气动钉枪工作原理及其典型问题分析

杨 忠

（ 江苏苏美达五金工具有限公司 江苏南京 210061 ）

气动钉枪工作原理及其典型问题分析

杨 忠

（ 江苏苏美达五金工具有限公司 江苏南京 210061 ）

摘要通过对气动钉枪主要部件组成和功能阐述，简要描述气动钉枪的工作原理，列举实际使用中易出现的典型问题并加以分析，对使用者起到一定的普及作用。

关键词气动钉枪 部件组成 工作原理 问题分析

0　引言

气动钉枪是一种在建筑、装潢、包装、家具生产等领域中常用的气动打钉设备。它以压缩空气为动力，利用冲击气缸的原理，将钉子以高速射出。气动钉枪内部采用安全气压，不消耗燃料，排气中无任何污染物质，附带联动安全保险架装置，属于安全环保类高速自动化工具，广泛地应用于工业生产和家庭装潢等场所。

1　概述

1.1组件归类

基于气钉枪功能结构特点，划分气钉枪组成：上铝盖组件、枪体组件、枪嘴组件、弹夹组件、开关组件、进气盖组件。枪体组件含有气缸体、活塞、撞针及枪体等。

根据产品的功能特点，气钉枪可分为储送钉系统、操纵控制系统、动力系统、本体系统和辅助系统等五大系统。

1.2功能简介

枪体组件是气动钉枪的核心所在，主要包括枪本体、气缸体、活塞和撞针组件等。枪本体带有高压气体的流道和储气室。储气室和气缸的大小直接关系到打钉力度，所以，在钉枪的设计中，一般根据打钉的能力来计算储气室容量和气缸体内径。活塞和撞针是相连的组件，撞针是直接撞击并击发钉子的机械部件。

弹夹组件含有送钉组件、固定弹夹和活动弹夹。固定弹夹的结构决定枪体打钉规格种类和弹夹储钉能力，依据固定弹夹上筋条的设计决定可用直钉的多种规格。送钉组件负责将整排钉子向枪嘴组件内输送，一般会与活动弹夹组装在一起进行工作。

枪嘴组件一般分固定枪嘴、活动枪嘴和弹性导钉条三大部件，枪嘴上的钉槽和两个枪嘴（固定枪嘴、活动枪嘴）组装间隙是每次打钉、出钉质量的关键，必须保证每次动作后，单颗钉子顺利射出。同时，导钉条与枪嘴间的配合间隙也是关系到出钉质量的重要因素。

上铝盖组件，带有储气室，进气通道、排气通道和平衡阀，工作过程主要是结合开关组件功能，通过进排气通道与平衡阀配合，使平衡阀打开和关闭实现气缸内活塞上下运动。

开关组件含有阀门控制装置，通过接通和切断枪体储气室内的气体与平衡阀及气缸体内的连通实现控制功能。

2　原理

气动钉枪的结构如图1所示。钉枪通过气嘴接头与气源快速连接，以压缩空气为动力源，主要依靠不同气道间气体压力的平衡和失衡进行工作。压缩空气储存在储能腔内，当扳机扣动时，引气管内压缩空气压力降至大气压，柱塞阀两端的压力差使其开启，压缩空气从阀开口涌入，冲击活塞撞针，从而完成一次快速打钉的动作过程。

图1　气动钉枪结构简图

气动钉枪工作过程：扳动扳机后平衡阀向上移动，高压气体进入外缸推动活塞向下运动。气缸壁上分布有流场中的关键结构——阻尼孔。这些阻尼孔通常均布在气缸某一高度的同一圆周上，作用是连通内外缸，使内缸的高压气体经由阻尼孔进入外缸。在活塞未到达阻尼孔所在的位置时，阻尼孔内外气体压力相同，均为大气压。在密封圈的作用下，阻尼孔处于封闭状态；当活塞运动到阻尼孔以下时，阻尼孔所连通的是内缸上部空间和外缸，此时内缸上部气体处于高压状态，而外缸气体压力与大气压相同，阻尼孔内外存在压力差，于是密封圈开启，高压气体由内缸上部进入到外缸中。当活塞运动至气缸底部极限位置与缓冲垫相接触时，打钉过程结束，同时外缸充气过程结束，阻尼孔再次封闭，活塞进入回程阶段。在回程阶段中，活塞上部的内缸空间与大气相通，内缸下部空间通过图1中所示的通气槽结构与外缸相通，高压气体进入到气缸下部，活塞在上下压力差的作用下实现回程。由此可见，回程的主要动力来自于外缸所充满的高压气体，如果外缸气体压力低于活塞回程所需额定压力，则会出现回程迟滞现象，而外缸气体压力和外缸充气时间与阻尼孔大小和数量有直接关系。

3　分析

3.1漏气

漏气问题主要存在于密封的连接处和枪体自身。

3.1.1连接处漏气

针对连接处的漏气问题，以开关阀门漏气为例，分为高压状态漏气和低压状态漏气两种情况。即高压未击发状态下漏气，接通气源，不扣动扳机时，撞针向下运动，并且开关伴有漏气现象；未击发状态，100 psi高压气源下正常，70 psi低压气源下漏气，严重漏气状态下机器不能击发。

高压未击发状态漏气分析：开关内阀上的O型圈密封不牢靠造成。实际生产中，由于开关螺帽、开关内阀直径、圆度和同心度以及O型圈的线径等存在一定的误差，一旦累计误差超过设计要求，O型圈的挤压变形量过小，就不能形成有效密封，储气室内的高压气体经开关螺帽和开关内座间的缝隙泄漏。同时，由于开关内阀前后侧空气的压差减小，一旦压差大于开关内压缩弹簧的弹力，也会造成漏气。当O型圈组装或开关螺帽放置不当时，开关内阀在开关内座中易发生倾斜，开关内阀前端沟槽中的O型圈易被螺母挤出或被蹭出沟槽。

低压未击发状态下的漏气分析：开关内阀中间的O型圈和开关内座前端锥面密封不良。作用在开关内阀上的压力使开关内阀中间O型圈的变形量达不到密封要求。主要原因是O型圈外观质量不达标、开关内座前端锥面的形状或位置超差、开关内阀中间油封沟槽的直径和圆度超差等造成。

上述高压和低压状态下的漏气问题可通过提高零部件的加工精度、材料质量以及改进装配工艺等措施解决。

3.1.2枪体自身漏气

枪体自身漏气问题存在于枪体的自身，主要是浇铸造成。由于模具设计或制造上以及浇铸工艺的疏忽，枪体浇铸后，枪体内部可能形成气孔或砂眼，在枪体承受高压气体时即会产生漏气。另外，后期加工的疏忽，也会给枪体局部带来裸眼观察不到的裂纹，造成漏气。这类漏气问题可以通过模具设计时，从浇口和流道，修模以及改善浇铸工艺等解决。

3.2浮钉、卡钉和弯钉

钉枪在实际使用中会出现浮钉、卡钉和弯钉等问题，特别是遇到硬木时，问题出现会更加频繁。发生这些问题的原因主要是工作时枪嘴与工件表面的接触力不足、枪嘴内出钉槽设计或加工尺寸偏差、枪体瞬间打钉力量不够造成。

气钉枪工作时，需要枪嘴（或保险架）接触到工件表面，并有一定的预压力作用在枪头。如果接触力不足，在枪体瞬间击发钉子时，受钉子进入木体时的反作用力，枪体会反向回弹，作用在钉子上的打钉力量会因此削弱，从而使打钉力量不足，导致浮钉或弯钉。

枪嘴内出钉槽尺寸偏差大或导钉条强度、弹性不足是造成钉子卡钉或弯钉的重要因素。出钉槽尺寸偏差大或者导钉条强度和弹性不足，给钉子在枪嘴内的变形留有了空间。当钉子两端同时受到压力时，钉子就会在中间部位出现弯曲变形，从而导致钉子在枪嘴内卡钉或钉子击发后呈弯曲形状（弯钉），甚至是趴钉。此种情况下，还需要检查钉子自身尺寸是否标准，如尺寸不一，也是这种现象出现的常见原因。

气动钉枪瞬间爆发的打钉力量不足，也会造成浮钉或卡钉等综合问题。排查主要原因一般为气源压力不够或是进排气的时间上不一致，进排气之间形成了提前或滞后的时间差，从而使得钉枪瞬间爆发的打钉力量不足。

3.3缓冲垫破损

缓冲垫位于枪头内气缸的底部，下部紧贴在枪嘴上表面，是活塞运动到气缸底部处于活塞和枪体之间的缓冲部件。当活塞到达下端时，在活塞的作用力下，缓冲垫经压缩产生径向变形，该径向变形又受到气缸的约束作用。除活塞直接的冲击力，缓冲垫还受到缸体内高压气体的作用力，极易受到磨损或破损。因此，其材料的选用是提高自身使用寿命的关键因素。作为缓冲部件，既要具有一定的弹性，又要承受高压冲击力，橡胶材料是比较合适的选择，能很好满足使用要求。

为了提高橡胶缓冲垫的使用寿命，在实际使用中往往会在其上表面增加一个金属挡圈，与活塞直接接触，从而有效提高缓冲垫的使用寿命。

4　结论

气动钉枪作为典型的手持式气动工具，已被广泛应用于建筑装潢、家具生产以及包装制造等行业。文章简要地阐述了气动钉枪的工作原理，对各组成部件进行了描述，列举了实际使用中易出现的典型问题，既对普通的消费者起到普及作用，也对生产制造者和维修人员起到了一定的参考作用。

参考文献：

[1]傅赛珍，姜献峰.基于重用技术的气动钉枪配置设计[J].轻工机械，2009（8）.

[2]毕向秋，章巧芳.气动钉枪外缸充气过程数值模拟及特性参数[J].轻工机械，2007（12）.

[3]耿志雄，冯志华.气动钉枪工作原理及漏气问题改善[J].苏州大学学报，2010（4）.

[4]陈中哲，章巧芳，等.气动钉枪橡胶缓冲垫的动力学仿真分析[J].机械设计与制造工程，2013（3）.

中图分类号TH47 文献标示码A

文章编号1674-1796（2014）01-0016-03

[收稿日期]2013-12-20

[作者简介]杨忠（1977-），男，硕士研究生，工程师，主要从事产品质量控制及质量管理工作。

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