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(kong)筒(tong)

  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(kong)筒的內(nei)襯(chen)與外套之(zhi)間(jian)以1.0%~1.5%的錐度(du)相(xiang)配合，而內(nei)襯(chen)的內(nei)孔(kong)也制成約(yue)有(you)1%~3%的錐度(du)，這樣使取出坯料時能比較(jiao)順利地頂出。

  另(ling)外，穿孔筒內(nei)襯(chen)的(de)內(nei)表面(mian)光潔度要求比較高，熱處(chu)理后要進行磨(mo)削(xue)。其熱處(chu)理后的(de)硬(ying)度約為HRC42~45,以提高其耐(nai)磨(mo)性。

  穿(chuan)孔(kong)筒的內(nei)(nei)襯采用(yong)和擠壓筒內(nei)(nei)襯相同的材(cai)料制造，如5CrW2Si或Ni11.一般穿(chuan)孔(kong)筒內(nei)(nei)襯的使用(yong)壽(shou)命大(da)約為1000~3000次。

  從穿孔(kong)筒(tong)內襯的(de)工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)條件來考量，采用具有雙穿孔(kong)筒(tong)旋轉輪換工(gong)(gong)作(zuo)(zuo)結(jie)構的(de)穿孔(kong)機最為合適(shi)。

  原因為除(chu)了能使(shi)穿孔筒得到及時而充分的冷卻之外(wai)，輪流使(shi)用的穿孔筒有利于(yu)內襯(chen)很好地(di)清除(chu)玻璃潤滑劑殘渣，提(ti)高(gao)內襯(chen)的使(shi)用壽命。

二、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓(dui)粗桿和穿孔桿的結構

   鐓粗桿(gan)在結構上(shang)，上(shang)端(duan)用(yong)銷(xiao)子或夾緊裝置固定在鐓粗梁上(shang)，下端(duan)用(yong)螺紋連接鐓粗頭（圖7-52),其內孔(kong)設有導向滑(hua)槽與(yu)穿孔(kong)桿(gan)相配合。

   鐓(dui)粗(cu)桿(gan)的(de)外徑(jing)比穿(chuan)孔筒小(xiao)10~30mm,而內徑(jing)比穿(chuan)孔桿(gan)大5~25mm.但(dan)考慮到(dao)鐓(dui)粗(cu)桿(gan)的(de)共用性(xing)，可(ke)在保(bao)證強(qiang)度(du)的(de)條(tiao)件下超出上述范圍(wei)。

   鐓粗(cu)桿的(de)(de)長度應根據(ju)穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)長度和生產最短的(de)(de)坯(pi)料長度來(lai)決定(ding)。

   根據穿孔(kong)桿和穿孔(kong)頭(tou)的(de)規格，可以更(geng)換鐓(dui)(dui)粗頭(tou)，以擴大鐓(dui)(dui)粗桿的(de)使用范圍，鐓(dui)(dui)粗頭(tou)的(de)外(wai)徑與穿孔(kong)筒(tong)的(de)內徑之(zhi)間(jian)間(jian)隙要小，約比穿孔(kong)筒(tong)的(de)小頭(tou)直徑小0.5~1.5mm,其內孔(kong)帶有花鍵式導(dao)向槽。

2. 穿孔桿的穩定性(xing)強度校核(he)

  立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)機的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)(gan)(gan)作(zuo)為(wei)連桿(gan)(gan)(gan)(gan)，連接穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭及芯棒支(zhi)承(cheng)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)并(bing)不和變(bian)形屬直接接觸。在穿(chuan)(chuan)孔(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)(gan)(gan)連接并(bing)支(zhi)承(cheng)著(zhu)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭及擴孔(kong)頭。一般穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)(gan)(gan)的(de)(de)直徑比穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭工作(zuo)帶的(de)(de)直徑小10~30mm.穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)(gan)(gan)的(de)(de)長(chang)度取(qu)決(jue)于(yu)穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒的(de)(de)長(chang)度。

 由于在(zai)不銹鋼管穿(chuan)孔時穿(chuan)孔桿承受壓縮(suo)應力，且因穿(chuan)孔桿的(de)(de)長度(du)較長，工作時上端相當(dang)于固定。因此，其彎曲的(de)(de)危(wei)險性(xing)要(yao)比壓縮(suo)變形(xing)的(de)(de)危(wei)險性(xing)更大。

  所以，穿孔桿的強度校(xiao)核是按照(zhao)壓桿穩定的方法來計算。

穿孔桿(gan)上(shang)所承(cheng)受的應力為：

 3. 穿孔(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)頭

  a. 穿孔(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)頭的結構

   在(zai)立式(shi)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機對(dui)實(shi)心坯料進(jin)行穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)(shi)，采(cai)(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)(yi)，需用(yong)(yong)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭；而(er)對(dui)帶(dai)預鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)空心坯料進(jin)行擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)(shi)，采(cai)(cai)用(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)(yi)，則需用(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭。在(zai)采(cai)(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)(yi)時(shi)(shi)，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭和(he)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭都安(an)裝(zhuang)在(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)于穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機的(de)工(gong)模(mo)具(ju)而(er)言(yan)，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)工(gong)作條(tiao)件最為(wei)嚴酷，受到(dao)(dao)最為(wei)強烈(lie)的(de)磨損；而(er)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)工(gong)作條(tiao)件相對(dui)會好一(yi)些(xie)。因此，擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命要比穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭長(chang)。一(yi)般在(zai)生產不銹(xiu)鋼管(guan)時(shi)(shi)，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命不超過30~40次(ci)／只(zhi)，而(er)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)使用(yong)(yong)壽(shou)命可以達到(dao)(dao)80~100次(ci)／只(zhi)（材質為(wei)3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)工作(zuo)表面的不均勻(yun)磨損，將引(yin)起穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心坯的壁厚不均。穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，將穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)輪(lun)流(liu)安(an)裝在穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上，由10~15穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)組成為一組，循環輪(lun)流(liu)使(shi)用的效果最(zui)好。

 圖(tu)7-53所(suo)示為立式(shi)穿孔(kong)機的穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭。穿孔(kong)頭既可使用有柄的（圖(tu)7-53(a)),也可以(yi)使用無柄平端面的（圖(tu)7-53(b)).這種(zhong)固定方法，可以(yi)允許穿孔(kong)頭冷卻，檢查或更換，不(bu)占穿孔(kong)的周期(qi)時間(jian)。

  穿(chuan)(chuan)孔頭與穿(chuan)(chuan)孔坯料的(de)接觸端面被做成帶有圓弧半徑(jing)的(de)凹面，是為了保證在整個穿(chuan)(chuan)孔周期中，玻(bo)璃滑(hua)劑(ji)能(neng)夠均勻地進入變形區。

b. 穿孔頭和擴(kuo)孔頭的設計

  穿孔頭(tou)(tou)和(he)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)(tou)的設計數據來自(zi)于多(duo)年的實際技術工(gong)作經驗數據。穿孔頭(tou)(tou)（圖(tu)7-54)和(he)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)(tou)（圖(tu)7-55)定徑帶的直(zhi)徑，要根據產品的規(gui)格(ge)而(er)定。由(you)于穿孔頭(tou)(tou)和(he)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)(tou)在穿（擴(kuo)(kuo)）孔過程中直(zhi)接與變形金屬接觸，因(yin)此，其表面光潔度應達到7~8級(ji)，且倒角要圓(yuan)滑(hua)。穿孔頭(tou)(tou)下端的倒角半徑R應約為穿孔頭(tou)(tou)直(zhi)徑的10%~20%。

 穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭上(shang)端過渡段的角度不宜過大，以(yi)防止穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭回程時(shi)刮(gua)傷空心坯(pi)的內(nei)表(biao)面，其角度一般為(wei)5°~25°.穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒和穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭較小時(shi)，采用較小值。

 擴(kuo)孔頭的下錐(zhui)頭直徑(jing)應等于(yu)坯料預鉆孔的直徑(jing)。

 擴孔頭的成(cheng)形錐(zhui)角一般(ban)為30°~60°,太大時(shi)擴孔坯的內壁容易刮傷，且擴孔開始時(shi)導向不好。其過渡段要平滑(hua)，以便使金屬流動均(jun)勻。

 一般穿(chuan)孔頭的(de)直徑(jing)(jing)要比(bi)穿(chuan)孔桿的(de)直徑(jing)(jing)大(da)10~30mm,但是有時考慮到穿(chuan)孔桿的(de)共用性，而擴大(da)這一數值的(de)范(fan)圍。

 在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭嚴酷的工作條(tiao)件(jian)，往往會使其(qi)工作帶和沿外徑的棱緣(yuan)，即(ji)(ji)側面連接端面的圓角半徑處，承受最大的加熱和磨損(sun)。棱緣(yuan)的磨損(sun)引起(qi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空(kong)心(xin)坯(pi)(pi)的壁厚不(bu)均(jun)(jun)，導致(zhi)擠壓鋼(gang)管的壁厚不(bu)均(jun)(jun)。為了消除穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的不(bu)均(jun)(jun)勻磨損(sun)，避免因此而(er)引起(qi)的穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空(kong)心(xin)坯(pi)(pi)的壁厚不(bu)均(jun)(jun)，在(zai)現代(dai)的穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機上采用了穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)芯棒運動的套管系(xi)統，即(ji)(ji)在(zai)坯(pi)(pi)料(liao)經鐓粗后穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)不(bu)立即(ji)(ji)返回(hui)，而(er)是繼續(xu)壓在(zai)坯(pi)(pi)料(liao)上，這樣(yang)可以使穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭精確地對準(zhun)坯(pi)(pi)料(liao)的中心(xin)，并且減小了其(qi)自(zi)由長度。

 采(cai)用帶(dai)圓弧(hu)半徑(jing)的(de)(de)凹面穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)，實(shi)現(xian)(xian)了穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿和(he)(he)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)對穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)坯料的(de)(de)附加定(ding)心，提高了穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)后空心坯的(de)(de)壁(bi)厚均勻度。在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)處于最(zui)嚴酷(ku)的(de)(de)工(gong)作條件，其工(gong)作帶(dai)和(he)(he)沿外徑(jing)的(de)(de)棱(leng)緣(yuan)，即側面和(he)(he)端面的(de)(de)圓角(jiao)半徑(jing)，承受最(zui)大的(de)(de)加熱和(he)(he)磨損(sun)(sun)。觀察(cha)經多次使用后的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)，其棱(leng)緣(yuan)的(de)(de)磨損(sun)(sun)引起穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)空心坯壁(bi)厚不均，當(dang)出現(xian)(xian)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)棱(leng)緣(yuan)的(de)(de)單邊磨損(sun)(sun)時，危(wei)險性更(geng)大。

 穿(chuan)孔(kong)桿，包括螺紋固定的穿(chuan)孔(kong)頭在內(nei)，具有(you)通過沿軸線鉆(zhan)孔(kong)的冷(leng)卻水孔(kong)槽(cao)。穿(chuan)孔(kong)時用水冷(leng)卻穿(chuan)孔(kong)桿和穿(chuan)孔(kong)頭。

 采用(yong)(yong)組合式的穿(chuan)孔工模具，允(yun)許用(yong)(yong)低合金鋼(gang)(gang)(gang)制作不(bu)受熱(re)的零(ling)件，如采用(yong)(yong)5CrNiW、50CrVA鋼(gang)(gang)(gang)制造固定穿(chuan)孔桿(gan)的夾具，用(yong)(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)(gang)(gang)制造穿(chuan)孔桿(gan)，用(yong)(yong)高合金鋼(gang)(gang)(gang)和耐熱(re)合金鋼(gang)(gang)(gang)制造穿(chuan)孔頭。

 擴(kuo)孔過程中，擴(kuo)孔頭的(de)錐形表面受到最劇(ju)烈的(de)磨(mo)損，并逐漸形成劃道和凹陷。擴(kuo)孔頭的(de)工作負荷(he)較(jiao)穿(chuan)孔頭要輕許多，因此其使(shi)用壽命比穿(chuan)孔頭高得(de)多，一般可(ke)達到80~100次。

 擴(kuo)孔(kong)頭(tou)的(de)長度取決(jue)于穿(chuan)孔(kong)機(ji)的(de)結構形式(shi)，并(bing)且首先取決(jue)于穿(chuan)孔(kong)桿(gan)和穿(chuan)孔(kong)筒上平面之(zhi)間的(de)距離。如果其(qi)間隙大(da)(da)，為了減小成形角(jiao)度，擴(kuo)孔(kong)頭(tou)可以做得比較長。擴(kuo)孔(kong)頭(tou)成形角(jiao)的(de)平均值一般等于15°~20°,而在最大(da)(da)的(de)擴(kuo)孔(kong)程度時，可以達到30°~32°.

 穿(chuan)孔頭和擴孔頭必須具有良好的綜合(he)力學性能，工(gong)作表面光潔圓滑(hua)，與穿(chuan)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(cai)用倒錐的目的是為(wei)了(le)防(fang)止穿(chuan)(chuan)孔頭回程(cheng)時刮(gua)切金屬或帶出空心坯。穿(chuan)(chuan)孔頭端(duan)面加工成凹面的目的，是為(wei)了(le)儲存潤滑劑，以使在整個穿(chuan)(chuan)孔過程(cheng)中，保持潤滑劑的連(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。

  由于擴孔錐至工作帶處的(de)磨損(sun)最為嚴重(zhong)，故該處采用圓滑過渡，其他尺寸同上。

 c. 剪切(qie)環組件(jian)

  剪(jian)切環(huan)組件(jian)包括下(xia)支(zhi)承桿、支(zhi)承頭、剪(jian)切環(huan)和連(lian)接件(jian)等零部件(jian)。

  支承頭和剪(jian)切(qie)環的作用(yong)是(shi)在(zai)穿孔(kong)過程中封閉穿孔(kong)筒內(nei)襯(chen)的下(xia)端面，以減(jian)小穿孔(kong)余(yu)料的高度，為空心坯下(xia)端面定形；在(zai)穿孔(kong)結束時，剪(jian)切(qie)環還(huan)要(yao)剪(jian)斷穿孔(kong)余(yu)料；支承桿(gan)最后將(jiang)穿孔(kong)空心坯從穿孔(kong)筒內(nei)襯(chen)中推出(chu)。

  在整個穿孔(kong)過程中，支承頭和(he)剪切環的(de)上端面(mian)和(he)加(jia)熱到高溫的(de)坯料相(xiang)接觸，使其表面(mian)層金屬被加(jia)熱到650~700℃.使用過程中剪切環的(de)主要破壞形式是(shi)端面(mian)棱緣翹曲和(he)焊瘤（圖2-27).

  剪(jian)切(qie)環(huan)與穿孔(kong)(kong)頭(tou)或(huo)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)之間(jian)的(de)間(jian)隙不能(neng)過大(da)，一(yi)般小于2mm.如果此(ci)間(jian)隙過大(da)或(huo)剪(jian)切(qie)環(huan)過度磨損，則(ze)會導致在剪(jian)切(qie)穿孔(kong)(kong)或(huo)擴(kuo)孔(kong)(kong)余料的(de)過程中，坯料前端(duan)內孔(kong)(kong)處產生飛邊(bian)缺陷，并易(yi)引起(qi)擠壓筒和(he)擠壓模(mo)的(de)損壞(huai)。