ШЛИФОВАНИЕ И ПОЛИРОВАНИЕ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ СПЛАВОВ ЗОЛОТА В УСТАНОВКАХ БАРАБАННОГО ТИПА

Плющ Г. В., Запорожец А. А., Богомол И. В., Науменко В. Я., Макаревич В. В., Беляев Д. И., Ермолаев И. В.


Процессы шлифования и полирования занимают значительное место в ювелирном производстве (до 30% от общей трудоемкости изготовления изделий) [1,3]. В результате этих операций ювелирные изделия приобретают красивый внешний вид, высокую чистоту поверхности, хорошую отражательную способность при минимальных потерях драгоценных металлов.

В настоящее время на большинстве предприятий ювелирной промышленности шлифование и полирование ювелирных изделий выполняют вручную на шлифовально-полировальных станках с помощью соответствующих паст. Однако существующий технологический процесс имеет ряд недостатков: высокий удельный вес ручного труда, невысокая производительность, необходимость в дополнительной оснастке при обработке сложных поверхностей изделий, опасные и тяжелые условия работы.

В связи с этим актуальное значение приобретает применение в ювелирной промышленности новых технологических процессов декоративной обработки ювелирных изделий. Это в полной мере относится и к комплексной механизации процессов декоративного шлифования и полирования ювелирных изделий в барабанных установках. По указанной технологии при шлифовании используют абразивные порошки с наполнителями [3, 5], а полирование проводят стальными калеными шариками диаметром 1, 3 и 5 мм.

В Киевском филиале ВНИИювелирпром разработана технология шлифования и полирования ювелирных изделий из золота в барабанных установках с помощью новых абразивных материалов и соответствующих поверхностно-активных веществ.

Шлифование ювелирных изделии проводили на лабораторной барабанной установке, скорость вращения которой 40 об/мин; диаметр барабана — 220 мм; используемые наполнители — шарики стальные диаметром 1 и 5 мм или полученные методом шликерного литья из окиси алюминия. Среда - техническая вода с 0,5 - 3,0 вес. % ПАВ на 1 л.

В качестве абразивных материалов при шлифовании были испытаны следующие материалы: глинозем технический (Аl2О3), нитрид алюминия (АlN), карбид кремния (SiC), алюмокарбид титана (Тi3AlC), карбид бора (В4С), окись циркония (ZrO2), механическая смесь — электрокорунд серый 80 вес. %+20 вес. % окиси циркония, алмазные эмульсии с 0,5 и 2,0%-ным раствором АСМ 20/17 и АСМ 10/7.

При шлифовании в барабанных установках абразивные материалы, воздействующие на изделие с соответствующими наполнителями, охватывают большую часть его поверхности, что дает возможность повысить производительность обработки. В процессе шлифования ювелирных изделий из сплавов золота большое внимание уделялось потерям драгоценных металлов.

Съем металла R (вес. %) как при шлифовании, так и при полировании, рассчитывали по известной формуле

где G0 и G1 — вес изделия соответственно до и после обработки.

На рис. 1 приведена зависимость съема металла с изделий из сплавов золота 583 пробы от продолжительности шлифования для различных абразивных материалов. Диаметр барабана 220 мм, скорость вращения 40 об/мин. Соотношение веса изделий к весу наполнителей и абразива составляет 1:1 в пересчете на одинаковую концентрацию абразива в растворе.

По данным рис. 1 видно, что наибольший съем металла происходит при шлифовании алмазной эмульсией, к тому же она сильно шаржирует поверхность изделий, уменьшая их отражательную способность. При применении нитрида алюминия и окиси циркония съем металла значительно снижается. Однако с увеличением времени обработки независимо от применяемых абразивных материалов съем металла возрастает, увеличивается шаржирование поверхности изделий.

На основании лабораторных исследовании были установлены оптимальные режимы шлифования и состав абразивной эмульсии: скорость вращения барабана 40 об/мин, время выдержки 1,5- 2,0 часа, наполнители — шарики металлические ∅1-5 мм, соотношение абразива и наполнителей 1:1 (вес. %). Состав абразивной эмульсии при шлифовании: 200 г на 1 л дистиллированной воды 80 вес. % А12О3 + 20 вес. % ZrО2. Зернистость абразива 20-40 мкм.

Класс чистоты поверхности после шлифования составляет 8a. Потери при шлифовании в основном возвратные и после обработки в течение 1,5-2,0 часа составляли 0,35-0,41 вес. %.

Полирование ювелирных изделий из сплавов золота 583 пробы проводили как в закрытом, так и в перфорированном барабане, стальными шариками диаметром 1,3 и 5 мм в мыльном растворе воды (60±10oС) с поверхностно-активными веществами и неабразивными наполнителями.

Диаметр барабана — 220 мм, скорость вращения — 25 об/мин. Соотношение веса изделий к весу стальных шариков не должно превышать 1:5. Продолжительность обработки в зависимости от формы и габаритов изделий — 1 - 6 час.

Отражательную способность полированных изделий измеряли на приборе ФБ-2, сравнивая ее с эталоном (золото 583 пробы, класс чистоты поверхности 4a), отражательная способность которого принималась за 100%. Микротвердость измеряли на приборе ПМТ-3.

Несмотря на кажущуюся простоту, процесс полирования в барабане относится к сложным физико-механическим и химическим явлениям 2, 4]. При вращении барабана происходит перемешивание, взаимное трение деталей и полировальных тел, в результате чего наружный слой изделий «выглаживается». В процессе полирования стальными шариками также наблюдается наклеп изделий, в результате чего повышается твердость наружного слоя, т. е. возрастает прочность поверхности изделий.

На рис. 2 приведена зависимость микротвердости от продолжительности полирования. По данным рис. 2 видно, что микротвердость в начальной стадии полирования увеличивается, а после 5-6 час полирования рост Hμ затухает, что авторы объясняют образованием на поверхности изделий плотного наклепанного слоя.

Значительное влияние на поверхностную деформацию при полировании оказывают поверхностно-активные ве¬щества (ПАВ). По данным Ребиндера [6], ПАВ понижают прочность металлов в процессе обработки и, таким образом, способствуют процессу выглаживания и улучшению физико-технических свойств.

На съем металла существенное влияние оказывают скорость вращения барабана и его диаметр. При одинаковом диаметре барабана съем металла возрастает с увеличением скорости вращения. Однако съем металла повышается до определенной критической скорости, а затем падает. Скорость вращения барабана необходимо регулировать в зависимости от рода, формы и габаритов обрабатываемых деталей. Авторы установили, что несмотря на снижение производительности при скорости вращения барабана 10-20 об/мин, значительно повышается качество ювелирных изделий.

На основании проведенных лабораторных испытаний определен оптимальный состав жидкой суспензии для полирования ювелирных изделий металлическими шариками в барабанных Установках (в расчете на 1 л дистиллированной воды), вес. %:

Ланолиновое мыло 0,5 - 1,0
ПАВ (сульфонол) 0,5 - 1,0
Водный раствор аммиака 10
Дубовые кубики (5x5x5; 10X10x10 мм) 20
Фетр или замша 0,5 - 1,0

Так как в процессе полирования происходит, в основном, выглаживание поверхности изделий, то съем металла сравнительно небольшой — 0,06-0,12 вес.% за 1-6 час полирования в приведенном выше водном растворе при скорости вращения барабана диаметром 220 мм 25 об/мин. Температура водного раствора 60±10°С.

На рис. 3, показывающем зависимость съема металла от продолжительности полирования, видно, что вначале с увеличением времени обработки потери металла сильно возрастают, но после 5-6 час обработки скорость съема металла значи¬тельно уменьшается, что, по всей вероятности, связано с упрочнением поверхностного слоя изделий.

Авторы также исследовали такое важное свойство ювелирных изделий, как отражательная способность.

Данные рис. 4 свидетельствуют о том, что увеличение продолжительности обработки, а также введение раствор соответствующих ПАВ и блескообразователей в значительной степени позволяют повысить отражательную способность ювелирных изделий.

Необходимо отметить, что полирование с помощью металлических шариков не выводит грубые механические и литейные дефекты на поверхности изделий, поэтому на полирование должны поступать изделия, класс чистоты поверхности которых не ниже 6б - 7а. При этом условии данный способ обработки ювелирных изделий позволяет получить чистоту поверхности 12б.

Указанный метод декоративной обработки ювелирных изделий из сплавов золота, серебра и цветных металлов целесообразно применять для изделий простых форм (цилиндрическая, сферическая и пр.).

Таким образом, для комплексной технологии шлифования и полирования ювелирных изделий из сплавов золота в барабанных установках определены оптимальные режимы обработки и состав водно-абразивных суспензий.

Данная технология обработки ювелирных изделий позволяет получить высокий класс чистоты поверхности и достаточно хорошую отражательную способность.

Установлено, что в процессе полирования металлическими телами происходит упрочнение поверхностных слоев изделий, о чем свидетельствует увеличение микротвердости.

Комплексная обработка ювелирных изделий позволяет механизировать трудоемкий процесс шлифования и полирования, значительно повысить производительность, улучшить условия труда.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бреполь Э. Теория и практика ювелирного дела. Л., «Машино-строение», 1973.

2. Масловский В. В., Дудко П. П. Полирование металлов и сплавов. М., «Высшая школа», 1974.

3. Гарбер М. И. Декоративное шлифование и полирование. М., Машгиз, 1964.

4. Киселев С. М. Полирование металлов. М., Машгнз, 1967.

5. «Goldschmiede Zeitung», № 2, 1975.

6. Ребиндер П. А. Физико-химическая механика. М., «Знание», 1958.

7. Шварц А., Перри Дж. Поверхностно-активные вещества. Ж., «Иностранная литература», 1958.