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(kong)筒的(de)(de)內(nei)襯與外套之間以1.0%~1.5%的(de)(de)錐(zhui)(zhui)度相配合，而(er)內(nei)襯的(de)(de)內(nei)孔(kong)也制成約有(you)1%~3%的(de)(de)錐(zhui)(zhui)度，這樣使(shi)取出坯料時(shi)能(neng)比較順(shun)利地(di)頂出。

  另外，穿孔(kong)筒內襯的(de)內表(biao)面(mian)光潔度要求比較高(gao)(gao)，熱處(chu)理后要進行磨削。其熱處(chu)理后的(de)硬度約為HRC42~45,以提高(gao)(gao)其耐磨性。

  穿(chuan)(chuan)孔筒的(de)內(nei)襯(chen)采用(yong)(yong)和擠壓(ya)筒內(nei)襯(chen)相同的(de)材料(liao)制造，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿(chuan)(chuan)孔筒內(nei)襯(chen)的(de)使用(yong)(yong)壽命大約為1000~3000次。

  從穿(chuan)孔筒內襯的(de)工作條件來考量，采(cai)用具有雙穿(chuan)孔筒旋(xuan)轉輪換工作結(jie)構的(de)穿(chuan)孔機最為(wei)合適。

  原因(yin)為除了能使(shi)穿(chuan)孔筒得(de)到及時而充(chong)分(fen)的(de)冷(leng)卻之(zhi)外，輪流(liu)使(shi)用的(de)穿(chuan)孔筒有利于內襯很好地清(qing)除玻璃潤滑劑殘渣(zha)，提高內襯的(de)使(shi)用壽命。

二、鐓(dui)粗(cu)桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和(he)穿孔桿的結構

   鐓粗(cu)桿(gan)(gan)在結構上，上端用(yong)銷子或夾緊裝置固定(ding)在鐓粗(cu)梁(liang)上，下端用(yong)螺(luo)紋連接(jie)鐓粗(cu)頭（圖7-52),其內孔設有導向滑槽與穿孔桿(gan)(gan)相(xiang)配(pei)合。

   鐓(dui)粗桿的外徑比穿(chuan)孔筒小10~30mm,而內徑比穿(chuan)孔桿大5~25mm.但考(kao)慮到鐓(dui)粗桿的共用性，可在保證強度的條件下超出上述(shu)范圍。

   鐓粗(cu)桿的(de)長(chang)(chang)度應根據穿(chuan)孔筒的(de)長(chang)(chang)度和生產最短的(de)坯料長(chang)(chang)度來決定(ding)。

   根據穿孔桿(gan)和穿孔頭(tou)(tou)的(de)規格(ge)，可(ke)以更換鐓粗(cu)頭(tou)(tou)，以擴大鐓粗(cu)桿(gan)的(de)使用范圍，鐓粗(cu)頭(tou)(tou)的(de)外徑與穿孔筒的(de)內(nei)徑之間間隙要小，約比穿孔筒的(de)小頭(tou)(tou)直徑小0.5~1.5mm,其內(nei)孔帶有花鍵式導向槽(cao)。

2. 穿孔桿的穩定性強度校核

  立式(shi)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)作為連桿(gan)，連接(jie)(jie)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及(ji)芯(xin)棒支(zhi)承，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)并(bing)(bing)不和變形屬直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。在穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)連接(jie)(jie)并(bing)(bing)支(zhi)承著穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及(ji)擴孔(kong)(kong)頭(tou)。一(yi)般穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)的直徑比穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)工作帶的直徑小10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿(gan)的長(chang)度(du)(du)取決于穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒的長(chang)度(du)(du)。

 由(you)于在不(bu)銹(xiu)鋼管穿孔時穿孔桿承受(shou)壓縮(suo)應力，且(qie)因穿孔桿的(de)長度較長，工作時上端相當于固定(ding)。因此，其彎曲的(de)危險性(xing)要比壓縮(suo)變(bian)形的(de)危險性(xing)更大。

  所(suo)以，穿孔桿的(de)強度校核是按照壓桿穩定的(de)方法(fa)來(lai)計算。

穿孔桿(gan)上所承(cheng)受的應力為：

 3. 穿孔(kong)(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)

  a. 穿(chuan)孔(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)頭的結構

   在(zai)立式穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)對(dui)實心(xin)坯料進行(xing)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝，需用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)；而對(dui)帶(dai)預鉆(zhan)孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空(kong)心(xin)坯料進行(xing)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝，則需用(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。在(zai)采(cai)用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)都安裝(zhuang)在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)的(de)(de)工(gong)模具而言，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)作條件最(zui)為嚴酷，受到(dao)最(zui)為強烈(lie)的(de)(de)磨(mo)損；而擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)作條件相(xiang)對(dui)會(hui)好一些。因此，擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命要(yao)比穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)長。一般在(zai)生產不銹鋼管(guan)時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命不超(chao)過30~40次／只(zhi)，而擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)用(yong)壽命可以達到(dao)80~100次／只(zhi)（材(cai)質(zhi)為3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭工作表面的(de)不均勻(yun)磨損，將(jiang)引起穿(chuan)孔(kong)(kong)后空心坯的(de)壁厚(hou)不均。穿(chuan)孔(kong)(kong)時，將(jiang)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭輪流(liu)安裝(zhuang)在穿(chuan)孔(kong)(kong)桿上(shang)，由10~15穿(chuan)孔(kong)(kong)頭組(zu)成為一組(zu)，循(xun)環(huan)輪流(liu)使用(yong)的(de)效(xiao)果(guo)最好。

 圖(tu)(tu)7-53所示(shi)為立(li)式(shi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)機的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)頭。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭既可使用有(you)柄(bing)的(de)(de)(de)（圖(tu)(tu)7-53(a)),也可以使用無(wu)柄(bing)平端面的(de)(de)(de)（圖(tu)(tu)7-53(b)).這種固(gu)定方法，可以允(yun)許穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭冷卻，檢(jian)查或(huo)更換(huan)，不占穿(chuan)(chuan)孔(kong)的(de)(de)(de)周期時間。

  穿(chuan)孔頭與穿(chuan)孔坯料(liao)的接觸端面被做成帶有圓(yuan)弧半徑的凹面，是(shi)為了保證在整個穿(chuan)孔周期中，玻璃滑(hua)劑(ji)能(neng)夠均勻地進(jin)入變形(xing)區。

b. 穿孔頭和擴孔頭的(de)設計

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)和擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)(de)設(she)計(ji)數據來自于多年(nian)的(de)(de)(de)實際技術(shu)工作經(jing)驗數據。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)（圖7-54)和擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)（圖7-55)定徑(jing)(jing)帶的(de)(de)(de)直(zhi)徑(jing)(jing)，要(yao)根(gen)據產品的(de)(de)(de)規格而(er)定。由(you)于穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)和擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)在穿(chuan)(chuan)（擴）孔(kong)(kong)(kong)(kong)過程(cheng)中(zhong)直(zhi)接與變(bian)形金屬接觸，因此，其表面(mian)光(guang)潔度(du)應(ying)達(da)到(dao)7~8級，且(qie)倒(dao)角(jiao)要(yao)圓滑。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)下(xia)端的(de)(de)(de)倒(dao)角(jiao)半徑(jing)(jing)R應(ying)約為穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)直(zhi)徑(jing)(jing)的(de)(de)(de)10%~20%。

 穿孔(kong)頭(tou)上端過渡段(duan)的角度(du)不宜過大(da)，以(yi)防止穿孔(kong)頭(tou)回程時刮傷空心坯(pi)的內表面，其角度(du)一般(ban)為5°~25°.穿孔(kong)筒(tong)和穿孔(kong)頭(tou)較(jiao)小時，采用較(jiao)小值。

 擴孔頭的(de)下錐頭直徑應(ying)等于坯料預鉆(zhan)孔的(de)直徑。

 擴(kuo)孔(kong)頭的(de)成形錐角一(yi)般為30°~60°,太大時擴(kuo)孔(kong)坯的(de)內壁容(rong)易刮(gua)傷(shang)，且(qie)擴(kuo)孔(kong)開始時導向(xiang)不好。其過渡段要平滑，以便使金(jin)屬(shu)流(liu)動均勻。

 一般穿孔頭(tou)的直徑要(yao)比(bi)穿孔桿(gan)的直徑大(da)10~30mm,但(dan)是有時考(kao)慮到穿孔桿(gan)的共用性(xing)，而擴(kuo)大(da)這一數(shu)值(zhi)的范圍。

 在穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭嚴(yan)酷的(de)(de)工(gong)作(zuo)條件(jian)，往(wang)往(wang)會使其工(gong)作(zuo)帶和沿外徑(jing)的(de)(de)棱緣(yuan)，即(ji)側面連接端面的(de)(de)圓(yuan)角半徑(jing)處，承受最大的(de)(de)加熱和磨(mo)損。棱緣(yuan)的(de)(de)磨(mo)損引起穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)后空(kong)心(xin)坯(pi)的(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)不均，導致擠壓鋼管(guan)的(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)不均。為(wei)了消除穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)不均勻(yun)磨(mo)損，避免因此(ci)而引起的(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)空(kong)心(xin)坯(pi)的(de)(de)壁(bi)厚(hou)(hou)不均，在現代的(de)(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機上(shang)采用了穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿和穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)芯棒運動的(de)(de)套管(guan)系統(tong)，即(ji)在坯(pi)料(liao)經鐓(dui)粗(cu)后穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿不立(li)即(ji)返回，而是繼(ji)續壓在坯(pi)料(liao)上(shang)，這樣可(ke)以使穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭精確地對準坯(pi)料(liao)的(de)(de)中心(xin)，并且減小了其自(zi)由長度。

 采(cai)用(yong)帶(dai)圓弧半徑(jing)的(de)(de)(de)(de)凹(ao)面(mian)(mian)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)，實現了穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿和穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)對穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)坯料的(de)(de)(de)(de)附加定心(xin)，提高了穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)后(hou)空(kong)心(xin)坯的(de)(de)(de)(de)壁厚均勻度(du)。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)過(guo)程(cheng)中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)處于最(zui)嚴酷(ku)的(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)條件，其工(gong)作(zuo)帶(dai)和沿外徑(jing)的(de)(de)(de)(de)棱(leng)緣，即側面(mian)(mian)和端面(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)圓角半徑(jing)，承受(shou)最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)加熱和磨損。觀察(cha)經多次使(shi)用(yong)后(hou)的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)，其棱(leng)緣的(de)(de)(de)(de)磨損引起穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)空(kong)心(xin)坯壁厚不均，當出(chu)現穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)棱(leng)緣的(de)(de)(de)(de)單邊磨損時，危險性更大(da)。

 穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿，包括螺(luo)紋固定(ding)的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)在內，具有通(tong)過沿軸線鉆孔(kong)的(de)冷卻水孔(kong)槽。穿(chuan)(chuan)孔(kong)時用水冷卻穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿和穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)。

 采用(yong)(yong)組(zu)合(he)式的(de)穿(chuan)孔工模(mo)具，允許(xu)用(yong)(yong)低合(he)金鋼制(zhi)作不受熱的(de)零件，如采用(yong)(yong)5CrNiW、50CrVA鋼制(zhi)造固定穿(chuan)孔桿(gan)的(de)夾具，用(yong)(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼制(zhi)造穿(chuan)孔桿(gan)，用(yong)(yong)高合(he)金鋼和耐熱合(he)金鋼制(zhi)造穿(chuan)孔頭。

 擴孔過程(cheng)中，擴孔頭(tou)的錐形(xing)表面受到(dao)最劇烈(lie)的磨損，并逐漸(jian)形(xing)成劃(hua)道和凹陷。擴孔頭(tou)的工(gong)作負荷較穿孔頭(tou)要輕許多(duo)，因此其(qi)使用壽命比穿孔頭(tou)高得多(duo)，一般可達到(dao)80~100次(ci)。

 擴(kuo)孔頭(tou)的(de)長度(du)取決于(yu)穿孔機的(de)結構形(xing)(xing)式，并且首(shou)先取決于(yu)穿孔桿和穿孔筒上平(ping)面之間的(de)距離。如果其(qi)間隙(xi)大(da)，為了減小(xiao)成(cheng)形(xing)(xing)角度(du)，擴(kuo)孔頭(tou)可以(yi)做得比較長。擴(kuo)孔頭(tou)成(cheng)形(xing)(xing)角的(de)平(ping)均值一般等(deng)于(yu)15°~20°,而在最(zui)大(da)的(de)擴(kuo)孔程度(du)時，可以(yi)達到30°~32°.

 穿孔頭和擴孔頭必須具有(you)良(liang)好的綜合力學(xue)性能，工作表面光潔圓滑，與(yu)穿孔桿(gan)連接可靠，更換(huan)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(cai)用倒錐的目的是(shi)為了(le)防止(zhi)穿孔頭回程時刮切金屬或帶出空(kong)心坯。穿孔頭端(duan)面加(jia)工成凹(ao)面的目的，是(shi)為了(le)儲存潤滑劑(ji)，以使在(zai)整(zheng)個穿孔過(guo)程中(zhong)，保持潤滑劑(ji)的連續供應。

  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)錐至工作(zuo)帶處(chu)的(de)磨損最為嚴重，故(gu)該處(chu)采(cai)用圓滑過渡，其(qi)他尺寸同上。

 c. 剪切環組件

  剪(jian)切環(huan)組件(jian)(jian)包括下支承桿、支承頭、剪(jian)切環(huan)和(he)連(lian)接(jie)件(jian)(jian)等零(ling)部(bu)件(jian)(jian)。

  支承頭和剪切環的(de)作用是在(zai)穿(chuan)孔(kong)過程中封(feng)閉(bi)穿(chuan)孔(kong)筒(tong)(tong)內襯的(de)下(xia)端(duan)面，以減小穿(chuan)孔(kong)余(yu)料的(de)高度(du)，為空心坯下(xia)端(duan)面定形；在(zai)穿(chuan)孔(kong)結(jie)束時(shi)，剪切環還要剪斷穿(chuan)孔(kong)余(yu)料；支承桿最后將穿(chuan)孔(kong)空心坯從(cong)穿(chuan)孔(kong)筒(tong)(tong)內襯中推出。

  在整個穿孔過程中(zhong)，支承頭和剪切環的上端面和加(jia)熱到高溫的坯料相接觸(chu)，使(shi)其(qi)表面層金屬(shu)被加(jia)熱到650~700℃.使(shi)用過程中(zhong)剪切環的主要破壞形式是端面棱(leng)緣翹曲和焊瘤（圖(tu)2-27).

  剪(jian)切(qie)環與穿(chuan)孔(kong)(kong)頭或擴(kuo)孔(kong)(kong)頭之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)隙不能過(guo)大，一般小于2mm.如果此間(jian)隙過(guo)大或剪(jian)切(qie)環過(guo)度磨損(sun)，則(ze)會導致(zhi)在剪(jian)切(qie)穿(chuan)孔(kong)(kong)或擴(kuo)孔(kong)(kong)余(yu)料(liao)的(de)過(guo)程中(zhong)，坯(pi)料(liao)前(qian)端內孔(kong)(kong)處產(chan)生(sheng)飛邊缺陷，并易引(yin)起擠壓(ya)筒和擠壓(ya)模的(de)損(sun)壞。