1、前言

    射釘槍由于其效率高，使釘受力均勻、一致，使用方便等優(yōu)點而廣泛用于包裝、廣告裝飾及家具制造、制鞋業(yè)等方面。而作為其“子彈”的排釘，也就有了大量的需求。筆者曾在珠江三角洲地區(qū)的制釘廠調(diào)查，發(fā)現(xiàn)這種釘子不僅在本地區(qū)，而且在內(nèi)地和港澳、東南亞等地，都有相當?shù)男枰�，�?jīng)濟效益可觀。

    排釘?shù)闹圃爝^程為：

    （1）壓線——將一定直徑、一定強度的鐵絲在壓輥機上壓扁；
    （2）排線——將若干條（一般為80～150條）壓扁的鐵線拉直并排在一起；
    （3）并線——將排好的線用粘合劑粘合在一起并烘干，成為板料；
    （4）制釘——將板料送到制釘機上成型。制釘機結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由垂直、水平兩個液壓缸和送料機構(gòu)
（圖中未畫）、推料機構(gòu)組成。

 
圖1 制釘機結(jié)構(gòu)示意圖

    在制釘機上制釘?shù)墓ぷ餮�環(huán)為：

    第一工序：送料。送料機構(gòu)將板料送到垂直液壓缸下方；

    第二工序：切料夾緊。垂直液壓缸帶動切斷模及夾緊裝置下降，將板料切斷并夾緊，為下一工序作準備；

    第三工序：鐓粗。水平液壓缸帶動鐓頭前進，將板料頭部鐓粗成為釘頭；

    第四工序：鐓粗退回。水平液壓缸帶動鐓頭退后，離開釘頭。

    第五工序：切斷退回。垂直液壓缸上升，離開板料；

    第六工序：推料。推料氣缸動作，將成品推出模具。

    2、液壓原理圖

    制釘機的液壓系統(tǒng)屬于中、高壓系統(tǒng)，其工作壓力約8～16MPa。從國外購買的制釘機床多采用邏輯閥控制，價錢較貴。應某廠要求，作者為其制釘機設計了一套液壓系統(tǒng)。

    液壓傳動部分主要包括一個切斷液壓缸和一個鐓粗液壓缸，工作循環(huán)如圖2所示。

圖2 制釘機工作循環(huán)

    （1）確定供油方式

    因為系統(tǒng)為中高壓系統(tǒng)，一般型號的齒輪泵壓力不足，且效率低。而柱塞泵效率高，但價錢貴、結(jié)構(gòu)復雜，并且噪音大、對油污染敏感。葉片泵壓力脈動小、噪音小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊，而且排量大、壽命長。所以決定選用限壓式定量葉片泵。

    （2）調(diào)速方式

    速度變化因無太大要求，基于結(jié)構(gòu)簡單和經(jīng)濟上的考慮，不采用調(diào)速裝置。

    （3）方向控制

    若直接用電磁鐵換向閥控制工作油路，因閥芯所受壓力大會影響其靈敏度。故采用電液換向閥。

    （4）液壓系統(tǒng)原理圖

    整個液壓系統(tǒng)由一個高壓泵供油，系統(tǒng)原理如圖3所示。工作原理如下：

圖3 液壓系統(tǒng)原理圖

    ① 切斷液壓缸下降。此時換向閥14工作在左位。壓力油經(jīng)6流入上腔，推動活塞下降，使順序閥12打開，構(gòu)成差動回路。下降到行程終點時，由于切斷模接觸到釘板使活塞負載增大，閥4打開，下腔壓力油經(jīng)4流回油箱。

    ② 鐓粗液壓缸前進。切斷時油壓繼續(xù)上升，繼電器17動作，使換向閥15右位得電，壓力油經(jīng)順序閥10進入鐓粗液壓缸右腔，推動活塞前進，左腔油經(jīng)閥8回油箱。

    ③ 鐓粗和切斷液壓缸上升、鐓粗液壓缸后退。鐓粗釘頭時油路中壓力上升，使繼電器19動作，換向閥14轉(zhuǎn)向右位，換向閥15轉(zhuǎn)為左位，使切斷缸上升、鐓粗缸后退。

    ④ 停止。上升行程開關(guān)和后退行程開關(guān)分別使換向閥14、15回到中位，切斷液壓缸、鐓粗液壓缸停止動作。

    3、液壓元件選擇和設計計算

    其中關(guān)鍵是垂直液壓缸切斷力的計算以及水平液壓缸鐓粗力的計算。參考金屬塑性加工及鍛壓方面的計算方法［3］［4］，分別計算如下：

    （1）板料切斷所需的剪力P1=F.τ=140×1.6×75×9.8=165.64kN。式中：F為剪切斷面面積，按最大值140（板料中金屬線根數(shù)）×1.6（金屬線最大直徑）計算；τ為板料抗剪切強度，取750MPa。

    （2）鐓粗釘頭所需的鐓粗力P2=K.σ.F=1.52×50×9.8×140×1.6=166.84kN。

    式中：F為鐓鍛形狀的投影面積，取值同（1）；
          K為根據(jù)鐓鍛條件和頭部形狀所取的系數(shù)，此處取1.52；
          σ為板料的抗拉強度，取500MPa。

    另外，前蘇聯(lián)C.N.古爾今的計算鐓粗力的公式與之類似，只是系數(shù)K的選擇計算更復雜，要考慮體積應力狀態(tài)、外摩擦、鐓鍛形狀、是否有石墨潤滑等等一系列因素的影響。計算出的鐓粗力為163.3kN，與上述計算結(jié)果接近。

    根據(jù)切斷力和鐓粗力可分別計算出垂直液壓缸與水平液壓缸的缸徑及其他尺寸。繼而可設計活塞桿及進行強度、穩(wěn)定性校核。最后選擇液壓閥及管道型號、尺寸。

    4、集成油路的設計

    通常使用的液壓元件分板式和管式兩種結(jié)構(gòu)。管式元件通過油管來實現(xiàn)相互之間的連接，液壓元件的數(shù)量越多，結(jié)構(gòu)越復雜，系統(tǒng)壓力損失越大，同時占用空間也越大，維修、保養(yǎng)和拆裝越困難，因此一般用于結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)。

    板式元件固定在板上，分為液壓油路板連接、集成塊連接和疊加閥連接。把一個液壓回路中各元件合理地布置在一塊液壓油路板上，這與管式比較，除了進出液壓油通過管道溝通外，各元件之間的液壓油通過板件內(nèi)部的集成油路溝通。安裝、調(diào)試和維修方便，壓力損失小，外形美觀。但是，其板件結(jié)構(gòu)標準化程度差，互換性不好，結(jié)構(gòu)不夠緊湊，制造加工較困難，使用受到限制。

    考慮到此液壓系統(tǒng)壓力較高，以及廠家提出的體積小和維修方便的要求，采用液壓油路板式結(jié)構(gòu)。因液壓元件較多，為避免油路板上孔道過長，給加工帶來困難，所以分為兩塊大、小油路板，整個液壓系統(tǒng)也就分為兩部分：工作部分和輸入部分。輸入部分包括電磁溢流閥、單向閥、壓力表開關(guān)，液壓油也由此進入液壓回路。工作部分包括16個閥。為使結(jié)構(gòu)簡單，把小油路板用螺釘固定到大油路板上。兩塊油路板再一起固定在油箱上面。

    5、結(jié)論

    此液壓系統(tǒng)緊湊、美觀，使用、維修方便。配合機械、電氣等方面的設計，制釘機每分鐘循環(huán)次數(shù)可達86次。