Сверление

Сверление при обработке камня применяется во многих случаях, например для изготовления отверстий в бусинах или подвесках. Для создания полостей в больших блоках материала и т.д. В первых двух случаях отверстия обычно имеют очень небольшой диаметр, но высверленные полости могут достигать в диаметре нескольких сантиметров.

На рис. 8.2 представлены различные типы применяемых свёрл.

Самые небольшие по диаметру отверстия просверливают с помощью стальных игл с раздробленным алмазом в качестве абразива. Такие свёрла используются уже на протяжении многих веков. Они вставляются в шпиндель, который приводится во вращение с помощью лука. Тетива лука образует петлю вокруг шпинделя, заставляя его вращаться при движении лука вперёд и назад. Из-за малого диаметра сверла прикладываемое усилие должно быть минимальным. В промышленных условиях такой способ сверления не используется из-за трудоёмкости и сложности.

Более лёгкий и надёжный способ – использование вращающихся трубок, к концам которых подаётся абразивный порошок (свёрла малого диаметра), или на концы которых нанесён металлокерамический ободок, содержащий алмаз (свёрла большого диаметра). Трубки малого диаметра делают из бронзы, латуни или обычной стали. Эффективный минимальный диаметр – 1,5 мм, более тонкие трубки сминаются. Свёрла большого диаметра выполняют из стали, особенно тонкостенные, известные как свёрла Шелби.

Игла Трубка небольшого диаметра Трубка большого диаметра

Керн

Керн

Двухкристальные

Однокристальные

Алмазные сверла

Рис. 8.2. Различные типы свёрл,
применяемые при сверлении камнерезных изделий

Для крупных каменных изделий, в которых требуется сделать глубокую полость либо у которых желательно получить большие кольца или цилиндры, используются свёрла, аналогичные применяемым китайскими мастерами. Они изготовлены из листов жести, обтянутых вокруг металлических или деревянных цилиндров. Свёрла снабжены центрированными хвостовиками, которые крепятся в патроны сверлильного станка.

Эффективными также считаются свёрла, в которых небольшие куски алмаза запрессованы в прорезь, сделанную на торце стержня.

Используются также и проволочные свёрла с алмазным покрытием диаметром от 0,75 до 2,5 мм. Это отрезок стальной проволоки, рабочий конец которой содержит алмазные частицы, закреплённые с помощью гальванического покрытия.

В качестве абразивов для сверления применяются карбид кремния, карбид бора и алмаз. Рекомендуется использовать порошок с размером частиц 45×10^–6 м.

Кроме сверлильного станка и свёрл, необходим пластилин, парафин или пчелиный воск, плоские куски дерева и толстые шайбы или гайки, играющие роль ограждений для удержания абразива вокруг просверливаемого отверстия.

Образец, в котором требуется просверлить отверстие (например, какой-либо плоский предмет), осторожно подогревают и приклеивают воском или парафином к плоскому деревянному бруску для крепления и предотвращения крошения краёв отверстия при выходе сверла из камня.

Требуется обеспечивать лёгкое давление на сверло в процессе всей работы, а также возвратно-поступательное движение сверла, необходимое для удаления шлама и поступления новой порции абразива.

Возможно сверление с высокими скоростями любых видов каменного материала с помощью ультразвуковых сверлильных станков. В качестве свёрл применяются отрезки проволоки, присоединённые к вибратору, который придаёт проволоке возвратно-поступательное движение вверх и вниз с большой скоростью. Порошок подаётся с помощью электронного устройства. Благодаря конструкции станка проволока ударяет абразив и поверхность камня значительно чаще, чем при любом другом методе, что существенно повышает скорость сверления.

В случае сверления отверстий большого диаметра используется то же оборудование, что и при сверлении отверстий небольшого диаметра. Однако иногда более удобно присоединять или приклеивать изделие ко дну ёмкости, которую затем заполняют порошком и водой, создавая необходимую абразивную ванну. Пластины сначала приклеиваются к плоским деревянным брускам. Если блок камня очень крупный, то можно изготовить из пластилина кольцевую перегородку вокруг высверливаемого участка. Абразивная суспензия должна окружать сверло на расстоянии 6–12 мм, чтобы подача её в рабочую зону осуществлялась без затруднений.

Алмазные свёрла небольшого диаметра должны вращаться с частотой, примерно 4500–5500 об/мин, небольшие трубчатые свёрла – от 2000 до 3000 об/мин, трубчатые свёрла большого диаметра – от 2000 об/мин и ниже в зависимости от диаметра. Чем больше диаметр сверла, тем ниже должна быть частота его вращения.

Для получения абразивной суспензии и охлаждения изделия в процессе работы можно использовать керосин, скипидар или лёгкие масла. В Китае для сверления используют только воду с карбидом кремния и шлам, образующийся при распиловке. Масла можно применять в сочетании с алмазом.

Поведение материалов при сверлении. Некоторые ювелирные камни сверлятся легче, чем другие. Это в основном мягкие камни и камни с кристаллической структурой такие, как горный хрусталь, аметист, цитрин, берилл, полевой шпат и др. Наибольшую трудность при сверлении представляют камни с плотной волокнистой структурой или те, которые содержат несколько различающихся по твёрдости минералов. Медленно сверлится любой волокнистый или мелкозернистый минерал. Особенно трудно сверлить жадеит и нефрит, как и сравнительно мягкий камень вильямеит, который содержит включения хромита – значительно более твёрдого минерала. Трудно сверлить агат, поскольку он имеет скрытокристаллическую структуру, благодаря которой при сверлении ведёт себя аналогично жадеиту и нефриту.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите основные операции технологического процесса изготовления художественных изделий из ювелирно-поделочных камней.

2. Какие типы свёрл применяются при сверлении камнерезных изделий?

3. Как подвергаются черновой шлифовке поверхность камнерезных изделий, представляющих собой эллипсоиды вращения и имеющие сферические поверхности?

4. Какова технология сверления камней?

********************************