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圆珠笔头如何制造的金属按钮

三禾机械网 2022-07-14 17:46:44

2016-12-29 09:30:53来源：贤集网

国作为世界制造业大国，为何我们却无法实现一个小小零件的完全自主研发和生产？“圆珠笔之问”更是“中国制造业之问”。这小小的“圆珠笔芯”，引发了国人“中国能造原子弹，为何造不好圆珠笔芯？一系列”的深思。

在世界上，中国可能是非常独特的一个国家。论制造业规模，中国是当之无愧的世界第一，2015年的工业生产总值达到了美国和日本的总合。论技术实力，中国能够制造具有世界先进水平的火箭、飞船、卫星、原子弹、氢弹、洲际弹道导弹、驱逐舰、战斗机、高铁等等，现在还开始制造航母。放眼整个世界，能够具备制造这么多高技术产品的国家屈指可数。然而，中国却造不好一支书写流畅的圆珠笔，每年要花2亿美元从国外采购圆珠笔笔芯。

这就导致中国3000多家制笔企业、20多万从业工人虽然每年生产400亿支圆珠笔，占世界供应总量的80%，但每支笔的利润却只有微不足道的几厘钱，也就是个苦力钱，丰厚的利润都被日本、瑞士、德国拿走了。能造原子弹却造不好一支小小的圆珠笔，这显然是个很尴尬的对比。那么，问题到底在哪里呢？其实，圆珠笔的核心——笔头看似简单，真做起来却很不容易。就笔头的滚珠而言，中国并不缺乏生产能力，因为生产滚珠的碳化钨钢材极其普通，但让滚珠稳稳滚动却是个精细活儿。

一般笔头的开口处厚度不到0.1毫米，却要承受各种书写姿势带来的压力和摩擦，同时还要和滚珠完全贴合，既要书写流畅，又不能漏油。因此，其硬度、开口大小、油槽位置必须搭配得天衣无缝，笔头的每个参数都要由计算机精确计算到头发丝的十分之一，加工误差不能超过0.003毫米。要造出书写流畅又不怕摔打的圆珠笔芯，就需要非常好的工业模具。在工业上，模具向来被誉为“工业之母”，是一切工业的基础，模具水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。

然而，中国目前不仅不具备生产模具钢的能力，模具设计能力、加工质量也与美、德、瑞、日、法等西方发达国家差距甚大。此外，中国在技能型人才培训方面也比较薄弱，大量从业工人还只具备普通技能，高级技工所占比重很少，而且分布还不均匀。在军工领域，大国工匠还比较多，这是中国能够生产高技术武器的重要原因；但是众多的民用工业领域，技能型人才就很奇缺。我们经常可看到许多企业以“高薪、解决户口、分配住房”等条件招募高级技工，但往往应者寥寥。

所幸的是，国家对此问题已经有了清醒认识，并开始着手解决。一是调整产业结构，淘汰落后和多余的产能，集中力量攻克制约“中国制造”的精密加工问题；二是在人才培养上逐渐加大对技能型人才的培养力度。我们有理由详细，只要持之以恒，中国必将从工业大国转变为工业强国。

一、“制笔大国”核心材料、设备长期依赖进口

圆珠笔易于携带、方便耐用，被广泛的应用到生产、生活中。据统计，包括笔芯在内，中国圆珠笔年产量已达到400多亿支。“从数量上来看，我们是当之无愧的制笔大国，但还不是制笔强国。”中国制笔协会名誉副理事长陈三元说，虽然我国制笔产业很早就形成了，但在2011年我国启动核心材料和设备自主研发项目以前，从易切削钢线材、墨水到加工设备都只能依靠进口。

笔头和墨水是圆珠笔的关键，其中笔头分为笔尖上的球珠和球座体。目前，碳化钨球珠在国内外应用最为广泛，我国已经具有很好的基础，不仅可以满足国内生产需要，还大量出口。但球座体的生产，无论是设备还是原材料，长期以来都掌握在瑞士、日本等国家手中。

据介绍，国外生产设备对原材料的要求相对更高，国产不锈钢线材无法适用，必须依靠日本进口易切削不锈钢线材。同时，与之相匹配的墨水也要从德国、日本等国家进口。从而形成了我国当前圆珠笔产量第一，但核心材料和设备却大量依靠进口的“尴尬”局面。早在上世纪90年代，进口一台生产不锈钢笔头的设备就要400多万人民币。这些年制笔行业中，产业链低端的利润空间在不断降低，压力也越来越大。

二、仿制快、利润微企业缺乏自主研发的动力

据介绍，圆珠笔头的生产对加工的精度、材料的选择上都有很高的要求。笔头上不仅有小“球珠”，里面还有五条引导墨水的沟槽，加工精度都要达到千分之一毫米的数量级。有关专家表示，每一个小小的偏差都会影响笔头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。

1948年，中国第一支国产圆珠笔在上海丰华圆珠笔厂诞生。改革开放以后，在巨大的出口需求带动下，制笔厂如雨后春笋一般出现。但企业散弱小、缺乏科研平台、知识产权保护不足等原因，导致行业成长“内力”不足，一直制约着制笔产业技术创新、产业升级的步伐。

浙江一家文化用品企业表示，公司曾经研发出一款新笔，“当时刚出来的时候净利润6毛8分一支，非常受市场欢迎。但一夜之间，40多家企业都开始生产一模一样的笔，利润一下子降到了每支4毛，这款新笔不久就被跟死了”。

陈三元表示，圆珠笔看似简单，其实涉及到一个国家制工业的方方面面。“相对于钢铁产业，制笔是个体量很小的行业。比如，一家钢铁厂一天的产量，可能就够制笔行业消化一年。”陈三元说，对钢厂而言，这点利润微不足道，它没有动力去搞研发生产，制笔企业也没有足够力量，因而依赖进口。

三、国家6000万支持科研进口价格数量迅速下降

早在2011年的全国两会上，科技部部长万钢就发出类似的感叹：“我国每年生产380亿支圆珠笔，但笔尖珠芯近90%来自进口，墨水80%进口或用进口设备制造。常用的圆珠笔，美国卖1.99美元，我们制笔厂利润才1毛钱。”

高品质的笔珠让国内制笔企业犯了难。圆珠笔笔头上不仅有小“球珠”，而且里面还有五条引导墨水的沟槽，这对工艺的精细化水平提出了极高的要求。据介绍，笔尖的开口口径不到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。笔头球座(俗称碗口)的内孔加工精度要在0.002毫米公差范围之内。

国内制笔企业贝发集团技术负责人徐君道也认为，这种精密的切削加工已不再是一种孤立的加工方法和单纯的工艺问题，而成为一项包含内容极其广泛的系统工程，实现精密切削加工，不仅需要超精密的机床设备和刀具，也需要超稳定的环境条件，最重要的是要有制造笔头的易切削不锈钢材料。

“从产业综合水平看，我们确实只能算中上，比印度、南美的笔质量好，但尚不及美德日韩。”中国制笔协会名誉副理事长陈三元这样认为。为突破圆珠笔技术难题，科技部曾在2011年设立“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目，该项目于2015年3月份通过了验收，实现了一系列技术突破。长期以来，困扰中国制笔行业的“进口依赖”困局，开始被逐渐扭转。

据科技部官网显示，在笔头生产方面，上述项目建成了1000吨/年不锈钢笔头线材生产线、8000万只/年中性针管型弹簧笔头生产线、4000万只/年水性针管型笔头生产线等6条产业化示范生产线，并建成了国产笔头制造24工位机生产示范点。

国家有关部门于2011年启动了“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目，国家拨款近6000万元支持相关科研机构、企业针对中性墨水制造、笔头不锈钢线材、加工设备等开展科技攻关。

陈三元说，我们研制成功易切削不锈钢线材以后，日本的钢材供应商立刻将价格从每吨12.5万元下调到9万元左右。同时，我们还研制成功了两台国产笔头制造设备，建成了多条墨水、新型结构笔头的示范生产线。进口墨水的价格和数量也都在下降。

有关专家表示，一个小小圆珠笔的问题，也是我国制造业很多领域都面临的问题。科技创新的步伐不能停顿，应加大投入完善产学研平台，我们的制笔技术在提升，国外也在不停进行技术更新，要坚持不懈的追赶超越，还需要培养精益求精的“工匠精神”，这都是中国从一个制笔大国走向制笔强国不可缺少的。