
传统的粘石、翻石是靠手工粘平粘直的。磨好台面后要翻过宝石才能磨底,这就是翻石。翻石时要先将宝石脱下来,然后调过另外一端再粘上去,要求粘平,工艺不熟练时常会粘歪,导致铲边、歪尖等缺陷,不适宜大批量生产。现在创造出一种对接器,翻石时先把宝石粘好在另一根粘杆上,再把它脱离原来粘杆,避免了翻不平的缺陷,从很大程度上避免了铲边、歪尖等缺陷的发生。
5.石坯磨平器
在石坯的加工中不可避免地会出现一些端面不平整(一端或两端不平整)的石坯,一般占有10%~20%幅度(多刀切割加工石坯则比较少)。天然宝石的石坯则绝大多数是不平整的,加工时传统上没有好的办法解决这个问题,只能将就着把宝石粘上粘杆再细心扶正。加工天然宝石时可以花时间慢慢扶正,但效率很低;加工人工宝石时要求高效、量大,根本没有时间去慢慢扶正,所以粘不正的现象经常发生,从而造成产品歪尖、铲边、腰线一边厚一边薄等缺陷出现。使用石坯磨平器(平端器)则很容易解决石坯不平整的问题:把石坯装上夹具夹稳,用压面器把石坯压平即可,不必用粘胶,也不必上杆,既可以用来压石坯,也可以用于抛光台面。所以石坯平端器(磨平器)也称为无胶压面器(图6、7)。
图6 无胶压面器
图7 无胶压面器的夹嘴
6.无胶粘杆
粘杆俗称铁棍,无胶粘杆在市场上也称为无胶铁棍(图8)。磨石的传统方法是先将石坯用胶粘上铁棍,进行扶正,然后压台面、磨面、光面、光台面,再把宝石脱下来,调头再粘上铁棍进行磨底、光底。加工过程中难点有两个:一是粘石坯时粘得正粘得直比较困难,尤其是不平整的石坯,粘歪的情况不少;二是翻石时翻得平翻得直也比较难,经常出现腰线不平衡(腰线不垂直铁棍)的现象。这两种情况都会造成歪尖、铲边、腰线一边厚一边薄的缺陷。
图8 无胶粘杆及其夹嘴
用无胶铁棍几乎全部解决了这些问题。操作方法是:用夹嘴夹住石坯,然后再用螺丝紧固(不会出现夹歪的现象),再压台面、磨面、光面、光台面,磨好台面后把宝石从夹嘴中间推到另一端,已加工好的冠部留在夹嘴里面,腰线厚度刚好合适,亭部露出外面恰好加工,接着磨底、光底即可。磨底时也不存在腰线不平衡的问题。无胶铁棍唯一的缺点是一个规格的夹嘴只能加工一个规格的石坯,加工另一种规格石坯就要换夹嘴,这对于单一规格的专业厂家来说,不存在任何问题。传统工艺所产生的次品当中有80%左右是因为粘石、翻石不平不正而引起铲边、歪尖、一边厚一边薄等缺陷,用无胶铁棍则完全可以避免此等缺陷的出现,这是一个很大的飞跃。
以上的例子是人工宝石行业机器设备改良工作中的一些典型例子,还有很多工艺的改良就不在此一一列举了。
总而言之,宝石机械的改良对人工宝石业的发展起到了很大的作用,但这些成果都是个人研究成功的,或者是私人企业研究出来的,研究人员不愿意把技术在整个行业中推广,技术交流在人工宝石行业中不活跃。如果研究工作得到政府的支持,如科技项目立项,能申请一些项目经费,通过立项研究出来的技术,则顺理成章可在整个行业中推广使用了,对梧州人工宝石经济的发展将起到更大的促进作用。比如,由于八角手的长短不统一、铁棍的长短不统一、加工后的宝石形状非常杂乱,造成产品参差不齐,首饰厂退货现象时有发生。可见,需要统一其标准,才能提高整个行业的产品质量,但目前还没有人去做这方面的研究工作。现在的问题,往往是有经济实力的企业不去研究,有研究能力的人没有经济实力进行研究。建议科技系统重点扶持人工宝石业的技术发展。