馬 林

（四川德陽市力協(xié)有限責(zé)任公司，四川 德陽 618000）

射釘緊固技術(shù)是20世紀(jì)國外首先采用的一種先進緊固技術(shù)。射釘緊固技術(shù)是利用射釘槍擊發(fā)射釘彈，使彈內(nèi)火藥燃燒并釋放出能量，將射釘直接釘入堅硬的基體中，如金屬、混凝土，巖石、砌體等。這種直接用釘固結(jié)的辦法，解決了長期以來，在工程實踐中不能將釘子直接釘入堅硬基體中的情況，為裝修施工提供了快速、簡便、牢固的固結(jié)技術(shù)，與傳統(tǒng)的預(yù)埋固定，打洞澆注，螺栓聯(lián)接，焊接等方法相比，它具有許多優(yōu)越性，自帶能源，從而擺脫了電線和風(fēng)管的累贅，便于現(xiàn)場和高空作業(yè)；操作快速、工期短，能大大減輕工人勞動強度；作用可靠和安全，甚至還能解決一些過去難于解決的施工難題；節(jié)約資金，降低施工成本。

目前，射釘在混凝土、鋼等基體中已得到廣泛應(yīng)用，要達到的主要性能是滿足所需要的緊固拉拔力，普通的無紋路射釘無法滿足所需要緊固拉拔力，因此在國內(nèi)企業(yè)大多采用在釘桿上制造各種紋路來增加緊固拉拔力，研究紋路對射釘緊固拉拔力的影響是非常必要的。

1 緊固拉拔力影響因素研究

分析拉拔力產(chǎn)生的原因，射釘在被射入基體后，射釘進入基體組織部分將對基體組織施加一個向外的力，造成基體組織被迫向周圍擠壓，同時根據(jù)牛頓第三定律，相互作用的兩個物體之間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，因此，釘桿對基體組織施加一個作用力,基體組織就會對射釘釘桿施加一個反作用力N，我們稱這個力為正壓力，當(dāng)射入基體組織的釘子受到外部施加的外拔力F時，釘桿與基體組織就會產(chǎn)生相應(yīng)的摩擦力，外拔力F剛好能將釘子從基體組織拔出時這個臨界力，我們稱為它的緊固拉拔力。示意圖1如下。

圖1 射釘緊固拉拔力示意圖

圖1 中F=μ*N。

式中：F——緊固拉拔力；μ——摩擦系數(shù)；N——基體對釘桿的正壓力。

從式中可以看出，要影響緊固拉拔力的主要因素是摩擦力，影響摩擦力的因素主要是摩擦系數(shù)和基體對釘桿的正壓力，因此增大摩擦系數(shù)和基體對釘桿的正壓力就能增大拉拔力。

2 釘桿紋路形式與拉拔力的研究

由上部分知道，增加拉拔力可以增加摩擦系數(shù)和基體對釘桿的正壓力來實現(xiàn)，猜想拉拔力會隨著釘桿的摩擦系數(shù)變大而變大。因此對射釘設(shè)計三種紋路型式，然后對他們進行拉拔力檢測，然后進行分析比較，拉拔力檢測試驗樣品射釘分別為：釘桿光滑無紋路，釘桿直紋，釘桿環(huán)紋，釘桿斜紋。

（1）試驗樣本。

表1 釘桿紋路相關(guān)參數(shù)

圖2 無紋釘桿

圖3 直紋釘桿

圖4 環(huán)紋釘桿

圖5 斜紋釘桿

（2）試驗條件。為了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，試驗將統(tǒng)一采用同一把603工具槍，使用紅色的S3彈，為了得到準(zhǔn)確的拉拔力數(shù)據(jù)，每種樣品選取了15粒，分為5組，每組3粒取其平均值作為拉拔力比樣數(shù)據(jù)，如果有射擊失敗，將此粒釘數(shù)據(jù)排除，余下的依然取其平均值用來比較。試驗基體采用10mmQ235鋼板，保證鋼板平整度，將試驗基體分為五部分，每部分將依次對試驗樣品進行試驗。

（3）試驗情況。對所有的樣本進行了拉拔力檢測，檢測拉拔力數(shù)據(jù)如下表（單位：KN）。

表2 組釘桿樣品拉拔力數(shù)據(jù)

從數(shù)據(jù)上看，排除射擊失敗的數(shù)據(jù)來看釘桿45度紋路射釘拉拔力最大，釘桿直紋路拉拔力其次，釘桿環(huán)紋路的射釘拉拔力最小。

（4）數(shù)據(jù)原因分析。釘桿環(huán)紋路拉拔力比釘桿無紋路射釘拉拔力小原因分析：釘桿環(huán)紋射釘擊入鋼基體后，前面的環(huán)紋將基體組織向周圍擠壓，導(dǎo)致射擊后基體組織形成的孔較大，導(dǎo)致基體組織未嵌入釘桿后部分環(huán)紋。

釘桿直紋路拉拔力比無紋路射釘拉拔力大的原因分析：射釘射入基體組織后，釘桿直紋路比釘桿無紋路射釘相比，釘桿與基體組織的摩擦系數(shù)變大，與基體組織的接觸面積變大，正壓力變大，從而使拉拔力變大。

釘桿45°紋路拉拔力比直紋路射釘拉拔力大的原因分析：射釘射入基體組織后，兩種不同紋路的射釘與基體組織的接觸面積相同，但釘桿45°紋路射釘在射入基體組織時，紋路會導(dǎo)致釘子有輕微的旋轉(zhuǎn)，使釘子與基體組織多了一部分旋轉(zhuǎn)契合，當(dāng)受到外部拉力時，契合部分的基體組織會對釘桿紋路紋體再產(chǎn)生一個作用力，這個作用力豎直方向上的一個分力與拉拔力反向，從而拉拔力的大小就等于摩擦力加上這個豎直方向上的分力，因此釘桿45°紋路射釘拉拔力比直紋射釘拉拔力大。

（5）試驗小結(jié)。在其它條件不變的情況下，射釘釘桿的紋路型式會影響摩擦系數(shù)，不同形態(tài)的紋路會影響釘桿與基體組織的接觸面積，從而影響正壓力。

3 釘桿紋路角度與拉拔力的大小關(guān)系研究

本文已分析了釘桿紋路形式對拉拔力的影響，得出斜紋比直紋，環(huán)紋拉拔力更大?，F(xiàn)研究紋路的角度變化對拉拔力的影響，下面試驗準(zhǔn)備了15°、30°、45°、60°、75°的5組樣本來進行試驗。

（1）試驗樣本。

表3 五組不同釘桿斜紋角度下釘桿拉拔力數(shù)據(jù)

（2）試驗條件。為了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，試驗將統(tǒng)一采用同一把603工具槍，使用紅色的S3彈，為了得到準(zhǔn)確的拉拔力數(shù)據(jù)，每種樣品選取了15粒，分為5組，每組3粒取其平均值作為拉拔力比樣數(shù)據(jù)，如果有射擊失敗，將此粒釘數(shù)據(jù)排除，余下的依然取其平均值用來比較。試驗基體采用10mmQ235鋼板，保證鋼板平整度，將試驗基體分為五部分，每部分將依次對試驗樣品進行試驗。

（3）試驗情況。對所有樣本進行了拉拔力檢測，檢測的拉拔力數(shù)據(jù)如下表（單位：KN）。

表4 五組不同釘桿斜紋角度下釘桿拉拔力數(shù)據(jù)

從上面數(shù)據(jù)可看出，釘桿斜紋為45°拉拔力最大。

（4）拉拔力變化分析。①從結(jié)構(gòu)分析。所有的釘桿都有紋路，雖然紋路的角度不同，但射釘與基體組織的接觸面積相同，基體組織對釘桿的正壓力也相同，所以射釘與基體組織的摩擦力也相同。②從擊入后分析。釘尖在擊入時，釘尖將基體組織向周圍擠壓，會形成一個與釘桿相同大小的光滑圓孔，當(dāng)釘桿紋路進入基體時，紋路的角度會導(dǎo)致釘桿輕微的旋轉(zhuǎn)，像擰螺絲一樣旋轉(zhuǎn)進入基體組織，所以會輕微的旋轉(zhuǎn)進入入基體組織，紋路體會擠壓圓孔周圍的基體組織向紋路體凹槽流入，使釘桿與基體組織結(jié)合更緊密，受力分析如圖6。

圖6 釘桿與基體組織之間的受力

圖6 中，F(xiàn)是緊固拉拔力，N是基體組織對釘桿的正壓力，n是力f在豎直方向上的分解力，n=f*sin（θ），f是受到拉拔力后，基體組織對紋路體產(chǎn)生的一個垂直于紋路的反向作用力，這個力的極限大小與基體組織，釘桿紋路的材料，基體組織嵌入紋路體凹槽深度有關(guān)，由于試驗中所有的材料都相同，紋路凹槽深度都相同，因此試驗樣品的這個力f的極限值是一樣大的,所以認為拉拔力：

F=uN+f*sin(θ) （其中θ是斜紋角度）

紋路角度從15°～45°拉拔力變大，從45°～75°拉拔力減小，分析原因紋路角度從15°～45°增大時，釘桿與基體組織的接觸面積相同，因此摩擦力即u與N乘積相同，差距在于在這個0°～45°這個角度范圍內(nèi)，角度越大，sin（θ）的值越大，且f的極限值力不變，因此分解力n=f*sin（θ）的值越大，所以拉拔力越大。因此在45°～90°范圍內(nèi)拉拔力逐漸減小。

釘桿紋路角度15°的拉拔力普遍比釘桿紋路角度75°的拉拔力大的原因分析是釘桿紋路角度較大時，釘桿在射入基體組織時，基體對紋路的阻力增大，后面進入基體組織的釘桿紋路將破壞原先嵌入到紋路體凹槽中的基體組織，從而導(dǎo)致釘桿與基體組織的接觸面積減小一部分，基體組織對釘桿紋路體的分解力n也會減小一部分，因此拉拔力也會相應(yīng)的減小。

（5）試驗小結(jié)。在其它條件不變的情況下，釘桿紋路角度增大，拉拔力會增大，當(dāng)角度達到臨界值后，由于基體組織對釘桿紋路體的阻力變大，導(dǎo)致正壓力和分解力n都變小，從而使角度變大拉拔力變小。

4 釘桿紋路深度與拉拔力的關(guān)系研究

本文在上部分試驗了釘桿紋路角度對拉拔力的影響，下面將研究釘桿紋路深度對拉拔力的影響。對射釘釘桿六種紋路深度樣品做試驗。

（1）試驗樣品。

表5 射釘釘桿6種紋路深度樣品相關(guān)數(shù)據(jù)

（2）試驗條件。為了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，試驗將統(tǒng)一采用同一把603工具槍，使用紅色的S3彈，為了得到準(zhǔn)確的拉拔力數(shù)據(jù)，每種樣品選取了十五粒，分為五組，每組三粒取其平均值作為拉拔力比樣數(shù)據(jù)，如果有射擊失敗，將此粒釘數(shù)據(jù)排除，余下的依然取其平均值用來比較。試驗基體采用10mmQ235鋼板，保證鋼板平整度，將試驗基體分為五部分，每部分將依次對試驗樣品進行試驗。

（3）試驗情況。對所有的樣本進行了拉拔力檢測，檢測拉拔力數(shù)據(jù)如下表（單位：KN）。

表6 釘桿紋絡(luò)五種節(jié)距的拉拔力

從上面數(shù)據(jù)可以得出，這幾組樣品中紋路凹槽深度為0.15mm拉拔力最大，凹槽紋路的深度會影響拉拔力，樣品中拉拔力大小隨深度增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。

（4）原因分析。

圖7 釘桿紋路處截面示意圖

圖8 釘桿紋絡(luò)節(jié)距

圖7 是釘桿紋路處截面示意圖，其中B為紋路節(jié)距，A為紋路凹入釘體部分，C為紋路凹槽的深度，凹槽深度0.05mm～0.15mm范圍內(nèi)凹槽深度越深導(dǎo)致拉拔力越大的原因是，在釘桿紋路進入基體組織時，紋路體擠壓基體組織進入紋路凹槽，紋路凹槽越深，進入紋路凹槽的基體組織越多，釘桿與基體組織的接觸面積就越大，基體組織對釘桿的正壓力也越大，基體組織對紋路體的分解力n也會越大，導(dǎo)致拉拔力越大。

凹槽深度0.15mm～0.30mm范圍內(nèi)凹槽深度越深，拉拔力反而變小，原因分析是釘桿紋路進入基體組織時，紋路體擠壓的基體組織進入紋路凹槽的值是有限的，當(dāng)凹槽深度達到一定值時深度再增加，擠壓的基體組織就無法填滿凹槽C，因此凹槽深度再加深，基體組織進入紋路凹槽的量也是那么多。

（5）試驗小結(jié)。釘桿紋路凹槽深度增大，紋路體能夠承受的阻力值會變小，由于基體組織嵌入凹槽中的量變大，拉拔力會先增大，當(dāng)槽的深度達到所射入基體組織形變極限后，釘桿紋路凹槽深度C繼續(xù)大，導(dǎo)致紋路體能夠承受的力小于基體組織帶來的阻力，導(dǎo)致紋路體形變，致使正壓力減小，因此拉拔力減小。

5 節(jié)距與拉拔力的研究

本文研究了紋路型式，角度，深度，最后將研究紋絡(luò)節(jié)距對拉拔力的影響，現(xiàn)對釘桿紋絡(luò)五種節(jié)距的拉拔力進行試驗。

（1）試驗樣品。

表7 釘桿紋絡(luò)五種節(jié)距的拉拔力

（2）試驗條件。為了試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，試驗將依然統(tǒng)一采用同一把603工具槍，使用紅色的S3彈，為了得到準(zhǔn)確的拉拔力數(shù)據(jù)，每種樣品選取了十五粒，分為五組，每組三粒取其平均值作為拉拔力比樣數(shù)據(jù)，如果有射擊失敗，將此粒釘數(shù)據(jù)排除，余下的依然取其平均值用來比較。

（3）試驗情況。對所有的樣本進行了拉拔力檢測，檢測拉拔力數(shù)據(jù)如下表（單位：KN）。

表8 不同紋路節(jié)距下射釘釘桿拉拔力

從上面數(shù)據(jù)可以得出，這幾組樣品中紋路節(jié)距為0.8mm拉拔力最大，紋路的節(jié)距會影響拉拔力，樣品中拉拔力大小隨節(jié)距增加呈現(xiàn)先上升后下降趨勢。

（4）原因分析。

如圖8所示，B為壓花紋的節(jié)距，A為壓花紋凹入釘體的部分，A的尺寸約為B尺寸的40%左右。

紋絡(luò)節(jié)距在0.20mm～0.80mm時拉拔力增大的原因是，隨著節(jié)距B的增大，A也增大，即導(dǎo)致射釘在射入基體組織后，基體組織壓入釘桿紋絡(luò)凹槽A的量增加，致使釘桿與基體組織的接觸面積增加，正壓力增大，摩擦力就增大，因此拉拔力增大。

紋絡(luò)節(jié)距在0.80mm～1.20mm時拉拔力減小的原因是，隨著節(jié)距B的增大，雖然A也增大，但是基體組織壓入釘桿紋絡(luò)凹槽A的量到達了極限，不在隨著節(jié)距增大而增大，致使拉拔力不在繼續(xù)增大，且紋絡(luò)凸起部分的承載力隨著節(jié)距的繼續(xù)增大而減小，在射擊過程中，凸起部分部分會因為基體組織的阻力而形變、斷裂，導(dǎo)致接觸面積減小，從而使拉拔力減小。

（5）試驗小結(jié)。節(jié)距B的尺寸太大，會導(dǎo)致紋絡(luò)凸起部分承受阻力極限減小，在射擊過程中，會產(chǎn)生形變，斷裂的情況，致使拉拔力減小，如果節(jié)距B尺寸太小，被壓入凹坑的基體組織減少，拉拔力減小，這兩種情況都會降低壓花釘在鋼基體上的緊固力。

6 研究結(jié)論

綜上所述，通過試驗證明，釘桿紋路的形式、角度、深度深度與拉拔力的關(guān)系研究，得知：射釘釘桿的紋路型式采用斜紋、角度采用45°斜紋、深度在0.10mm～0.20mm時，節(jié)距在0.80mm左右時，拉拔力達到最佳狀態(tài)。

為此，我們試制了多個規(guī)格的樣品，交給國外用戶測試的結(jié)果，與我們的研究結(jié)論保持一致，目前該技術(shù)已運用在諸多規(guī)格的外銷射釘中，并將逐步推廣到國內(nèi)射釘緊固場景中應(yīng)用，該項技術(shù)的實際應(yīng)用將射釘緊固的可靠性提高到更高的水平。