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(bu)銹鋼管坯(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(kong)筒的(de)內襯(chen)與(yu)外套之間以1.0%~1.5%的(de)錐度相配合，而內襯(chen)的(de)內孔(kong)也制成約有1%~3%的(de)錐度，這樣使取出坯(pi)料時能(neng)比較(jiao)順利地頂(ding)出。

  另(ling)外，穿孔(kong)筒內襯(chen)的內表面光(guang)潔度(du)要求比(bi)較高(gao)，熱處理(li)后(hou)要進行磨削。其熱處理(li)后(hou)的硬度(du)約為HRC42~45,以提高(gao)其耐(nai)磨性。

  穿(chuan)孔(kong)筒的內(nei)襯(chen)采(cai)用和擠壓筒內(nei)襯(chen)相同的材料制造(zao)，如(ru)5CrW2Si或Ni11.一(yi)般穿(chuan)孔(kong)筒內(nei)襯(chen)的使用壽命大約為1000~3000次。

  從(cong)穿孔筒(tong)內(nei)襯的(de)工(gong)作(zuo)條件來考量，采用具(ju)有雙穿孔筒(tong)旋(xuan)轉輪換工(gong)作(zuo)結構(gou)的(de)穿孔機最為(wei)合適。

  原因為除(chu)(chu)了能使(shi)穿孔(kong)(kong)筒得到(dao)及時(shi)而充分的冷卻之外(wai)，輪流使(shi)用的穿孔(kong)(kong)筒有利于內襯很好地清除(chu)(chu)玻璃潤滑劑殘渣，提(ti)高內襯的使(shi)用壽命。

二、鐓粗桿和(he)穿(chuan)孔(kong)桿

 1. 鐓粗桿和(he)穿孔桿的結(jie)構

   鐓粗桿在(zai)結(jie)構上(shang)，上(shang)端用銷子或夾緊裝置(zhi)固定在(zai)鐓粗梁上(shang)，下端用螺紋連接(jie)鐓粗頭（圖7-52),其內孔(kong)(kong)設(she)有導向滑槽與穿孔(kong)(kong)桿相配(pei)合(he)。

   鐓粗桿的外徑比穿(chuan)孔(kong)筒小10~30mm,而內徑比穿(chuan)孔(kong)桿大(da)5~25mm.但(dan)考(kao)慮到鐓粗桿的共用性，可在保證(zheng)強(qiang)度的條件下(xia)超出上述范圍。

   鐓粗桿(gan)的(de)(de)長(chang)度(du)(du)應根(gen)據(ju)穿孔筒(tong)的(de)(de)長(chang)度(du)(du)和生(sheng)產最短(duan)的(de)(de)坯料(liao)長(chang)度(du)(du)來(lai)決定(ding)。

   根據穿孔(kong)桿(gan)和穿孔(kong)頭的規(gui)格，可(ke)以(yi)更(geng)換鐓粗(cu)頭，以(yi)擴(kuo)大鐓粗(cu)桿(gan)的使用(yong)范圍，鐓粗(cu)頭的外徑與穿孔(kong)筒的內徑之間間隙要小(xiao)，約比穿孔(kong)筒的小(xiao)頭直徑小(xiao)0.5~1.5mm,其內孔(kong)帶(dai)有花(hua)鍵式導向槽(cao)。

2. 穿孔桿的(de)穩定性強度校(xiao)核(he)

  立式穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)(gan)作為(wei)連桿(gan)(gan)，連接穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)及(ji)(ji)芯棒支承，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)并(bing)不(bu)和變形屬直(zhi)接接觸。在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)(gan)連接并(bing)支承著(zhu)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)及(ji)(ji)擴孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)。一般穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)(gan)的(de)直(zhi)徑比穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)工作帶的(de)直(zhi)徑小(xiao)10~30mm.穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)(gan)的(de)長度(du)取(qu)決于(yu)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)筒的(de)長度(du)。

 由(you)于(yu)在不銹鋼管穿(chuan)孔(kong)(kong)時穿(chuan)孔(kong)(kong)桿承受壓(ya)縮應力，且因(yin)穿(chuan)孔(kong)(kong)桿的(de)長度較長，工作時上端相當(dang)于(yu)固定。因(yin)此，其彎(wan)曲(qu)的(de)危(wei)險(xian)性(xing)要比壓(ya)縮變形的(de)危(wei)險(xian)性(xing)更大。

  所以，穿孔桿(gan)的強度校核是按照壓(ya)桿(gan)穩(wen)定(ding)的方法(fa)來計(ji)算。

穿(chuan)孔桿上所承受的(de)應力為(wei)：

 3. 穿孔頭和擴孔頭

  a. 穿(chuan)孔頭和擴孔頭的結(jie)構

   在(zai)(zai)立(li)式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機(ji)對(dui)實心坯(pi)(pi)料進行穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)，需用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)；而對(dui)帶預(yu)鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)空心坯(pi)(pi)料進行擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采(cai)用(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)，則需用(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)。在(zai)(zai)采(cai)用(yong)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)和擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)都安裝在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)于穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)機(ji)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)模具(ju)而言，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作條(tiao)件最為嚴(yan)酷，受(shou)到最為強烈的(de)(de)(de)磨損(sun)；而擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作條(tiao)件相對(dui)會好一些(xie)。因此，擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)使用(yong)壽命(ming)要比穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)長。一般(ban)在(zai)(zai)生(sheng)產(chan)不銹鋼管時(shi)，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)使用(yong)壽命(ming)不超過30~40次(ci)／只，而擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)(tou)(tou)的(de)(de)(de)使用(yong)壽命(ming)可以達到80~100次(ci)／只（材質(zhi)為3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)工作表面的(de)(de)不均勻磨損，將引起(qi)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心坯的(de)(de)壁厚不均。穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時，將穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)輪流(liu)安裝在穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿上，由10~15穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)組(zu)成為一組(zu)，循環輪流(liu)使用的(de)(de)效果最好。

 圖7-53所(suo)示為立(li)式(shi)穿(chuan)孔(kong)(kong)機的穿(chuan)孔(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)頭。穿(chuan)孔(kong)(kong)頭既可(ke)(ke)使用(yong)有(you)柄(bing)的（圖7-53(a)),也可(ke)(ke)以使用(yong)無柄(bing)平端面的（圖7-53(b)).這種固(gu)定方法(fa)，可(ke)(ke)以允許穿(chuan)孔(kong)(kong)頭冷卻，檢查或更換，不占穿(chuan)孔(kong)(kong)的周期時間(jian)。

  穿(chuan)孔(kong)頭與穿(chuan)孔(kong)坯料(liao)的(de)(de)接觸端面(mian)被做成(cheng)帶(dai)有圓弧半徑(jing)的(de)(de)凹面(mian)，是為了保證在整個穿(chuan)孔(kong)周期中，玻璃(li)滑劑能夠均勻地進入變形(xing)區。

b. 穿孔(kong)頭和(he)擴孔(kong)頭的設計(ji)

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)和擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭(tou)的設(she)計數據(ju)(ju)來自于多年的實際(ji)技術工作經驗數據(ju)(ju)。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)（圖7-54)和擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭(tou)（圖7-55)定(ding)徑帶的直(zhi)徑，要根據(ju)(ju)產品的規格而定(ding)。由于穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)和擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭(tou)在穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔(kong)過程中直(zhi)接與變形金屬接觸，因此(ci)，其(qi)表面光潔度應達到(dao)7~8級，且(qie)倒角(jiao)要圓滑。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)下端的倒角(jiao)半徑R應約(yue)為穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)直(zhi)徑的10%~20%。

 穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)上端過渡(du)段的角(jiao)度不宜過大(da)，以防止(zhi)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)回程時刮傷空心坯的內表面，其角(jiao)度一般為5°~25°.穿(chuan)(chuan)(chuan)孔筒(tong)和穿(chuan)(chuan)(chuan)孔頭(tou)較小時，采用較小值。

 擴孔頭的下錐頭直徑(jing)(jing)應等于坯(pi)料預鉆孔的直徑(jing)(jing)。

 擴孔(kong)頭的成形錐角一般為(wei)30°~60°,太大時擴孔(kong)坯的內壁容(rong)易刮(gua)傷(shang)，且擴孔(kong)開始(shi)時導向(xiang)不好。其過渡段要平滑(hua)，以(yi)便使金屬(shu)流動均勻。

 一(yi)(yi)般穿孔(kong)(kong)頭的直徑要比穿孔(kong)(kong)桿(gan)的直徑大10~30mm,但(dan)是(shi)有時考慮(lv)到(dao)穿孔(kong)(kong)桿(gan)的共用性，而擴大這一(yi)(yi)數值的范圍(wei)。

 在穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)嚴酷(ku)的(de)工作條件，往往會使(shi)其(qi)工作帶和沿外徑的(de)棱緣，即側(ce)面連接(jie)端面的(de)圓角半徑處，承受最(zui)大的(de)加熱(re)和磨損(sun)(sun)。棱緣的(de)磨損(sun)(sun)引起(qi)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心(xin)(xin)坯(pi)的(de)壁厚不(bu)(bu)均(jun)，導致擠壓鋼管(guan)(guan)的(de)壁厚不(bu)(bu)均(jun)。為(wei)了(le)消(xiao)除穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)磨損(sun)(sun)，避免因此而引起(qi)的(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心(xin)(xin)坯(pi)的(de)壁厚不(bu)(bu)均(jun)，在現(xian)代的(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機上(shang)采用(yong)了(le)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)芯棒運動(dong)的(de)套管(guan)(guan)系統，即在坯(pi)料經鐓粗后穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)不(bu)(bu)立即返回(hui)，而是(shi)繼續壓在坯(pi)料上(shang)，這樣可(ke)以使(shi)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)精(jing)確地對準(zhun)坯(pi)料的(de)中心(xin)(xin)，并(bing)且減小了(le)其(qi)自(zi)由長度。

 采用帶(dai)圓弧半徑(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)凹面穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)，實現(xian)了(le)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿和(he)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)對穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)坯料(liao)的(de)(de)(de)(de)附加定(ding)心(xin)，提高(gao)了(le)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后(hou)空心(xin)坯的(de)(de)(de)(de)壁厚(hou)均勻度。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過(guo)程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)處于最(zui)嚴(yan)酷的(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件，其工(gong)作(zuo)帶(dai)和(he)沿(yan)外徑(jing)(jing)的(de)(de)(de)(de)棱緣，即側面和(he)端面的(de)(de)(de)(de)圓角半徑(jing)(jing)，承(cheng)受最(zui)大(da)的(de)(de)(de)(de)加熱和(he)磨損。觀察經多次(ci)使用后(hou)的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)，其棱緣的(de)(de)(de)(de)磨損引起穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心(xin)坯壁厚(hou)不均，當出(chu)現(xian)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)棱緣的(de)(de)(de)(de)單邊磨損時，危(wei)險性(xing)更(geng)大(da)。

 穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)，包括(kuo)螺紋固定的穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)在內(nei)，具有通過沿軸線鉆孔(kong)(kong)(kong)的冷卻水(shui)孔(kong)(kong)(kong)槽。穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)時(shi)用水(shui)冷卻穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)。

 采用組合式的穿孔工模具，允許用低合金鋼(gang)(gang)制(zhi)作不受熱的零(ling)件，如(ru)采用5CrNiW、50CrVA鋼(gang)(gang)制(zhi)造(zao)固定穿孔桿(gan)的夾具，用5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)(gang)制(zhi)造(zao)穿孔桿(gan)，用高合金鋼(gang)(gang)和耐熱合金鋼(gang)(gang)制(zhi)造(zao)穿孔頭(tou)。

 擴(kuo)(kuo)孔(kong)過程中，擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭的錐形表(biao)面受(shou)到最(zui)劇(ju)烈的磨(mo)損，并逐漸(jian)形成(cheng)劃道和凹(ao)陷。擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭的工作負荷較穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭要輕許多(duo)，因此(ci)其(qi)使用壽命比(bi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭高得多(duo)，一般可達(da)到80~100次。

 擴(kuo)孔(kong)頭的(de)(de)(de)長度取決于(yu)穿孔(kong)機的(de)(de)(de)結構形(xing)式，并且(qie)首先(xian)取決于(yu)穿孔(kong)桿和穿孔(kong)筒上平(ping)面之間的(de)(de)(de)距(ju)離(li)。如果其間隙(xi)大(da)，為了減小成形(xing)角(jiao)度，擴(kuo)孔(kong)頭可以做得比較長。擴(kuo)孔(kong)頭成形(xing)角(jiao)的(de)(de)(de)平(ping)均值一般等于(yu)15°~20°,而在最大(da)的(de)(de)(de)擴(kuo)孔(kong)程度時，可以達到30°~32°.

 穿孔(kong)頭和擴孔(kong)頭必須具有良(liang)好的綜(zong)合力學性能，工作表(biao)面光潔圓(yuan)滑，與穿孔(kong)桿連接(jie)可靠，更換方便。

 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：

  采用倒錐的(de)目(mu)的(de)是(shi)為(wei)了防(fang)止穿(chuan)孔頭(tou)(tou)回程時刮(gua)切金屬或(huo)帶出空心(xin)坯。穿(chuan)孔頭(tou)(tou)端面加工成凹面的(de)目(mu)的(de)，是(shi)為(wei)了儲(chu)存潤滑(hua)(hua)劑(ji)，以使(shi)在(zai)整個穿(chuan)孔過程中，保(bao)持(chi)潤滑(hua)(hua)劑(ji)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(kuo)孔錐至工作帶(dai)處的磨損最為嚴重，故該處采用圓(yuan)滑過渡，其他尺寸同上。

 c. 剪切環組件(jian)

  剪(jian)切環(huan)組件(jian)(jian)包括下(xia)支(zhi)承桿(gan)、支(zhi)承頭、剪(jian)切環(huan)和連接件(jian)(jian)等(deng)零(ling)部件(jian)(jian)。

  支(zhi)承頭(tou)和剪(jian)(jian)切(qie)(qie)環的作用(yong)是在穿(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中(zhong)封(feng)閉穿(chuan)孔(kong)(kong)筒內(nei)襯的下(xia)端面，以減小穿(chuan)孔(kong)(kong)余(yu)料(liao)的高度，為空(kong)心(xin)(xin)坯下(xia)端面定(ding)形；在穿(chuan)孔(kong)(kong)結束時，剪(jian)(jian)切(qie)(qie)環還要剪(jian)(jian)斷穿(chuan)孔(kong)(kong)余(yu)料(liao)；支(zhi)承桿最后將穿(chuan)孔(kong)(kong)空(kong)心(xin)(xin)坯從穿(chuan)孔(kong)(kong)筒內(nei)襯中(zhong)推出(chu)。

  在整個穿孔過程中，支承頭和剪(jian)切(qie)環的(de)上端面(mian)和加(jia)熱到(dao)高溫的(de)坯料相接觸(chu)，使其表(biao)面(mian)層金屬被加(jia)熱到(dao)650~700℃.使用過程中剪(jian)切(qie)環的(de)主(zhu)要破壞形式是(shi)端面(mian)棱緣翹曲(qu)和焊瘤(liu)（圖2-27).

  剪切(qie)環與穿孔(kong)頭或擴孔(kong)頭之間的間隙不能(neng)過(guo)大，一般小于2mm.如果此間隙過(guo)大或剪切(qie)環過(guo)度磨(mo)損(sun)，則會導致在剪切(qie)穿孔(kong)或擴孔(kong)余料的過(guo)程中，坯(pi)料前端內孔(kong)處產(chan)生(sheng)飛邊(bian)缺(que)陷，并易引(yin)起擠壓筒和擠壓模的損(sun)壞。