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(chuan)（擴）孔筒

  當不銹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。

  一般穿孔筒(tong)的(de)內(nei)襯與外(wai)套之(zhi)間以1.0%~1.5%的(de)錐度(du)相配(pei)合，而內(nei)襯的(de)內(nei)孔也制成(cheng)約(yue)有1%~3%的(de)錐度(du)，這樣(yang)使取(qu)出(chu)坯(pi)料時能比較順利地頂出(chu)。

  另外(wai)，穿孔(kong)筒內襯的內表面光潔度要(yao)求比較高(gao)，熱處(chu)理后要(yao)進(jin)行磨(mo)(mo)削。其熱處(chu)理后的硬度約為HRC42~45,以提高(gao)其耐磨(mo)(mo)性。

  穿(chuan)孔筒(tong)(tong)的(de)(de)內襯(chen)(chen)采用和擠壓筒(tong)(tong)內襯(chen)(chen)相同的(de)(de)材料制造(zao)，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿(chuan)孔筒(tong)(tong)內襯(chen)(chen)的(de)(de)使用壽命(ming)大約為1000~3000次。

  從穿孔(kong)筒內襯的(de)工(gong)作條(tiao)件(jian)來考(kao)量，采用具有雙穿孔(kong)筒旋轉輪換工(gong)作結構的(de)穿孔(kong)機最為合適。

  原因(yin)為除(chu)了能使(shi)(shi)穿孔筒得(de)到及時(shi)而充(chong)分的(de)冷卻之外(wai)，輪流使(shi)(shi)用的(de)穿孔筒有利(li)于內襯(chen)很(hen)好地清除(chu)玻璃(li)潤滑劑殘(can)渣，提高內襯(chen)的(de)使(shi)(shi)用壽命。

二、鐓粗桿和穿(chuan)孔桿

 1. 鐓粗(cu)桿(gan)和穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的結構(gou)

   鐓粗桿在結構(gou)上(shang)，上(shang)端用銷子或(huo)夾緊裝置固定在鐓粗梁上(shang)，下(xia)端用螺紋連接鐓粗頭（圖(tu)7-52),其內孔設(she)有導向滑(hua)槽與穿孔桿相配合。

   鐓粗桿(gan)的外(wai)徑比穿孔筒小10~30mm,而(er)內(nei)徑比穿孔桿(gan)大5~25mm.但考慮到鐓粗桿(gan)的共用(yong)性，可在保證強(qiang)度(du)的條件(jian)下超出上述范圍。

   鐓粗桿的長度應根據穿(chuan)孔筒的長度和生產(chan)最短的坯料長度來決定。

   根(gen)據(ju)穿(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)(gan)和(he)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭的(de)規格(ge)，可以更換鐓(dui)粗頭，以擴大鐓(dui)粗桿(gan)(gan)的(de)使用范圍，鐓(dui)粗頭的(de)外徑與穿(chuan)孔(kong)(kong)筒的(de)內徑之間間隙要小(xiao)，約比穿(chuan)孔(kong)(kong)筒的(de)小(xiao)頭直(zhi)徑小(xiao)0.5~1.5mm,其(qi)內孔(kong)(kong)帶有花鍵式導向槽。

2. 穿(chuan)孔桿的穩定性強度校核(he)

  立式穿(chuan)孔(kong)(kong)機的穿(chuan)孔(kong)(kong)桿作(zuo)(zuo)為(wei)連桿，連接(jie)(jie)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭及芯棒支(zhi)承，穿(chuan)孔(kong)(kong)并(bing)不和變形屬直(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。在穿(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中，穿(chuan)孔(kong)(kong)桿連接(jie)(jie)并(bing)支(zhi)承著穿(chuan)孔(kong)(kong)頭及擴孔(kong)(kong)頭。一般穿(chuan)孔(kong)(kong)桿的直(zhi)徑比(bi)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭工作(zuo)(zuo)帶的直(zhi)徑小10~30mm.穿(chuan)孔(kong)(kong)桿的長(chang)度取決于(yu)穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)的長(chang)度。

 由于(yu)在不銹鋼管穿(chuan)孔(kong)時穿(chuan)孔(kong)桿(gan)承受壓(ya)縮(suo)應力，且因穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的長度(du)較長，工作時上端(duan)相當(dang)于(yu)固定(ding)。因此，其(qi)彎曲的危險性(xing)要比壓(ya)縮(suo)變形的危險性(xing)更大(da)。

  所以，穿孔(kong)桿(gan)的(de)強度校核是按照壓(ya)桿(gan)穩定的(de)方法(fa)來(lai)計算。

穿(chuan)孔桿上(shang)所(suo)承受的應力(li)為(wei)：

 3. 穿孔頭和擴孔頭

  a. 穿(chuan)孔頭和擴孔頭的(de)結(jie)構

   在(zai)立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機對(dui)實心(xin)坯(pi)料(liao)進(jin)行穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，采(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，需用(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭；而(er)對(dui)帶預鉆孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空(kong)心(xin)坯(pi)料(liao)進(jin)行擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)時，采(cai)用(yong)(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，則需用(yong)(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭。在(zai)采(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)時，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭都安裝(zhuang)在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)于穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)工(gong)模具而(er)言，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)工(gong)作條件最(zui)為嚴酷，受到最(zui)為強烈(lie)的(de)(de)磨損；而(er)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)工(gong)作條件相對(dui)會好一些(xie)。因此，擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命要比穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭長。一般在(zai)生產(chan)不銹鋼管時，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命不超過30~40次／只(zhi)，而(er)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)使用(yong)(yong)壽命可以達(da)到80~100次／只(zhi)（材(cai)質(zhi)為3Cr2W8V).

  另外(wai)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭工作表面的不(bu)均勻磨損，將引(yin)起穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空(kong)心坯(pi)的壁(bi)厚不(bu)均。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，將穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭輪流(liu)安裝在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上，由10~15穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭組(zu)成為一組(zu)，循環輪流(liu)使用的效(xiao)果最好。

 圖(tu)7-53所(suo)示為立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭和(he)擴孔(kong)頭。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭既(ji)可(ke)使用(yong)有柄的(de)（圖(tu)7-53(a)),也可(ke)以使用(yong)無(wu)柄平端面的(de)（圖(tu)7-53(b)).這(zhe)種固定方法，可(ke)以允許穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭冷卻，檢查或更換，不占穿(chuan)(chuan)孔(kong)的(de)周(zhou)期時間。

  穿(chuan)孔頭與穿(chuan)孔坯料的(de)接觸(chu)端面(mian)被做成帶有圓弧半徑的(de)凹面(mian)，是為(wei)了保(bao)證(zheng)在整個穿(chuan)孔周(zhou)期中，玻璃滑(hua)劑能(neng)夠均勻地進入變(bian)形區(qu)。

b. 穿孔頭(tou)和擴孔頭(tou)的設(she)計

  穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的設計數(shu)據(ju)(ju)來自于多年(nian)的實際技術工作經驗數(shu)據(ju)(ju)。穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)（圖(tu)7-54)和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)（圖(tu)7-55)定徑帶(dai)的直(zhi)徑，要(yao)根據(ju)(ju)產品的規格而定。由于穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)在穿（擴(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)過程(cheng)中直(zhi)接與(yu)變形金(jin)屬接觸(chu)，因此，其(qi)表面光潔度應達到7~8級，且倒角(jiao)要(yao)圓滑。穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)下端(duan)的倒角(jiao)半徑R應約為穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)直(zhi)徑的10%~20%。

 穿(chuan)孔(kong)頭上端(duan)過(guo)渡段的角(jiao)度(du)不宜過(guo)大，以防(fang)止(zhi)穿(chuan)孔(kong)頭回程(cheng)時(shi)刮傷空心(xin)坯的內表(biao)面，其角(jiao)度(du)一般為5°~25°.穿(chuan)孔(kong)筒和穿(chuan)孔(kong)頭較(jiao)小時(shi)，采用較(jiao)小值。

 擴孔(kong)頭的(de)下(xia)錐(zhui)頭直(zhi)徑(jing)(jing)應等于(yu)坯(pi)料預鉆孔(kong)的(de)直(zhi)徑(jing)(jing)。

 擴孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)成形錐(zhui)角一(yi)般為30°~60°,太大時擴孔(kong)(kong)(kong)坯的(de)內壁容易刮傷(shang)，且(qie)擴孔(kong)(kong)(kong)開(kai)始(shi)時導向不好。其過渡段要平滑(hua)，以便(bian)使金(jin)屬流動均勻。

 一(yi)般穿孔(kong)頭(tou)的直(zhi)徑(jing)要比穿孔(kong)桿的直(zhi)徑(jing)大(da)10~30mm,但(dan)是有時考慮到穿孔(kong)桿的共(gong)用性，而擴大(da)這一(yi)數(shu)值的范(fan)圍(wei)。

 在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭嚴酷的(de)(de)(de)工(gong)作條(tiao)件，往(wang)往(wang)會(hui)使其(qi)工(gong)作帶和沿外徑(jing)的(de)(de)(de)棱緣，即側(ce)面(mian)連接端面(mian)的(de)(de)(de)圓角半(ban)徑(jing)處(chu)，承受最大的(de)(de)(de)加熱(re)和磨(mo)損(sun)。棱緣的(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)引(yin)起穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)后空心坯(pi)的(de)(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)不(bu)均，導(dao)致擠壓(ya)鋼管的(de)(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)不(bu)均。為了消(xiao)除穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)不(bu)均勻磨(mo)損(sun)，避免(mian)因此而引(yin)起的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)空心坯(pi)的(de)(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)不(bu)均，在(zai)現代的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機上(shang)采用了穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿和穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)芯棒(bang)運(yun)動的(de)(de)(de)套(tao)管系統，即在(zai)坯(pi)料(liao)經鐓粗后穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿不(bu)立(li)即返回，而是繼續壓(ya)在(zai)坯(pi)料(liao)上(shang)，這樣可以使穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭精確(que)地對準坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)中心，并且減小了其(qi)自由長度。

 采用帶圓弧半徑(jing)的(de)凹(ao)面穿(chuan)孔(kong)頭穿(chuan)孔(kong)，實現了(le)(le)穿(chuan)孔(kong)桿和(he)穿(chuan)孔(kong)頭對穿(chuan)孔(kong)坯料的(de)附加定心(xin)，提高了(le)(le)穿(chuan)孔(kong)后(hou)空(kong)心(xin)坯的(de)壁厚均(jun)(jun)勻(yun)度。在穿(chuan)孔(kong)過(guo)程中，穿(chuan)孔(kong)頭處于最嚴酷的(de)工作條(tiao)件，其工作帶和(he)沿外徑(jing)的(de)棱(leng)緣(yuan)(yuan)，即側面和(he)端面的(de)圓角半徑(jing)，承受最大(da)的(de)加熱和(he)磨(mo)(mo)損(sun)。觀察經多次使用后(hou)的(de)穿(chuan)孔(kong)頭，其棱(leng)緣(yuan)(yuan)的(de)磨(mo)(mo)損(sun)引起(qi)穿(chuan)孔(kong)空(kong)心(xin)坯壁厚不均(jun)(jun)，當(dang)出現穿(chuan)孔(kong)頭棱(leng)緣(yuan)(yuan)的(de)單邊磨(mo)(mo)損(sun)時，危險性更大(da)。

 穿(chuan)孔(kong)(kong)桿，包括螺(luo)紋固定的穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)在內，具有通過(guo)沿(yan)軸線(xian)鉆孔(kong)(kong)的冷卻水孔(kong)(kong)槽。穿(chuan)孔(kong)(kong)時用水冷卻穿(chuan)孔(kong)(kong)桿和(he)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)。

 采用組合式的(de)穿孔(kong)(kong)工模具(ju)，允許用低(di)合金(jin)鋼(gang)制作(zuo)不(bu)受熱(re)(re)的(de)零(ling)件，如采用5CrNiW、50CrVA鋼(gang)制造(zao)(zao)固定穿孔(kong)(kong)桿的(de)夾(jia)具(ju)，用5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)制造(zao)(zao)穿孔(kong)(kong)桿，用高合金(jin)鋼(gang)和耐熱(re)(re)合金(jin)鋼(gang)制造(zao)(zao)穿孔(kong)(kong)頭。

 擴孔(kong)過程中，擴孔(kong)頭的(de)錐形(xing)表面受到(dao)(dao)最(zui)劇烈(lie)的(de)磨(mo)損，并逐漸形(xing)成劃(hua)道(dao)和凹陷(xian)。擴孔(kong)頭的(de)工作負荷較(jiao)穿孔(kong)頭要(yao)輕許(xu)多，因(yin)此(ci)其使用(yong)壽命比穿孔(kong)頭高得(de)多，一般可達到(dao)(dao)80~100次。

 擴(kuo)孔(kong)頭的(de)長度取決于(yu)穿孔(kong)機的(de)結構(gou)形式，并(bing)且首(shou)先(xian)取決于(yu)穿孔(kong)桿和穿孔(kong)筒上平面之(zhi)間的(de)距(ju)離。如果其間隙(xi)大，為了減小成(cheng)形角(jiao)度，擴(kuo)孔(kong)頭可以(yi)做得比較長。擴(kuo)孔(kong)頭成(cheng)形角(jiao)的(de)平均值(zhi)一般等于(yu)15°~20°,而在最大的(de)擴(kuo)孔(kong)程度時，可以(yi)達到30°~32°.

 穿孔頭和(he)擴孔頭必須具有良好的綜合力(li)學性能，工作表面光潔(jie)圓滑，與(yu)穿孔桿連接可靠，更換方(fang)便。

 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：

  采用倒錐的(de)目的(de)是(shi)為了(le)(le)防(fang)止穿孔(kong)頭(tou)回程時刮切金屬或(huo)帶出空心坯。穿孔(kong)頭(tou)端面加工成凹面的(de)目的(de)，是(shi)為了(le)(le)儲存潤滑(hua)劑，以使在整個穿孔(kong)過程中，保持潤滑(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。

  由于擴孔錐至(zhi)工作帶處的磨損最為(wei)嚴重，故(gu)該處采用(yong)圓滑過(guo)渡，其他尺寸同上(shang)。

 c. 剪切環(huan)組件

  剪(jian)切(qie)環(huan)組件包括(kuo)下(xia)支(zhi)承(cheng)桿、支(zhi)承(cheng)頭、剪(jian)切(qie)環(huan)和(he)連(lian)接(jie)件等零(ling)部件。

  支承頭(tou)和剪切(qie)環的作用是在穿(chuan)孔過程中封閉穿(chuan)孔筒(tong)內襯(chen)的下端面(mian)，以(yi)減小穿(chuan)孔余料的高度，為空(kong)心(xin)坯下端面(mian)定(ding)形(xing)；在穿(chuan)孔結束(shu)時，剪切(qie)環還要剪斷穿(chuan)孔余料；支承桿最后(hou)將穿(chuan)孔空(kong)心(xin)坯從穿(chuan)孔筒(tong)內襯(chen)中推出。

  在(zai)整個穿孔過程(cheng)中(zhong)，支承頭(tou)和剪切環的(de)上端(duan)面(mian)(mian)和加(jia)熱到高溫的(de)坯(pi)料相接觸，使(shi)其表(biao)面(mian)(mian)層金屬被(bei)加(jia)熱到650~700℃.使(shi)用過程(cheng)中(zhong)剪切環的(de)主要破壞形式是端(duan)面(mian)(mian)棱(leng)緣翹(qiao)曲和焊(han)瘤（圖2-27).

  剪(jian)切環(huan)與穿孔頭(tou)或擴(kuo)孔頭(tou)之間(jian)的(de)間(jian)隙不能過(guo)(guo)大，一般小于2mm.如(ru)果此間(jian)隙過(guo)(guo)大或剪(jian)切環(huan)過(guo)(guo)度磨(mo)損(sun)，則(ze)會導(dao)致在(zai)剪(jian)切穿孔或擴(kuo)孔余料(liao)的(de)過(guo)(guo)程(cheng)中，坯(pi)料(liao)前端內孔處(chu)產生(sheng)飛邊(bian)缺陷，并易引起擠壓筒(tong)和擠壓模的(de)損(sun)壞(huai)。