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(yi)般(ban)穿孔(kong)筒的(de)內襯與外(wai)套之間以1.0%~1.5%的(de)錐(zhui)度(du)(du)相配合，而內襯的(de)內孔(kong)也制成約有1%~3%的(de)錐(zhui)度(du)(du)，這樣使取(qu)出坯料時能(neng)比較(jiao)順利地頂出。

  另外，穿孔筒內(nei)襯(chen)的內(nei)表(biao)面光(guang)潔度(du)要求比(bi)較高，熱處理后要進行磨削。其(qi)熱處理后的硬度(du)約(yue)為HRC42~45,以提高其(qi)耐磨性。

  穿孔(kong)筒的內(nei)襯采(cai)用(yong)和擠壓筒內(nei)襯相同的材料制(zhi)造，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿孔(kong)筒內(nei)襯的使用(yong)壽命(ming)大約為1000~3000次。

  從穿(chuan)孔筒內襯的(de)工(gong)作條件來考(kao)量，采用(yong)具有雙(shuang)穿(chuan)孔筒旋轉輪換工(gong)作結構(gou)的(de)穿(chuan)孔機最為合適(shi)。

  原因(yin)為除(chu)(chu)了能(neng)使穿孔(kong)筒得到及時(shi)而(er)充分(fen)的冷卻之外，輪(lun)流使用(yong)的穿孔(kong)筒有利(li)于內襯(chen)很(hen)好地清除(chu)(chu)玻璃潤滑劑(ji)殘渣，提(ti)高內襯(chen)的使用(yong)壽命。

二(er)、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和穿孔(kong)桿的結構

   鐓(dui)粗(cu)桿在(zai)結構上，上端用銷子或(huo)夾緊裝置(zhi)固(gu)定在(zai)鐓(dui)粗(cu)梁上，下端用螺(luo)紋連接鐓(dui)粗(cu)頭（圖7-52),其(qi)內孔設有導向滑槽與穿孔桿相(xiang)配合(he)。

   鐓(dui)粗(cu)(cu)桿的外徑比穿孔筒小10~30mm,而內徑比穿孔桿大5~25mm.但考慮到鐓(dui)粗(cu)(cu)桿的共用(yong)性(xing)，可(ke)在(zai)保(bao)證強度(du)的條(tiao)件下超出上述范圍。

   鐓粗桿的(de)長(chang)(chang)度應根據穿孔筒(tong)的(de)長(chang)(chang)度和生產最短(duan)的(de)坯料長(chang)(chang)度來決定。

   根據(ju)穿孔桿和穿孔頭(tou)的規格，可以(yi)(yi)更換鐓粗頭(tou)，以(yi)(yi)擴大鐓粗桿的使用范圍(wei)，鐓粗頭(tou)的外(wai)徑(jing)與穿孔筒(tong)的內(nei)徑(jing)之間(jian)間(jian)隙要小，約比穿孔筒(tong)的小頭(tou)直徑(jing)小0.5~1.5mm,其內(nei)孔帶(dai)有花(hua)鍵式導向(xiang)槽。

2. 穿(chuan)孔桿的穩定性強度(du)校核

  立(li)式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)作為連桿(gan)，連接(jie)(jie)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及芯棒支承，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)并(bing)不和變形屬直(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸(chu)。在穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)連接(jie)(jie)并(bing)支承著穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及擴孔(kong)(kong)頭(tou)。一般穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)的(de)直(zhi)徑比穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)工作帶(dai)的(de)直(zhi)徑小10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)的(de)長度取決于穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒的(de)長度。

 由于在不銹鋼管穿孔(kong)(kong)時(shi)穿孔(kong)(kong)桿承受(shou)壓(ya)縮應力，且因(yin)穿孔(kong)(kong)桿的長度(du)較長，工作時(shi)上端相當于固定(ding)。因(yin)此，其(qi)彎曲的危險(xian)性要比壓(ya)縮變(bian)形的危險(xian)性更(geng)大。

  所以，穿孔桿的強度校核是按照(zhao)壓桿穩(wen)定的方法(fa)來(lai)計算。

穿孔桿上(shang)所(suo)承受的應(ying)力為(wei)：

 3. 穿(chuan)孔(kong)頭(tou)和擴孔(kong)頭(tou)

  a. 穿孔頭和擴孔頭的結構

   在(zai)(zai)立式(shi)穿(chuan)孔(kong)(kong)機對實心坯料進行穿(chuan)孔(kong)(kong)時(shi)(shi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)孔(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，需用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)；而(er)對帶預鉆孔(kong)(kong)的(de)(de)空心坯料進行擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)時(shi)(shi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，則需用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)。在(zai)(zai)采(cai)用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔(kong)(kong)工(gong)藝(yi)時(shi)(shi)，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)和擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)都安裝(zhuang)在(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)桿上。對于(yu)穿(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)工(gong)模具而(er)言，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)作條件最為嚴(yan)酷(ku)，受到最為強烈的(de)(de)磨(mo)損；而(er)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)作條件相對會好一(yi)些。因此，擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命要比(bi)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)長。一(yi)般在(zai)(zai)生產不銹(xiu)鋼管時(shi)(shi)，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命不超過30~40次(ci)／只(zhi)，而(er)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)使用(yong)(yong)(yong)壽命可以(yi)達(da)到80~100次(ci)／只(zhi)（材(cai)質為3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)工作表面的(de)不均(jun)勻(yun)磨損，將引起穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心(xin)坯(pi)的(de)壁(bi)厚不均(jun)。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，將穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)輪流安裝在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上，由10~15穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)組成為一(yi)組，循環(huan)輪流使用的(de)效果最好。

 圖(tu)(tu)7-53所示為立式穿孔(kong)機的穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭。穿孔(kong)頭既可(ke)(ke)使(shi)用有柄(bing)的（圖(tu)(tu)7-53(a)),也可(ke)(ke)以使(shi)用無柄(bing)平端面的（圖(tu)(tu)7-53(b)).這(zhe)種(zhong)固定方法，可(ke)(ke)以允(yun)許穿孔(kong)頭冷卻，檢查或更(geng)換，不占穿孔(kong)的周期時間(jian)。

  穿(chuan)孔頭與穿(chuan)孔坯料的接觸端面(mian)被做成帶有圓弧半徑的凹面(mian)，是為了保證在整(zheng)個穿(chuan)孔周期中，玻璃(li)滑劑能夠均勻地進入(ru)變(bian)形區。

b. 穿孔頭和擴(kuo)孔頭的設計

  穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)和(he)(he)擴孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)設計數(shu)據(ju)來自于(yu)(yu)多(duo)年的(de)(de)實際(ji)技術工作經驗數(shu)據(ju)。穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)（圖7-54)和(he)(he)擴孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)（圖7-55)定徑帶的(de)(de)直(zhi)(zhi)徑，要根據(ju)產(chan)品的(de)(de)規格而定。由于(yu)(yu)穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)和(he)(he)擴孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)在穿（擴）孔(kong)(kong)(kong)過(guo)程中直(zhi)(zhi)接(jie)(jie)與(yu)變形金(jin)屬接(jie)(jie)觸，因此，其表面光潔(jie)度應(ying)(ying)達到7~8級，且倒角要圓(yuan)滑。穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)下端(duan)的(de)(de)倒角半徑R應(ying)(ying)約為穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)直(zhi)(zhi)徑的(de)(de)10%~20%。

 穿孔(kong)頭(tou)上(shang)端過渡段的(de)角度不宜過大，以防止穿孔(kong)頭(tou)回程時(shi)刮傷空心坯的(de)內表(biao)面，其角度一(yi)般為5°~25°.穿孔(kong)筒和穿孔(kong)頭(tou)較(jiao)小(xiao)(xiao)時(shi)，采用較(jiao)小(xiao)(xiao)值(zhi)。

 擴孔(kong)頭的下錐頭直徑應等于坯料(liao)預鉆(zhan)孔(kong)的直徑。

 擴孔頭的成形錐角一般為30°~60°,太大(da)時(shi)擴孔坯(pi)的內壁(bi)容易刮傷(shang)，且擴孔開始時(shi)導向不好。其過渡段要(yao)平滑，以便(bian)使金屬流動均勻(yun)。

 一(yi)般穿(chuan)孔(kong)頭的(de)直(zhi)徑要比穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的(de)直(zhi)徑大10~30mm,但是有時考慮到(dao)穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的(de)共(gong)用性，而擴大這(zhe)一(yi)數(shu)值的(de)范圍(wei)。

 在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)過程(cheng)中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭嚴(yan)酷(ku)的(de)(de)(de)(de)工作條件，往往會使其(qi)工作帶和沿(yan)外徑的(de)(de)(de)(de)棱緣，即(ji)(ji)側(ce)面連接端面的(de)(de)(de)(de)圓(yuan)角(jiao)半徑處，承(cheng)受最大的(de)(de)(de)(de)加熱和磨(mo)損(sun)(sun)。棱緣的(de)(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)(sun)引起穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)后(hou)空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚不(bu)(bu)均(jun)，導致擠(ji)壓鋼管(guan)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚不(bu)(bu)均(jun)。為了(le)消除穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)磨(mo)損(sun)(sun)，避免因此(ci)而(er)引起的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚不(bu)(bu)均(jun)，在(zai)現代的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)機(ji)上(shang)采用(yong)了(le)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)和穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)芯棒運(yun)動的(de)(de)(de)(de)套管(guan)系統，即(ji)(ji)在(zai)坯(pi)(pi)料經鐓粗后(hou)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)不(bu)(bu)立(li)即(ji)(ji)返(fan)回，而(er)是繼續壓在(zai)坯(pi)(pi)料上(shang)，這樣可以使穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭精確地對(dui)準(zhun)坯(pi)(pi)料的(de)(de)(de)(de)中心(xin)，并且減(jian)小了(le)其(qi)自由長度。

 采用帶圓弧半徑的凹面(mian)穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)，實現了穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿和(he)穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)對(dui)穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)坯(pi)(pi)料的附加定心(xin)(xin)，提高了穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)后空(kong)心(xin)(xin)坯(pi)(pi)的壁(bi)厚均勻(yun)度(du)。在穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)過程中，穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)處于最嚴酷的工作條件，其工作帶和(he)沿外徑的棱(leng)(leng)緣(yuan)(yuan)，即側面(mian)和(he)端面(mian)的圓角半徑，承受最大(da)的加熱和(he)磨損。觀察經多次使(shi)用后的穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)，其棱(leng)(leng)緣(yuan)(yuan)的磨損引起穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)空(kong)心(xin)(xin)坯(pi)(pi)壁(bi)厚不(bu)均，當出現穿孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)棱(leng)(leng)緣(yuan)(yuan)的單邊磨損時(shi)，危險性更(geng)大(da)。

 穿(chuan)孔(kong)(kong)桿，包(bao)括(kuo)螺紋固(gu)定的穿(chuan)孔(kong)(kong)頭在內(nei)，具(ju)有通過沿軸線鉆孔(kong)(kong)的冷卻水(shui)(shui)孔(kong)(kong)槽。穿(chuan)孔(kong)(kong)時用水(shui)(shui)冷卻穿(chuan)孔(kong)(kong)桿和穿(chuan)孔(kong)(kong)頭。

 采用(yong)組合式的(de)穿孔(kong)(kong)(kong)工模具，允(yun)許用(yong)低合金(jin)鋼(gang)制作不受熱(re)的(de)零件，如采用(yong)5CrNiW、50CrVA鋼(gang)制造(zao)固定(ding)穿孔(kong)(kong)(kong)桿的(de)夾具，用(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)制造(zao)穿孔(kong)(kong)(kong)桿，用(yong)高合金(jin)鋼(gang)和耐(nai)熱(re)合金(jin)鋼(gang)制造(zao)穿孔(kong)(kong)(kong)頭。

 擴(kuo)孔(kong)過程中(zhong)，擴(kuo)孔(kong)頭(tou)的錐形(xing)表(biao)面(mian)受到最劇烈(lie)的磨損，并(bing)逐漸形(xing)成劃道和凹陷。擴(kuo)孔(kong)頭(tou)的工作負荷較穿孔(kong)頭(tou)要輕(qing)許(xu)多，因此其使用壽命比穿孔(kong)頭(tou)高得多，一般可達到80~100次。

 擴(kuo)孔(kong)(kong)頭的(de)長度取決(jue)于穿(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)結(jie)構(gou)形(xing)式，并且(qie)首先取決(jue)于穿(chuan)孔(kong)(kong)桿和穿(chuan)孔(kong)(kong)筒上平面之間的(de)距(ju)離。如(ru)果其間隙大(da)，為了減小(xiao)成(cheng)形(xing)角(jiao)度，擴(kuo)孔(kong)(kong)頭可(ke)以(yi)做(zuo)得(de)比較長。擴(kuo)孔(kong)(kong)頭成(cheng)形(xing)角(jiao)的(de)平均值一(yi)般(ban)等(deng)于15°~20°,而在最大(da)的(de)擴(kuo)孔(kong)(kong)程度時(shi)，可(ke)以(yi)達(da)到30°~32°.

 穿孔頭(tou)和擴孔頭(tou)必須具(ju)有良好的綜合力學性能，工作表面光(guang)潔圓滑，與穿孔桿連接(jie)可靠，更換方便。

 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(dao)錐的(de)目的(de)是為了防止穿(chuan)孔頭(tou)(tou)回(hui)程(cheng)時刮切金屬或帶出空心坯(pi)。穿(chuan)孔頭(tou)(tou)端面加工成凹面的(de)目的(de)，是為了儲(chu)存潤滑劑，以使在(zai)整個穿(chuan)孔過程(cheng)中，保持潤滑劑的(de)連續供應。

  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(kong)錐至(zhi)工作帶處(chu)的磨損(sun)最為嚴重(zhong)，故該(gai)處(chu)采用圓滑過(guo)渡，其他尺寸同上。

 c. 剪切環組(zu)件(jian)

  剪(jian)切(qie)環組件包括下(xia)支承桿(gan)、支承頭、剪(jian)切(qie)環和連接件等零(ling)部件。

  支(zhi)承頭和(he)剪切環的作用(yong)是在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)過程中封閉(bi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒內襯(chen)的下端面，以減小穿(chuan)(chuan)孔(kong)余料(liao)的高度，為空心坯下端面定形；在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)結束時(shi)，剪切環還要剪斷穿(chuan)(chuan)孔(kong)余料(liao)；支(zhi)承桿最后將穿(chuan)(chuan)孔(kong)空心坯從穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒內襯(chen)中推出。

  在整個(ge)穿孔過程(cheng)中(zhong)，支承頭和(he)(he)剪(jian)切(qie)環(huan)的上端面和(he)(he)加熱(re)(re)到高溫的坯料相接觸，使其表面層金屬(shu)被(bei)加熱(re)(re)到650~700℃.使用過程(cheng)中(zhong)剪(jian)切(qie)環(huan)的主要(yao)破壞形式(shi)是端面棱緣翹(qiao)曲和(he)(he)焊(han)瘤（圖2-27).

  剪(jian)切環與穿(chuan)孔頭或(huo)擴(kuo)孔頭之間(jian)的(de)間(jian)隙不能過大，一般(ban)小于2mm.如果此間(jian)隙過大或(huo)剪(jian)切環過度磨(mo)損，則(ze)會導致在剪(jian)切穿(chuan)孔或(huo)擴(kuo)孔余料的(de)過程中，坯料前端內孔處(chu)產(chan)生飛(fei)邊缺陷，并易引(yin)起擠壓筒和擠壓模的(de)損壞。