СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АЛМАЗОВ
METHOD OF MAKING ARTICLES FROM DIAMONDS

Изобретение относится к механической обработке алмазов, а именно к способу изготовления изделий фантазийных конфигураций. Оно может быть использовано, например, в ювелирной промышленности с целью повышения эффективности переработки алмазного сырья различных, в том числе и сложных форм.
Применяемый в ювелирной промышленности способ изготовления бриллиантов круглой формы включает в себя изучение кристалла алмаза, его разметку и распиливание на заготовки, подшлифовку площадки и граней каждой заготовки, их обточку и огранку [1].
Однако форма огранки имеет следующие недостатки: коэффициент использования алмазного сырья в форме октаэдра не превышает 50,0% и узок телесный угол, под которым наблюдается средняя мощность рассеянного света, возникающего от случайно падающего пучка света, т.е. узка область углов любования бриллиантом.
Известен также способ изготовления бриллианта фантазийной формы [2], включающий пространственную ориентацию будущего бриллианта в объеме алмаза, распиловку, последовательную обработку площадки и рундиста в виде многогранника, постановку трех ярусов граней и клиньев на нижней и верхней частях бриллианта. Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.
Первый недостаток этого способа заключается в том, что для пространственной ориентации будущего бриллианта требуется определенный тип и размер алмазного сырья, позволяющий изготовить бриллиант заявленной формы. Этот способ не распространяется на наклон алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента, при этом отношение скоростей вращения и скоростей наклона алмаза больше (меньше) единицы и не равно целому числу.
Существует вариант, в котором в процессе обработки фигур сферической геометрии алмаза частично сохраняют участки морфологии природного рельефа исходного алмаза, при этом размер участка морфологии природного рельефа исходного алмаза задают размером основания шарового слоя, который формируют наклоном алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента.
Существует вариант, в котором при обработке фигур сферической геометрии заданным вращением алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента последовательно формируют шаровые пояса, при этом расстояние между основаниями шаровых поясов задают циклическим наклоном алмаза относительно поверхности плоского инструмента.
Существует вариант, в котором при обработке фигур сферической геометрии заданным наклоном алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента последовательно формируют сферические треугольники, при этом расстояние между сферическими треугольниками задают циклическим вращением алмаза.
Существует вариант, в котором в процессе обработки алмаза дополнительно создают оптическую систему из взаимно расположенных поверхностных конфигураций второго прядка на поверхности обрабатываемого алмаза, при этом общее прохождение световых лучей в этой системе формируют в области углов полного внутреннего отражения.
Существует вариант, в котором в процессе обработки внутренне несовершенных и дефектных алмазов комбинацией поверхностных конфигураций второго порядка формируют искаженные изображения (анаморфозы) внутренних дефектов, при этом коэффициент сложное, напряженное и дефектное алмазное сырье, что снижает функциональные возможности способа.
Второй недостаток связан с низким коэффициентом использования алмазного сырья в форме октаэдра. В данном случае он не превышает 50÷55%. При этом 50÷45% составляют отходы дорогостоящего алмазного сырья, что также снижает функциональные возможности способа.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обработке алмазного сырья по его естественным природным граням. Полирование поверхности производят по всей площади обрабатываемого объекта, при этом отходы дорогостоящего алмазного сырья не превышают 3÷5%, что повышает функциональные возможности метода.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки ювелирных изделий из алмазов, включающем последовательное нанесение на поверхность алмаза по определенной схеме плоских двумерных граней, обработку проводят по естественным природным граням алмаза. Эту обработку проводят нанесением трехмерных поверхностных конфигураций, повторяющих природную конфигурацию поверхности алмаза, включая формирование на алмазе поверхностей второго прядка.
Существует вариант, в котором в процессе обработки поверхностей алмаза при формировании фигур сферической геометрии на поверхности алмаза дополнительно задают вращение и наклон алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента, при этом отношение скоростей вращения и скоростей наклона алмаза кратно целому числу.
Существует также вариант, в котором при обработке сферических поверхностей алмаза, как одном из вариантов фигур сферической геометрии поверхности алмаза, дополнительно задают вращение и анаморфозы этих изображений обратно пропорционально задаваемой величине радиуса кривизны этих конфигураций.
Существует вариант, в котором в процессе обработки алмаза дополнительно создают оптическую систему из взаимно расположенных поверхностных конфигураций второго прядка на поверхности обрабатываемого алмаза, при этом пересечение оптических осей этих конфигураций задают в выбранной области объема алмаза, и эта область является главным фокусом системы.
На фиг.1 изображено в общем виде устройство для реализации предложенного способа.
На фиг.2 изображена исходная поверхность обрабатываемого алмаза, где 12 - природные поверхностные конфигурации (трехмерные грани будущего изделия), 13 - природные конфигурации сферических вершин алмаза, 14 - природные конфигурации конусообразных вершин алмаза.
На фиг.3 крупным планом изображено крепление алмаза относительно плоского инструмента (вид сверху фрагмента устройства фиг.1).
На фиг.4 изображена сформированная фигура сферической геометрии сложной формы (15) на поверхности обработанного алмаза, штриховой линией отмечен контур этой фигуры.
На фиг.5 изображен сформированный шаровой слой треугольной формы (17). Форму шарового слоя определяет природная форма алмаза. Малое основание шарового слоя (18) сохраняет природную морфологию изначального алмаза. Большое основание шарового слоя - 19. На вкладке приведена схема шарового слоя, где 17 - шаровой слой, 18, 19 - основания шарового слоя.
На фиг.6 изображены сформированные сферические пояса на поверхности обработанного алмаза. Во фрагменте приведена схема шаровых поясов. 20, 21, 22, 23 - шаровые пояса.
На фиг.7 приведено изображение поверхности обработанного алмаза в виде последовательно нанесенных сферических треугольников 24, 25, 26, 27, 28, 29. Во фрагменте приведена схема сферических треугольников.
На фиг.8 приведена схема прохождения световых лучей в обработанном алмазе формы октаэдра, где 30 - изначальная форма необработанного алмаза; 31 - форма алмаза после обработки, 32, 33 - прохождение световых лучей, падающих под углом к обрабатываемой поверхности; 34, 35 - прохождение световых лучей, падающих нормально к поверхности алмаза. На вставке - внешний вид обработанного изделия, 36 - сферическая поверхность.
На фиг.9 приведено изображение фрагмента изделия из природного алмаза с искаженными изображениями или анаморфозами внутренних дефектов. Искажающие изображения области 39, 40 выделены пунктиром. На сферической поверхности вершины сформированы два конуса (39). Поверхность ребра алмаза (40) выполнена в виде поверхности цилиндрической линзы. Алмаз относится к низкосортному дефектному сырью.
На фиг.10 приведено изображение совокупных технических эффектов в изделии из природного алмаза. В этом изделии: 43, 53 - сформированные конусные поверхности; 46, 49, 51 - фокусирующие сферические линзы; 44, 45, 50 - произвольно сформированные фигуры сферической геометрии сложной формы; 47, 48 - сферические пояса; 52 - последовательно нанесенные сферические треугольники.
Устройство для реализации предложенного способа содержит основание 7, с закрепленными на нем исполнительными элементами алмаза и исполнительными элементами инструмента (фиг.1).
1
1
Исполнительные элементы алмаза включают в себя: держатель алмаза 1, алмаз 2, систему привода вращения 3 держателя алмаза 1, имеющую ось вращения 0-0; блок давления 4 алмаза 2 на инструмент 8, систему привода наклона 5 держателя алмаза 1, имеющую поворотную ось 0-0 относительно инструмента 8.
Исполнительные элементы алмаза закреплены на платформе 6, обеспечивающей подачу алмаза 2 к инструменту 8.
2
2
Исполнительные элементы инструмента включают в себя: инструмент 8 и систему привода вращения 9 инструмента 8, имеющую ось вращения 0-0.
Исполнительные элементы инструмента закреплены на платформе 7.
Блок давления 4 обеспечивает заданное давление алмаза 2 на инструмент 8.
Способ изготовления изделий из алмазов реализуется устройством следующим образом на примере обработки поверхности природного алмаза. На фиг.2 приведено изображение природного алмаза и его исходных поверхностных конфигураций (12), будущих трехмерных граней изделия; 13 - природных конфигураций сферических вершин алмаза; 14 - природных конфигураций конусообразных вершин алмаза. Наличие и многообразие исходных конфигураций поверхности природного алмаза обеспечивают эффективность применения предлагаемого способа.
Алмаз 2 (фиг.1), например, размером 0,4 карата закрепляют симметрично относительно оси 0-0 на поверхности держателя алмаза 1, например, посредством специализированного керамического клея "Boniceram СС6", производства "Nicolectronix", Израиль.
1
1
На устройстве держатель алмаза 1 вместе с блоком давления 4 и системой привода вращения 3, имеющей ось вращения 0-0, расположен на системе привода циклического наклона 5 держателя алмаза 1, имеющей поворотную ось 0-0 относительно инструмента 8.
Посредством подающего механизма (механизм на схеме условно не показан) платформа 6 подводит алмаз 2 к обрабатывающему инструменту 8.
Вращением и наклоном держателя алмаза определяют область обработки естественных природных граней алмаза и проводят обработку поверхности с нанесением трехмерных поверхностных конфигураций, включая формирование поверхностей второго прядка.
1
1
-1
-1
Формирование фигур сферической геометрии [3] на поверхности алмаза проводят вращением держателя алмаза 1 (фиг.3) с помощью системы привода вращения 3 и наклоном держателя алмаза 1 с помощью системы привода циклического наклона (система на схеме фиг.3 условно не показана) с поворотной осью 0-0 держателя алмаза 1 относительно плоского инструмента. Отношение скоростей вращения и скоростей наклона алмаза больше (меньше) единицы и равно целому числу. В данном случае обработки поверхности алмаза держатель алмаза вращают со скоростью, например, 9 мин и наклоняют его на угол, например, 8° со скоростью ~9 мин. В результате на природной сферической поверхности алмаза возникает определенная фигура сферической геометрии (фиг.4). Конфигурация подобной фигуры (15) определяется изначальным природным рельефом поверхности алмаза, штриховой линией отмечен контур этой фигуры.
1
1
-1
-1
Обработку сферических поверхностей алмаза 2 (фиг.3) проводят вращением держателя алмаза 1 вокруг оси 0-0 с помощью системы привода вращения 3 и наклоном держателя алмаза 1 с помощью системы привода циклического наклона (система на схеме условно не показана) с поворотной осью 0-0 держателя алмаза 1 относительно плоского инструмента. Отношение скоростей вращения и скоростей наклона алмаза больше (меньше) единицы и не равно целому числу, что обеспечивает однородность обработки сферических поверхностей. В данном случае обработки сферической поверхности держатель алмаза вращают со скоростью, например, 67 мин и наклоняют его на угол, например, 30° со скоростью ~13 мин.
-1
-1
Учитывая изначальный поверхностный рельеф алмаза, формируют шаровой слой на его поверхности (фиг.5). Величиной начального наклона алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента задают размер малого основания шарового слоя (18). В данном случае размер малого основания составляет ~2,0 мм. Большое основание шарового слоя (19) формируют величиной конечного наклона алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента. Размер шарового слоя задают величиной общего наклона алмаза относительно поверхности плоского обрабатывающего инструмента. На вкладке фиг.5 приведена схема шарового слоя, где 17 - шаровой слой, 18, 19 - основания шарового слоя. Конфигурацию и размер шарового слоя (17) задают одновременным вращением (скорость вращения ~17 мин) и наклоном (скорость наклона ~3 мин) алмаза. Величина наклона алмаза составляет ~5°. На поверхности малого основания шарового слоя сохранен изначальный природный рельеф алмаза.
-1
1
1
При обработке сферических поверхностей (фиг.6) природного алмаза заданным вращением алмаза (например, скорость вращения алмаза ~25 мин вокруг оси вращения 0-0) последовательно формируют шаровые пояса. Расстояние между шаровыми поясами 20, 21, 22, 23, например 0,3 мм, задают циклическим наклоном алмаза вокруг оси 0-0 (фиг.3) на угол ~3° относительно поверхности плоского инструмента. В зависимости от морфологии и формы исходной поверхности алмаза шаровые пояса приобретают характерные очертания. В этом случае количество и расположение поясов зависит от конфигурации исходной формы поверхности природного алмаза и соблюдением условия сохранения максимальной массы всего изделия.
1
1
При обработке сферических поверхностей природного алмаза заданным наклоном алмаза вокруг оси 0-0 (фиг.3) относительно поверхности плоского инструмента последовательно формируют сферические треугольники (фиг.7). Например, количество треугольников 24, 25, 26, 27, 28, 29; расстояние между ними и величину наклона алмаза при их формировании определяют из конфигурации исходной природной формы поверхности алмаза и условием сохранения максимальной массы всего изделия. Расстояние между треугольниками задают циклическим поворотом алмаза вокруг оси 0-0. В данном случае шаг циклического поворота составлял ~3°.
В процессе обработки алмаза дополнительно создают оптическую систему из взаимно расположенных поверхностных конфигураций второго прядка на поверхности обрабатываемого алмаза (фиг.8). Например, на поверхности плоских граней алмаза формы октаэдра формируют друг напротив друга сферические поверхности (36). Сферическая поверхность обеспечивает больший телесный угол вхождения света в алмаз в сравнении с плоской гранью и увеличивает величину светового потока. При этом криволинейная поверхность расширяет диапазон эффективного применения угла полного внутреннего отражения. На фиг.8 каждая изначальная плоская форма граней алмаза (30) преобразована в форму выпуклой сферической линзы (31). Критический угол полного внутреннего отражения для алмаза составляет 24° 50′. Падающий под углом к обработанной поверхности алмаза световой поток (например, 32, 33) в объеме алмаза многократно отражается от внутренней поверхности сферических граней, поскольку находится в области углов полного внутреннего отражения. Световой поток, входящий нормально к обработанной поверхности 34, 35 или не находящийся в области углов полного внутреннего отражения, просвечивает алмаз. Подобный оптический эффект увеличивает визуальную привлекательность и световое мерцание сформированного изделия.
При изготовлении изделий из алмазов создают искаженные изображения как проходящих световых потоков, так и изображения внутренних дефектов алмаза (фиг.9). Такие искаженные изображения или анаморфозы [4] внутренних несовершенств алмаза формируются, например, цилиндрическими линзами, сформированными на ребрах алмаза (40). Изображения внутренних дефектов алмаза через эти линзы выглядят как некие искаженные, периодические, размытые и таинственные образования. В этом случае коэффициент искажения изображения задают величиной радиуса цилиндрической поверхности, который в данном случае составил ~2,5 мм. Величину искажений на конических поверхностях (39) задают радиусом кривизны поверхности конуса, которая определяется величиной угла его вершины. В данном случае этот угол составил ~120°.
При формировании поверхностных конфигураций второго прядка на поверхности обрабатываемого алмаза (фиг.10) создают оптическую систему, состоящую, например, из сферических 46, 49, 51; конических 43, 53, параболических и др. линз. Оптические оси этих линз пересекаются в выбранной области объема алмаза. Область пересечения оптических осей, как и расположение фигур сферической геометрии (вид поверхностных конфигураций алмаза) 44, 45, 50, определяют исходя из природной формы изначального алмаза, и корректируют при его обработке. Фокусные расстояния формируемых линз, как компонентов оптической системы, задают радиусом кривизны этих образований. При этом пересечение оптических осей этих линз в выбранной области объема алмаза является главным фокусом всей системы. Подобный подход к изделию из алмазов позволяет концентрировать и направлять световые потоки на сформированные фигуры сферической геометрии, что увеличивает игру света и привлекательность сформированного изделия. Например, 47, 48 - сферические пояса; 52 - последовательно нанесенные сферические треугольники.
Использование обработки по естественным природным граням алмаза с последующим формированием трехмерных поверхностных конфигураций, включая поверхности второго прядка, повышает коэффициент использования алмазного сырья и уменьшает отходы дорогостоящего алмазного сырья до 2÷5%, что повышает функциональные возможности метода.
Применение кратности целому числу отношение скоростей вращения и скоростей наклона алмаза при формировании фигур сферической геометрии повышает точность обработки заданных геометрических параметров формируемых фигур относительно поверхности обрабатываемого алмаза.
Использование в процессе обработки сферических поверхностей отношение скоростей вращения и скоростей наклона алмаза больше (меньше) единицы и не равных целому числу уменьшает геометрические погрешности изготовления сферических поверхностей, увеличивает однородность кривизны и оптический (фокусирующий) эффект сферических линз.
Применение в обработанном алмазе сохраненных участков природного морфологического рельефа поверхности дополняет эстетическое восприятие, расширяет возможности дизайнерских решений, увеличивает массу конечного изделия.
Применение последовательно сформированных шаровых поясов и сферических треугольников при формировании сферических поверхностей увеличивает угол любования изделием, повышает сверкание сформированной алмазной поверхности, увеличивает эстетическое восприятие всего изделия.
Использование оптической системы из взаимно расположенных поверхностных конфигураций второго прядка на поверхности обрабатываемого алмаза, в которой общее прохождение световых лучей находится в области углов полного внутреннего отражения, увеличивает область любования ювелирным изделием и обеспечивает внутреннее мерцание алмаза.
Применение в процессе обработки алмазов сформированных искаженных изображений (анаморфоз) внутренних дефектов, где коэффициент анаморфозы этих изображений обратно пропорционален задаваемой величине радиуса кривизны этих конфигураций, расширяет элементы эстетического восприятия ювелирного изделия, увеличивает возможности дизайнерских решений, дополняет многообразие прохождения световых потоков в алмазе.
Использование оптической системы из сферических, конических, параболических и др. линз, в которой пересечение оптических осей находится в выбранной области объема алмаза, повышает концентрацию световых потоков на сформированных фигурах сферической геометрии. Подобное решение при формировании изделия из природного алмазного сырья повышает внутреннее сияние и мерцание алмаза, формирует оригинальную оптику взаимодействия проходящих и отраженных световых потоков, повышает эффект очарования всего изделия.
Использование в изготовлении изделий из алмазов природных алмазов не только ювелирного, но и производственно-технического назначения, а также синтетических алмазов, существенно повышает функциональные возможности способа.
ЛИТЕРАТУРА
1. В.И. Епифанов, А.Я. Песина, Л.В. Зыков. Технология обработки алмазов в бриллианты. М.: Высшая школа, 1987. С.335.
2. Травин В.Н.; Исаенко Л.А. Патент РФ SU 1192263. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БРИЛЛИАНТА ФАНТАЗИЙНОЙ ФОРМЫ. Дата публикации 03.01.2007 г.
3. Берже М. Геометрия. Пер. с франц., в 2 т. М.: Мир, 1984. Том II, часть V: Внутренняя геометрия сферы, гиперболическая геометрия, пространство сфер.
4. Гусейн-Заде С.М., Тикунов B.C. Анаморфозы: что это такое? - М.: Эдиториал УРСС, 1999. - С.59-63.