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(kuo)）孔(kong)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)般穿孔筒的(de)內襯與外套之間以1.0%~1.5%的(de)錐度相配合，而(er)內襯的(de)內孔也制成約有(you)1%~3%的(de)錐度，這樣(yang)使取出坯料時能比(bi)較(jiao)順利地頂出。

  另外，穿孔(kong)筒內襯的內表(biao)面光潔度要求(qiu)比較高，熱(re)處理后(hou)要進(jin)行磨削。其熱(re)處理后(hou)的硬(ying)度約為HRC42~45,以提(ti)高其耐磨性。

  穿孔筒(tong)的內襯(chen)采(cai)用和(he)擠壓筒(tong)內襯(chen)相(xiang)同的材料(liao)制(zhi)造，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿孔筒(tong)內襯(chen)的使(shi)用壽命大約為1000~3000次。

  從穿孔(kong)筒(tong)(tong)內(nei)襯(chen)的工作條件來考(kao)量(liang)，采用(yong)具有(you)雙穿孔(kong)筒(tong)(tong)旋轉輪換工作結構的穿孔(kong)機最為合適。

  原因為除了(le)能(neng)使(shi)穿孔筒得到及時而充分(fen)的冷卻之外(wai)，輪流(liu)使(shi)用的穿孔筒有(you)利于內(nei)(nei)襯(chen)很好(hao)地清除玻(bo)璃潤滑(hua)劑殘渣，提高(gao)內(nei)(nei)襯(chen)的使(shi)用壽命。

二、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和穿孔(kong)桿的結(jie)構(gou)

   鐓(dui)粗桿(gan)在結構(gou)上，上端用銷子或夾緊(jin)裝置固定(ding)在鐓(dui)粗梁上，下(xia)端用螺紋連接鐓(dui)粗頭(tou)（圖7-52),其內孔設有導(dao)向滑(hua)槽(cao)與穿孔桿(gan)相配合。

   鐓粗桿的(de)外徑比穿(chuan)孔(kong)筒小10~30mm,而(er)內徑比穿(chuan)孔(kong)桿大5~25mm.但考慮(lv)到鐓粗桿的(de)共用性(xing)，可在保證(zheng)強(qiang)度的(de)條件(jian)下超出上述范(fan)圍。

   鐓粗桿的(de)長度(du)應根(gen)據穿孔筒的(de)長度(du)和(he)生(sheng)產最(zui)短(duan)的(de)坯(pi)料長度(du)來決定。

   根據穿(chuan)孔桿和(he)穿(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)規格(ge)，可(ke)以(yi)更換鐓(dui)粗(cu)頭(tou)，以(yi)擴(kuo)大鐓(dui)粗(cu)桿的(de)(de)使用范圍(wei)，鐓(dui)粗(cu)頭(tou)的(de)(de)外徑(jing)(jing)與穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)內徑(jing)(jing)之間(jian)間(jian)隙(xi)要(yao)小，約比穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)小頭(tou)直徑(jing)(jing)小0.5~1.5mm,其內孔帶(dai)有花鍵式導向槽。

2. 穿孔桿(gan)的(de)穩(wen)定性強度校核

  立式穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)機的穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)作為連桿(gan)(gan)，連接穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭及芯棒支承，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)并不(bu)和(he)變形屬直接接觸。在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)過(guo)程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)連接并支承著穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭及擴(kuo)孔(kong)頭。一般(ban)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)的直徑(jing)比穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭工(gong)作帶的直徑(jing)小10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)(gan)的長(chang)度取決于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)筒的長(chang)度。

 由(you)于在(zai)不銹鋼管(guan)穿孔(kong)(kong)時穿孔(kong)(kong)桿承受壓(ya)縮應力，且因穿孔(kong)(kong)桿的(de)(de)長度較長，工作時上端相當于固定。因此，其(qi)彎曲的(de)(de)危(wei)險性(xing)要比壓(ya)縮變(bian)形(xing)的(de)(de)危(wei)險性(xing)更大。

  所以，穿孔(kong)桿的(de)強度校(xiao)核是按(an)照壓桿穩定的(de)方法來計算。

穿孔桿上所承受的應力為：

 3. 穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭

  a. 穿(chuan)孔頭和擴孔頭的結構

   在立式穿(chuan)孔(kong)(kong)機對實心(xin)坯料進(jin)行穿(chuan)孔(kong)(kong)時，采用穿(chuan)孔(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，需(xu)用穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)；而對帶預鉆孔(kong)(kong)的(de)空心(xin)坯料進(jin)行擴(kuo)孔(kong)(kong)時，采用擴(kuo)孔(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，則需(xu)用擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)。在采用穿(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)工(gong)藝(yi)時，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)都安(an)裝在穿(chuan)孔(kong)(kong)桿上。對于(yu)穿(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)工(gong)模具而言，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)工(gong)作條(tiao)件(jian)最(zui)為嚴酷，受(shou)到最(zui)為強烈的(de)磨(mo)損(sun)；而擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)工(gong)作條(tiao)件(jian)相對會(hui)好一些。因此(ci)，擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)使(shi)用壽(shou)命(ming)要比穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)長。一般在生產不銹(xiu)鋼管(guan)時，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)使(shi)用壽(shou)命(ming)不超過30~40次／只(zhi)，而擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)使(shi)用壽(shou)命(ming)可以(yi)達到80~100次／只(zhi)（材質(zhi)為3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭工作表面(mian)的不均勻(yun)磨損(sun)，將引(yin)起穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)后空心坯的壁厚(hou)不均。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)時，將穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭輪流(liu)安裝在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿上，由10~15穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭組成為一組，循環(huan)輪流(liu)使用(yong)的效果最(zui)好。

 圖7-53所示(shi)為立式(shi)穿(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)頭。穿(chuan)孔(kong)(kong)頭既可使用有柄(bing)的(de)(de)(de)(de)（圖7-53(a)),也可以(yi)(yi)使用無柄(bing)平端面的(de)(de)(de)(de)（圖7-53(b)).這種(zhong)固定方法，可以(yi)(yi)允(yun)許(xu)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭冷卻(que)，檢查或更換，不占穿(chuan)孔(kong)(kong)的(de)(de)(de)(de)周期時間。

  穿孔頭與穿孔坯料的接觸端面(mian)被做成帶有圓弧半徑的凹面(mian)，是為了(le)保證在整個(ge)穿孔周期中(zhong)，玻璃滑劑能夠(gou)均(jun)勻地進入變形區。

b. 穿孔頭和(he)擴孔頭的設計

  穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)和擴孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)設計數據來(lai)自(zi)于多年(nian)的(de)實際技術工作(zuo)經(jing)驗數據。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)（圖7-54)和擴孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)（圖7-55)定徑帶的(de)直徑，要根據產品(pin)的(de)規(gui)格而定。由于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)和擴孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)（擴）孔(kong)(kong)過程(cheng)中(zhong)直接與變形金屬接觸，因此(ci)，其表面光潔度應達(da)到7~8級，且倒(dao)角要圓滑。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)下端(duan)的(de)倒(dao)角半徑R應約為(wei)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)直徑的(de)10%~20%。

 穿孔(kong)(kong)頭(tou)上端過渡段的角度(du)不宜過大，以防止穿孔(kong)(kong)頭(tou)回程時(shi)刮傷空心(xin)坯的內表面，其(qi)角度(du)一般為5°~25°.穿孔(kong)(kong)筒和穿孔(kong)(kong)頭(tou)較(jiao)小時(shi)，采用較(jiao)小值。

 擴(kuo)孔頭(tou)的(de)下錐頭(tou)直徑(jing)應等于坯料預鉆孔的(de)直徑(jing)。

 擴(kuo)孔頭的成(cheng)形錐角(jiao)一般為30°~60°,太大時(shi)擴(kuo)孔坯(pi)的內(nei)壁容易刮傷，且擴(kuo)孔開始(shi)時(shi)導(dao)向不好。其過渡段要(yao)平滑，以(yi)便使(shi)金屬流動均勻。

 一般(ban)穿孔頭的(de)直徑要比穿孔桿(gan)的(de)直徑大10~30mm,但(dan)是(shi)有時考慮到穿孔桿(gan)的(de)共(gong)用(yong)性，而擴大這一數值(zhi)的(de)范(fan)圍。

 在(zai)穿孔(kong)(kong)過程中，穿孔(kong)(kong)頭(tou)嚴酷的(de)(de)(de)(de)工作條件，往往會使其(qi)工作帶和沿外徑的(de)(de)(de)(de)棱緣(yuan)，即(ji)(ji)側(ce)面連接端面的(de)(de)(de)(de)圓角半(ban)徑處，承受最大的(de)(de)(de)(de)加熱和磨(mo)(mo)損(sun)。棱緣(yuan)的(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損(sun)引起(qi)穿孔(kong)(kong)后(hou)(hou)空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚不(bu)均，導致擠壓(ya)鋼(gang)管的(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚不(bu)均。為了(le)消除(chu)穿孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)不(bu)均勻磨(mo)(mo)損(sun)，避免因(yin)此而引起(qi)的(de)(de)(de)(de)穿孔(kong)(kong)空(kong)心坯(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚不(bu)均，在(zai)現代的(de)(de)(de)(de)穿孔(kong)(kong)機(ji)上采用了(le)穿孔(kong)(kong)桿(gan)(gan)和穿孔(kong)(kong)芯棒運動的(de)(de)(de)(de)套管系統(tong)，即(ji)(ji)在(zai)坯(pi)(pi)(pi)料經鐓粗后(hou)(hou)穿孔(kong)(kong)桿(gan)(gan)不(bu)立即(ji)(ji)返(fan)回，而是繼(ji)續壓(ya)在(zai)坯(pi)(pi)(pi)料上，這(zhe)樣可以使穿孔(kong)(kong)頭(tou)精確地對準(zhun)坯(pi)(pi)(pi)料的(de)(de)(de)(de)中心，并且(qie)減小了(le)其(qi)自由長度。

 采(cai)用帶圓弧(hu)半徑(jing)的(de)(de)凹面穿(chuan)孔(kong)頭穿(chuan)孔(kong)，實現(xian)了穿(chuan)孔(kong)桿(gan)和穿(chuan)孔(kong)頭對穿(chuan)孔(kong)坯(pi)(pi)料的(de)(de)附加定心(xin)，提(ti)高了穿(chuan)孔(kong)后空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)壁(bi)厚均(jun)勻(yun)度。在穿(chuan)孔(kong)過(guo)程中(zhong)，穿(chuan)孔(kong)頭處于最(zui)嚴酷(ku)的(de)(de)工(gong)作(zuo)條件，其工(gong)作(zuo)帶和沿外徑(jing)的(de)(de)棱(leng)緣(yuan)，即側面和端(duan)面的(de)(de)圓角半徑(jing)，承受最(zui)大的(de)(de)加熱和磨損。觀察經多次使用后的(de)(de)穿(chuan)孔(kong)頭，其棱(leng)緣(yuan)的(de)(de)磨損引起(qi)穿(chuan)孔(kong)空心(xin)坯(pi)(pi)壁(bi)厚不均(jun)，當出(chu)現(xian)穿(chuan)孔(kong)頭棱(leng)緣(yuan)的(de)(de)單邊磨損時，危(wei)險性更(geng)大。

 穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿，包括(kuo)螺紋固(gu)定的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭在內，具有通過沿軸線鉆孔(kong)(kong)的(de)冷卻水孔(kong)(kong)槽。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)時(shi)用水冷卻穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿和穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭。

 采(cai)用組合式(shi)的穿(chuan)(chuan)孔(kong)工模(mo)具，允許用低合金(jin)鋼制(zhi)作不受熱的零件(jian)，如采(cai)用5CrNiW、50CrVA鋼制(zhi)造(zao)(zao)固(gu)定穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)的夾具，用5CrNiW、5CrNiMo鋼制(zhi)造(zao)(zao)穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)，用高(gao)合金(jin)鋼和耐熱合金(jin)鋼制(zhi)造(zao)(zao)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭。

 擴(kuo)孔(kong)過程中(zhong)，擴(kuo)孔(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)錐形表(biao)面受(shou)到最劇烈的(de)(de)磨(mo)損，并逐漸形成劃(hua)道和凹(ao)陷。擴(kuo)孔(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)工作負荷較穿(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)要(yao)輕許多(duo)，因此其使用壽命比穿(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)高得多(duo)，一般可達到80~100次。

 擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)長度(du)取決于(yu)穿孔(kong)(kong)機的(de)結構形式，并(bing)且首先取決于(yu)穿孔(kong)(kong)桿(gan)和(he)穿孔(kong)(kong)筒上平面之間的(de)距(ju)離(li)。如果其間隙大(da)，為了減小成形角(jiao)度(du)，擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)可(ke)以(yi)做(zuo)得比較長。擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)成形角(jiao)的(de)平均值(zhi)一般等于(yu)15°~20°,而在最(zui)大(da)的(de)擴(kuo)孔(kong)(kong)程度(du)時，可(ke)以(yi)達到30°~32°.

 穿(chuan)孔頭和擴(kuo)孔頭必(bi)須(xu)具有良好(hao)的綜合(he)力學性(xing)能，工作表(biao)面光(guang)潔圓(yuan)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：

  采用倒錐的(de)目(mu)的(de)是為了防止穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭回(hui)程時刮切金屬(shu)或帶出(chu)空(kong)心坯。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭端面加(jia)工成凹面的(de)目(mu)的(de)，是為了儲存潤(run)滑劑，以使在(zai)整個穿(chuan)(chuan)孔(kong)過程中，保持潤(run)滑劑的(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(kuo)孔錐至工(gong)作帶處(chu)的磨損最為嚴重(zhong)，故(gu)該處(chu)采用圓滑過(guo)渡，其他尺寸同(tong)上。

 c. 剪(jian)切環組件

  剪(jian)切環組(zu)件(jian)包括(kuo)下支承桿、支承頭、剪(jian)切環和連(lian)接件(jian)等零部件(jian)。

  支(zhi)承頭和(he)剪(jian)切環的作用是在(zai)穿孔過程中封閉(bi)穿孔筒內襯(chen)(chen)的下(xia)端(duan)面(mian)，以減(jian)小穿孔余料(liao)的高度，為(wei)空心坯下(xia)端(duan)面(mian)定形；在(zai)穿孔結束時，剪(jian)切環還要(yao)剪(jian)斷穿孔余料(liao)；支(zhi)承桿(gan)最后將穿孔空心坯從穿孔筒內襯(chen)(chen)中推出。

  在整(zheng)個穿孔過(guo)程(cheng)中，支承頭(tou)和(he)剪切環(huan)的(de)上端(duan)面(mian)和(he)加熱(re)到高溫的(de)坯(pi)料相接觸，使(shi)其表(biao)面(mian)層金屬被加熱(re)到650~700℃.使(shi)用過(guo)程(cheng)中剪切環(huan)的(de)主(zhu)要破壞(huai)形式是(shi)端(duan)面(mian)棱緣翹(qiao)曲和(he)焊瘤(liu)（圖2-27).

  剪(jian)切(qie)環(huan)與穿(chuan)孔(kong)(kong)頭或擴孔(kong)(kong)頭之間的(de)間隙不能過大，一(yi)般小于2mm.如果此間隙過大或剪(jian)切(qie)環(huan)過度磨損，則(ze)會導致在(zai)剪(jian)切(qie)穿(chuan)孔(kong)(kong)或擴孔(kong)(kong)余料的(de)過程中，坯料前端內孔(kong)(kong)處產生(sheng)飛邊缺(que)陷，并(bing)易引起擠(ji)壓筒和擠(ji)壓模的(de)損壞。