國內(nèi)寶石加工技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展概述

陳偲偲 李柳毅

（深圳技師學(xué)院，廣東深圳 518045）

寶石是大自然藝術(shù)的結(jié)晶，再經(jīng)過人類的精心設(shè)計、加工、打磨后光彩奪目、價值倍增。寶石的切磨始于百萬年前石器時代，那時候加工出來的都是較粗糙的裝飾品，到新石器時代末期，手工藝制品技藝不斷提高并出現(xiàn)了拋光工藝。現(xiàn)在寶石加工從手工業(yè)式躍為機(jī)械化、自動化，且工藝日益精湛?！肮び破涫卤叵壤淦鳌?，寶石加工技術(shù)設(shè)備在寶石加工中具有不可替代的重要地位，以下簡要探討國內(nèi)寶石加工技術(shù)設(shè)備的發(fā)展。

1 古代加工技術(shù)及設(shè)備

遠(yuǎn)古時期，人們主要利用等硬度或硬度相差稍大的石塊相互摩擦，以達(dá)到把石料磨鈍用于佩戴的目的。這時的研磨拋光工具相對單一，且相互之前硬度差異不大，因此速率較慢、加工質(zhì)量較差。隨著青銅器和鐵器的發(fā)展，加工研磨石料的磨具變得豐富，金屬制的片具、砣具、線具等廣泛應(yīng)用于寶玉石加工中。拋光的工具和材料也變得豐富，木制、皮質(zhì)材料用于拋光中以增加拋光工序，以達(dá)到更光亮的目的。拋光用的砂質(zhì)材料也從原先較單一的石質(zhì)變?yōu)榻?jīng)過搗砂研漿各種工序后形成的多種研磨材料，如石英砂、石榴石砂、剛玉砂等。不同的工序用不同硬度、不同顆粒大小的磨料，以此增加寶玉石表面光亮度。最早的磨盤和磨輪的動力是靠人或水輪機(jī)來獲得，但由于轉(zhuǎn)速慢，所以效率非常低，寶石加工的質(zhì)量也不太高。而且寶石琢型的概念此時還未系統(tǒng)的形成，因此加工出來的寶石主要以原石性質(zhì)或弧面型為主，來體現(xiàn)寶石的顏色。

2 近代加工技術(shù)及設(shè)備

19 世紀(jì)70 年代后期，發(fā)電機(jī)的問世和電動機(jī)的發(fā)明實(shí)現(xiàn)了電能和機(jī)械能的轉(zhuǎn)換[1]，以電為動力的寶石加工設(shè)備相繼問世。同時，寶石琢型開始逐漸受到人們關(guān)注，人們開始追求寶石的閃爍度和明亮度，因此各種各樣的寶石琢型經(jīng)過精密的計算設(shè)計慢慢開始出現(xiàn)在大眾視野，同時加工設(shè)備也應(yīng)運(yùn)發(fā)展。

2.1 斜木樁加工設(shè)備[2]

加工臺上固定有一個鉆滿不同高度的小孔且可旋轉(zhuǎn)的斜木樁。寶石加工時，將粘有寶石的木桿的尾端插入小孔里，通過調(diào)節(jié)上面的孔位來確定寶石切磨的角度。這個加工過程中的角度全部依靠切磨工匠的經(jīng)驗(yàn)和眼睛來衡量，因此加工精度不高，且效率也比較低。

2.2 電動機(jī)加工設(shè)備

2.2.1 八角手寶石機(jī)

磨盤和拋光盤的轉(zhuǎn)動是依靠盤下方的一個電機(jī)帶動以轉(zhuǎn)動的。最主要運(yùn)用到的是一個八角手的工具，也可以用五角手或六角手代替。八角手放到一個可調(diào)節(jié)高度的平臺上，通過調(diào)節(jié)平臺的不用高度或測量裝在八角手上粘有寶石粘桿和磨盤的角度，來確定寶石研磨的角度。研磨過程中，依靠旋轉(zhuǎn)八角手的八個邊（或五角手的五個邊、六角手的六個邊）來磨制寶石上的不同刻面。這種加工設(shè)備容易上手，操作較簡便，靈活快捷，因此現(xiàn)在很多單粒寶石的加工依然主要依靠它。但由于寶石刻面的角度大部分是依靠匠人的經(jīng)驗(yàn)或粗略測量，因此加工的精度不是特別高。

2.2.2 機(jī)械手寶石機(jī)

主要機(jī)器設(shè)備同上述八角手寶石機(jī)，不同在于運(yùn)用到的是一個固定在立柱上的機(jī)械手，通過一個扇形的量角器調(diào)整寶石不同刻面的角度，同時通過旋轉(zhuǎn)機(jī)械手頂端的分度輪來進(jìn)行刻面的等分以研磨不同的刻面。這種加工方法精確度比八角手高，角度的誤差也較小，但加工的效率不如八角手。因此現(xiàn)在很多寶石匠人主要用機(jī)械手加工天然的中高檔寶石。

2.3 寶石拋光設(shè)備

中高檔的單粒寶石使用上述電動機(jī)加工設(shè)備手工拋光，而對于大批量的中低檔寶石、有機(jī)寶石等主要使用滾筒加工和振動加工。滾筒加工是讓寶石在橡膠桶里和桶內(nèi)的磨料相互摩擦作用以達(dá)到表面光亮的目的。振動加工是通過振動容器的振動使內(nèi)部的寶石與磨料相互作用達(dá)到加工的目的[2]。這兩種拋光設(shè)備大大縮短了寶石拋光時間，但拋光的精細(xì)程度是不夠的，更適合一些珠型、弧面型、隨型寶石的拋光加工。

除以上討論設(shè)備革新外，近代寶石加工的技術(shù)流程方法也更加完善，使用的輔料也更具體適用。比如近代寶石加工根據(jù)寶石硬度不同，拋光粉的選擇也更多，如天然拋光粉包括有金剛石粉、剛玉粉、紅粉、綠粉等，人工合成拋光粉包括有合成金剛石粉、合成碳化硅粉等。拋光用的工具也根據(jù)加工的琢型和寶石硬度有硬盤、中硬盤、軟盤等之分。因此近代寶石加工設(shè)備技術(shù)較之古時有很大的飛躍。

3 現(xiàn)代先進(jìn)加工技術(shù)及設(shè)備

現(xiàn)在隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，寶石加工技術(shù)設(shè)備也發(fā)生了很大的變化，由原來的手工研磨到半自動化研磨，再到全自動化無人值守智能設(shè)備，寶石加工的速率得到了明顯提升。

3.1 寶石切割設(shè)備

多刀片切割機(jī)，可將一塊原料一次切割出多粒大小規(guī)格一致的小料，大大節(jié)省了切割時間，但較多適用于合成寶石或低檔大塊寶石。且由于每個刀片距離相對比較固定，因此不能很好的篩選原料中的雜質(zhì)。自動切割機(jī)根據(jù)已設(shè)定好的參數(shù)和規(guī)格來切割原料，優(yōu)點(diǎn)和局限性和上述多刀片切割機(jī)類似。

3.2 寶石定型設(shè)備

早期的寶石定型都是在寶石研磨機(jī)或在定型機(jī)上手工單粒定型，近些年推出了先進(jìn)的半自動定型、超聲波技術(shù)定型、激光技術(shù)定型等設(shè)備。半自動定型機(jī)主要與使用的磨具有關(guān)，在機(jī)器的軸承上安裝上期望寶石加工的形狀磨具，寶石在轉(zhuǎn)動過程中，其外圍按照磨具的大小形狀來研磨。超聲波技術(shù)定型是采用超聲波振動器使一個金屬工具以極高的頻率上下振動，同時水漿狀磨料不斷加到鉆具頂部，這樣在數(shù)秒鐘內(nèi)準(zhǔn)確地鉆孔和琢磨寶石外形[2]。激光技術(shù)速度更快、成本低，適合加工的材料范圍很廣，可以對各種材料在短時間內(nèi)加工定型。同時利用激光可以非常準(zhǔn)確的去除寶石內(nèi)部的雜質(zhì)和進(jìn)行特殊形狀寶石的加工。但激光切割寶石比傳統(tǒng)方法損耗更大，因此一般用于不太貴重的寶石加工。這些新型寶石定型設(shè)備對于操作人員要求不太高，只需要稍加培訓(xùn)，懂得操作機(jī)器的要領(lǐng)即可上崗。不僅節(jié)約了人員培訓(xùn)成本，也大大提高了寶石出成率。

3.3 寶石粘接設(shè)備

寶石粘接主要都是依靠手工使用循環(huán)用粘膠或一次性粘膠，將寶石一粒粒粘接到鐵桿上。人工寶石工廠為了提高生產(chǎn)效率，使用全自動化粘石設(shè)備。利用數(shù)控機(jī)器，將一排幾十粒寶石在已編程好的情況下直接粘到粘桿上，整個粘接過程既快速又精準(zhǔn)，反石過程亦是如此。但是這種粘接方法主要適用于批量同規(guī)格寶石石坯，高檔特殊寶石石坯不適用。

3.4 寶石研磨設(shè)備

前文分析了傳統(tǒng)機(jī)械手、八角手寶石機(jī)，寶石刻磨角度、誤差、效率方面都是各有千秋。近些年為改善寶石加工設(shè)備中的各種缺陷，推出數(shù)控寶石切磨機(jī)、數(shù)控自動化寶石切磨機(jī)、人工智能無人值守寶石切磨機(jī)、多粒寶石加工設(shè)備等。

3.4.1 數(shù)控寶石切磨機(jī)

包括機(jī)架、位于機(jī)架前部的操控板及固定臺、多用途升降臺和齒輪齒條水平運(yùn)動裝置。齒輪齒條水平運(yùn)動裝置安裝于面板的下端且該裝置用于帶動多用途升降臺在面板上作水平移動，多用途升降臺可安裝機(jī)械手或八角手。這種新型研磨機(jī)能精確調(diào)整刻面寶石加工傾角，保證寶石加工最佳研磨點(diǎn)，并根據(jù)寶石加工的要求使用八角手或機(jī)械手。

這款新型機(jī)器極大彌補(bǔ)了八角手研磨角度方面的缺陷，利用已設(shè)定好的程序直接控制平臺的升降，精準(zhǔn)控制研磨角度。使用者只需要輸入需要的角度，程序根據(jù)已設(shè)定公式自動升降至對應(yīng)的高度，同時可以微調(diào)角度來控制研磨誤差，這些都彌補(bǔ)了八角手精度方面的不足，加工效率還得到進(jìn)一步提升。

3.4.2 數(shù)控自動化寶石切磨機(jī)

寶石加工的所有工序都由計算機(jī)控制，只需要把刻面寶石款式的所有數(shù)據(jù)輸入計算機(jī)，然后控制機(jī)械手臂按照設(shè)計要求來加工寶石。一臺機(jī)器上磨盤和拋光盤分布在工作臺兩端，一邊完成研磨，直接移動到另一邊拋光，人員操作移動機(jī)械臂即可，同時把控研磨質(zhì)量。

這款機(jī)器能加工各種規(guī)格款式的玻璃、水晶、剛玉等天然和合成寶石，操作人員只需培訓(xùn)即可操作，一人能獨(dú)立操作數(shù)臺機(jī)器，寶石加工效率和質(zhì)量都有一定的保證。

4 未來寶石加工技術(shù)發(fā)展方向

國內(nèi)近年來寶石加工從業(yè)人員越來越多，尤其是有著“世界人工寶石之都”之稱的廣西梧州，經(jīng)過30 多年的發(fā)展，寶石加工人數(shù)高達(dá)10 萬人，產(chǎn)量達(dá)120 多億粒，占世界人工寶石產(chǎn)量的80%，占國內(nèi)的90%以上，同時產(chǎn)業(yè)和從業(yè)人員還輻射周邊廣東、福建等地。全球智能化的進(jìn)程也影響寶石加工技術(shù)，對于以后的發(fā)展趨勢，主要有以下幾點(diǎn)。

4.1 培育鉆石切磨的智能化

近年來，全球培育鉆石的原石需求一直呈現(xiàn)增長態(tài)勢。目前我國培育鉆石上游毛坯鉆石大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，形成產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)勢，但中游90%以上的鉆石切割加工都在印度，下游培育鉆石銷售目前主要需求在北美，但未來國內(nèi)的銷售量不容小覷。前文提及的數(shù)控自動化寶石切磨機(jī)、人工智能無人值守寶石切磨機(jī)等先進(jìn)機(jī)器設(shè)備目前已在廣西梧州寶石加工廠中大規(guī)模投入使用，如能改進(jìn)后用于培育鉆石的研磨，將大大提升全球培育鉆石出產(chǎn)量，同時國內(nèi)產(chǎn)出的大量培育鉆石不用再銷往印度切磨后再返回國內(nèi)銷售，這樣也節(jié)約了國內(nèi)培育鉆石的成本。發(fā)揮梧州人工寶石城的產(chǎn)業(yè)、地域優(yōu)勢，將國外培育鉆石加工產(chǎn)業(yè)引進(jìn)，既能改進(jìn)培育鉆石加工產(chǎn)量的問題，也能解決更多寶石加工從業(yè)人員就業(yè)。

4.2 寶石加工工廠智能化

早些年寶石加工都是一個工人每天坐在寶石切磨機(jī)前研磨拋光每一顆寶石，每日馬不停蹄的工作產(chǎn)量大概是幾十上百粒，其中還不包括切割、定型、粘石等工序?，F(xiàn)在人工寶石工廠已經(jīng)開始大規(guī)模使用人工智能化生產(chǎn)設(shè)備，以后應(yīng)繼續(xù)發(fā)展向原料切割、定型、粘石、研磨、拋光一整套工序全部由機(jī)器手臂完成，并且由機(jī)器完成基礎(chǔ)的產(chǎn)品質(zhì)量篩選工作。人員操作、維護(hù)機(jī)器并做最后的把關(guān)。

4.3 天然高檔寶石加工智能化

現(xiàn)階段高檔天然寶石主要是人工通過八角手或機(jī)械手切磨加工，以較好地控制寶石的損耗率及產(chǎn)出高品質(zhì)切工的寶石。如果把高檔寶石的切磨先通過計算機(jī)分析模擬計算出好的出成率的切割方式和適宜琢型，再由計算機(jī)輸出給機(jī)器完成一系列加工工藝流程。這樣在以后能更科學(xué)精準(zhǔn)的控制寶石損耗，也能更好的節(jié)省人工。

5 結(jié)語

寶石的切割工藝是一件首飾完美呈現(xiàn)的重要因素之一，精良的加工設(shè)備是完成一件完美寶石琢型的重要基礎(chǔ)。寶石加工技術(shù)由來已久，從最原始的石石琢磨到腳踏機(jī)設(shè)備，從電動機(jī)設(shè)備到現(xiàn)代智能化生產(chǎn)設(shè)備，寶石加工技術(shù)及設(shè)備跟隨著時代的發(fā)展不停進(jìn)步，相信在不久將來，寶石在先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備打磨下更加璀璨耀眼！