圆珠笔有多难造？你童年的书包里其实装着高科技-盎真小谈

年轻时盼望上学的原因之一是可以再次购买新文具。很多人不知道，看似普通的文具的实用技术并不普通。

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图片来源：veer画廊

第1部分

圆珠笔做起来难吗？

圆珠笔之所以能顺利出墨，是因为在书写过程中，圆珠笔头的小球在与纸张接触时产生的摩擦力作用下滚动，从而带来将笔芯中的墨水挤出来。表格手写。

简单来说，圆珠笔头的结构就是在球座体的顶部嵌入一个球体，使球体转动顺畅，不易从球座体上脱落。

然而，如此简单的设计，对球的要求并不简单。

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圆珠笔头丨图片来源：Veer Gallery

圆珠笔头的制造主要有三大技术难点。首先，为了保证流畅的书写体验，球体与球座体的配合非常重要。球与球座体之间的间隙约为5微米。如果间隙太小，墨水不能顺利流出；如果间隙过大，会造成漏墨，甚至导致钢珠从笔尖上脱落。

其次，在书写过程中，由于笔尖圆珠与纸的不断摩擦，圆珠与圆珠座体之间的间隙会逐渐变大。久而久之，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。笔尖有不平的台阶和导油槽，用于导墨。每个导油槽的加工精度要求为1微米。

以上因素都对圆珠笔球体的材料性能提出了更高的要求。

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圆珠笔笔尖内部结构丨图片来源：参考文献[1]

第2部分

寻找特殊钢-“笔尖钢”

制作圆珠笔球材料经历了不断的发展。早期的铅黄铜和镍镍白铜由于耐蚀性差，已基本淘汰。目前有不锈钢球、碳化钨球、陶瓷球等不同规格的材料可供选择。其中，不锈钢成为圆珠笔笔尖最常用的材料。

用于圆珠笔的钢有一种特殊的名称——笔尖钢。笔尖钢需要具有防锈性，以抵抗长期接触墨水时溶剂对球体的腐蚀。

同时，为了保护球体与球座间隙稳定，笔尖钢需具备耐磨性。

在加工过程中，会使用硬质合金钻头以3万转的高速加工，加工误差不能超过3微米，这就要求笔尖钢具有良好的易切削性能。同时，切削性能还体现在需要对切屑进行精细切屑，如切屑和C形切屑，使废屑易于快速与工件分离，减少表面划伤，保证笔内腔复杂结构的完整性。

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轻松排除碎屑和C形屑丨图片来源：参考[5]

笔尖钢是一种易切削不锈钢，是一种特殊钢。用于铁素体不锈钢中加入一定量的硫、铅、磷等易切削元素制成。

易切削元素的作用机理可以概括为元素及其形成的夹杂物，它不仅可以在刀具和钢之间起到润滑作用，而且还可以作为应力集中点使切屑脆化。

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基本状态。在切割时产生的摩擦和热量下，熔点较低的铅元素熔化析出，在接触面上起润滑作用；硫元素可与钢中的锰元素形成硫化锰夹杂物。因此，挡住了钢材的连续性，使切屑短，易于清除。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，易切削元素和形成的夹杂物可以在刀具和材料之间提供润滑。

第三部分

征服“中国制造”笔尖钢！

圆珠笔球体的钢是由碳、硅、锰、磷、铜、镍等十多种元素组成，每种元素的含量也不同。选用哪些元素，每种元素用量多少，每种元素什么时候添加等等，都会对钢材的性能产生影响。

长期以来，笔尖钢的化学成分和技术参数掌握在日本、瑞士等公司手中。

但是，即使没有技术支持，项目难度大，我们还是攻克了这个技术，研发了国产笔尖钢，并在2017年实现了笔尖钢的国产量产。从此，我国使用的笔尖钢可以自豪地标有“中国制造”标志。

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图片来源：veer画廊

与国外笔尖钢相比，我们的笔尖钢元素成分在种类和含量上都差不多，但性能还是很好的.

当我们使用圆珠笔时，我们可能没有意识到这么小的笔尖需要科学研究来开发材料。我们不仅需要了解金属的显微组织，详细了解其机理，还需要通过不断积累数据、调整参数、设计工艺方法，才能制造出所需的特殊钢。

我们甚至不认为一个小笔尖要经过800米以上的连续书写和上墨的严格测试才能达到标准出厂。

有时我们觉得科学研究离我们很远，却不知道它已经渗透到生活的方方面面，只等我们去解码。

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