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)）孔筒

  當不銹鋼管(guan)坯(pi)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(chuan)孔筒的(de)(de)(de)內(nei)襯與外套之(zhi)間以1.0%~1.5%的(de)(de)(de)錐度(du)相配合，而內(nei)襯的(de)(de)(de)內(nei)孔也(ye)制成約有1%~3%的(de)(de)(de)錐度(du)，這樣使(shi)取(qu)出坯(pi)料時能(neng)比較順利地(di)頂(ding)出。

  另(ling)外(wai)，穿(chuan)孔筒內(nei)(nei)襯的(de)內(nei)(nei)表面光潔度(du)要(yao)求(qiu)比較高，熱(re)處(chu)理(li)后(hou)要(yao)進行磨(mo)削。其(qi)熱(re)處(chu)理(li)后(hou)的(de)硬度(du)約為HRC42~45,以提高其(qi)耐磨(mo)性。

  穿(chuan)孔筒(tong)(tong)的(de)(de)內襯采用(yong)和擠(ji)壓筒(tong)(tong)內襯相同(tong)的(de)(de)材料(liao)制造，如5CrW2Si或Ni11.一般穿(chuan)孔筒(tong)(tong)內襯的(de)(de)使用(yong)壽命大約為(wei)1000~3000次。

  從穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒內襯的(de)工(gong)作(zuo)條件來考量，采(cai)用具有(you)雙穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒旋轉輪換(huan)工(gong)作(zuo)結構(gou)的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)機(ji)最為合適。

  原(yuan)因(yin)為除了能使(shi)穿(chuan)孔筒得到及(ji)時而充分(fen)的(de)冷卻之(zhi)外(wai)，輪流使(shi)用的(de)穿(chuan)孔筒有利于內襯(chen)(chen)很(hen)好地清除玻璃潤滑(hua)劑(ji)殘渣(zha)，提高內襯(chen)(chen)的(de)使(shi)用壽命。

二、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和穿孔桿的結構

   鐓粗桿(gan)在結構上，上端(duan)用銷子或夾緊裝(zhuang)置固定(ding)在鐓粗梁上，下(xia)端(duan)用螺紋(wen)連接鐓粗頭（圖7-52),其(qi)內孔設(she)有導向滑槽與(yu)穿孔桿(gan)相配合。

   鐓粗(cu)桿的外(wai)徑比穿孔(kong)筒小10~30mm,而(er)內徑比穿孔(kong)桿大5~25mm.但考慮(lv)到鐓粗(cu)桿的共(gong)用性，可在保證強度的條(tiao)件下超出上述范圍。

   鐓粗桿的長度(du)應(ying)根據穿孔(kong)筒的長度(du)和生產最(zui)短的坯料長度(du)來(lai)決定。

   根據穿(chuan)孔桿和穿(chuan)孔頭的(de)規格(ge)，可以更換(huan)鐓(dui)粗(cu)頭，以擴大(da)鐓(dui)粗(cu)桿的(de)使(shi)用范圍，鐓(dui)粗(cu)頭的(de)外徑與穿(chuan)孔筒的(de)內(nei)徑之間間隙(xi)要小，約比穿(chuan)孔筒的(de)小頭直徑小0.5~1.5mm,其內(nei)孔帶有花鍵式導向槽。

2. 穿(chuan)孔(kong)桿的(de)穩定(ding)性強度校核

  立式穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)作為連桿(gan)，連接穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)及(ji)芯棒支(zhi)承，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)并不和變形(xing)屬直(zhi)接接觸。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)連接并支(zhi)承著穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)及(ji)擴孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)。一般穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)的(de)(de)直(zhi)徑(jing)比穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)工作帶(dai)的(de)(de)直(zhi)徑(jing)小10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)的(de)(de)長度取(qu)決于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒的(de)(de)長度。

 由于在不銹(xiu)鋼(gang)管穿(chuan)孔(kong)時穿(chuan)孔(kong)桿承(cheng)受壓縮(suo)應力，且因(yin)穿(chuan)孔(kong)桿的(de)(de)長度較長，工作時上端相當于固定。因(yin)此，其彎曲(qu)的(de)(de)危(wei)險(xian)性要比(bi)壓縮(suo)變形的(de)(de)危(wei)險(xian)性更大。

  所以，穿(chuan)孔(kong)桿的強度校核是按照(zhao)壓桿穩(wen)定的方法來計(ji)算(suan)。

穿孔(kong)桿上所承受的應(ying)力為：

 3. 穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭

  a. 穿孔頭(tou)(tou)和擴孔頭(tou)(tou)的結(jie)構

   在立式(shi)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)對(dui)實心坯(pi)料進(jin)(jin)行穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)(gong)藝，需(xu)用(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)；而(er)對(dui)帶預鉆孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空心坯(pi)料進(jin)(jin)行擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)(gong)藝，則(ze)需(xu)用(yong)(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)。在采(cai)用(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)(gong)藝時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)都安裝在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)上。對(dui)于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)模(mo)具(ju)而(er)言，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作條件(jian)最為(wei)(wei)嚴酷(ku)，受到最為(wei)(wei)強烈的(de)(de)磨損；而(er)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作條件(jian)相(xiang)對(dui)會(hui)好一(yi)些。因此，擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)(ming)要比穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)長。一(yi)般在生產不銹(xiu)鋼管時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)(ming)不超過30~40次(ci)／只，而(er)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming)(ming)可(ke)以達到80~100次(ci)／只（材(cai)質為(wei)(wei)3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)孔頭(tou)工作表(biao)面的(de)(de)不(bu)均勻磨損，將引起穿(chuan)孔后空心坯的(de)(de)壁厚不(bu)均。穿(chuan)孔時，將穿(chuan)孔頭(tou)輪流安(an)裝在(zai)穿(chuan)孔桿上，由10~15穿(chuan)孔頭(tou)組(zu)成為(wei)一組(zu)，循(xun)環輪流使用的(de)(de)效果最好。

 圖7-53所示為立式穿孔(kong)機的(de)(de)穿孔(kong)頭(tou)和擴孔(kong)頭(tou)。穿孔(kong)頭(tou)既可(ke)使用(yong)(yong)有柄的(de)(de)（圖7-53(a)),也可(ke)以(yi)使用(yong)(yong)無柄平端面(mian)的(de)(de)（圖7-53(b)).這(zhe)種固定方法，可(ke)以(yi)允許(xu)穿孔(kong)頭(tou)冷(leng)卻，檢查或更換，不占穿孔(kong)的(de)(de)周期(qi)時間。

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭與穿(chuan)(chuan)孔(kong)坯(pi)料的接觸端面被做(zuo)成帶有圓弧半徑的凹(ao)面，是為(wei)了保證在整個(ge)穿(chuan)(chuan)孔(kong)周(zhou)期中(zhong)，玻璃(li)滑劑能(neng)夠均勻地進(jin)入(ru)變形區。

b. 穿孔頭和擴孔頭的設(she)計

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)和(he)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)的(de)設計數(shu)據來(lai)自于多年的(de)實際(ji)技術工作經驗數(shu)據。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)（圖(tu)7-54)和(he)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)（圖(tu)7-55)定徑(jing)帶(dai)的(de)直(zhi)徑(jing)，要(yao)根據產(chan)品的(de)規格而定。由于穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)和(he)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)在(zai)穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)過程中(zhong)直(zhi)接(jie)與變形金屬接(jie)觸，因此，其表面光潔(jie)度(du)應達(da)到7~8級，且倒(dao)角要(yao)圓滑。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)下端的(de)倒(dao)角半徑(jing)R應約(yue)為穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)直(zhi)徑(jing)的(de)10%~20%。

 穿孔頭上端過渡段(duan)的(de)角度(du)不宜過大，以防止穿孔頭回(hui)程時(shi)刮傷空心坯的(de)內表面(mian)，其角度(du)一般為5°~25°.穿孔筒(tong)和穿孔頭較小時(shi)，采用較小值。

 擴孔(kong)頭的下(xia)錐(zhui)頭直徑應等于坯(pi)料(liao)預鉆(zhan)孔(kong)的直徑。

 擴(kuo)孔(kong)頭的(de)成(cheng)形錐(zhui)角一般(ban)為30°~60°,太(tai)大時(shi)擴(kuo)孔(kong)坯的(de)內壁容易刮傷，且擴(kuo)孔(kong)開始時(shi)導向(xiang)不好(hao)。其過(guo)渡(du)段要平滑(hua)，以便使(shi)金屬流動均勻。

 一(yi)般穿孔頭的(de)(de)直徑要比穿孔桿的(de)(de)直徑大(da)10~30mm,但是(shi)有時考慮到(dao)穿孔桿的(de)(de)共用性，而(er)擴(kuo)大(da)這一(yi)數值的(de)(de)范圍。

 在穿孔過(guo)程中，穿孔頭嚴酷(ku)的(de)(de)工作條件，往往會使(shi)其(qi)工作帶(dai)和(he)沿外徑的(de)(de)棱緣，即(ji)側面(mian)連接端面(mian)的(de)(de)圓角(jiao)半徑處(chu)，承受最大的(de)(de)加熱和(he)磨損(sun)。棱緣的(de)(de)磨損(sun)引起(qi)穿孔后空(kong)心坯(pi)的(de)(de)壁厚不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)，導致擠壓鋼(gang)管的(de)(de)壁厚不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)。為了消(xiao)除穿孔頭的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)勻磨損(sun)，避免因此而(er)引起(qi)的(de)(de)穿孔空(kong)心坯(pi)的(de)(de)壁厚不(bu)(bu)(bu)(bu)均(jun)(jun)，在現代的(de)(de)穿孔機(ji)上采用了穿孔桿(gan)和(he)穿孔芯棒運動的(de)(de)套(tao)管系統，即(ji)在坯(pi)料(liao)(liao)經鐓(dui)粗后穿孔桿(gan)不(bu)(bu)(bu)(bu)立(li)即(ji)返回，而(er)是繼(ji)續(xu)壓在坯(pi)料(liao)(liao)上，這(zhe)樣可以使(shi)穿孔頭精確地(di)對(dui)準坯(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)中心，并(bing)且減(jian)小(xiao)了其(qi)自由長度。

 采用帶(dai)(dai)圓(yuan)弧(hu)半徑(jing)(jing)的(de)凹(ao)面(mian)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)，實(shi)現了穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)對穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)坯(pi)料的(de)附加(jia)定心，提高了穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)后(hou)空心坯(pi)的(de)壁(bi)厚(hou)均勻(yun)度。在穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)過(guo)程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)處于(yu)最(zui)嚴(yan)酷的(de)工作條件，其工作帶(dai)(dai)和沿外徑(jing)(jing)的(de)棱緣(yuan)，即側面(mian)和端面(mian)的(de)圓(yuan)角(jiao)半徑(jing)(jing)，承受最(zui)大的(de)加(jia)熱(re)和磨(mo)損(sun)(sun)。觀(guan)察經多次使(shi)用后(hou)的(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)，其棱緣(yuan)的(de)磨(mo)損(sun)(sun)引起穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)空心坯(pi)壁(bi)厚(hou)不均，當出現穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)棱緣(yuan)的(de)單邊磨(mo)損(sun)(sun)時，危險性更(geng)大。

 穿孔桿，包括螺紋固(gu)定的穿孔頭在內，具有通過沿軸線(xian)鉆孔的冷(leng)卻水孔槽(cao)。穿孔時用水冷(leng)卻穿孔桿和穿孔頭。

 采(cai)用組合(he)式的穿(chuan)孔(kong)工模具，允許用低合(he)金鋼(gang)制作不受熱的零件，如采(cai)用5CrNiW、50CrVA鋼(gang)制造固定(ding)穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的夾具，用5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)制造穿(chuan)孔(kong)桿(gan)，用高合(he)金鋼(gang)和耐(nai)熱合(he)金鋼(gang)制造穿(chuan)孔(kong)頭。

 擴(kuo)孔過程中，擴(kuo)孔頭(tou)(tou)(tou)的(de)錐形表面受到最劇烈的(de)磨損(sun)，并逐漸形成劃(hua)道和凹(ao)陷(xian)。擴(kuo)孔頭(tou)(tou)(tou)的(de)工(gong)作負荷較穿(chuan)孔頭(tou)(tou)(tou)要輕許多，因(yin)此其使用(yong)壽(shou)命比穿(chuan)孔頭(tou)(tou)(tou)高得多，一般可達到80~100次(ci)。

 擴孔(kong)頭的(de)(de)長度取(qu)決于(yu)穿(chuan)孔(kong)機的(de)(de)結構形(xing)式，并且(qie)首(shou)先取(qu)決于(yu)穿(chuan)孔(kong)桿(gan)和(he)穿(chuan)孔(kong)筒上平面(mian)之間(jian)的(de)(de)距離。如(ru)果其間(jian)隙大，為(wei)了(le)減小成(cheng)形(xing)角度，擴孔(kong)頭可(ke)以做(zuo)得比較(jiao)長。擴孔(kong)頭成(cheng)形(xing)角的(de)(de)平均值(zhi)一般(ban)等于(yu)15°~20°,而在最大的(de)(de)擴孔(kong)程度時，可(ke)以達到30°~32°.

 穿孔頭(tou)和擴孔頭(tou)必須具(ju)有(you)良(liang)好的綜合力學(xue)性能，工作表面光潔圓滑(hua)，與穿孔桿連接可靠(kao)，更(geng)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(yong)倒錐的(de)目(mu)的(de)是為了防止穿孔頭(tou)(tou)回程時刮切金屬或帶出空心坯。穿孔頭(tou)(tou)端面(mian)加工成凹面(mian)的(de)目(mu)的(de)，是為了儲存(cun)潤滑(hua)劑，以使在整個穿孔過(guo)程中，保持潤滑(hua)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。

  由于擴孔錐至工作帶(dai)處的磨損最為嚴重，故該處采用圓滑過(guo)渡，其他尺寸同上。

 c. 剪切環組件(jian)

  剪(jian)切(qie)環(huan)組(zu)件(jian)包括下支承桿(gan)、支承頭、剪(jian)切(qie)環(huan)和連接件(jian)等零部件(jian)。

  支(zhi)承頭和剪切環(huan)的(de)作用是(shi)在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中封閉穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內襯的(de)下(xia)端面(mian)，以(yi)減小穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)余料(liao)的(de)高度，為空(kong)(kong)心坯(pi)下(xia)端面(mian)定形；在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)結束時，剪切環(huan)還要剪斷穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)余料(liao)；支(zhi)承桿最后將穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空(kong)(kong)心坯(pi)從穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒內襯中推出。

  在整個(ge)穿(chuan)孔過(guo)(guo)程中(zhong)，支承頭和(he)剪切環的(de)(de)上端(duan)面(mian)和(he)加(jia)熱到(dao)高溫的(de)(de)坯料(liao)相(xiang)接(jie)觸，使其(qi)表面(mian)層金屬被(bei)加(jia)熱到(dao)650~700℃.使用過(guo)(guo)程中(zhong)剪切環的(de)(de)主要破壞形式(shi)是(shi)端(duan)面(mian)棱緣翹曲和(he)焊瘤（圖(tu)2-27).

  剪切(qie)環與穿孔(kong)頭或(huo)擴孔(kong)頭之間的間隙(xi)(xi)不能過大(da)，一般小于2mm.如果此間隙(xi)(xi)過大(da)或(huo)剪切(qie)環過度磨損，則會導(dao)致在剪切(qie)穿孔(kong)或(huo)擴孔(kong)余料(liao)的過程中，坯料(liao)前端(duan)內(nei)孔(kong)處產生飛(fei)邊缺陷，并易引起擠壓筒和擠壓模的損壞。