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(bu)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(chuan)孔筒的(de)內(nei)襯與外(wai)套之(zhi)間以1.0%~1.5%的(de)錐度(du)相配合，而內(nei)襯的(de)內(nei)孔也制成約有(you)1%~3%的(de)錐度(du)，這樣(yang)使取出坯料(liao)時(shi)能比較順利地頂(ding)出。

  另外，穿孔筒內(nei)襯的(de)內(nei)表(biao)面光潔度要求比較高，熱處(chu)理后要進行磨削。其熱處(chu)理后的(de)硬(ying)度約為(wei)HRC42~45,以提高其耐磨性。

  穿孔(kong)筒的(de)(de)內襯采用(yong)和擠(ji)壓(ya)筒內襯相同(tong)的(de)(de)材料制(zhi)造，如(ru)5CrW2Si或(huo)Ni11.一般穿孔(kong)筒內襯的(de)(de)使用(yong)壽命大約為(wei)1000~3000次(ci)。

  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(zhuan)輪換工作(zuo)結構的穿(chuan)孔(kong)機(ji)最(zui)為合適。

  原因為(wei)除了能(neng)使穿孔筒得到及時而充(chong)分(fen)的(de)冷(leng)卻之(zhi)外，輪(lun)流使用的(de)穿孔筒有利于(yu)內(nei)(nei)襯(chen)很(hen)好地清除玻璃潤滑(hua)劑殘(can)渣，提高內(nei)(nei)襯(chen)的(de)使用壽命。

二、鐓粗桿和穿(chuan)孔桿

 1. 鐓粗(cu)桿(gan)和穿(chuan)孔桿(gan)的結構

   鐓(dui)粗(cu)(cu)桿在結(jie)構(gou)上，上端用銷(xiao)子或(huo)夾緊裝置固定在鐓(dui)粗(cu)(cu)梁上，下端用螺紋連接鐓(dui)粗(cu)(cu)頭（圖7-52),其內孔設有(you)導向滑(hua)槽與穿(chuan)孔桿相配(pei)合。

   鐓粗(cu)桿(gan)的(de)外徑比穿孔筒小10~30mm,而內徑比穿孔桿(gan)大5~25mm.但考慮到鐓粗(cu)桿(gan)的(de)共用性，可(ke)在保證強(qiang)度的(de)條件下超(chao)出上述范圍。

   鐓粗桿的長(chang)度(du)應根據穿孔(kong)筒的長(chang)度(du)和(he)生產最短的坯料長(chang)度(du)來決定。

   根據穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿和穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的規格，可以更(geng)換鐓粗(cu)頭，以擴大鐓粗(cu)桿的使用范圍，鐓粗(cu)頭的外徑與穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒的內(nei)徑之間(jian)間(jian)隙(xi)要小，約比穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒的小頭直(zhi)徑小0.5~1.5mm,其內(nei)孔(kong)(kong)(kong)帶有(you)花鍵(jian)式導(dao)向槽。

2. 穿孔桿的(de)穩定(ding)性強度校核

  立式穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)機的穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿作為連桿，連接穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及(ji)(ji)芯棒支(zhi)承(cheng)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)并不和變形屬直(zhi)接接觸。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿連接并支(zhi)承(cheng)著(zhu)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)及(ji)(ji)擴孔(kong)(kong)頭(tou)。一般穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿的直(zhi)徑(jing)比(bi)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)工作帶的直(zhi)徑(jing)小10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)桿的長度取決于穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)筒的長度。

 由于(yu)在不銹鋼管穿孔時(shi)穿孔桿(gan)承受壓縮應(ying)力，且因穿孔桿(gan)的長度較長，工作時(shi)上端相當于(yu)固定。因此，其彎曲的危險(xian)性(xing)要比壓縮變形的危險(xian)性(xing)更大。

  所以(yi)，穿孔桿的強度校核是按照壓桿穩定(ding)的方法來(lai)計算。

穿孔(kong)桿上所承受的應力為：

 3. 穿孔頭和擴(kuo)孔頭

  a. 穿孔頭和擴孔頭的(de)結構(gou)

   在(zai)(zai)立式穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機對(dui)實心坯(pi)料進行(xing)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采用(yong)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝，需用(yong)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭；而對(dui)帶(dai)預鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)的(de)(de)(de)空心坯(pi)料進行(xing)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)時(shi)，采用(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝，則需用(yong)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭。在(zai)(zai)采用(yong)穿(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝時(shi)，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭都安裝(zhuang)在(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)上。對(dui)于穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)(de)工(gong)(gong)模(mo)具而言，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作條件最為嚴酷，受到最為強烈的(de)(de)(de)磨損(sun)；而擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)工(gong)(gong)作條件相對(dui)會(hui)好一(yi)些。因此(ci)，擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命要比(bi)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭長。一(yi)般在(zai)(zai)生(sheng)產不(bu)銹(xiu)鋼管時(shi)，穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命不(bu)超過30~40次(ci)／只，而擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)壽命可(ke)以達到80~100次(ci)／只（材質為3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)(chuan)孔頭工(gong)作表(biao)面的不均勻(yun)磨損(sun)，將引起穿(chuan)(chuan)孔后空心坯的壁厚不均。穿(chuan)(chuan)孔時，將穿(chuan)(chuan)孔頭輪(lun)流(liu)安裝在穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)上，由10~15穿(chuan)(chuan)孔頭組(zu)成為(wei)一組(zu)，循(xun)環輪(lun)流(liu)使用的效果最好(hao)。

 圖(tu)(tu)7-53所示為立式穿孔(kong)機的穿孔(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)頭。穿孔(kong)頭既(ji)可使(shi)用有柄的（圖(tu)(tu)7-53(a)),也可以(yi)使(shi)用無(wu)柄平端面的（圖(tu)(tu)7-53(b)).這(zhe)種(zhong)固定方法(fa)，可以(yi)允許穿孔(kong)頭冷卻，檢查或更換，不占(zhan)穿孔(kong)的周期時間。

  穿(chuan)孔頭與穿(chuan)孔坯(pi)料的(de)接觸端面被做(zuo)成帶有(you)圓弧(hu)半徑的(de)凹面，是(shi)為(wei)了保(bao)證在整(zheng)個穿(chuan)孔周期(qi)中(zhong)，玻璃(li)滑劑能(neng)夠(gou)均勻地進入變形區。

b. 穿孔頭和擴孔頭的設(she)計

  穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)和(he)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)(tou)的(de)設(she)計數據來自于多(duo)年的(de)實際技術(shu)工(gong)作經驗數據。穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)（圖7-54)和(he)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)(tou)（圖7-55)定徑(jing)帶(dai)的(de)直徑(jing)，要根(gen)據產品的(de)規格而(er)定。由于穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)和(he)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)(tou)在穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔過程(cheng)中(zhong)直接與變形金屬接觸，因此，其(qi)表面(mian)光潔度應達(da)到7~8級(ji)，且倒(dao)角(jiao)要圓滑。穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)下端的(de)倒(dao)角(jiao)半徑(jing)R應約為(wei)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)(tou)直徑(jing)的(de)10%~20%。

 穿(chuan)孔(kong)頭上端(duan)過(guo)渡段的角度(du)不宜過(guo)大，以防止穿(chuan)孔(kong)頭回(hui)程(cheng)時刮傷空心坯(pi)的內表面(mian)，其角度(du)一般為5°~25°.穿(chuan)孔(kong)筒和穿(chuan)孔(kong)頭較小時，采用較小值(zhi)。

 擴孔頭的下錐頭直(zhi)徑(jing)(jing)應等于(yu)坯料預鉆孔的直(zhi)徑(jing)(jing)。

 擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭的成形錐角一般(ban)為30°~60°,太大時擴(kuo)(kuo)孔(kong)坯的內壁(bi)容易(yi)刮傷(shang)，且擴(kuo)(kuo)孔(kong)開始時導向(xiang)不好。其(qi)過渡(du)段要平滑(hua)，以(yi)便(bian)使(shi)金屬流動均勻(yun)。

 一般穿(chuan)孔(kong)頭的(de)直徑要比穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的(de)直徑大10~30mm,但是有(you)時(shi)考慮(lv)到穿(chuan)孔(kong)桿(gan)的(de)共用性，而(er)擴(kuo)大這一數值的(de)范(fan)圍(wei)。

 在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程(cheng)中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭嚴酷的(de)(de)(de)工作(zuo)條(tiao)件，往(wang)往(wang)會使(shi)其工作(zuo)帶和沿外徑的(de)(de)(de)棱(leng)緣，即(ji)側面(mian)(mian)連(lian)接端面(mian)(mian)的(de)(de)(de)圓(yuan)角(jiao)半(ban)徑處，承受最大的(de)(de)(de)加熱和磨損。棱(leng)緣的(de)(de)(de)磨損引起(qi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后(hou)空心坯(pi)的(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚(hou)不均，導(dao)致擠壓(ya)鋼管的(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚(hou)不均。為了(le)消除穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)不均勻磨損，避免因此而(er)引起(qi)的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心坯(pi)的(de)(de)(de)壁(bi)(bi)厚(hou)不均，在現代(dai)的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機上采(cai)用了(le)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)和穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)芯棒運動(dong)的(de)(de)(de)套管系統，即(ji)在坯(pi)料經鐓粗后(hou)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)不立即(ji)返回，而(er)是繼(ji)續壓(ya)在坯(pi)料上，這(zhe)樣可以(yi)使(shi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭精確地對準坯(pi)料的(de)(de)(de)中心，并(bing)且減小了(le)其自由(you)長度。

 采用(yong)(yong)帶圓(yuan)弧(hu)半徑的(de)(de)(de)(de)(de)凹面穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)，實現(xian)(xian)了穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿和(he)(he)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)對穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)坯(pi)料的(de)(de)(de)(de)(de)附(fu)加(jia)定(ding)心(xin)，提高了穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)后空心(xin)坯(pi)的(de)(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚均勻度。在穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程(cheng)中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)處于最嚴酷的(de)(de)(de)(de)(de)工作條件(jian)，其工作帶和(he)(he)沿(yan)外徑的(de)(de)(de)(de)(de)棱緣，即側面和(he)(he)端面的(de)(de)(de)(de)(de)圓(yuan)角(jiao)半徑，承受最大的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)熱和(he)(he)磨(mo)(mo)損。觀察經多次(ci)使用(yong)(yong)后的(de)(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)，其棱緣的(de)(de)(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損引起穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空心(xin)坯(pi)壁(bi)厚不(bu)均，當出(chu)現(xian)(xian)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)棱緣的(de)(de)(de)(de)(de)單邊磨(mo)(mo)損時，危險性更大。

 穿(chuan)孔(kong)(kong)桿，包括螺紋(wen)固定(ding)的穿(chuan)孔(kong)(kong)頭在內，具有通過沿(yan)軸線鉆孔(kong)(kong)的冷卻水孔(kong)(kong)槽。穿(chuan)孔(kong)(kong)時用水冷卻穿(chuan)孔(kong)(kong)桿和(he)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭。

 采用組合(he)式的穿(chuan)孔(kong)(kong)工模具(ju)，允許用低合(he)金鋼制(zhi)作不(bu)受熱的零(ling)件，如采用5CrNiW、50CrVA鋼制(zhi)造固定穿(chuan)孔(kong)(kong)桿的夾具(ju)，用5CrNiW、5CrNiMo鋼制(zhi)造穿(chuan)孔(kong)(kong)桿，用高合(he)金鋼和耐熱合(he)金鋼制(zhi)造穿(chuan)孔(kong)(kong)頭。

 擴孔(kong)(kong)過(guo)程中，擴孔(kong)(kong)頭的錐形表面受到(dao)(dao)最劇(ju)烈的磨損，并(bing)逐漸形成劃道和凹陷。擴孔(kong)(kong)頭的工作負荷(he)較(jiao)穿孔(kong)(kong)頭要輕許多，因此其使用壽(shou)命比穿孔(kong)(kong)頭高得多，一般可達到(dao)(dao)80~100次。

 擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)長度(du)(du)取(qu)決于(yu)穿孔(kong)(kong)(kong)機的(de)結(jie)構形(xing)式，并且(qie)首先取(qu)決于(yu)穿孔(kong)(kong)(kong)桿和穿孔(kong)(kong)(kong)筒上平(ping)(ping)面之間的(de)距(ju)離。如果其間隙大，為了減小成(cheng)形(xing)角度(du)(du)，擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭可以(yi)做得比(bi)較長。擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭成(cheng)形(xing)角的(de)平(ping)(ping)均值(zhi)一(yi)般等(deng)于(yu)15°~20°,而(er)在最大的(de)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)程度(du)(du)時，可以(yi)達到30°~32°.

 穿(chuan)孔頭(tou)和擴孔頭(tou)必須(xu)具(ju)有良好的綜合力學性(xing)能，工作表面光潔(jie)圓(yuan)滑，與(yu)穿(chuan)孔桿連(lian)接(jie)可(ke)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：

  采用倒錐的目的是為(wei)了防止穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)回程時刮切金屬或(huo)帶出空心坯。穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)端面(mian)(mian)加工成凹(ao)面(mian)(mian)的目的，是為(wei)了儲存(cun)潤(run)(run)滑劑，以(yi)使在(zai)整個(ge)穿(chuan)(chuan)孔過程中(zhong)，保持(chi)潤(run)(run)滑劑的連續供應。

  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(kuo)孔錐至工(gong)作帶處(chu)的磨損最為嚴(yan)重，故該(gai)處(chu)采用圓滑(hua)過(guo)渡，其他(ta)尺寸同(tong)上。

 c. 剪切環組件(jian)

  剪切環組(zu)件(jian)(jian)包括下支承(cheng)桿、支承(cheng)頭、剪切環和連接件(jian)(jian)等(deng)零(ling)部件(jian)(jian)。

  支承(cheng)頭和剪切環(huan)的(de)作用(yong)是(shi)在(zai)穿(chuan)孔(kong)過程中封閉穿(chuan)孔(kong)筒內襯(chen)的(de)下(xia)端面，以減(jian)小穿(chuan)孔(kong)余(yu)(yu)料的(de)高度(du)，為空心(xin)(xin)坯下(xia)端面定(ding)形；在(zai)穿(chuan)孔(kong)結束時，剪切環(huan)還要剪斷(duan)穿(chuan)孔(kong)余(yu)(yu)料；支承(cheng)桿最后將穿(chuan)孔(kong)空心(xin)(xin)坯從穿(chuan)孔(kong)筒內襯(chen)中推出(chu)。

  在整個穿(chuan)孔過程中，支承頭和(he)(he)剪切(qie)環的上端面和(he)(he)加(jia)熱到高溫(wen)的坯料(liao)相接(jie)觸(chu)，使其(qi)表(biao)面層金屬(shu)被加(jia)熱到650~700℃.使用(yong)過程中剪切(qie)環的主要破壞(huai)形式是端面棱緣(yuan)翹曲和(he)(he)焊瘤(liu)（圖2-27).

  剪切環與穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)或(huo)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)之間(jian)(jian)的間(jian)(jian)隙(xi)不能(neng)過大，一般小于2mm.如(ru)果此間(jian)(jian)隙(xi)過大或(huo)剪切環過度磨損，則會導致在剪切穿孔(kong)(kong)(kong)或(huo)擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)余(yu)料的過程中，坯(pi)料前端內孔(kong)(kong)(kong)處產(chan)生飛(fei)邊缺陷，并易引起擠(ji)壓筒和擠(ji)壓模(mo)的損壞。