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小小国产圆珠笔头,能制造能制造多大难度?

2017-07-20 16:31 消息来源:每日中国

能生产飞机汽车,却生产不了小小圆珠笔头。李克强总理的“圆珠笔头之问”一度难倒了中国制造业,1月10日,太原钢铁集团有限公司宣布,目前,太钢已具备圆珠笔笔头“笔尖钢”批量生产能力,未来两年将有望完全占据国内市场,替代进口。历时5年研发,还受到总理关注,一个小小的圆珠笔头,制造难度到底有多大?

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一颗小圆珠笔珠 需研磨几十个小时

制造一个圆珠笔头难度有多大,这得先从材料和制造工艺说起。

据中国制笔协会名誉副理事长陈三元介绍,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米不出现断线情况才算合格。

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其中,球珠用的碳化钨比钢硬度高数倍,仅比金刚石稍微差一点。直径0.5-1.0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类同,主要是采用滚珠旋压成形技术,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,碳化钨先被制成标准尺寸略大的小颗粒,铺散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。    

接着转动起下盘,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。

在这个过程中,小圆球太光滑了就粘不上墨汁,也就不能写字。生产一颗碳化钨的小圆珠笔珠大约需要断断续续地研磨几十个小时。

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工业体系的严谨才能得到的。

加工一个圆珠笔头 需要二十多道工序

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个微米,表面粗糙度要求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,加工时还不能开裂,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,加工装配全过程。也适用于其他带深孔的微型轴类零件,如打火机气嘴、自行车气门芯等的加工。

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”,里面还有五条引导墨水的沟槽,生产加工中每一个小小的偏差都会影响书写的流畅度和使用寿命,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二十多道工序。

国内钢企历时5年 研发出笔头材料

所以,有专家说,制造一个圆珠笔头,其实就两个问题。首先是材料,就是添加剂的微量金属在钢铁里分布均匀的问题,二是加工精度问题,也就是机床的操作能力。

为了给数百亿支圆珠笔安上中国笔头,国家早在2011年就开启了这一重点项目的攻关。

“我们还不具备生产模具钢的能力,包括圆珠笔头上的‘圆珠’,目前仍然需要进口。这都需要调整结构。”在李克强总理于2016年6月提出该问题后,2016年9月,太钢集团制造出了第一批用于圆珠笔笔头上不锈钢材料。

 

据媒体报道,太钢集团技术中心高级工程师王辉绵认为,钢材要制造成笔头,必须用很多特殊的微量元素,把钢材调整到最佳性能,微量元素配比的每一个细微变化都会影响着钢材质量,这个配比找不到,中国的制笔行业永远都需要进口笔尖钢。因为开发这个产品没有可借鉴的资料,为了提炼材料,一个成分的配比都是从几十公斤开始炼,各种成分加入多少这个次数没法统计了。

没有可借鉴资料,成分配比从几十公斤开始炼……为找到国外守口如瓶的保密配方,科研团队重在摸清笔尖钢的成分配比这一环节,在切削性和加工性上寻求平衡点,最终在笔头用不锈钢材料的7大类工艺难题上取得突破。

据媒体报道,工艺突破的灵感来自“和面”。在技术人员眼中,“面”要想和得软硬适中,就要加入新“料”。相应地,钢水里要加入工业添加剂,如果能把普通块状添加剂变细、变薄,钢水和添加剂就会融得更加均匀,这样就可以增强切削性。经过五年数不清的失败,在电子显微镜下,太钢集团终于看到了“添加剂”分布均匀的笔尖钢,试验在2016年9月取得成功。

2017年1月10日,太钢正式对外宣布,成功研发“笔尖钢”,百亿支圆珠笔有望安上“中国笔头”。

 

 

 
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本文关键词:小小圆珠笔 国产圆珠笔头