圆珠笔头的制造难度有多大

◎任志方

据中国制笔协会名誉副理事长陈三元介绍,圆珠笔头分为笔尖上的球珠和球座体。油性圆珠笔头的圆珠由黄铜、钢或者碳化钨制成;水性圆珠笔头的圆珠则采用不锈钢、硬质合金或氧化铝等材料制成。由这些材料制成的圆珠笔,要满足在同一个角度下,连续不断地书写800米且不出现断线的情况才算合格。

其中,球珠用的碳化钨的硬度比钢的硬度高数倍,仅比金刚石的稍微差一点。直径0.5毫米到1.0毫米的碳化钨球珠,我国不仅可以满足国内生产需要,还大量出口。其制造工艺和轴承滚珠的类同,主要是采用滚珠旋压成型技术,用钢丝冲剪,或成型锻压成小方块,再磨成圆珠,需要专用的滚珠凹模座,它的精度与旋压力、转速有关。

在实际生产过程中,碳化钨先被制成比标准尺寸略大的小颗粒,散铺在一个带沟槽的板上,并使这些小颗粒进入圆形沟槽,仅露出其顶部。然后放上一块又重又平的顶盘,压在这些小颗粒上面,在两盘之间注入研磨油,使这些小颗粒浸泡在含有粉末状金刚石的润滑混合物中。

接着转动下盘,使这些碳化钨小颗粒在圆形槽内不断地翻腾滚动,在槽壁、顶盘以及相互之间不断地接触,金刚石粉末不断地把这些小颗粒的边角研磨掉,使它们逐渐变得又圆又光。研磨过程还要停下来几次,将这些小圆珠取出洗净,进行测试,直到生产出光滑度适中、符合标准的小圆球为止。

这一产品真正的设计难点在于怎样把这么小的圆球,在极大的生产数量下,做到相同的尺寸。这里的高精度、高互换性是基于整个制造体系的严谨得到的。

笔头的另外一部分,直径仅有2.3毫米的球座体,无论是生产设备还是原材料,此前都长期掌握在瑞士、日本等国家手中。关键部位的尺寸精度要求在两微米之内,表面粗糙度要求为0.4微米,在笔头最顶端的地方,也就是放小圆珠的地方,厚度仅有0.3毫米到0.4毫米。由于后期要进行高精度的加工,既要容易切削,加工时又不能开裂,对不锈钢原材料提出了极高的性能要求。

加工这种球座体所用到的机床,是专用于加工镍白铜和不锈钢水性、中性圆珠笔头的自动加工机床,只要将冲成一定长度的坯料加入料斗后,机床就能自动完成从进料夹紧、分多次钻削内孔、车外圆、锥面、镗珠座孔、冲气槽、装球珠、收口、压珠直至出料的加工装配全过程。

圆珠笔头对加工精度的要求极高,由于笔头上不仅有小球珠,里面还有5条引导墨水的沟槽,生产加工中一个小小的偏差都会影响书写的流畅度和笔的使用寿命,笔尖的开口厚度不到0.1毫米,还要考虑到书写角度和压力,球珠与笔头、墨水沟槽位必须搭配得“天衣无缝”,加工误差不能超过0.003毫米。以来自瑞士公司的笔头一体化生产设备为例,生产一个小小的圆珠笔头需要20多道工序。

 (小鸽摘自《齐鲁晚报》2017年1月12日)

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