不同墨水的粘度、润滑度等性能各不相同,不同厂家生产的笔头材料和加工精度存在差异,为了保证中性笔的书写性能,一种墨水只能与特定的笔头匹配。目前,我国的优质墨水主要依赖进口,笔头结构仿制国外笔头。我国在中性墨水与笔头的匹配方面缺乏理论依据,两者的匹配问题是我国制笔行业所面临的一个关键技术难题。为解决这一难题,本文以韩国友爱牌The Black 33s黑色中性墨水与670/0.5笔头的匹配为对象进行了匹配的理论研究,结合实验结果,建立了墨水与笔头匹配的仿真模型,进行数值模拟计算,得到笔头各结构参数对出墨量的影响,并将研究结果运用于670/0.5笔头的结构参数优化,最后对中性笔的书写性能进行测试。首先,通过实验测定墨水的流体流变特性,基于流变学基础理论与流变模型,构建墨水流动的数学模型。其次,考虑墨水流变特性、笔头结构、纸张、球珠表面的油墨层厚度、球珠压入纸面的深度、球珠转速等因素的影响,建立了墨水与笔头匹配的仿真模型,并利用有限元软件进行了出墨量的仿真计算,通过实验研究纸张和加工误差对出墨量的影响,验证了仿真模型与仿真结果的准确性。然后,根据仿真模型,采用控制变量法,研究了笔头各项结构参数与出墨量的关系,得到各参数对出墨量的影响规律。研究发现,笔头的碗口直径和压珠深度是影响出墨量的最主要因素。最后,根据笔头各结构参数对出墨量的影响规律,对笔头进行结构参数优化,优化结果与现有进口670/0.5笔头的实测尺寸非常接近;通过实验与仿真相结合的方法研究了书写速度对出墨量的影响,同时对670/0.5笔头进行出墨量及出墨量变化率、书写润滑度、积滴墨和初写性能四项书写性能测试,结果表明其书写性能良好。总之,本文通过墨水与笔头匹配的仿真模型建立及影响因素的研究,揭示了墨水与笔头匹配的内在机理,为我国制笔企业在解决墨水和笔头的匹配问题上提供了理论依据。