氣動釘槍工作原理及其典型問題分析

楊 忠

（ 江蘇蘇美達五金工具有限公司 江蘇南京 210061 ）

氣動釘槍工作原理及其典型問題分析

楊 忠

（ 江蘇蘇美達五金工具有限公司 江蘇南京 210061 ）

摘要通過對氣動釘槍主要部件組成和功能闡述，簡要描述氣動釘槍的工作原理，列舉實際使用中易出現(xiàn)的典型問題并加以分析，對使用者起到一定的普及作用。

關鍵詞氣動釘槍 部件組成 工作原理 問題分析

0　引言

氣動釘槍是一種在建筑、裝潢、包裝、家具生產(chǎn)等領域中常用的氣動打釘設備。它以壓縮空氣為動力，利用沖擊氣缸的原理，將釘子以高速射出。氣動釘槍內部采用安全氣壓，不消耗燃料，排氣中無任何污染物質，附帶聯(lián)動安全保險架裝置，屬于安全環(huán)保類高速自動化工具，廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)和家庭裝潢等場所。

1　概述

1.1組件歸類

基于氣釘槍功能結構特點，劃分氣釘槍組成：上鋁蓋組件、槍體組件、槍嘴組件、彈夾組件、開關組件、進氣蓋組件。槍體組件含有氣缸體、活塞、撞針及槍體等。

根據(jù)產(chǎn)品的功能特點，氣釘槍可分為儲送釘系統(tǒng)、操縱控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、本體系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等五大系統(tǒng)。

1.2功能簡介

槍體組件是氣動釘槍的核心所在，主要包括槍本體、氣缸體、活塞和撞針組件等。槍本體帶有高壓氣體的流道和儲氣室。儲氣室和氣缸的大小直接關系到打釘力度，所以，在釘槍的設計中，一般根據(jù)打釘?shù)哪芰碛嬎銉馐胰萘亢蜌飧左w內徑。活塞和撞針是相連的組件，撞針是直接撞擊并擊發(fā)釘子的機械部件。

彈夾組件含有送釘組件、固定彈夾和活動彈夾。固定彈夾的結構決定槍體打釘規(guī)格種類和彈夾儲釘能力，依據(jù)固定彈夾上筋條的設計決定可用直釘?shù)亩喾N規(guī)格。送釘組件負責將整排釘子向槍嘴組件內輸送，一般會與活動彈夾組裝在一起進行工作。

槍嘴組件一般分固定槍嘴、活動槍嘴和彈性導釘條三大部件，槍嘴上的釘槽和兩個槍嘴（固定槍嘴、活動槍嘴）組裝間隙是每次打釘、出釘質量的關鍵，必須保證每次動作后，單顆釘子順利射出。同時，導釘條與槍嘴間的配合間隙也是關系到出釘質量的重要因素。

上鋁蓋組件，帶有儲氣室，進氣通道、排氣通道和平衡閥，工作過程主要是結合開關組件功能，通過進排氣通道與平衡閥配合，使平衡閥打開和關閉實現(xiàn)氣缸內活塞上下運動。

開關組件含有閥門控制裝置，通過接通和切斷槍體儲氣室內的氣體與平衡閥及氣缸體內的連通實現(xiàn)控制功能。

2　原理

氣動釘槍的結構如圖1所示。釘槍通過氣嘴接頭與氣源快速連接，以壓縮空氣為動力源，主要依靠不同氣道間氣體壓力的平衡和失衡進行工作。壓縮空氣儲存在儲能腔內，當扳機扣動時，引氣管內壓縮空氣壓力降至大氣壓，柱塞閥兩端的壓力差使其開啟，壓縮空氣從閥開口涌入，沖擊活塞撞針，從而完成一次快速打釘?shù)膭幼鬟^程。

圖1　氣動釘槍結構簡圖

氣動釘槍工作過程：扳動扳機后平衡閥向上移動，高壓氣體進入外缸推動活塞向下運動。氣缸壁上分布有流場中的關鍵結構——阻尼孔。這些阻尼孔通常均布在氣缸某一高度的同一圓周上，作用是連通內外缸，使內缸的高壓氣體經(jīng)由阻尼孔進入外缸。在活塞未到達阻尼孔所在的位置時，阻尼孔內外氣體壓力相同，均為大氣壓。在密封圈的作用下，阻尼孔處于封閉狀態(tài)；當活塞運動到阻尼孔以下時，阻尼孔所連通的是內缸上部空間和外缸，此時內缸上部氣體處于高壓狀態(tài)，而外缸氣體壓力與大氣壓相同，阻尼孔內外存在壓力差，于是密封圈開啟，高壓氣體由內缸上部進入到外缸中。當活塞運動至氣缸底部極限位置與緩沖墊相接觸時，打釘過程結束，同時外缸充氣過程結束，阻尼孔再次封閉，活塞進入回程階段。在回程階段中，活塞上部的內缸空間與大氣相通，內缸下部空間通過圖1中所示的通氣槽結構與外缸相通，高壓氣體進入到氣缸下部，活塞在上下壓力差的作用下實現(xiàn)回程。由此可見，回程的主要動力來自于外缸所充滿的高壓氣體，如果外缸氣體壓力低于活塞回程所需額定壓力，則會出現(xiàn)回程遲滯現(xiàn)象，而外缸氣體壓力和外缸充氣時間與阻尼孔大小和數(shù)量有直接關系。

3　分析

3.1漏氣

漏氣問題主要存在于密封的連接處和槍體自身。

3.1.1連接處漏氣

針對連接處的漏氣問題，以開關閥門漏氣為例，分為高壓狀態(tài)漏氣和低壓狀態(tài)漏氣兩種情況。即高壓未擊發(fā)狀態(tài)下漏氣，接通氣源，不扣動扳機時，撞針向下運動，并且開關伴有漏氣現(xiàn)象；未擊發(fā)狀態(tài)，100 psi高壓氣源下正常，70 psi低壓氣源下漏氣，嚴重漏氣狀態(tài)下機器不能擊發(fā)。

高壓未擊發(fā)狀態(tài)漏氣分析：開關內閥上的O型圈密封不牢靠造成。實際生產(chǎn)中，由于開關螺帽、開關內閥直徑、圓度和同心度以及O型圈的線徑等存在一定的誤差，一旦累計誤差超過設計要求，O型圈的擠壓變形量過小，就不能形成有效密封，儲氣室內的高壓氣體經(jīng)開關螺帽和開關內座間的縫隙泄漏。同時，由于開關內閥前后側空氣的壓差減小，一旦壓差大于開關內壓縮彈簧的彈力，也會造成漏氣。當O型圈組裝或開關螺帽放置不當時，開關內閥在開關內座中易發(fā)生傾斜，開關內閥前端溝槽中的O型圈易被螺母擠出或被蹭出溝槽。

低壓未擊發(fā)狀態(tài)下的漏氣分析：開關內閥中間的O型圈和開關內座前端錐面密封不良。作用在開關內閥上的壓力使開關內閥中間O型圈的變形量達不到密封要求。主要原因是O型圈外觀質量不達標、開關內座前端錐面的形狀或位置超差、開關內閥中間油封溝槽的直徑和圓度超差等造成。

上述高壓和低壓狀態(tài)下的漏氣問題可通過提高零部件的加工精度、材料質量以及改進裝配工藝等措施解決。

3.1.2槍體自身漏氣

槍體自身漏氣問題存在于槍體的自身，主要是澆鑄造成。由于模具設計或制造上以及澆鑄工藝的疏忽，槍體澆鑄后，槍體內部可能形成氣孔或砂眼，在槍體承受高壓氣體時即會產(chǎn)生漏氣。另外，后期加工的疏忽，也會給槍體局部帶來裸眼觀察不到的裂紋，造成漏氣。這類漏氣問題可以通過模具設計時，從澆口和流道，修模以及改善澆鑄工藝等解決。

3.2浮釘、卡釘和彎釘

釘槍在實際使用中會出現(xiàn)浮釘、卡釘和彎釘?shù)葐栴}，特別是遇到硬木時，問題出現(xiàn)會更加頻繁。發(fā)生這些問題的原因主要是工作時槍嘴與工件表面的接觸力不足、槍嘴內出釘槽設計或加工尺寸偏差、槍體瞬間打釘力量不夠造成。

氣釘槍工作時，需要槍嘴（或保險架）接觸到工件表面，并有一定的預壓力作用在槍頭。如果接觸力不足，在槍體瞬間擊發(fā)釘子時，受釘子進入木體時的反作用力，槍體會反向回彈，作用在釘子上的打釘力量會因此削弱，從而使打釘力量不足，導致浮釘或彎釘。

槍嘴內出釘槽尺寸偏差大或導釘條強度、彈性不足是造成釘子卡釘或彎釘?shù)闹匾蛩亍３鲠敳鄢叽缙畲蠡蛘邔п敆l強度和彈性不足，給釘子在槍嘴內的變形留有了空間。當釘子兩端同時受到壓力時，釘子就會在中間部位出現(xiàn)彎曲變形，從而導致釘子在槍嘴內卡釘或釘子擊發(fā)后呈彎曲形狀（彎釘），甚至是趴釘。此種情況下，還需要檢查釘子自身尺寸是否標準，如尺寸不一，也是這種現(xiàn)象出現(xiàn)的常見原因。

氣動釘槍瞬間爆發(fā)的打釘力量不足，也會造成浮釘或卡釘?shù)染C合問題。排查主要原因一般為氣源壓力不夠或是進排氣的時間上不一致，進排氣之間形成了提前或滯后的時間差，從而使得釘槍瞬間爆發(fā)的打釘力量不足。

3.3緩沖墊破損

緩沖墊位于槍頭內氣缸的底部，下部緊貼在槍嘴上表面，是活塞運動到氣缸底部處于活塞和槍體之間的緩沖部件。當活塞到達下端時，在活塞的作用力下，緩沖墊經(jīng)壓縮產(chǎn)生徑向變形，該徑向變形又受到氣缸的約束作用。除活塞直接的沖擊力，緩沖墊還受到缸體內高壓氣體的作用力，極易受到磨損或破損。因此，其材料的選用是提高自身使用壽命的關鍵因素。作為緩沖部件，既要具有一定的彈性，又要承受高壓沖擊力，橡膠材料是比較合適的選擇，能很好滿足使用要求。

為了提高橡膠緩沖墊的使用壽命，在實際使用中往往會在其上表面增加一個金屬擋圈，與活塞直接接觸，從而有效提高緩沖墊的使用壽命。

4　結論

氣動釘槍作為典型的手持式氣動工具，已被廣泛應用于建筑裝潢、家具生產(chǎn)以及包裝制造等行業(yè)。文章簡要地闡述了氣動釘槍的工作原理，對各組成部件進行了描述，列舉了實際使用中易出現(xiàn)的典型問題，既對普通的消費者起到普及作用，也對生產(chǎn)制造者和維修人員起到了一定的參考作用。

參考文獻：

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[4]陳中哲，章巧芳，等.氣動釘槍橡膠緩沖墊的動力學仿真分析[J].機械設計與制造工程，2013（3）.

中圖分類號TH47 文獻標示碼A

文章編號1674-1796（2014）01-0016-03

[收稿日期]2013-12-20

[作者簡介]楊忠（1977-），男，碩士研究生，工程師，主要從事產(chǎn)品質量控制及質量管理工作。

The Analysis of Typical Problems and Working Principle of the Pneumatic Nailer

Yang Zhong
(Jiangsu SUMEC hardware & tools Co., LTD., Nanjing 210032, China)

Abstract:Through introducing the main components and functions, this essay briefly describes the working principle of the pneumatic nailer, analyzes the typical problems in using and promotes good effects on ordinary users.

Key words:Pneumatic nailerComponent partsPrinciple of workAnalysis of the problem