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

  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。

  一般穿孔筒的(de)內(nei)襯(chen)與外套之間以1.0%~1.5%的(de)錐(zhui)度相配(pei)合(he)，而內(nei)襯(chen)的(de)內(nei)孔也制成約有1%~3%的(de)錐(zhui)度，這樣使取出坯料時能比較順(shun)利地頂出。

  另外，穿孔筒(tong)內襯的(de)內表面光潔度(du)(du)要(yao)求比較高(gao)，熱處(chu)理后要(yao)進行磨削。其熱處(chu)理后的(de)硬度(du)(du)約為HRC42~45,以提高(gao)其耐(nai)磨性。

  穿孔筒(tong)的內(nei)襯(chen)采用和擠壓筒(tong)內(nei)襯(chen)相同的材(cai)料制造(zao)，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿孔筒(tong)內(nei)襯(chen)的使用壽命大約為1000~3000次。

  從穿(chuan)孔(kong)筒內襯的工作(zuo)條件來考量，采用具有雙穿(chuan)孔(kong)筒旋轉輪換(huan)工作(zuo)結構的穿(chuan)孔(kong)機(ji)最為合適。

  原(yuan)因為除(chu)了(le)能使(shi)穿(chuan)孔(kong)筒(tong)得到及時而充(chong)分的冷卻之外(wai)，輪流使(shi)用的穿(chuan)孔(kong)筒(tong)有利于內(nei)襯很好地清除(chu)玻璃(li)潤滑劑殘渣(zha)，提高內(nei)襯的使(shi)用壽命(ming)。

二(er)、鐓粗桿(gan)和(he)穿孔(kong)桿(gan)

 1. 鐓粗桿(gan)和穿(chuan)孔桿(gan)的結構

   鐓粗(cu)桿(gan)在(zai)結構上，上端(duan)用銷子(zi)或夾緊裝置固定在(zai)鐓粗(cu)梁上，下端(duan)用螺(luo)紋(wen)連(lian)接(jie)鐓粗(cu)頭（圖7-52),其(qi)內孔(kong)設有導向滑槽(cao)與穿孔(kong)桿(gan)相配合。

   鐓粗(cu)(cu)桿的外徑比穿孔(kong)筒小(xiao)10~30mm,而內(nei)徑比穿孔(kong)桿大5~25mm.但考慮到(dao)鐓粗(cu)(cu)桿的共用(yong)性(xing)，可在保證強度的條件下超出上述范圍。

   鐓(dui)粗桿的長(chang)度應根(gen)據(ju)穿孔筒的長(chang)度和生產最短的坯料長(chang)度來決定。

   根據(ju)穿(chuan)孔桿(gan)和穿(chuan)孔頭(tou)的(de)(de)(de)規格(ge)，可以更換(huan)鐓粗頭(tou)，以擴大鐓粗桿(gan)的(de)(de)(de)使用范(fan)圍，鐓粗頭(tou)的(de)(de)(de)外(wai)徑(jing)(jing)與穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)(de)內(nei)徑(jing)(jing)之間(jian)間(jian)隙(xi)要小(xiao)(xiao)，約(yue)比穿(chuan)孔筒(tong)的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)頭(tou)直徑(jing)(jing)小(xiao)(xiao)0.5~1.5mm,其內(nei)孔帶有花鍵(jian)式導向槽。

2. 穿(chuan)孔(kong)桿的穩(wen)定性(xing)強(qiang)度校(xiao)核

  立式(shi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)作為連桿(gan)，連接(jie)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及(ji)芯棒支承(cheng)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)并不和變形屬(shu)直(zhi)接(jie)接(jie)觸。在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)連接(jie)并支承(cheng)著穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及(ji)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)。一般(ban)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)的(de)(de)直(zhi)徑比穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)工作帶(dai)的(de)(de)直(zhi)徑小(xiao)10~30mm.穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)的(de)(de)長度(du)取決于穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒的(de)(de)長度(du)。

 由于(yu)在不銹(xiu)鋼管穿(chuan)孔時穿(chuan)孔桿(gan)承受(shou)壓(ya)縮應力，且因(yin)穿(chuan)孔桿(gan)的長(chang)度較長(chang)，工作時上(shang)端相當于(yu)固定。因(yin)此，其彎曲的危(wei)險性(xing)要(yao)比壓(ya)縮變形的危(wei)險性(xing)更大(da)。

  所以，穿(chuan)孔桿(gan)的強(qiang)度校核是按照壓桿(gan)穩(wen)定(ding)的方法來(lai)計算。

穿孔桿(gan)上所承受的應力(li)為：

 3. 穿孔頭和(he)擴(kuo)孔頭

  a. 穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭的結構

   在(zai)立式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機對實(shi)心(xin)坯料進行(xing)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝，需用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)；而對帶(dai)預鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空(kong)心(xin)坯料進行(xing)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝，則需用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)。在(zai)采(cai)用(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)（擴(kuo)(kuo)(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)和擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)都安(an)裝(zhuang)在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿上。對于穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)工(gong)(gong)模具而言(yan)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)(gong)作條件(jian)最為(wei)嚴酷，受(shou)到最為(wei)強烈的(de)(de)磨損；而擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)(gong)作條件(jian)相對會好(hao)一些。因(yin)此，擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)要比穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)長。一般(ban)在(zai)生產不(bu)銹鋼管(guan)時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)不(bu)超過30~40次／只，而擴(kuo)(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)可以達到80~100次／只（材(cai)質為(wei)3Cr2W8V).

  另(ling)外，穿孔頭工作(zuo)表面的(de)不(bu)均勻磨損(sun)，將引(yin)起穿孔后(hou)空心坯的(de)壁厚不(bu)均。穿孔時，將穿孔頭輪流安裝在穿孔桿上，由10~15穿孔頭組成(cheng)為(wei)一(yi)組，循環輪流使用的(de)效(xiao)果(guo)最好。

 圖(tu)7-53所示為立式穿(chuan)孔(kong)(kong)機(ji)的穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)和擴孔(kong)(kong)頭(tou)。穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)既可使用有柄(bing)(bing)的（圖(tu)7-53(a)),也(ye)可以使用無柄(bing)(bing)平(ping)端(duan)面的（圖(tu)7-53(b)).這種(zhong)固(gu)定方法，可以允(yun)許穿(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)冷卻，檢(jian)查或更換，不占(zhan)穿(chuan)孔(kong)(kong)的周期時間。

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)與穿(chuan)(chuan)孔(kong)坯料的接觸端(duan)面被做成帶有圓弧半徑的凹面，是為了保證在整個穿(chuan)(chuan)孔(kong)周期(qi)中，玻璃滑劑能夠均勻地(di)進入變形區。

b. 穿孔頭(tou)和擴(kuo)孔頭(tou)的設計

  穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭的設計數據來(lai)自于多年的實際技術工作經(jing)驗(yan)數據。穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭（圖7-54)和擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭（圖7-55)定徑(jing)帶(dai)的直徑(jing)，要(yao)根(gen)據產品(pin)的規格(ge)而定。由于穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭在穿(chuan)（擴）孔(kong)(kong)(kong)(kong)過程中直接與變形金屬接觸，因此(ci)，其表面光潔度(du)應(ying)達到7~8級，且倒角(jiao)要(yao)圓滑。穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭下(xia)端的倒角(jiao)半徑(jing)R應(ying)約為穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭直徑(jing)的10%~20%。

 穿孔頭(tou)上端過渡(du)段(duan)的角(jiao)度不(bu)宜過大，以防止穿孔頭(tou)回(hui)程(cheng)時刮(gua)傷空心坯的內表(biao)面(mian)，其角(jiao)度一(yi)般為5°~25°.穿孔筒和穿孔頭(tou)較小(xiao)時，采(cai)用較小(xiao)值。

 擴(kuo)孔頭的(de)下錐頭直徑應(ying)等(deng)于坯料預鉆孔的(de)直徑。

 擴(kuo)孔(kong)頭的成形(xing)錐角一般為(wei)30°~60°,太大時(shi)擴(kuo)孔(kong)坯的內壁容易刮傷，且(qie)擴(kuo)孔(kong)開始時(shi)導向不(bu)好(hao)。其(qi)過渡段要平滑，以便(bian)使金屬流動均(jun)勻。

 一般穿孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)直(zhi)徑(jing)要比穿孔(kong)(kong)桿(gan)的(de)直(zhi)徑(jing)大(da)10~30mm,但是(shi)有時考慮到穿孔(kong)(kong)桿(gan)的(de)共用性，而擴大(da)這一數值的(de)范(fan)圍。

 在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中(zhong)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)嚴酷的(de)(de)工作條(tiao)件，往(wang)往(wang)會使其工作帶(dai)和沿外(wai)徑的(de)(de)棱緣，即(ji)(ji)側(ce)面連接端面的(de)(de)圓角半徑處，承受最(zui)大(da)的(de)(de)加(jia)熱和磨損(sun)。棱緣的(de)(de)磨損(sun)引(yin)起(qi)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后(hou)空心坯的(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)，導致(zhi)擠壓(ya)鋼(gang)管的(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)。為(wei)了消除(chu)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)不(bu)均(jun)勻磨損(sun)，避免因此而引(yin)起(qi)的(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心坯的(de)(de)壁厚不(bu)均(jun)，在(zai)現代的(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機上采用了穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿和穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)芯(xin)棒運動的(de)(de)套管系統(tong)，即(ji)(ji)在(zai)坯料經鐓(dui)粗(cu)后(hou)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿不(bu)立即(ji)(ji)返回(hui)，而是繼(ji)續壓(ya)在(zai)坯料上，這(zhe)樣(yang)可以使穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)精(jing)確地對(dui)準(zhun)坯料的(de)(de)中(zhong)心，并且(qie)減(jian)小了其自由長度。

 采用(yong)帶圓弧(hu)半(ban)徑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)凹面穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)，實現(xian)了穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿和穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)對(dui)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)坯(pi)料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)附加定心(xin)，提高了穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)后空心(xin)坯(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)壁厚均勻度。在穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)過(guo)程中(zhong)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)處于最嚴酷的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工作條(tiao)件，其(qi)工作帶和沿(yan)外徑的(de)(de)(de)(de)(de)(de)棱(leng)緣，即側面和端(duan)面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)圓角半(ban)徑，承受最大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加熱和磨損(sun)。觀察(cha)經多次使用(yong)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)，其(qi)棱(leng)緣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)磨損(sun)引起穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)空心(xin)坯(pi)壁厚不均，當出(chu)現(xian)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)棱(leng)緣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)單邊(bian)磨損(sun)時，危險性更大(da)。

 穿(chuan)(chuan)孔桿，包括螺紋固定(ding)的穿(chuan)(chuan)孔頭在內(nei)，具有(you)通過沿軸線(xian)鉆孔的冷卻(que)水孔槽(cao)。穿(chuan)(chuan)孔時用(yong)水冷卻(que)穿(chuan)(chuan)孔桿和穿(chuan)(chuan)孔頭。

 采(cai)用(yong)組合(he)式的(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)工模具，允許用(yong)低合(he)金鋼制(zhi)作(zuo)不受熱(re)(re)的(de)(de)零件，如(ru)采(cai)用(yong)5CrNiW、50CrVA鋼制(zhi)造(zao)固定穿(chuan)孔(kong)(kong)桿的(de)(de)夾(jia)具，用(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼制(zhi)造(zao)穿(chuan)孔(kong)(kong)桿，用(yong)高合(he)金鋼和耐(nai)熱(re)(re)合(he)金鋼制(zhi)造(zao)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭。

 擴孔過程中，擴孔頭(tou)(tou)的錐形表面受到最劇(ju)烈的磨損，并逐漸形成劃道和(he)凹(ao)陷。擴孔頭(tou)(tou)的工作(zuo)負荷(he)較穿孔頭(tou)(tou)要輕(qing)許多(duo)(duo)，因此其使用(yong)壽命比(bi)穿孔頭(tou)(tou)高得(de)多(duo)(duo)，一般(ban)可達到80~100次。

 擴(kuo)孔頭的長(chang)度(du)取(qu)決(jue)于穿孔機的結構形(xing)式，并且首先取(qu)決(jue)于穿孔桿(gan)和穿孔筒(tong)上平(ping)面(mian)之間(jian)的距離。如果其間(jian)隙大(da)，為了減小(xiao)成形(xing)角(jiao)度(du)，擴(kuo)孔頭可(ke)(ke)以做得比較長(chang)。擴(kuo)孔頭成形(xing)角(jiao)的平(ping)均值一般等于15°~20°,而在最大(da)的擴(kuo)孔程度(du)時(shi)，可(ke)(ke)以達到(dao)30°~32°.

 穿孔(kong)頭(tou)和(he)擴(kuo)孔(kong)頭(tou)必(bi)須具(ju)有良好的綜合力學性能，工作表(biao)面光潔圓滑，與穿孔(kong)桿連接可靠(kao)，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(de)(de)目的(de)(de)是為了防(fang)止穿孔(kong)頭回(hui)程(cheng)(cheng)時刮切金屬(shu)或帶出空(kong)心(xin)坯。穿孔(kong)頭端面加工成凹面的(de)(de)目的(de)(de)，是為了儲存潤(run)滑劑，以使(shi)在(zai)整(zheng)個穿孔(kong)過程(cheng)(cheng)中，保持(chi)潤(run)滑劑的(de)(de)連續供應(ying)。

  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(yu)擴孔錐(zhui)至工作帶處(chu)的(de)磨(mo)損最為嚴重，故該處(chu)采用圓滑(hua)過渡，其他尺(chi)寸(cun)同上。

 c. 剪切環組(zu)件

  剪(jian)切環(huan)組件(jian)包括下支承桿(gan)、支承頭(tou)、剪(jian)切環(huan)和連接(jie)件(jian)等(deng)零部件(jian)。

  支承頭和(he)剪(jian)(jian)切環(huan)的(de)作用是在穿(chuan)孔(kong)過(guo)程中(zhong)封閉穿(chuan)孔(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)的(de)下端面，以減小(xiao)穿(chuan)孔(kong)余料的(de)高度，為空(kong)心(xin)坯(pi)(pi)下端面定形；在穿(chuan)孔(kong)結束時(shi)，剪(jian)(jian)切環(huan)還要剪(jian)(jian)斷穿(chuan)孔(kong)余料；支承桿最后將穿(chuan)孔(kong)空(kong)心(xin)坯(pi)(pi)從穿(chuan)孔(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)中(zhong)推出。

  在整個(ge)穿孔過程中，支承頭(tou)和剪切環的上端(duan)面和加熱到高(gao)溫的坯料相接觸，使其表面層金屬被加熱到650~700℃.使用過程中剪切環的主要破壞形(xing)式是端(duan)面棱緣翹曲(qu)和焊瘤（圖(tu)2-27).

  剪切環與(yu)穿孔頭或(huo)擴孔頭之間(jian)的(de)間(jian)隙(xi)不能過大，一般小于2mm.如果此間(jian)隙(xi)過大或(huo)剪切環過度磨損，則會導致在剪切穿孔或(huo)擴孔余(yu)料的(de)過程中，坯料前端內孔處產(chan)生飛邊缺陷，并易引起擠壓筒(tong)和擠壓模的(de)損壞。