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、穿（擴）孔筒(tong)

  當不(bu)銹鋼(gang)管坯(pi)料(liao)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(yi)般穿(chuan)孔(kong)筒的內襯與(yu)外套之(zhi)間以1.0%~1.5%的錐度相配合，而內襯的內孔(kong)也制(zhi)成約(yue)有1%~3%的錐度，這樣使取出坯料時能比較順利地頂(ding)出。

  另外，穿孔筒內襯的內表面(mian)光潔(jie)度(du)要求比較高，熱處理后(hou)要進(jin)行磨削。其(qi)熱處理后(hou)的硬度(du)約為HRC42~45,以提高其(qi)耐磨性(xing)。

  穿孔(kong)筒的內襯采用和(he)擠(ji)壓筒內襯相同的材料制造，如5CrW2Si或Ni11.一般穿孔(kong)筒內襯的使用壽命(ming)大(da)約為(wei)1000~3000次。

  從(cong)穿孔筒內襯的工作(zuo)條件來考量，采用具有雙穿孔筒旋轉(zhuan)輪換工作(zuo)結(jie)構的穿孔機最為合適。

  原因為(wei)除了能使(shi)穿孔筒得(de)到及時而充(chong)分的冷(leng)卻之外(wai)，輪流使(shi)用的穿孔筒有利于內襯(chen)很好地清(qing)除玻(bo)璃潤滑劑殘渣，提高內襯(chen)的使(shi)用壽命。

二、鐓粗桿和穿孔(kong)桿

 1. 鐓粗桿和穿(chuan)孔桿的結(jie)構

   鐓粗桿在結構上(shang)，上(shang)端(duan)用(yong)銷子或(huo)夾緊裝置(zhi)固(gu)定在鐓粗梁上(shang)，下端(duan)用(yong)螺紋連接鐓粗頭（圖7-52),其內孔設(she)有(you)導向滑槽(cao)與穿孔桿相配合。

   鐓粗桿(gan)的外徑(jing)比穿孔筒小(xiao)10~30mm,而內徑(jing)比穿孔桿(gan)大5~25mm.但考慮到鐓粗桿(gan)的共用性，可(ke)在(zai)保證強度的條件下超出(chu)上述范圍(wei)。

   鐓(dui)粗桿(gan)的(de)長度應根據穿孔筒的(de)長度和(he)生產最短(duan)的(de)坯料長度來決(jue)定。

   根據穿孔(kong)(kong)桿(gan)和穿孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)規(gui)格(ge)，可以(yi)(yi)更換鐓粗(cu)頭(tou)，以(yi)(yi)擴大鐓粗(cu)桿(gan)的(de)使用范圍，鐓粗(cu)頭(tou)的(de)外徑(jing)與(yu)穿孔(kong)(kong)筒(tong)的(de)內徑(jing)之(zhi)間間隙要(yao)小(xiao)(xiao)，約比(bi)穿孔(kong)(kong)筒(tong)的(de)小(xiao)(xiao)頭(tou)直徑(jing)小(xiao)(xiao)0.5~1.5mm,其內孔(kong)(kong)帶有花鍵式導向槽。

2. 穿孔(kong)桿的穩定性強(qiang)度(du)校核

  立式(shi)穿孔(kong)(kong)機的(de)穿孔(kong)(kong)桿作為(wei)連(lian)桿，連(lian)接(jie)穿孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)及(ji)芯棒支(zhi)承，穿孔(kong)(kong)并不(bu)和變形(xing)屬直接(jie)接(jie)觸。在穿孔(kong)(kong)過(guo)程中(zhong)，穿孔(kong)(kong)桿連(lian)接(jie)并支(zhi)承著穿孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)及(ji)擴孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)。一般穿孔(kong)(kong)桿的(de)直徑(jing)比穿孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)工作帶(dai)的(de)直徑(jing)小10~30mm.穿孔(kong)(kong)桿的(de)長度取(qu)決于穿孔(kong)(kong)筒(tong)的(de)長度。

 由(you)于(yu)在不銹鋼管(guan)穿(chuan)孔(kong)時(shi)(shi)穿(chuan)孔(kong)桿(gan)承受壓縮(suo)應力，且因穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的(de)(de)長度較長，工作時(shi)(shi)上端相當(dang)于(yu)固定。因此(ci)，其彎曲的(de)(de)危險性要(yao)比(bi)壓縮(suo)變形的(de)(de)危險性更大(da)。

  所以，穿(chuan)孔(kong)桿的(de)強度校核是按照壓(ya)桿穩定的(de)方(fang)法來(lai)計(ji)算。

穿孔桿上所承受(shou)的應(ying)力(li)為：

 3. 穿(chuan)孔頭和擴孔頭

  a. 穿孔頭和擴孔頭的結構

   在立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機對(dui)(dui)實心(xin)坯料進(jin)行(xing)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)(yi)，需(xu)用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)；而對(dui)(dui)帶預鉆(zhan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)的空(kong)心(xin)坯料進(jin)行(xing)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)(yi)，則需(xu)用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)。在采用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)(yi)時(shi)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)都安裝在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)(dui)于穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機的工(gong)模具而言，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的工(gong)作條件最為嚴(yan)酷，受到最為強烈的磨損；而擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的工(gong)作條件相對(dui)(dui)會好(hao)一些(xie)。因此(ci)，擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的使用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命要(yao)比穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)長(chang)。一般(ban)在生產不銹鋼管時(shi)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的使用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命不超過30~40次／只，而擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的使用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命可以達到80~100次／只（材質為3Cr2W8V).

  另(ling)外(wai)，穿孔(kong)頭工(gong)作(zuo)表(biao)面的不均(jun)勻(yun)磨損，將(jiang)引起穿孔(kong)后空心坯的壁(bi)厚(hou)不均(jun)。穿孔(kong)時，將(jiang)穿孔(kong)頭輪流安裝在穿孔(kong)桿上，由10~15穿孔(kong)頭組(zu)成(cheng)為一組(zu)，循環輪流使用的效果最好(hao)。

 圖(tu)(tu)7-53所示為(wei)立(li)式(shi)穿(chuan)孔機的穿(chuan)孔頭(tou)和擴(kuo)孔頭(tou)。穿(chuan)孔頭(tou)既可(ke)使(shi)用(yong)有柄的（圖(tu)(tu)7-53(a)),也可(ke)以使(shi)用(yong)無(wu)柄平(ping)端(duan)面(mian)的（圖(tu)(tu)7-53(b)).這(zhe)種(zhong)固定方(fang)法，可(ke)以允許(xu)穿(chuan)孔頭(tou)冷卻，檢(jian)查或更換，不(bu)占穿(chuan)孔的周期時(shi)間。

  穿(chuan)孔頭與(yu)穿(chuan)孔坯料的接觸端(duan)面被做成帶有圓弧半徑的凹面，是(shi)為(wei)了保證在整個穿(chuan)孔周期(qi)中，玻(bo)璃滑劑能夠均勻地進入變形區。

b. 穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭的(de)設計

  穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)設計數據(ju)來自(zi)于多年的(de)(de)實際技術工作經(jing)驗數據(ju)。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)（圖7-54)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)（圖7-55)定(ding)徑(jing)帶的(de)(de)直徑(jing)，要根據(ju)產品(pin)的(de)(de)規格而定(ding)。由(you)于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)在穿(chuan)(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)過程中直接與變形金屬接觸，因此，其表面光潔度應(ying)達(da)到(dao)7~8級(ji)，且(qie)倒角要圓滑。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)下端(duan)的(de)(de)倒角半徑(jing)R應(ying)約為穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)(tou)直徑(jing)的(de)(de)10%~20%。

 穿(chuan)孔頭上(shang)端(duan)過(guo)渡段的角度(du)(du)不(bu)宜過(guo)大，以防止穿(chuan)孔頭回(hui)程時刮(gua)傷空心坯的內表面，其角度(du)(du)一般為5°~25°.穿(chuan)孔筒和穿(chuan)孔頭較小時，采用較小值。

 擴孔頭的(de)下錐頭直徑應等于坯料預(yu)鉆(zhan)孔的(de)直徑。

 擴孔頭的成形(xing)錐角(jiao)一般(ban)為(wei)30°~60°,太大時(shi)擴孔坯的內壁容易(yi)刮(gua)傷，且擴孔開始時(shi)導(dao)向不好。其過渡段(duan)要(yao)平滑，以便(bian)使金(jin)屬(shu)流動均(jun)勻。

 一般(ban)穿孔頭(tou)的(de)直(zhi)徑(jing)要比(bi)穿孔桿(gan)的(de)直(zhi)徑(jing)大10~30mm,但是有時考慮到穿孔桿(gan)的(de)共用性(xing)，而擴大這一數值的(de)范圍(wei)。

 在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭嚴(yan)酷(ku)的(de)(de)(de)工(gong)作條件，往往會使其工(gong)作帶和(he)沿外徑(jing)的(de)(de)(de)棱緣，即側面連接端面的(de)(de)(de)圓角半徑(jing)處，承(cheng)受最大的(de)(de)(de)加(jia)熱和(he)磨損(sun)(sun)。棱緣的(de)(de)(de)磨損(sun)(sun)引起穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)后(hou)空(kong)心(xin)坯(pi)的(de)(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)，導致擠(ji)壓鋼管(guan)的(de)(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)。為(wei)了消除穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)不(bu)均(jun)勻磨損(sun)(sun)，避免(mian)因此而(er)引起的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)空(kong)心(xin)坯(pi)的(de)(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)，在(zai)現代的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機上采用(yong)了穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿和(he)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)芯棒運動的(de)(de)(de)套管(guan)系統，即在(zai)坯(pi)料(liao)經鐓粗后(hou)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿不(bu)立即返回，而(er)是繼續壓在(zai)坯(pi)料(liao)上，這樣(yang)可以使穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭精確(que)地對(dui)準(zhun)坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)中心(xin)，并且(qie)減小了其自(zi)由長(chang)度。

 采(cai)用(yong)帶(dai)圓(yuan)弧半徑(jing)的(de)凹(ao)面穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)，實現(xian)了(le)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿和(he)(he)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)對(dui)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)坯料的(de)附加定心(xin)，提(ti)高了(le)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)后(hou)空心(xin)坯的(de)壁厚均勻度(du)。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)過程中(zhong)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)處于最嚴酷的(de)工作(zuo)條件(jian)，其(qi)(qi)工作(zuo)帶(dai)和(he)(he)沿外徑(jing)的(de)棱(leng)緣(yuan)，即側面和(he)(he)端面的(de)圓(yuan)角(jiao)半徑(jing)，承受最大的(de)加熱和(he)(he)磨損(sun)。觀察經多次使用(yong)后(hou)的(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)，其(qi)(qi)棱(leng)緣(yuan)的(de)磨損(sun)引起(qi)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)空心(xin)坯壁厚不均，當(dang)出現(xian)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)棱(leng)緣(yuan)的(de)單邊磨損(sun)時(shi)，危險性更大。

 穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿，包括螺紋(wen)固定的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭在(zai)內，具(ju)有通(tong)過沿軸線鉆孔(kong)(kong)的(de)冷卻水(shui)孔(kong)(kong)槽(cao)。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)時用水(shui)冷卻穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿和穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭。

 采用(yong)(yong)(yong)組(zu)合(he)式(shi)的(de)(de)穿(chuan)孔工模具，允(yun)許(xu)用(yong)(yong)(yong)低合(he)金鋼(gang)(gang)(gang)制(zhi)作不受熱的(de)(de)零件，如采用(yong)(yong)(yong)5CrNiW、50CrVA鋼(gang)(gang)(gang)制(zhi)造(zao)固定(ding)穿(chuan)孔桿的(de)(de)夾(jia)具，用(yong)(yong)(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)(gang)(gang)制(zhi)造(zao)穿(chuan)孔桿，用(yong)(yong)(yong)高(gao)合(he)金鋼(gang)(gang)(gang)和耐(nai)熱合(he)金鋼(gang)(gang)(gang)制(zhi)造(zao)穿(chuan)孔頭。

 擴孔(kong)過程中(zhong)，擴孔(kong)頭的(de)錐形表面受到(dao)最劇烈(lie)的(de)磨損，并逐漸形成(cheng)劃(hua)道和凹陷。擴孔(kong)頭的(de)工作負(fu)荷較穿(chuan)孔(kong)頭要輕許多(duo)(duo)，因此其(qi)使用壽命比穿(chuan)孔(kong)頭高得多(duo)(duo)，一般可達到(dao)80~100次。

 擴(kuo)(kuo)(kuo)孔頭(tou)的(de)長(chang)(chang)度(du)取決于(yu)(yu)穿(chuan)孔機的(de)結(jie)構形(xing)(xing)式，并(bing)且首先取決于(yu)(yu)穿(chuan)孔桿和穿(chuan)孔筒(tong)上(shang)平(ping)面之(zhi)間的(de)距離。如果其間隙大(da)，為(wei)了減小成(cheng)形(xing)(xing)角(jiao)(jiao)度(du)，擴(kuo)(kuo)(kuo)孔頭(tou)可(ke)以做得比較(jiao)長(chang)(chang)。擴(kuo)(kuo)(kuo)孔頭(tou)成(cheng)形(xing)(xing)角(jiao)(jiao)的(de)平(ping)均(jun)值一般等于(yu)(yu)15°~20°,而在(zai)最大(da)的(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔程度(du)時，可(ke)以達到30°~32°.

 穿(chuan)孔頭(tou)和擴(kuo)孔頭(tou)必須具有(you)良好的綜(zong)合力學性能，工(gong)作表面光潔(jie)圓滑，與穿(chuan)孔桿(gan)連(lian)接可(ke)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：

  采用倒錐(zhui)的目的是為了防止穿孔頭(tou)回程(cheng)時刮切金屬(shu)或帶(dai)出空(kong)心坯。穿孔頭(tou)端面加工成凹面的目的，是為了儲存(cun)潤滑劑(ji)，以使在整個穿孔過程(cheng)中，保持潤滑劑(ji)的連續(xu)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。

  由于擴孔錐至工作帶處的磨損最為(wei)嚴(yan)重，故該處采(cai)用(yong)圓滑過渡，其他尺寸同上。

 c. 剪切環組(zu)件

  剪切(qie)環(huan)組件包(bao)括下(xia)支承(cheng)桿、支承(cheng)頭、剪切(qie)環(huan)和連接件等(deng)零部(bu)件。

  支承(cheng)頭和剪切環的(de)(de)作用是在穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中封閉穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內襯的(de)(de)下端(duan)面(mian)，以減小穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)余料的(de)(de)高度，為空(kong)心坯下端(duan)面(mian)定形；在穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)結(jie)束時，剪切環還要(yao)剪斷穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)余料；支承(cheng)桿最后將穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空(kong)心坯從(cong)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內襯中推出。

  在整個(ge)穿孔過程(cheng)中，支承(cheng)頭和剪切環的上端面和加熱(re)到高溫(wen)的坯料相接觸，使其表面層金(jin)屬被加熱(re)到650~700℃.使用過程(cheng)中剪切環的主要破壞形(xing)式是端面棱(leng)緣翹曲和焊瘤（圖2-27).

  剪(jian)切環與穿孔(kong)(kong)頭或擴孔(kong)(kong)頭之間的(de)間隙不能過(guo)大，一般小于2mm.如果(guo)此間隙過(guo)大或剪(jian)切環過(guo)度(du)磨損，則會導致在(zai)剪(jian)切穿孔(kong)(kong)或擴孔(kong)(kong)余料(liao)的(de)過(guo)程中，坯料(liao)前端內孔(kong)(kong)處產生飛(fei)邊缺陷(xian)，并(bing)易引起(qi)擠壓筒和擠壓模的(de)損壞。