Разработка производственного процесса изготовления круглых бриллиантов

Тема проекта: Разработка производственного процесса изготовления круглых бриллиантов

    

  1.1.  Целью разработки производственного процесса является составление такой схемы последовательностей технологических операций, при которой становится возможным получение максимального экономического эффекта, и как  следствие этого, повышение прибыли, благодаря  рациональному использованию алмазного сырья и производственных мощностей.

Процесс обработки бриллиантов состоит из следующих операций: производственного исследования и разметки алмазного сырья, раскалывания, распиливания, обдирки и огранки. Цель производственного исследования кристаллов алмаза – изучить морфологические особенности каждого кристалла, сопоставить стоимость сырья, выход годного, цену бриллиантов, которые из этого сырья получатся, и на основании анализа определить технологическую направленность его обработки.                       

Технологическим процессом  называется часть производственного  процесса, содержащие целенаправленные действия по изменению и (или) определению  состояния предмета труда 

         1.2.   Алмаз – природный минерал,  состоящий из углерода и кристаллизующийся  в кубической сингонии. Обычно  содержит небольшое количество  примесей различных химических  элементов; обладает наибольшей  твёрдостью из всех известных  в настоящее время веществ;  встречается в природе как  минерал коренных и россыпных  месторождений или получается  синтезом из углеродосодержащих  веществ. Коренные месторождения  представляют собой залегания  в виде вертикальных или круто  падающих тел трубчатой формы  (диатрем), уходящих на большую  глубину. Источником алмазного  сырья является кимберлитовая  горная порода (Кимберли - по названию  первого коренного месторождения  алмазов в Африке в 1871 году).

       Бриллиантом называется огранённый природный алмаз различных видов огранки, имеющий отполированные грани и предназначенный для использования в ювелирных изделиях, а также в незакреплённом виде. Бриллиант – алмаз, которому посредством обработки предана специальная форма, максимально выявляющая его естественный блеск.

 

Свойства	Алмаз
Формула	С
Сингония	кубическая
Блеск	Сильный (алмазный)
Прозрачность	прозрачный, полупрозрачный
Структура	Атомы углерода размещаются  плотно и каждый из них прочно связан с четырьмя окружающими атомами
Твердость по шкале Мооса	10 (наивысшая)
Плотность (г/см3)	3,47-3,56
Ударная вязкость	Хрупкий
Спайность	совершенная
Окраска	Обычно жёлтая, коричневая, серая или бесцветная, реже голубая, зелёная, чёрная
Показатель преломления	2,42
Величина дисперсионного эффекта	0,063
Критический угол	24`50°
Электропроводность	Слабая (полупроводник р-типа, при трении электризуется)
Химическая стойкость	Не поддается воздействию  кислот при комнатной температуре  и кипячении. Сгорает в расплавах  щелочей. На воздухе сгорает при 850-1000° С, в струе кислорода - при 720-800° С. Без доступа воздуха  при нагревании выше 1200° С переходит  в графит

   

    1.3.                                   Свойства алмаза.

 

 

    

  1.4.   Основными классификационными признаками алмазного сырья являются: размерность; форма (степень искажения); дефектность (качество) и цвет. Размерность определяют посредством условных ситовых классов, и разделяют на шесть основных размерно-весовых групп: -9; +9; +11-3gr; 4-6gr; +1,8ct; 10,80ct и более. При сортировке алмазного сырья по форме учитывают степень деформации (искажения) формы кристаллов, а также сохранность их природной формы. По сохранности природной формы кристаллы разделяют на целые и обломки. В зависимости от характера поверхности граней, кристаллы делят от гладкогранных до кристаллов, обладающих рельефными гранями.

      Для уточнения местоположения дефекта, кристалл делят на три зоны: центральную, среднюю и периферийную. По величине дефектов  алмазы классифицируют от чистых, до кристаллов, имеющих очень большие дефекты. Форму и дефектность алмазов определяют визуальным методом сравнения с рабочими образцами.

      Кроме формы и качества (дефектности) алмазы характеризуются нацветом, т.е. любым оттенком, отличающимся от цвета ультра белой бумаги. По цвету алмазы подразделяют на семь основных групп, которые характеризуются интенсивностью окраски и цветовыми оттенками: от бесцветных до цветных (густо окрашенных в объёме камня). Цвет алмазов определяют визуальным методом сравнения с образцами при естественном освещении на фоне белой бумаги.

       1.5.   Под классификацией бриллиантов подразумевают систему распределения бриллиантов по определённым классификационным признакам. Основными показателями качества бриллиантов являются масса, цвет, чистота и огранка. Бриллианты, независимо от вида огранки, по массе разделяют на три группы: мелкие, средние и крупные. В зависимости от оттенка цвета, его тональности и насыщенности бриллианты подразделяют на бесцветные, с оттенками разной насыщенности, окрашенные и фантазийные. С учётом групп массы и видов огранки бриллианты подразделяют на группы цвета таким образом: четыре группы составляют мелкие круглые семнадцатигранные бриллианты; семь групп – мелкие бриллианты других видов огранки и семнадцать групп – средние и крупные бриллианты.

         В зависимости от характеристики внутренних и внешних дефектов и места расположения в объёме бриллианта, а также от видов огранки и групп массы бриллианты подразделяют на группы чистоты: шесть групп мелких круглых семнадцатигранных;  девять групп – мелких, других видов огранки и тринадцать – средних и крупных бриллиантов. Огранка бриллиантов характеризуется видом (формой и типом) и качеством.

      По форме огранки бриллианты подразделяют на круглые, фантазийные и нетрадиционные. Огранку бриллиантов делят на следующие типы:  клиньевая или бриллиантовая, ступенчатая и смешанная. Параметрами качества огранки бриллиантов являются: геометрические параметры, пропорции, симметрия и полировка. В зависимости от качества огранки бриллианты подразделяются на группы огранки: А, Б, В, Г.

 

        2.                       Технологическая часть.

 

       2.1.   Кристалл алмаза, массой 1,18 ct, ставший исходным сырьём, для которого разрабатывается  данный технологический процесс, имеет характеристики: 

SH 2Q – 3C.  Это говорит о том, что кристалл принадлежит диапазону размерно-весовых групп +9 – +1.8ct, имеет форму shapes, к которой относятся целые кристаллы, с небольшим искажением, гладкогранные, с незначительной или небольшой рельефностью граней.

     Кристалл относится ко второй группе по дефектности: 2Q – второе качество, или Spotted (Spt), и характеризуется наличием незначительных дефектов, едва видных в 6х лупу. В данном случае дефекты расположены, в основном, в периферийной зоне, в виде включений тёмного цвета, что даёт основание полагать о возможном повышении качества готовых бриллиантов, при условии полной, или почти полной, выработке дефектов в процессе технологической обработке кристалла.

     Обозначение 3C, по цветовым характеристикам, относит данный кристалл алмаза к группе 3-го цвета (3-rd Colour), в которую входят алмазы с незначительным жёлтым, зелёным, аквамариновым или фиолетовым оттенком.

 

      2.2. Процесс изготовления бриллиантов начинается с производственного исследования и разметки сырья, а затем происходит выбор технологических операций, необходимых в каждом конкретном случае, и далее, сам тех. процесс.                                                                  

         Цель производственного исследования кристаллов алмаза – изучить     морфологические особенности каждого кристалла, Сопоставить стоимость сырья, выход годного, цену бриллиантов, которые могут из него получиться, и на основании анализа определить технологическую направленность его обработки.

        Производственное исследование и разметка алмазов состоит из: сортировки алмазного сырья под бриллианты различных форм;                                       

определение формы бриллиантов, которые могут быть получены из кристаллов алмаза (с учётом максимального выхода годного и наибольшей стоимости  бриллианта); 

определение порядка технологической  обработки сырья;

определение и нанесение  плоскости распиливания или раскалывания кристаллов алмаза.  Алмазы по форме, видам и характеру деформации сортируют на следующие технологические группы: I.Кристаллы правильной формы и с незначительным искажением (степень искажения до 1:1.2); II.Деформированные кристаллы (удлинённые по оси симметрии 2-го порядка; уплощённые по оси симметрии 3-го порядка; удлинённые по оси 3-

го порядка).

         В нашем случае исходным сырьём  является кристалл правильной  формы (Shapes), с незначительным искажением (уплощением по оси 3-го порядка), равным 0.78 (3.6/4.6).

         Наиболее важной задачей при  разметке является выбор такой  плоскости распиливания, которая  позволит получить из кристалла  максимальный выход годного. Для  кристаллов правильной октаэдрической  формы, как в нашем случае, необходимо  измерить ребро октаэдра, и с  помощью таблиц определить расположение  будущих бриллиантов в объёме  кристалла. Наибольшая площадь  сечения у октаэдра образуется  при пересечении его плоскостью, проходящей через любые четыре  вершины. Линия разметки в этом случае пройдёт параллельно наибольшему сечению, на расстоянии равном высоте верха бриллианта.

 

                     Параметры прогнозируемых бриллиантов при

несимметричной  разметке.

 

             

Диаметр бриллианта	symbol	D1=A1*0,98	4,36	D2=МГМ	3,65
Высота пояска	λ	17%	0,74	15,0%	0,55
Высота короны	hB	15%	0,65	12,5%	0,46
Высота рундиста в узлах	h`r	2%	0,09	2,5%	0,09
Глубина павильона	hH	43,5%	1,9	44,2%	1,61
Общая высота	H	60,5%	2,64	59,5%	2,17
Угол короны	α	35,0`		32,0`
Угол павильона	β	41,0`		41,5`
Размер площадки	bp	57,1%	2,49	60,0%	2,19
Масса, кар.	m=D²*H*0,0061=0,31			m=D²*H*0,0061=0,18
Общая масса бриллиантов, кар.				0,49
Общий выход годного (ОВГ)				41,5%

 

 

 

 

 

  Параметры прогнозируемых бриллиантов при

симметричной  разметке.

Диаметр бриллианта	symbol	D3=МГМ	4,05	D4=МГМ	4,05
Высота пояска	λ	15,0%	0,61	15,0%	0,61
Высота короны	hB	12,5%	0,51	12,5%	0,51
Высота рундиста в узлах	h`r	2,5%	0,1	2,5%	0,1
Глубина павильона	hH	45,0%	1,82	45,0%	1,82
Общая высота	H	59,2%	2,40	59,2%	2,40
Угол короны	α	32,0`		32,0`
Угол павильона	β	42,0`		42,0`
Размер площадки	bp	60,0%	2,43	60,0%	2,43
Масса, кар.	m=D²*H*0,0061=0,24			m=D²*H*0,0061=0,24
Общая масса бриллиантов, кар.				0,48
Общий выход годного (ОВГ)				40,7%

 

 

Вариант несимметричной разметки (М 10:1)

            

          

             

                 

Вариант симметричной разметки (М 10:1)

 

               

                  

 

 

 

        Основанием выбора одного из видов разметки будет являться расчёт стоимости готовых бриллиантов.                                                                                                                                                                                            

        При  несимметричной разметке:   

             

0.31*1600$ = 496$;

0.18*860$ = 155$ ,

 

Общая сумма: 496 + 155 = 651$

 

      где 0.31 и 0.18 - вес готовых бриллиантов (ct); 1600$ и 860$ - цена 1ct, соответствующая их весу и исходным характеристикам алмазного сырья.

 

       При  симметричной разметке:

 

0.48*1030$ = 494$ ,

 

      Где 0.48 - вес готовых бриллиантов (0.24ct + 0.24ct), 1030$ - цена 1ct.

 

 

 

      Расчёты показали, что максимальную прибыль возможно получить при несимметричном делении кристалла алмаза, следовательно этот метод является предпочтительным, и именно на него мы будем опираться, рассчитывая дальнейший технологический процесс.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Схема предлагаемого производственного процесса.

 

		Алмазное сырьё
		↓
Сортировка алмазного  сырья	←	Производственное исследование
↓		↓
Определение и нанесение  плоскости распиливания		Распиливание
		↓
		Обточка
		↓
		Огранка
		↓
		Оценка

 

 

 

 

 

 

 

       2.4. Алмазы размечают в соответствии с действующими рекомендациями чёрной тушью. Линию разметки на кристаллах массой от 1 ct и выше проводят по трём граням. Кристаллы алмаза правильной формы, массой от 0.16 до 2.99ct  размечают для несимметричного распиливания.

       Операция распиливание, необходима для разделения кристаллов на части с целью рационального использования алмазного сырья при переработке его в бриллианты. С помощью распиливания удаляют различные дефекты, находящиеся на пути реза пилы, а также расположенные вблизи плоскости распиливания.

 

                                          

         2.5.  Сортировка алмазов – процесс разделения алмазов по классификационным признакам или их сочетанию в соответствии с номенклатурой продукции. Процесс сортировки состоит из следующих операций: приём алмазов по массе; сортировка алмазов по классификационным признакам; экспертный контроль и аттестация алмазов; сдача партии и оформление документации.

         2.6. Последующей технологической операцией после распиливания является подшлифовка или операция предварительной огранки, при которой происходит придание алмазам формы, приемлемой для обработки на последующих операциях, а также выведение дефектов с  поверхностной зоны обрабатываемых граней.

 

2.7.   Задание диаметров  бриллиантов методом графического  моделирования.

                                                (М 10:1).

 

                         

 

       D₁ = 4,36 _мм ;                                            D₂ = 3,65_мм;

      λ₁ = 17 %;                                                λ₂ = 15% .                             

 

 

 

Расчёт операционных потерь и массы алмазных полуфабрикатов после деления.

 

                                                        

         P = (t+0,015+0,005)*d*(S1+S2) / 2 = (0,05+0,015+0,005)*0,0176*

*(5,7*4,4 + 5,6*4,3) / 2 = 0,001232*(25,1 + 24,1) / 2 = 0,03

P/m*100% = 0,03 / 1,18 * 100% = 2,6%

 Где: t – толщина распиловочного диска; 0,015 – увеличение толщины распиловочного диска от нанесения на него алмазного порошка; 0,005 – толщина микронеровностей плоскости распиливания; d – плотность алмаза, распиливания.

   

Расчёт массы  алмазных заготовок после деления.

 

        Vм = 1/3*h*S = 0,33*3,9*25,1 = 32,30мм³

m_м = V_м*0,0176 = 32,3*0,0176 = 0,57ct

m_б = m_кр - m_п - m_м = 1,18 - 0,03 - 0,57 = 0,58ct

где: VM – объём исходного кристалла; h – высота распиливаемого кристалла; S – площадь плоскости распиливания; m_М - масса меньшего кристалла; m_б – масса большего кристалла; m_кр – масса исходного кристалла; m_П – потери при распиловке.

 

                                                         

      2.8.  Основной задачей при выполнении следующей операции, обточки (или обдирки) является получение заготовки максимального размера по рундисту с высотой пояска, достаточной для размещения верхней части бриллианта.

 

 

 

Потери сырья  на операции обточка.

1. 0,57  - 19,5%     0.57*0,195 = 0,11_ct
2. 0,58  - 19,5%     0.58*0,195 = 0,11_ct

0,11 + 0,11 = 0,22_ct = 18,6%

Где 19,5% - допустимые безвозвратные  потери при обточке  кристаллов массой 0,50ct и выше, и с незначительным искажением формы.

 

Расчёт массы  обточенных заготовок.

m₁ = 0,57 - 0,11 = 0,46_ct

m₂ = 0,58 - 0,11 = 0,47_ct

 

       2.9.   Огранка – технологический процесс обработки природных и синтетических минералов с целью придания им определённой эстетической формы, достижения высокого светового эффекта и специфического для данного минерала блеска, а также устранения природных пороков – включений, трещин, выколов и др., встречающихся в минералах.

        Для  шлифования и полирования плоских  поверхностей бриллианта применяют  станки, в которых рабочим инструментом  является чугунный диск, шаржированный  алмазным порошком. К ограночным  станкам применяют следующие  требования: станок должен быть  простой конструкции, удобен в  эксплуатации и выполнен из  недорогостоящих материалов. Для  нашего проекта был выбран  станок с двумя опорами для  шпинделя ОАБ – 4, с диаметром  рабочего диска 300мм и частотой  вращения шпинделя 2000 – 3000об/мин.

    Станок ОАБ  прост и надёжен в эксплуатации, и обладает следующими достоинствами: 1) простота конструкции позволяет  быстро менять детали при ремонте; 2) конструкция станка обеспечивает  плавное вращение диска при  высоких скоростях. 

       Для  выполнения процесса огранки  применяют приспособления для  постановки площадки, нанесения  линии рундиста и огранки нижней  и верхней частей бриллианта.

 

              На рабочем месте огранщика должны быть необходимые инструменты: отвёртка, пассатижи, 10х измерительная лупа, угломер для проверки наклона углов верха и низа бриллианта, рундистомер, пинцет, набор цанг и вспомагательные материалы: асбест, флакон с насыщенным раствором буры, 10%ным раствором  соляной кислоты или 6%ным раствором серной кислоты, растительным маслом, спиртом, алмазным порошком. Каждый огранщик должен быть обеспечен запасным ограночным диском, хранящимся на стеллаже под станком.

        Рабочим  местом огранщика называется  участок рабочей площади, закреплённый  за данным рабочим и предназначенный  для выполнения огранки и размещения  необходимой технологической оснастки  и инструмента. По окончании  работы инструменты протирают  и хранят в специальной гофте.  Растворы во флаконах с притёртым  пробками оставляют на станке. Правильная организация рабочего  места позволяет при наименьшей  затрате рабочего времени достигать  наивысшей производительности труда,  высокого качества продукции  и обеспечивает безопасные условия  работы.

Потери сырья  при огранке.

1. 0,46 – 0,18 = 0,28_ct (60,9%)
2. 0,47 – 0,31 = 0,16_ct (34,04%)

0,28_ct + 0,16 _ct= 0,44_ct (37,3%)

Где: 0,46 и 0,47 – вес кристаллов после операции обточка; 0,18 и 0,31 –  расчётный вес готовых бриллиантов.

                                    3.Охрана труда техника безопасности.

   Каждый работающий должен знать и выполнять инструкцию по технике безопасности, которая определяет условия безопасной работы на данной производственной операции. 

        Перед  началом работы  необходимо привести  в порядок рабочую одежду (рукава  у кисти рук должны плотно  прилегать к руке; не должно  быть свободно свисающих и  развивающихся концов одежды; волосы  должны быть убраны под головной  убор); осмотреть рабочее место  и привести его в порядок  (убрать лишние предметы, технологическую  оснастку расположить таким образом,  чтобы избежать лишних движений  и обеспечить безопасность в  работе); проверить исправность станка (заземление, освещённость, натяжение приводного ремня, исправность инструмента и технологической  оснастки, наличие на станке ограждающего устройства); проверить прочность крепления конусов шпинделя в опорах подшипников и диска на шпинделе; проверить устойчивость крепления обрабатываемого кристалла в приспособлении.

             Во время работы рабочий обязан: не оставлять станок без присмотра;  при обнаружении неисправностей  в оборудовании выключить его  и вызвать  мастера; выполнять  только порученную работу; при  получении травмы обратиться  в медпункт.                                                                                       

             Рабочему запрещается: выполнять  работу на неисправном станке; пользоваться неисправным инструментом  и технологической оснасткой;  ремонтировать электрическую часть  станка самостоятельно.

             По окончании работы рабочий  обязан: привести в порядок рабочее  место; сдать оборудование сменщику  или мастеру, предупредив их  обо всех недостатках в работе  станка и оборудования.

 

       4.Экономическая часть.

Одним из основных экономических показателей работы предприятия, занятого обработкой алмазов в бриллианты, является эффективное использование алмазного сырья, а показатель использования сырья называют выходом годного.

 

4.1.                  Предполагаемый общий выход годного.

 

   Где: mбр – масса готовых бриллиантов, и mкр – масса исходного кристалла.

 

 

 

 

   

  

 

       Баланс потерь по операциям.

операция	по массе (ct)	%
распиловка	0,03	2,6
обточка	0,22	18,6
огранка	0,44	37,3
готовая продукция	0,49	41,5
всего	1,18	100,0

 

     

 

   4.2.                           Оценка бриллиантов.

          Цель оценки бриллиантов – определить стоимость в зависимости от весовых, геометрических (форма, тип огранки) и качественных (цвет, дефектность) характеристик. Дефектность бриллианта определяется как сумма природных дефектов и дефектов, образовавшихся в результате обработки алмаза. Степень дефектности бриллианта зависит как от количества, так и от характера и расположения дефектов.

          Цвет бриллиантов определяют  при естественном свете, в помещениях  без доступа прямого солнечного  света. Цветовая гамма мебели  и полов – серая нейтральная,  стены и потолок – белые.  Эти условия необходимы для  максимально возможного точного  определения цвета бриллиантов.  Массу бриллиантов определяют  на каратных весах с точностью  до 0,01кар.

          Стоимость готовых бриллиантов  зависит от их цвета, дефектности,  массы и формы бриллианта по  рундисту.

 

 

 

 

 

 Акт оценки бриллиантов.

 

форма огранки	группа массы	кол-во	группа огранки	группа цвета	группа чистоты	цена ($/ct)	скидка (%)	цена ($/ct)
Кр-57	0,30-0,99	1	А	3	2	1600	-	1600
Кр-57	до 0,29	1	А	3	2	860	-	860
всего		2				2460		2460

 

вес бриллиантов (ct)	стоимость ($)
0,31	496
0,18	155
0,49	651

 

 

   4.3.   Расчёт коэффициента валютной эффективности.

        Показатель, определяющий, во сколько раз стоимость готовых бриллиантов превосходит стоимость алмазного сырья.

КЭФ = = =

   Возможность огранщика  влиять как на выход годного,  так и на коэффициент валютной  эффективности ограничен техническими  условиями и геометрическими  параметрами бриллиантов. Но соблюдение  следующих условий позволяет  получать бриллианты более высокой  массы: