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(kuo)）孔筒

  當不銹鋼(gang)管坯(pi)料(liao)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(ban)穿(chuan)孔(kong)筒的(de)內(nei)襯與(yu)外套之間以(yi)1.0%~1.5%的(de)錐(zhui)度相(xiang)配合，而內(nei)襯的(de)內(nei)孔(kong)也制成約有1%~3%的(de)錐(zhui)度，這樣使(shi)取出坯料(liao)時能(neng)比較(jiao)順利地頂出。

  另外，穿孔筒內襯的內表面光潔度要(yao)求比較高，熱處理后要(yao)進行磨削。其(qi)熱處理后的硬度約為HRC42~45,以提高其(qi)耐磨性。

  穿(chuan)孔筒(tong)的內(nei)襯采用和擠壓筒(tong)內(nei)襯相同的材(cai)料制造(zao)，如5CrW2Si或Ni11.一般穿(chuan)孔筒(tong)內(nei)襯的使用壽命大約(yue)為1000~3000次。

  從穿(chuan)孔筒內(nei)襯的(de)工作(zuo)條件(jian)來(lai)考(kao)量，采用具(ju)有雙穿(chuan)孔筒旋轉輪換工作(zuo)結構的(de)穿(chuan)孔機最為合適。

  原(yuan)因為除了能使穿孔筒得到及時而充分(fen)的冷卻之外，輪流使用的穿孔筒有利(li)于內(nei)襯很好地清除玻(bo)璃(li)潤滑劑殘(can)渣，提高內(nei)襯的使用壽(shou)命。

二、鐓(dui)粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和穿(chuan)孔桿的結構

   鐓(dui)粗(cu)桿(gan)(gan)在結構上(shang)，上(shang)端(duan)用(yong)銷子(zi)或夾緊裝置固定在鐓(dui)粗(cu)梁上(shang)，下(xia)端(duan)用(yong)螺紋連接鐓(dui)粗(cu)頭(tou)（圖(tu)7-52),其內孔設有導向滑槽與(yu)穿孔桿(gan)(gan)相配合。

   鐓(dui)粗(cu)桿的外徑比穿孔(kong)筒小(xiao)10~30mm,而(er)內徑比穿孔(kong)桿大5~25mm.但考慮到鐓(dui)粗(cu)桿的共用性，可在保證強度的條件下超(chao)出(chu)上述范圍。

   鐓粗桿(gan)的長度(du)應(ying)根(gen)據穿孔(kong)筒的長度(du)和生(sheng)產最短的坯料長度(du)來決定。

   根據穿(chuan)孔(kong)桿(gan)和穿(chuan)孔(kong)頭(tou)的(de)規(gui)格，可以(yi)更換鐓(dui)粗(cu)(cu)頭(tou)，以(yi)擴大鐓(dui)粗(cu)(cu)桿(gan)的(de)使(shi)用范圍，鐓(dui)粗(cu)(cu)頭(tou)的(de)外徑(jing)與穿(chuan)孔(kong)筒的(de)內(nei)(nei)徑(jing)之(zhi)間間隙要小(xiao)，約(yue)比穿(chuan)孔(kong)筒的(de)小(xiao)頭(tou)直徑(jing)小(xiao)0.5~1.5mm,其內(nei)(nei)孔(kong)帶有花鍵式導向槽。

2. 穿孔桿的穩定性強度校核

  立(li)式穿(chuan)(chuan)孔機的穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)作(zuo)為連(lian)桿(gan)，連(lian)接穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)及(ji)芯棒(bang)支(zhi)承，穿(chuan)(chuan)孔并不和(he)變形屬直(zhi)接接觸(chu)。在穿(chuan)(chuan)孔過程中(zhong)，穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)連(lian)接并支(zhi)承著穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)及(ji)擴孔頭(tou)。一般穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)的直(zhi)徑比穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)工作(zuo)帶(dai)的直(zhi)徑小10~30mm.穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)的長度取決(jue)于穿(chuan)(chuan)孔筒的長度。

 由(you)于在(zai)不(bu)銹鋼管穿(chuan)孔時(shi)穿(chuan)孔桿承受壓(ya)(ya)縮應力，且因(yin)穿(chuan)孔桿的長度較長，工(gong)作時(shi)上端相當于固定。因(yin)此，其彎曲的危險(xian)性(xing)要(yao)比壓(ya)(ya)縮變形的危險(xian)性(xing)更大。

  所(suo)以，穿孔桿(gan)的強(qiang)度校(xiao)核是按(an)照壓桿(gan)穩定的方法來計算(suan)。

穿孔(kong)桿上所承受的(de)應力為：

 3. 穿(chuan)孔頭和擴孔頭

  a. 穿孔(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)頭的結構

   在(zai)立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)對實心坯(pi)料進行穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，采用(yong)(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，需用(yong)(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭；而(er)(er)對帶(dai)預鉆孔(kong)(kong)(kong)的(de)空心坯(pi)料進行擴孔(kong)(kong)(kong)時(shi)，采用(yong)(yong)(yong)(yong)擴孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)，則(ze)需用(yong)(yong)(yong)(yong)擴孔(kong)(kong)(kong)頭。在(zai)采用(yong)(yong)(yong)(yong)穿(chuan)(chuan)（擴）孔(kong)(kong)(kong)工(gong)藝(yi)時(shi)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)(kong)頭都安裝在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上(shang)。對于(yu)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)的(de)工(gong)模具(ju)而(er)(er)言，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)工(gong)作(zuo)條件最(zui)為(wei)嚴酷，受到(dao)最(zui)為(wei)強烈的(de)磨損；而(er)(er)擴孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)工(gong)作(zuo)條件相對會好一(yi)(yi)些。因此(ci)，擴孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)壽(shou)命要比穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭長。一(yi)(yi)般在(zai)生產(chan)不銹鋼管時(shi)，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)壽(shou)命不超過(guo)30~40次／只，而(er)(er)擴孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)壽(shou)命可(ke)以(yi)達到(dao)80~100次／只（材質為(wei)3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)孔(kong)(kong)頭工(gong)作(zuo)表面的(de)不(bu)均(jun)勻磨(mo)損，將(jiang)引起穿(chuan)孔(kong)(kong)后(hou)空心坯的(de)壁厚不(bu)均(jun)。穿(chuan)孔(kong)(kong)時，將(jiang)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭輪(lun)流(liu)安裝在(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)桿上，由10~15穿(chuan)孔(kong)(kong)頭組成(cheng)為(wei)一組，循(xun)環輪(lun)流(liu)使用(yong)的(de)效(xiao)果最好。

 圖(tu)7-53所示(shi)為(wei)立式穿(chuan)孔機的(de)(de)穿(chuan)孔頭(tou)(tou)和擴孔頭(tou)(tou)。穿(chuan)孔頭(tou)(tou)既可使用有柄的(de)(de)（圖(tu)7-53(a)),也可以(yi)使用無柄平端面的(de)(de)（圖(tu)7-53(b)).這種固定方法(fa)，可以(yi)允許(xu)穿(chuan)孔頭(tou)(tou)冷(leng)卻，檢查或更換(huan)，不占穿(chuan)孔的(de)(de)周期時間。

  穿孔(kong)頭(tou)與穿孔(kong)坯(pi)料的(de)接觸端面(mian)被做成帶有圓(yuan)弧半徑的(de)凹面(mian)，是為(wei)了保證在整個穿孔(kong)周(zhou)期(qi)中，玻璃滑劑能夠均勻(yun)地進入(ru)變形區。

b. 穿孔(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)頭的設計(ji)

  穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)和(he)擴孔頭(tou)(tou)的(de)設計數(shu)據來自于多年(nian)的(de)實(shi)際技術工作(zuo)經驗(yan)數(shu)據。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)（圖7-54)和(he)擴孔頭(tou)(tou)（圖7-55)定徑(jing)帶(dai)的(de)直(zhi)徑(jing)，要根(gen)據產品的(de)規格而定。由(you)于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)和(he)擴孔頭(tou)(tou)在穿(chuan)(chuan)(chuan)（擴）孔過程中(zhong)直(zhi)接與變形金屬接觸，因此，其表面光潔度應達到7~8級(ji)，且倒(dao)角(jiao)要圓滑。穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)下端的(de)倒(dao)角(jiao)半(ban)徑(jing)R應約為穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)直(zhi)徑(jing)的(de)10%~20%。

 穿孔頭上端過渡段(duan)的角(jiao)度不宜過大，以防止(zhi)穿孔頭回程時刮(gua)傷(shang)空心坯的內表(biao)面(mian)，其角(jiao)度一般為5°~25°.穿孔筒和穿孔頭較小時，采(cai)用較小值。

 擴孔頭的下錐(zhui)頭直徑應等于坯料預鉆孔的直徑。

 擴孔(kong)頭(tou)的成形(xing)錐角一般(ban)為(wei)30°~60°,太(tai)大時擴孔(kong)坯的內壁容(rong)易刮(gua)傷，且擴孔(kong)開始時導向不(bu)好。其(qi)過渡段要(yao)平滑，以便使金屬(shu)流動均勻。

 一般穿(chuan)孔(kong)頭的(de)直徑要比穿(chuan)孔(kong)桿的(de)直徑大(da)10~30mm,但是有(you)時考慮到穿(chuan)孔(kong)桿的(de)共用性，而(er)擴大(da)這一數值(zhi)的(de)范圍。

 在(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭嚴酷的(de)(de)(de)(de)工作條件，往(wang)往(wang)會使其工作帶和沿外徑的(de)(de)(de)(de)棱緣(yuan)，即(ji)(ji)側面連接(jie)端面的(de)(de)(de)(de)圓角半(ban)徑處，承(cheng)受(shou)最大的(de)(de)(de)(de)加熱和磨損。棱緣(yuan)的(de)(de)(de)(de)磨損引(yin)起穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚(hou)(hou)不(bu)(bu)(bu)均，導(dao)致擠壓(ya)鋼管(guan)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚(hou)(hou)不(bu)(bu)(bu)均。為了消除穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)均勻磨損，避免因此而引(yin)起的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚(hou)(hou)不(bu)(bu)(bu)均，在(zai)現(xian)代的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機(ji)上采用了穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)芯棒運動的(de)(de)(de)(de)套管(guan)系統，即(ji)(ji)在(zai)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)經鐓粗后穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)不(bu)(bu)(bu)立(li)即(ji)(ji)返回，而是繼續壓(ya)在(zai)坯(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)上，這樣可以使穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭精確地對準坯(pi)(pi)料(liao)(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)中心，并且減小了其自(zi)由長度(du)。

 采(cai)用帶圓(yuan)弧半(ban)徑(jing)的(de)凹面(mian)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)，實現(xian)了(le)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿和(he)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)對穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)坯料的(de)附加(jia)定心，提高(gao)了(le)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心坯的(de)壁厚均(jun)勻度。在穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)處于(yu)最嚴酷的(de)工(gong)作條(tiao)件，其工(gong)作帶和(he)沿外徑(jing)的(de)棱(leng)緣，即側面(mian)和(he)端面(mian)的(de)圓(yuan)角半(ban)徑(jing)，承受最大的(de)加(jia)熱(re)和(he)磨損。觀察經多(duo)次使用后的(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)，其棱(leng)緣的(de)磨損引起穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心坯壁厚不均(jun)，當出(chu)現(xian)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)棱(leng)緣的(de)單邊磨損時，危險(xian)性更大。

 穿孔(kong)(kong)(kong)桿，包括螺(luo)紋固定的穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)在內，具有通過沿軸線鉆孔(kong)(kong)(kong)的冷(leng)卻水孔(kong)(kong)(kong)槽。穿孔(kong)(kong)(kong)時用水冷(leng)卻穿孔(kong)(kong)(kong)桿和穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)。

 采用組合式(shi)的(de)穿(chuan)孔(kong)工(gong)模(mo)具，允許用低合金(jin)鋼(gang)制(zhi)(zhi)作不受熱的(de)零件，如采用5CrNiW、50CrVA鋼(gang)制(zhi)(zhi)造固定穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的(de)夾具，用5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)制(zhi)(zhi)造穿(chuan)孔(kong)桿(gan)，用高合金(jin)鋼(gang)和(he)耐熱合金(jin)鋼(gang)制(zhi)(zhi)造穿(chuan)孔(kong)頭。

 擴孔過程(cheng)中，擴孔頭(tou)的錐形表(biao)面受(shou)到最劇烈的磨損，并逐漸形成劃道和(he)凹陷。擴孔頭(tou)的工作負(fu)荷較穿孔頭(tou)要輕許多，因此其使用壽命(ming)比穿孔頭(tou)高得多，一般可達到80~100次。

 擴(kuo)孔頭(tou)的長(chang)度(du)取(qu)決于(yu)穿(chuan)孔機的結構形(xing)式，并且首(shou)先取(qu)決于(yu)穿(chuan)孔桿和穿(chuan)孔筒上平面之(zhi)間的距離。如果其間隙大(da)，為(wei)了減小成形(xing)角度(du)，擴(kuo)孔頭(tou)可(ke)以(yi)做(zuo)得比較長(chang)。擴(kuo)孔頭(tou)成形(xing)角的平均值一般等于(yu)15°~20°,而在最大(da)的擴(kuo)孔程(cheng)度(du)時，可(ke)以(yi)達到30°~32°.

 穿(chuan)孔頭和擴孔頭必須(xu)具有良好的(de)綜(zong)合力學性能(neng)，工作表面光潔圓滑，與穿(chuan)孔桿(gan)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(yong)倒錐的(de)目的(de)是(shi)為(wei)(wei)了防止穿(chuan)孔頭回程(cheng)時刮切(qie)金(jin)屬(shu)或帶出空心坯。穿(chuan)孔頭端(duan)面加(jia)工成凹面的(de)目的(de)，是(shi)為(wei)(wei)了儲(chu)存(cun)潤(run)滑劑，以使在整個穿(chuan)孔過程(cheng)中，保持潤(run)滑劑的(de)連續供(gong)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(yu)擴(kuo)孔錐(zhui)至(zhi)工作帶處的磨損最為(wei)嚴重，故該處采用圓滑過渡，其他(ta)尺寸同上(shang)。

 c. 剪切環(huan)組件

  剪切環組件包括下支(zhi)承桿(gan)、支(zhi)承頭、剪切環和連(lian)接件等零部件。

  支承頭和剪切環的作用(yong)是在穿(chuan)(chuan)孔(kong)過程中封(feng)閉(bi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒(tong)內襯(chen)的下(xia)端面(mian)，以(yi)減小穿(chuan)(chuan)孔(kong)余料(liao)的高度，為空心坯下(xia)端面(mian)定形；在穿(chuan)(chuan)孔(kong)結束時，剪切環還要剪斷穿(chuan)(chuan)孔(kong)余料(liao)；支承桿(gan)最(zui)后(hou)將穿(chuan)(chuan)孔(kong)空心坯從(cong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)筒(tong)內襯(chen)中推出(chu)。

  在(zai)整(zheng)個穿孔過程(cheng)中(zhong)，支承頭和剪切(qie)環的上端(duan)面和加熱(re)到高(gao)溫的坯(pi)料相接觸，使(shi)其表面層金屬被加熱(re)到650~700℃.使(shi)用過程(cheng)中(zhong)剪切(qie)環的主要破壞形式是端(duan)面棱緣翹曲和焊(han)瘤(liu)（圖2-27).

  剪切(qie)環(huan)與穿孔頭或擴孔頭之間(jian)的(de)間(jian)隙不能過大，一般小于2mm.如(ru)果此間(jian)隙過大或剪切(qie)環(huan)過度磨損(sun)(sun)，則會導致在剪切(qie)穿孔或擴孔余料(liao)的(de)過程(cheng)中，坯(pi)料(liao)前端內孔處產生飛邊(bian)缺陷，并(bing)易引起(qi)擠(ji)壓(ya)筒和擠(ji)壓(ya)模的(de)損(sun)(sun)壞。