圆珠笔|圆珠笔有多难造？你童年的书包里其实装着高科技_生活

出品：科普中国
制作：Vivian（北京航空航天大学）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
小时候期待开学的原因之一，是又可以买新文具了。很多人不知道，看上去普普通通的文具，其实用到的技术并不普通。

图片来源：veer图库做一支圆珠笔，很难么？
圆珠笔之所以能流畅地出墨，是因为在书写的过程中，圆珠笔头的小球珠在与纸张接触时产生的摩擦力作用下滚动，从而将笔芯中的油墨带出，形成笔迹。
简单来说，圆珠笔头的构造就是将一个球珠嵌在球座体的顶端，使球珠能够平滑地转动，且不容易从球座体中脱落。
然而，这样一个简单的设计，对于球珠的要求可不简单。

圆珠笔头（图片来源：Veer图库）圆珠笔头的制造主要有三个技术难点。首先，为了保证平滑的书写体验，球珠与球座体之间的配合至关重要。球珠和球座体之间的间隙大约为5微米，若间隙过小，墨水便不能顺滑流出；若间隙过大，则会导致漏墨，甚至使球珠从笔尖上脱落。
其次，在书写的过程中，由于笔尖球珠与纸张不断摩擦，球珠与球座体之间的间隙会逐渐变大。久而久之，油墨容易从缝隙中漏出来，影响书写。
此外，圆珠笔尖有极高的加工精度和装配精度。笔尖内有高低不平的台阶和引导墨水的导油槽，每个导油槽的加工精度都要求在1微米。
以上这些因素，都对圆珠笔球体用的材料性能提出了较高的要求。

圆珠笔笔头内部结构（图片来源：参考文献1）寻找特种钢材——“笔尖钢”
制作圆珠笔球珠的材料经历了不断地发展，早期的铅黄铜、镍白铜由于抗腐蚀性较差，目前已经基本淘汰。现有包括不锈钢球珠、碳化钨球珠和陶瓷球珠在内的不同规格材料可供使用，其中，不锈钢已成为圆珠笔笔尖最常用的材料。
圆珠笔用的钢材有一个专用名字——笔尖钢。笔尖钢需要有耐锈蚀的性能，以抵抗长时间与墨水接触的过程中，溶剂等对球体的腐蚀。
同时，为了保证球体与球座体之间的间隙稳定，笔尖钢还需要具备耐磨损的性能。
在加工过程中，会使用硬质合金钻头以30000rpm的高转速加工，且加工误差不能超过3微米，这又要求笔尖钢具备良好的易于切削的性能。同时，易切削性能还体现在切屑需细碎，如崩碎屑和C形屑，使废屑易于快速脱离工件，减少划伤表面，以保证笔头内腔复杂结构的完整。

圆珠笔|圆珠笔有多难造？你童年的书包里其实装着高科技

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