第八节　玉石圆球及圆珠制作技术

圆球及圆珠是一类特殊的玉雕产品，其形状为几何球体。圆球及圆珠的区别只在于直径的大小，直径在20mm以上者称为圆球，直径在20mm以下者称为圆珠。

圆球和圆珠的制作工艺原理是相同的。

在实际生产中，制作圆球多采用单件生产方式，制作圆珠多采用批量生产方式，两者所使用的设备是不相同的。

直径在40～300mm的玉石圆球是很好的室内陈设品。坚硬的玉石被制成完美的几何球体并抛光至闪闪发光的程度，可以成为令人惊讶和赞叹不已的工艺品。欧美人士常以各种玉石球作为室内装饰。直径在20～40mm的玉球，常用做健身球及各种镶嵌装饰品。直径在2～20mm的玉圆珠，经打孔后，可穿串成款式多样的玉石珠串。珠串是玉首饰类产品中最大宗的产品，有着极为广阔的市场。

制作玉石圆球和圆珠是一种“看起来容易，做起来有一定难度”的工艺技术。这种技术难度来自三个方面:一是玉石材料的形状、大小有很大的差别，在实际生产中如何将这些差别很大的玉石料加工成待用的坯料，确实令人伤脑筋；二是玉石材料的质地并不均匀，裂纹、暗绺、杂质、脏色常无规律地分布在玉料之中，这些影响产品质量的瑕疵应当在开料过程中随时剔除，这种随机性的工作方式也会造成制作上的难度；三是圆球及圆珠的制作是一种经营性的生产，不仅要求所生产的圆球和圆珠符合一定的质量要求（圆度、直径大小、抛光后的亮度、色泽等），而且只能用较低的耗料和较短的工时制作。如果工艺方法选择不当，制作同样规格的玉球就已然不易了，更不用说是大批量生产某种规格的玉石圆珠了。

制作玉石圆球和圆珠虽有一定的难度，但只要掌握其制作工艺原理，运用某些机械加工的原则，正确地划分工序，制定严格的工艺流程，就能够生产出令人满意的产品来。

一、制作工艺技术原理

玉石圆球及圆珠的制作，是从坯料的制作开始的。

1.敲击法

在我国许多地区，制作圆球坯或圆珠坯是采用敲击法，即将大块的玉石料先用铁锤击碎，再用小铁锤将小块玉料的突起部位敲掉，使之成为不规则的多面体。接着用砂轮进行磨角、磨棱，修整成坯珠。在敲击和用砂轮修整时，是凭借操作者主观感觉和眼力，主观上认为哪里高就去掉哪里。这种以主观感觉为指导，随高就低的加工方法是非常落后的。从实践上看，这种加工方法虽然貌似简单，但却存在许多致命的缺陷:一是原料利用率极低，在将大块玉石料击碎后又将小块玉料敲击成近似圆形的过程中，宝贵的玉石原料被浪费掉了，而且坯珠的规格也难以保证；二是坯珠的质量很差，因为在被敲击的过程中，玉石料不仅可能会沿原有的裂纹裂开，而且在被铁锤敲击处四周形成放射状的新生裂、绺，这些新生的裂、绺是坯料致命的缺陷，在其后的磨制过程中，这些暗绺会不断地扩大，可造成高达40%～70%的废品率，坯珠的出活率极低，用敲击法生产坯珠的生产方式应当废除。

2.切除法

“先方后圆，逐渐逼近”是生产玉石圆球坯及圆珠坯的正确方法。

所谓“先方后圆”，是指制作圆球形的坯体应先从正方体开始。“方”是制作圆球及圆珠的关键。从几何学可知，在一个正方形内可做一个内切圆，在一个正方体内可做一个内切球，这个内切圆和内切球的直径和正方体的边长相等。因此将玉石料切成正方体，其意义不仅仅是保证圆度，控制公差，而且将坯体的加工余量控制在最小的范围。这样做可省时省力，有利于提高劳动生产率。

所谓“逐渐逼近”，是说将正方体的玉料加工成圆球体，应当是一种有规律地“逐渐逼近”球体的过程。决不是凭制作者的主观感觉，做随高就低的加工。“逐渐逼近”包括了两个工艺步骤:倒角和倒棱。倒角是将正方体玉料的八个角磨去（或锯去），使之成为对称的14面体；倒棱是将14面体上棱线磨去，就可以获得近乎球形的粗坯。

在此基础上，可以用磨圆的方法将坯珠磨圆。

当然，在制作小圆珠时，倒角后即可开始磨圆。在制作大圆球时，倒棱是必要的工序。

此外，制作圆珠也可以用钻料取芯法先制出圆柱形的粗坯，然后再磨去两端余料，便可获得坯珠。

二、玉石圆球制作工艺

玉石圆球因体积较大，一般都是单件磨制而成。

其制作流程为:选料→切方块→切角→倒棱（原来的12条边）→磨圆→圆球成形→细磨→精磨→抛光。

1.选料

选料就是要选择无裂、无绺的玉料，如果采用有裂、绺的玉料制球，可能会前功尽弃。玉石圆球的体积较大、表面光洁，其裂纹、暗绺、杂质、杂色等瑕疵在完工后的圆球上将一览无遗，也没有什么方法可以对瑕疵进行掩饰。选择的透明玉料更困难些，因为深藏在材料内部的瑕疵终究会在抛光之后呈现，所以在动手制作之前，需将打湿后的玉料放置在强光之下用放大镜仔细观察。先看有无裂、绺、杂质，确立锯割方案和估计圆球的大小，后看玉料颜色属于何种档次，决定用、弃和排料部位。

暗绺的存在很难用眼察觉，可将玉料放在水中或油中浸泡数小时以便察看暗绺。若用水，在拭干后的玉料表面上会有异色线状，并有水自玉石渗出，则表明有暗绺。若用油，则用清洗剂洗净表面，并于1小时后观察玉石表面，要是有油冒出则有暗绺。

2.切方块

切方块就是将玉料锯成正方体。通常将玉料在有制尺的开料机上作两次平行切割，即可获得正方体形的坯料。若玉料不可能做上述加工，只能一面一面地将其锯下来，直至正方体制成为止，其具体方法如下。

（1）找基准面。即第一锯沿玉料的大裂纹或大暗绺切开。所获的第一个平面是基准面。

（2）整形。将基准面朝下，按正方体的高度锯割第二锯，可获得两个相互垂直的平面。只有在此基准线确定的情况下才能将其余四个面确定下来。

3.切角

切角就是将正方体玉料的八个角锯去。为了准确起见，可先制一个硬纸质的模板。

模板坯料为正方形，其大小应和正方体玉料的最小面相等。然后以对角线交点为圆口，作一内切圆，此圆即代表圆球的正投影。在对角线上分别作与圆相切的直线，并依线剪去四角，即制成八边形状的模板。

用模板在玉料上划出待切余料位置。用铊子沿线外将余料切去，则可得14面体。

为了锯料方便，可以使用导板帮助，其工作方式如图7-8-1所示。

图7-8-1　模板和导板锯料示意图

4.倒棱

倒棱就是将原正方体残余的12条边锯去。为了准确起见，可用模板帮助画线，所画之线应注意保护。然后用铡铊将12块长条状的余料去掉。这样可获得26面体。

5.磨圆

磨圆就是用砂轮依次将26面体的棱全部磨去，则可获得初具圆球状的初坯。磨时应有规律地磨去每一条棱，并防止亏料。磨圆用的砂轮应当选用大口径的砂轮为宜（图7-8-2）。

图7-8-2　圆球雕磨器

6.圆球成形

圆球成形应使用圆球雕磨器，在旋转中可很快地磨成圆球形。圆球雕磨器的主要部分是两截圆管，圆管直径为圆球直径的2/3～3/4，旋转速度为150～500转/min，球体直径越大，转速应越低。圆管可在铁管管口处用车床削成45°角。

7.细磨

细磨仍用上述设备。开机后，切勿让圆球在一个位置转动数秒钟之久，这样会在坯料上出现圆形深沟。细磨除采用较细的金钢砂或碳化硅外，应保证圆球坯不停地换位置转动。用作记号的方法来检查细磨是否均匀。

8.精磨

精磨是用极细的磨料将玉球表面磨细，为抛光作业作准备。

9.抛光

抛光可仍用上述设备，改加抛光剂进行，也可以用曲率与圆球相近的抛光轮进行抛光。

三、玉石圆珠制作工艺

玉石圆珠是成批量生产的，故一般采用流水作业的方式进行。

其工艺流程为:选料→切片→切条→切块→倒角去棱→粗磨成形→细磨定形→精磨→磨砂→抛光→打孔。

一般按工艺流程设立工序。

1.选料

（1）使用设备。大切台或大开料机。

（2）工序加工目的。有时玉料的块头很大、形状不一，因而需要加工成至少有两个锯平面的玉料坯，以便于下一道工序使用。切割时，要根据玉料的材质、形状、绺裂、纹理和用途来确定下锯方案，选择一个最有经济效益的方案。

此工序所切出的玉料块不能过小，理由是大切台所用锯片较厚，用大切台去切割能用小切台可切开的玉料，其锯口耗料过大，很不经济。小切台能切开的厚度为130mm，所以坯料的厚度应以此为标准。

（3）操作要点。

a.检查锯片安装是否牢固，锯口是否周正。

b.检查冷却水的供给是否正常，给水点是否正好在切割点上。

c.检查切台动臂的配重是否合理。如果动臂前端过重，固然可加快切料速度，但由于锯片处于承重位置，会因超重而变形，造成“跑锯”，影响切料质量。如果动臂前端较轻，会出现切料迟缓的现象。上述两种现象都可以用调整悬挂重物的方法加以解决。

d.注意动臂中部有一个可调整的顶丝，调整它可以使锯片正好处于既能将料切开，但又不损伤承重平台的位置。

e.选择一个较好的切料位置。即选择一个能搁放平稳的面当底，以保证切割的材料不会移动，还要求沿材料的最大裂纹切开。调整切台的夹板和进给装置可以得到确切的开切点。

f.先给水、后开机。

g.第一锯切开后，要根据材质的优劣及有关规定，决定材料的用途和以后的开料方案，“宜大不宜小，宜长不宜厚”是这一阶段必须遵守的工艺原则。

（4）质量要求。被切割面应当是光洁平整的，其大小应当以小切台所能加工的最大限度为宜。相邻的两个面应当是垂直的。

2.切片

（1）使用设备。带水平和纵向进给装置的小切台。

（2）工序加工目的。根据所制圆珠大小，切出符合规定厚度的片状坯料。一般情况，做直径为10mm的圆珠，可切成厚度为12mm厚的片状坯料。

（3）操作要点。除与之前工序相同外，还应注意如下几点。

a.选择最佳的卡料位置。即选择一个光洁平整的面当底，另一个面应当与锯片平行，并能用最少的次数将料切完，同时又要避免片状料在厚度上带有较大的裂纹。

“宜长不宜短”是开片状料必须遵守的原则。

b.对刀是使切片质量达标的关键。第一次对刀时要使锯片与材料的一个切割平面相平行。计算厚度时不仅要扣除锯口损耗，还要为以后的加工留有加工余量。

珠的直径标准值是4mm、6mm、8mm、10mm、12mm，打孔的公差范围为±0.2mm。由于加工过程必定存在损耗，为此就要留出适当的加工余量。据有关资料，最理想的加工余量为1mm，我们不妨定为2mm，就是说要生产直径10mm的圆珠，应先切出厚度为12mm的片状料来。

只要对刀准确，卡具不松动，切片的质量是完全可以保证的。

c.当发现切片厚度不一致时，要从卡具是否松动、对刀是否准确、锯片是否变形、设备上的配重是否合理等方面去找原因。

（4）质量要求。切片的薄厚要均匀一致，符合规定的数据，加工面光洁，并以长条形的片状料为最佳。(www.daowen.com)

4.切条、切块

（1）使用设备。切条切块机。此机与普通电锯相仿，只是带有冷却水箱。调整制尺与锯片的距离，可决定切条或切方规格的大小。

（2）工序加工目的。先将片状板料加工成横截面为正方形的长条料，然后将长条料加工成正方体。

（3）操作要点。

a.检查锯片的安装是否牢固，锯片是否周正，水箱中的冷却水是否加足。如果锯片与切台相碰，应调整机架上的固定螺丝。

b.对好制尺。即让制尺与锯片平行，锯片与制尺的间距等于片状料的厚度。把握这一点极为重要，这是保证圆珠圆度的重要步骤。由于生产过程中必定存在公差，使所切出的片状料事实上也存在厚薄不均的情况。在切条前将片状料准确分类，按类别分机台加工，是必须严格执行的。不能只按生产指令，而不考虑片状料的实际厚度来对制尺。

c.切条时应尽可能地沿片状料的最大长度切割，这样便于切方。

d.操作时要用力均匀，两手平动、一端紧靠制尺。如遇见裂纹，要及时将其切除。

e.加工过程中，冷却水的损失较多，要及时补水。

（4）质量要求。条状料的宽度与厚度要相等，切方要保证都是正方体。操作者要懂得:生产出公差大于生产指令的正方体形坯料，不能算是毛病，只有切出的坯料不是正方体时，才是质量问题，会造成经济损失。

4.倒角去棱

（1）使用设备。倒角机。

倒角机的功能就是在充分地滚动中，用砂盘将正方体的八个角，12条棱磨掉，得到一个个近似于球体的坯珠。如果我们投入的坯料不是正方体，而是长方体，就不可能得到近似于球体的坯珠。

倒角机的功能是靠平卧的砂轮，在高速旋转中完成磨削的。搅拌的功能是靠拨铲和旋转的砂轮共同完成的。坯料在高速旋转的砂轮上，会因离心力的作用甩到桶壁四周。而拨铲又将其拦赶到砂盘的中央。坯料又因离心力的作用而甩到桶壁四周，如此重复就达到充分搅拌、充分磨削的目的。

（2）工序加工目的。将正方体形的坯料滚磨成近似于球体的坯珠。

（3）操作要点。

a.调整好拨铲的角度和高度，并固定好。拨铲的一侧要紧贴桶壁，其平面要和砂盘的旋转方向成钝角，其下端要离砂盘2～3mm。

b.从顶部加入正方体形的坯料，每次约3kg。

c.锁紧顶盖，导入冷却水。

d.工作时间以坯珠倒角的程度来确定，一般将正方体的坯料加工成近似为球体时即可停机。

（4）质量要求。坯料加工成近似为球体时为合格品，有残缺、破损或鸭梨状的均为不合格品。

造成残缺、破损是因为材料带有裂纹引起的，而鸭梨状是因为坯料不是正方体造成的，这道工序原则上只存在加工时间长短的问题。当然，搅拌不充分时（如拨铲松动，没处于合理位置或没有拨铲）则可以造成倒角不圆的质量问题。

5.粗磨成形

（1）使用设备。砂轮盘圆珠机，其工做原理可从手搓肉丸的方法来感知。圆珠机的砂盘和上面的压盘是反向旋转的，由于摩擦力的作用，不圆的坯珠将在钢网中做任意方向的旋转运动。磨削功能主要是靠砂轮来完成的。但坯珠是否能圆却决定其能否做任意的旋转运动。旋转运动和砂轮的磨削，使不圆的坯珠逐渐圆起来。

（2）加工目的。使不圆的坯珠加工成基本上很圆的坯珠。

（3）操作要点。

a.选择规格大体一致的坯珠，是保证加工质量的关键。

b.选择孔径大于坯珠2mm左右的钢网，使坯珠能在其中做任意方向的转动。

c.钢网与砂盘应当是平行的，工作时钢网应和砂盘离开。钢网应当牢牢地固定好，因螺纹有间隙，在拧紧螺丝之后还要校正砂盘与钢网的平行关系。然后调整砂盘的升降装置使坯珠高于钢网2mm左右，并固定好。

d.调整好压盘的压力。开始磨时，压力不能大，以免影响坯珠的旋转，造成不圆或蹦珠。

e.砂盘的损耗是不可避免的。其损耗表现在两个方面:一是在砂盘上形成一道道圆槽；二是砂盘的外圈磨损比内圈快（原因在于角速度相同而内外圈的线速度不同，外圈的线速度大，圆珠磨得快；内圈线速度小，圆珠磨得慢）。校正办法是:频繁地更换不同的钢网，即改变珠子研磨轨道，从而控制圆槽的出现。要控制内外圈的磨损速度，可以用分次检珠，或空位不放珠的办法。总之，使砂盘处于较平坦的状态，是提高合格率，保证圆度的重要措施。

f.锁紧砂盘升降器和上压力盘，给冷却水，即可开机。工作时间由实验来确定。

g.为了降低钢网的损耗，应使用换向电源开关，使压盘和砂盘能同时改变旋转方向。

（4）质量要求。使坯珠表面无大缺陷，呈可视圆度。

6.细磨定形

（1）使用设备。铸铁盘圆珠机，与粗磨时使用的砂轮盘圆珠机相同，只是砂轮盘改用铸铁盘，研磨功能由金刚砂来完成。

（2）工序加工目的。使坯珠更加圆，表面更加光洁细腻，并符合规格要求。

（3）操作要点。与粗磨圆相同，只是要随时加入金刚砂和水，要注意金刚砂的回收和重复使用。

另外，细磨的时间要略长于粗磨，因珠子的圆度主要靠这道工序完成。采用这种加工程序可降低加工的损耗率。

（4）质量要求。圆度更加精确，表面无残缺，符合一定的规格要求，即符合直径为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm，公差范围为±0.2mm的要求。

7.精磨

（1）使用设备。使用铸铁盘圆珠机。

（2）工序加工目的。使圆珠的表面达到精细的程度。

（3）操作要点。操作方法基本上与细磨圆工序相同，只是要分几次研磨，每次都采用越来越细的金刚砂。要注意每次使用的金刚砂都要按规格进行分类回收，切不可混合，破坏精磨质量。

冷却水的用量要小些，以金刚砂不被冲掉为宜。

（4）质量要求。表面十分细腻，干燥时微亮，湿润时有相当的亮度。

8.磨砂

（1）使用设备。振桶。珠子与抛光剂（玛瑙料碴及微量白泥浆）在振桶中做频率很高的振动和较慢的上下翻滚的运动。由于它们之间的磨擦，珠子的表面开始出现光泽。经过较长时间的搓磨，珠子的表面可达到相当的亮度。

（2）工序加工目的。抛光前的去糙。

（3）操作要点。玛瑙碴的大小要适当（如花生大小）并要经过加工，使其没有锋利的棱角。新玛瑙碴放在振桶中振抖几天即可。

a.玛瑙碴与珠子的配比为1∶3，白泥浆适量。

b.振桶的盛放量一般以放至振桶容量的4/5以下为宜。

c.振动时间由实验确定，珠子表面乌亮即可。

（4）质量要求。珠子表面乌亮，无麻坑。

9.抛光

（1）使用设备。抛光机。

将乌亮状态的圆珠放在抛光机的电木网孔中（每孔一粒），盖上附有橡胶层的铸铁盖板，涂上抛光粉浆。开机后，位于圆珠下面的橡胶转盘开始转动，圆珠因摩擦力而转动，在转动中被抛光粉浆抛光。

（2）工序加工目的。抛光。

（3）操作要点。

a.抛光粉浆应为糊状，水不宜多。

b.用来抛光的圆珠，应当规格一致。规格大小不同的圆珠放在一起抛光，被抛光的往往是大圆珠，小圆珠常出现抛光不匀的现象。

10.打孔

（1）使用没备。超声波打孔机。超声波是频率高于20　000Hz的声波。超声波打孔机由三部分构成:一是超声波发生器，它可以输出功率较大的超声波源；二是换能器，能将超声波转化成频率相同的机械振能；三是工作部分即针管，它在机械振能的驱使下，带动金刚砂磨擦，将珠子打孔。由于超声波的频率很高，振幅极小，以致肉眼难看出变幅杆在上下运动。用手指摸时有丝绸感则说明起振了。打孔的深度是由升降台操纵的，打完孔后管心将自行振出。

（2）工序加工目的。打孔。

（3）操作要点。

a.开启总电源开关，散热风扇即开始工作。开启分开关，超声波发生器开始工作。循环水泵则由脚踏开关控制。

b.先调频率。右旋控制钮，可见频率表指针大幅度右摆，并听见很细，很尖锐的“吱吱”声，说明机器已经起振。待起振后，左旋控制钮，指示针逐渐回摆，待停止时（不是指示在零刻度上）即可（有一种表头，指针停在黄区即可）。

c.调功率。指示表示数最大为30A，工作电流调在2～3A时即可。调整工作电流的大小，常和针管的长短有关:口针管长时，工作电流要调小些，以免其工作时不稳，针管使用短些后，可加大工作电流。

打孔速度与工作电流的大小成正比。

d.调整深度计，可以控制打孔深度。深度计可以随时反映打孔的实际深度。

e.每台打孔机都备有一定规格的卡盘，卡盘只能分别卡直径为3.8mm、4mm、4.2mm、5.8mm、6mm、6.2mm、7.8mm、8mm、8.2mm、9.8mm、10mm、10.2mm、11.8mm、12mm、12.1mm的珠子。卡盘上盖只有直径为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm五种，针孔直径分别为0.7mm和1mm两种，使用时一定要对号使用。卡盘上盖的作用有两个:一是固定针；二是压紧珠子。在装珠子时一定要严格分类，同一卡盘只能放一种规格的圆珠。圆珠一定要用力推入珠子在卡盘里不能动才算合适。

f.先将卡盘上盖与针管对好，再上盛满珠子的卡盘。将金刚砂和冷却水的喷头对准上下卡盘之间的间隙，放在定位台上，便可开机打孔了。

（4）质量要求。一般操作无误，打孔质量是不成问题的。只是由于圆珠自身可能带有局部的小裂纹，在打孔将透时，如裂纹与针管垂直或斜交时，会发生局部崩裂（与针管平行时则不发生）。而在装珠时又不可能观察得很细，为此，可在打孔将透时，降低打孔时机器的工作电流，可减轻或消除圆珠崩裂现象。