制造一支圆珠笔有多难

之前有一段说，我们现在使用的圆珠笔的核心是日本技术。许多名人嘲笑中国人连圆珠笔都不会做。事实上，这是因为圆珠笔的市场份额太小，不值得制造。后来，中国用自己的产权创造了圆珠笔，这家日本公司破产，公众被关了起来。

虽然上面这篇文章在网上流传，但我不禁要问，制作圆珠笔真的很难吗？

圆珠笔之所以能够顺畅地产生墨水，是因为在书写过程中，圆珠笔笔头的小球在与纸张接触时产生的摩擦作用下滚动，从而将笔芯中的墨水带出，形成笔迹。

简单地说，圆珠笔头的结构是在球座体的顶部嵌入一个球体，使球体能够平稳地旋转，不容易从球座体上脱落。

圆珠笔头的制造有三个技术难点。首先，为了保证流畅的写作体验，球和球身的配合非常重要。钢珠和球座体之间的间隙约为5微米。如果间隙太小，墨水就不能顺利流出。如果间隙过大，会导致墨水泄漏，甚至珠子也会从笔尖上脱落。

其次，在书写过程中，由于笔尖球与纸张之间不断摩擦，球与球座体之间的间隙会逐渐变大。随着时间的推移，墨水很容易从缝隙中漏出，影响书写。

此外，圆珠笔笔尖具有极高的加工精度和装配精度。笔尖上有凹凸不平的台阶和导油槽，用于引导墨水。每个导油槽的加工精度要求为1微米。

上述因素对圆珠笔的材料性能提出了更高的要求。

圆珠笔头的内部结构

制造圆珠笔球的材料经历了不断的发展。早期的铅黄铜和镍白铜由于耐腐蚀性差，基本上已被淘汰。有不同规格的材料可供选择，包括不锈钢球珠、碳化钨球珠和陶瓷球珠。其中，不锈钢已成为最常用的圆珠笔笔尖材料。

有一支带有特殊笔尖的钢圆珠笔。nib钢需要具有耐腐蚀性，以抵抗与油墨长期接触时球上溶剂的腐蚀。

同时，为了保证球与球座体之间间隙的稳定性，笔尖钢还需要具有耐磨性。

在加工过程中，采用硬质合金钻头以30000 rpm的高速加工，加工误差不超过3微米，这就要求nib钢具有良好的易切削性能。同时，易切削性能还体现在需要对切屑进行精细破碎，如破碎切屑和C形切屑，使废切屑易于快速从工件上分离，减少表面划痕，从而保证笔头内腔复杂结构的完整性。

容易去除的碎屑和C形切屑

笔尖钢是一种易切削不锈钢。它是在铁素体不锈钢中加入一定量的硫、铅、磷等易切削元素制成的特殊钢。

易切削元素的作用机理可以概括为元素及其夹杂物，它不仅可以润滑刀具和钢之间的润滑，而且可以作为应力集中点使切屑变得脆弱。

其中，不同元素的作用方式略有不同。例如，铅元素处于球形粒子的简单状态。在切削过程中产生的摩擦热作用下，低熔点的铅元素熔化析出，在接触面上起到润滑作用，而硫元素与钢中的锰元素形成硫化锰夹杂，从而阻碍钢的连续性，使切屑变短，易于消除。此外，硫化锰在切削力的作用下会沿剪切面延伸，最终降低摩擦阻力。

在切削过程中，易切削元素及其夹杂物可以在刀具和材料之间润滑。

圆珠笔的钢由碳、硅、锰、磷、铜和镍等十多种元素组成，每种元素的含量也不同。选择哪些元素、每种元素的使用量以及每种元素的添加时间将对钢的性能产生影响。

长期以来，笔尖钢的化学成分和技术参数一直掌握在日本、瑞士和其他公司手中。

然而，即使没有技术支持，该项目也很困难。我们克服了这一技术，开发了国产镍钢，并于2017年实现了镍钢的国产化批量生产。从那时起，中国使用的笔尖钢可以自豪地写下“中国制造”的标志。

与国外镍钢相比，我国镍钢的元素组成相似，含量不同，但使用性能仍然非常优异。

当我们使用圆珠笔时，我们可能没有意识到如此小的笔尖需要科学和技术研究来开发材料。我们不仅需要了解金属的微观结构并详细了解其机理，还需要通过不断积累数据、调整参数和设计工艺方法来生产所需的特殊钢。

我们甚至不认为一个小笔尖需要经过800米以上的连续书写和墨水的严格测试才能达到标准并出厂。

可以看出，小型圆珠笔也包含高端制造技术。