立式不銹鋼管穿（擴）孔機的工模具配置取決于穿（擴）孔機的結構形式，穿（擴）孔過程的工藝要求，以及穿（擴）孔時坯料金屬變形時的流動特點。和臥式擠壓機的工模具配置一樣，穿（擴）孔機工模具配置的基本形式由穿（擴）孔筒（內襯和外套）、鐓粗桿、鐓粗頭、穿（擴）孔頭、支承桿、支承頭、剪切環以及連接件組成，如圖7-50所示。

一(yi)、穿（擴(kuo)）孔(kong)筒

  當不銹(xiu)鋼管坯料進行穿和擴孔時，穿孔筒內襯承受相當小的單位壓力（不大于590MPa).因為從坯料穿孔或擴孔方向的垂直滑移摩擦力實際上是沒有的。但是，因與加熱到高溫的坯料直接接觸時間長達30s,引起穿孔筒內襯劇烈受熱。長久使用后的穿孔筒內襯以焊瘤的形式引起變形而損壞，或使穿孔坯料取出產生困難。因此，當其在高速工作時應采取強制冷卻的方法來降低穿孔筒內襯的溫度。通常在穿孔筒外套的內壁車有螺旋冷卻水槽（圖7-51)來冷卻內襯。

  一般穿孔(kong)筒的(de)(de)內(nei)襯(chen)與外套之間以1.0%~1.5%的(de)(de)錐(zhui)度相配合(he)，而內(nei)襯(chen)的(de)(de)內(nei)孔(kong)也制(zhi)成約(yue)有(you)1%~3%的(de)(de)錐(zhui)度，這樣使取出坯料時(shi)能比較順利地頂(ding)出。

  另外，穿孔筒內襯的(de)內表面光潔度要求比較(jiao)高，熱處(chu)理(li)后(hou)要進行磨削。其熱處(chu)理(li)后(hou)的(de)硬度約為HRC42~45,以提高其耐(nai)磨性。

  穿孔筒的內襯(chen)采用(yong)和擠(ji)壓筒內襯(chen)相同的材料制造(zao)，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿孔筒內襯(chen)的使用(yong)壽命大(da)約為1000~3000次(ci)。

  從穿孔(kong)筒內襯(chen)的工作條件來考量(liang)，采(cai)用(yong)具(ju)有雙穿孔(kong)筒旋轉輪換工作結構的穿孔(kong)機最為合適。

  原因為除(chu)(chu)了能使(shi)穿(chuan)孔(kong)筒得(de)到及時而充分的(de)冷卻(que)之外，輪流使(shi)用的(de)穿(chuan)孔(kong)筒有利于內襯(chen)很好地清(qing)除(chu)(chu)玻璃潤滑劑殘渣(zha)，提高內襯(chen)的(de)使(shi)用壽命。

二(er)、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗(cu)桿和穿孔桿的結構

   鐓(dui)粗桿在結構上(shang)(shang)，上(shang)(shang)端用銷子或夾緊裝(zhuang)置固定在鐓(dui)粗梁上(shang)(shang)，下端用螺(luo)紋連接鐓(dui)粗頭（圖7-52),其內(nei)孔(kong)設有(you)導(dao)向滑槽(cao)與穿(chuan)孔(kong)桿相配合(he)。

   鐓(dui)粗(cu)桿的外(wai)徑比穿孔(kong)筒(tong)小(xiao)10~30mm,而內徑比穿孔(kong)桿大5~25mm.但考慮到鐓(dui)粗(cu)桿的共用性，可在保(bao)證強度的條(tiao)件下超(chao)出上述范(fan)圍(wei)。

   鐓粗桿(gan)的長度應根據穿(chuan)孔(kong)筒的長度和生(sheng)產最短的坯料(liao)長度來決定。

   根據穿(chuan)孔桿和穿(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)規格，可以(yi)(yi)更換鐓粗(cu)頭(tou)，以(yi)(yi)擴大鐓粗(cu)桿的(de)(de)使用范圍，鐓粗(cu)頭(tou)的(de)(de)外(wai)徑(jing)與穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)內徑(jing)之(zhi)間間隙要小(xiao)(xiao)，約比穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)小(xiao)(xiao)頭(tou)直徑(jing)小(xiao)(xiao)0.5~1.5mm,其內孔帶(dai)有花鍵式導(dao)向槽。

2. 穿孔桿的(de)穩定性強(qiang)度校核

  立式穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)的(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿作為連桿，連接(jie)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)及芯棒支承(cheng)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)并不(bu)和(he)變形屬直(zhi)(zhi)接(jie)接(jie)觸。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿連接(jie)并支承(cheng)著穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)及擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)。一般穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿的(de)直(zhi)(zhi)徑(jing)比(bi)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)工作帶的(de)直(zhi)(zhi)徑(jing)小(xiao)10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿的(de)長度取(qu)決(jue)于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒的(de)長度。

 由于(yu)在不銹鋼管穿(chuan)孔時穿(chuan)孔桿承受壓(ya)縮(suo)應力，且因穿(chuan)孔桿的長(chang)度較(jiao)長(chang)，工(gong)作時上端相當(dang)于(yu)固(gu)定。因此(ci)，其(qi)彎曲的危(wei)險性(xing)要比壓(ya)縮(suo)變形的危(wei)險性(xing)更大。

  所以，穿孔桿的(de)強度校核是按照壓桿穩定的(de)方法來(lai)計(ji)算。

穿孔(kong)桿上所承受的應(ying)力為：

 3. 穿孔頭和擴(kuo)孔頭

  a. 穿孔(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)的結(jie)構

   在(zai)(zai)立式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機對(dui)(dui)實心坯料進(jin)(jin)行穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)，需用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭；而對(dui)(dui)帶預鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空心坯料進(jin)(jin)行擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)，則需用(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭。在(zai)(zai)采(cai)用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭和擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭都(dou)安(an)裝在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)(dui)于穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)工(gong)(gong)模具(ju)而言，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)條(tiao)件最為(wei)嚴酷，受到(dao)最為(wei)強(qiang)烈的(de)(de)磨損；而擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)條(tiao)件相對(dui)(dui)會(hui)好一些(xie)。因此，擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)使用(yong)壽命要比穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭長(chang)。一般在(zai)(zai)生產不(bu)銹鋼管(guan)時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)使用(yong)壽命不(bu)超過30~40次(ci)／只，而擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)使用(yong)壽命可以達到(dao)80~100次(ci)／只（材質為(wei)3Cr2W8V).

  另(ling)外，穿(chuan)孔(kong)頭(tou)工(gong)作表面的不(bu)均(jun)勻磨損，將(jiang)引起穿(chuan)孔(kong)后空心坯的壁厚不(bu)均(jun)。穿(chuan)孔(kong)時，將(jiang)穿(chuan)孔(kong)頭(tou)輪流(liu)安裝在(zai)穿(chuan)孔(kong)桿上，由10~15穿(chuan)孔(kong)頭(tou)組(zu)(zu)成(cheng)為一組(zu)(zu)，循環輪流(liu)使用(yong)的效(xiao)果最好。

 圖(tu)7-53所(suo)示為立式(shi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)和擴孔(kong)(kong)頭(tou)。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)既可(ke)使(shi)用有柄的(de)(de)(de)（圖(tu)7-53(a)),也可(ke)以(yi)使(shi)用無柄平端面的(de)(de)(de)（圖(tu)7-53(b)).這種固定方法(fa)，可(ke)以(yi)允(yun)許穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)冷卻，檢查(cha)或(huo)更換，不占(zhan)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)周期(qi)時間。

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭與穿(chuan)(chuan)孔(kong)坯料的(de)接觸端面被(bei)做成(cheng)帶有圓弧半(ban)徑的(de)凹面，是為了保(bao)證在整(zheng)個(ge)穿(chuan)(chuan)孔(kong)周期中，玻璃滑(hua)劑能夠均勻地進(jin)入變形區。

b. 穿(chuan)孔頭和擴孔頭的設計(ji)

  穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)和擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)的(de)(de)設計數據來自于多年的(de)(de)實(shi)際技術工作經驗數據。穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)（圖7-54)和擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)（圖7-55)定(ding)徑(jing)(jing)(jing)帶的(de)(de)直徑(jing)(jing)(jing)，要根據產(chan)品的(de)(de)規格(ge)而定(ding)。由于穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)和擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)在穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔過程中直接與(yu)變(bian)形金屬接觸，因(yin)此，其(qi)表面光潔度應達到7~8級，且倒角要圓滑。穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)下端的(de)(de)倒角半徑(jing)(jing)(jing)R應約為(wei)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)直徑(jing)(jing)(jing)的(de)(de)10%~20%。

 穿孔(kong)頭上端(duan)過渡段的(de)角(jiao)度不宜過大(da)，以防(fang)止(zhi)穿孔(kong)頭回程時(shi)刮(gua)傷(shang)空心坯的(de)內表面，其角(jiao)度一般為(wei)5°~25°.穿孔(kong)筒和穿孔(kong)頭較(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)時(shi)，采用(yong)較(jiao)(jiao)小(xiao)(xiao)值。

 擴孔(kong)頭的下錐(zhui)頭直徑應等于坯(pi)料預鉆孔(kong)的直徑。

 擴(kuo)孔頭的成形錐角一般為30°~60°,太大時擴(kuo)孔坯的內(nei)壁容易刮傷，且擴(kuo)孔開始時導向不好。其過渡(du)段要平(ping)滑，以便(bian)使金屬流(liu)動(dong)均勻。

 一般(ban)穿孔(kong)頭的(de)直(zhi)(zhi)徑(jing)要比穿孔(kong)桿的(de)直(zhi)(zhi)徑(jing)大(da)(da)10~30mm,但是(shi)有時考慮到穿孔(kong)桿的(de)共用性，而擴(kuo)大(da)(da)這一數值(zhi)的(de)范圍。

 在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭嚴酷的(de)(de)工作條(tiao)件，往往會(hui)使其工作帶(dai)和沿外徑的(de)(de)棱(leng)(leng)緣，即(ji)側面連接端面的(de)(de)圓(yuan)角半(ban)徑處，承受最(zui)大的(de)(de)加(jia)熱和磨損。棱(leng)(leng)緣的(de)(de)磨損引(yin)起穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)后空心(xin)坯的(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)，導(dao)致擠壓鋼管的(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)。為了(le)消除穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)(de)不(bu)均(jun)勻磨損，避免因此而(er)引(yin)起的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)空心(xin)坯的(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)，在現代的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機上采用了(le)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)芯棒運動的(de)(de)套(tao)管系統(tong)，即(ji)在坯料經鐓(dui)粗后穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)不(bu)立即(ji)返(fan)回，而(er)是(shi)繼續壓在坯料上，這樣可以使穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭精(jing)確地(di)對準坯料的(de)(de)中心(xin)，并且減(jian)小了(le)其自由長度。

 采用(yong)帶(dai)圓弧半徑的(de)凹面穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)穿(chuan)(chuan)孔，實現了穿(chuan)(chuan)孔桿和(he)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)對穿(chuan)(chuan)孔坯(pi)料的(de)附(fu)加定心(xin)，提高了穿(chuan)(chuan)孔后(hou)空(kong)心(xin)坯(pi)的(de)壁厚(hou)均勻度。在穿(chuan)(chuan)孔過程中，穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)處(chu)于(yu)最嚴酷的(de)工(gong)作(zuo)(zuo)條件，其工(gong)作(zuo)(zuo)帶(dai)和(he)沿(yan)外徑的(de)棱緣，即(ji)側面和(he)端面的(de)圓角半徑，承受最大的(de)加熱(re)和(he)磨損。觀察(cha)經多次使用(yong)后(hou)的(de)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)，其棱緣的(de)磨損引起穿(chuan)(chuan)孔空(kong)心(xin)坯(pi)壁厚(hou)不均，當(dang)出現穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)棱緣的(de)單(dan)邊磨損時，危(wei)險性(xing)更大。

 穿孔(kong)(kong)桿，包括螺紋(wen)固定的(de)穿孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)在(zai)內，具有(you)通過沿軸線(xian)鉆孔(kong)(kong)的(de)冷(leng)卻水孔(kong)(kong)槽(cao)。穿孔(kong)(kong)時(shi)用水冷(leng)卻穿孔(kong)(kong)桿和穿孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)。

 采用(yong)(yong)組(zu)合式的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)工模具(ju)(ju)，允許用(yong)(yong)低合金鋼(gang)制作不受熱(re)的(de)(de)零件，如采用(yong)(yong)5CrNiW、50CrVA鋼(gang)制造固定穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿的(de)(de)夾具(ju)(ju)，用(yong)(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)制造穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿，用(yong)(yong)高合金鋼(gang)和(he)耐(nai)熱(re)合金鋼(gang)制造穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭。

 擴(kuo)孔(kong)過程中，擴(kuo)孔(kong)頭的錐形(xing)表面受到最劇(ju)烈的磨(mo)損，并逐漸形(xing)成劃(hua)道和凹陷(xian)。擴(kuo)孔(kong)頭的工作負荷(he)較穿(chuan)孔(kong)頭要(yao)輕許多，因此(ci)其使(shi)用(yong)壽命比穿(chuan)孔(kong)頭高得多，一般可達到80~100次(ci)。

 擴孔頭的長度取(qu)決于(yu)穿孔機的結構形(xing)(xing)式(shi)，并且(qie)首(shou)先取(qu)決于(yu)穿孔桿和穿孔筒上平(ping)面之間(jian)(jian)的距離。如果其間(jian)(jian)隙大，為了減(jian)小(xiao)成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)角度，擴孔頭可以做得(de)比較長。擴孔頭成(cheng)(cheng)形(xing)(xing)角的平(ping)均值一般等于(yu)15°~20°,而在最(zui)大的擴孔程度時，可以達到(dao)30°~32°.

 穿(chuan)孔頭(tou)和擴孔頭(tou)必須具有良(liang)好的(de)綜合力學(xue)性能，工作表面光潔(jie)圓(yuan)滑，與穿(chuan)孔桿連接可靠，更換方便(bian)。

 穿孔頭的形狀由端面圓角半徑R,工作帶l₁和倒錐l₂組成（圖7-54).各部分的尺寸，按以下經驗公式確定：

  采用(yong)倒錐的(de)目(mu)的(de)是為(wei)了防止穿(chuan)孔(kong)(kong)頭回(hui)程(cheng)時刮切金屬或帶出空(kong)心坯。穿(chuan)孔(kong)(kong)頭端面(mian)加工成(cheng)凹(ao)面(mian)的(de)目(mu)的(de)，是為(wei)了儲存潤滑(hua)劑，以使在整個穿(chuan)孔(kong)(kong)過程(cheng)中，保(bao)持潤滑(hua)劑的(de)連(lian)續供應。

  擴孔頭由鼻尖l₃、擴孔錐l₄、工作帶l₅和反向錐l₆組成（圖7-55).鼻尖的作用是導向和定心，其直徑等于坯料鉆孔直徑，長度l₃約為10~20mm,擴孔錐角α一般取15°~20°,當擴徑量大時，可達30°~32°,工作帶直徑d_c由擠壓工藝表得到，其長度l₅一般為6~10mm。

  由于(yu)擴(kuo)孔錐至工作帶處的磨損(sun)最為嚴重，故該處采用圓滑(hua)過渡，其(qi)他尺寸同上(shang)。

 c. 剪切(qie)環組件

  剪切環組件(jian)包括(kuo)下支承桿、支承頭、剪切環和連(lian)接件(jian)等零(ling)部件(jian)。

  支(zhi)承頭(tou)和剪(jian)切(qie)(qie)環(huan)的作(zuo)用是在穿(chuan)(chuan)孔(kong)過(guo)程中(zhong)封閉穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)的下端(duan)面(mian)(mian)，以減小穿(chuan)(chuan)孔(kong)余(yu)料的高(gao)度(du)，為空心(xin)(xin)坯下端(duan)面(mian)(mian)定形；在穿(chuan)(chuan)孔(kong)結束時，剪(jian)切(qie)(qie)環(huan)還要(yao)剪(jian)斷穿(chuan)(chuan)孔(kong)余(yu)料；支(zhi)承桿最后將(jiang)穿(chuan)(chuan)孔(kong)空心(xin)(xin)坯從穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)中(zhong)推出。

  在整個穿(chuan)孔過程中(zhong)，支承(cheng)頭和剪(jian)切環的上(shang)端(duan)面(mian)和加熱到高溫的坯料相接觸，使(shi)其表面(mian)層(ceng)金屬被(bei)加熱到650~700℃.使(shi)用過程中(zhong)剪(jian)切環的主要破(po)壞形式是端(duan)面(mian)棱緣翹曲和焊瘤（圖2-27).

  剪(jian)切(qie)環與穿孔頭(tou)或(huo)擴孔頭(tou)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)間(jian)(jian)隙不能過大，一般小于(yu)2mm.如果此間(jian)(jian)隙過大或(huo)剪(jian)切(qie)環過度磨損，則會導致在剪(jian)切(qie)穿孔或(huo)擴孔余料的(de)過程中，坯料前(qian)端內孔處產生(sheng)飛(fei)邊缺(que)陷(xian)，并易引起擠(ji)(ji)壓筒和擠(ji)(ji)壓模的(de)損壞。