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(kong)筒

  當不銹(xiu)鋼管坯料(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。

  一般穿(chuan)孔筒(tong)的內(nei)襯與(yu)外套之(zhi)間(jian)以1.0%~1.5%的錐度(du)相配合，而內(nei)襯的內(nei)孔也制成(cheng)約有1%~3%的錐度(du)，這樣使取出坯料(liao)時能比較順利(li)地頂出。

  另外，穿孔筒內襯的(de)內表面(mian)光(guang)潔(jie)度(du)(du)要求比較高，熱處(chu)(chu)理后要進行(xing)磨(mo)削。其熱處(chu)(chu)理后的(de)硬(ying)度(du)(du)約為HRC42~45,以(yi)提高其耐磨(mo)性。

  穿孔(kong)筒(tong)的內(nei)襯(chen)采用和擠壓筒(tong)內(nei)襯(chen)相同的材料制造，如(ru)5CrW2Si或Ni11.一(yi)般穿孔(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)的使用壽(shou)命大約為1000~3000次。

  從穿孔(kong)筒內襯的工(gong)作(zuo)條件(jian)來考量，采用具有雙穿孔(kong)筒旋轉(zhuan)輪換工(gong)作(zuo)結構的穿孔(kong)機最為合適。

  原因為除(chu)了(le)能使穿孔筒(tong)得到及時而充分的冷卻之外，輪流使用(yong)的穿孔筒(tong)有利于內襯(chen)(chen)很好地(di)清(qing)除(chu)玻璃(li)潤滑劑殘渣，提高內襯(chen)(chen)的使用(yong)壽命。

二(er)、鐓(dui)粗桿和穿孔(kong)桿

 1. 鐓(dui)粗桿和穿孔桿的(de)結構

   鐓(dui)粗(cu)桿(gan)在結構上，上端用(yong)銷子或夾緊裝置固定在鐓(dui)粗(cu)梁(liang)上，下端用(yong)螺紋(wen)連接(jie)鐓(dui)粗(cu)頭（圖(tu)7-52),其(qi)內孔(kong)設有(you)導向(xiang)滑槽與(yu)穿(chuan)孔(kong)桿(gan)相配合。

   鐓粗桿(gan)的(de)外徑(jing)比穿孔筒小10~30mm,而內徑(jing)比穿孔桿(gan)大(da)5~25mm.但考慮(lv)到鐓粗桿(gan)的(de)共用性，可在(zai)保證強(qiang)度的(de)條件(jian)下超出(chu)上述范圍。

   鐓(dui)粗桿的(de)長度(du)應根(gen)據穿孔(kong)筒(tong)的(de)長度(du)和生產最短的(de)坯料長度(du)來決(jue)定。

   根據穿孔(kong)桿和(he)穿孔(kong)頭的(de)規(gui)格，可以更換(huan)鐓(dui)(dui)粗(cu)頭，以擴大鐓(dui)(dui)粗(cu)桿的(de)使用范(fan)圍，鐓(dui)(dui)粗(cu)頭的(de)外徑與穿孔(kong)筒(tong)的(de)內徑之間間隙要小(xiao)，約比(bi)穿孔(kong)筒(tong)的(de)小(xiao)頭直徑小(xiao)0.5~1.5mm,其內孔(kong)帶有(you)花鍵式導(dao)向(xiang)槽。

2. 穿孔桿的穩(wen)定性強度校核

  立式穿(chuan)孔機的(de)穿(chuan)孔桿(gan)作為(wei)連(lian)桿(gan)，連(lian)接穿(chuan)孔頭及(ji)芯棒支承(cheng)，穿(chuan)孔并不和變形屬直(zhi)接接觸。在穿(chuan)孔過程中，穿(chuan)孔桿(gan)連(lian)接并支承(cheng)著穿(chuan)孔頭及(ji)擴孔頭。一般穿(chuan)孔桿(gan)的(de)直(zhi)徑(jing)比穿(chuan)孔頭工作帶(dai)的(de)直(zhi)徑(jing)小10~30mm.穿(chuan)孔桿(gan)的(de)長(chang)度取決(jue)于(yu)穿(chuan)孔筒的(de)長(chang)度。

 由于在不銹鋼管穿孔時穿孔桿(gan)承受壓(ya)縮應力，且(qie)因(yin)穿孔桿(gan)的長度較長，工(gong)作時上端相當(dang)于固(gu)定(ding)。因(yin)此，其彎曲(qu)的危險(xian)性要比壓(ya)縮變形(xing)的危險(xian)性更(geng)大。

  所以，穿孔桿(gan)的強度校核是按照壓桿(gan)穩定(ding)的方法來計算。

穿孔桿上所承受的應力為：

 3. 穿孔頭和(he)擴孔頭

  a. 穿孔(kong)頭(tou)和擴孔(kong)頭(tou)的結構

   在(zai)立式穿(chuan)孔機(ji)對實(shi)心坯料進行穿(chuan)孔時(shi)，采(cai)用(yong)穿(chuan)孔工(gong)(gong)藝，需(xu)用(yong)穿(chuan)孔頭(tou)；而對帶預鉆孔的空心坯料進行擴(kuo)(kuo)孔時(shi)，采(cai)用(yong)擴(kuo)(kuo)孔工(gong)(gong)藝，則需(xu)用(yong)擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)。在(zai)采(cai)用(yong)穿(chuan)（擴(kuo)(kuo)）孔工(gong)(gong)藝時(shi)，穿(chuan)孔頭(tou)和擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)都安(an)裝在(zai)穿(chuan)孔桿上。對于穿(chuan)孔機(ji)的工(gong)(gong)模具而言，穿(chuan)孔頭(tou)的工(gong)(gong)作條(tiao)件(jian)最為(wei)(wei)嚴(yan)酷，受到(dao)最為(wei)(wei)強(qiang)烈的磨(mo)損；而擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)的工(gong)(gong)作條(tiao)件(jian)相對會好一些(xie)。因此，擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)的使用(yong)壽(shou)命(ming)要比穿(chuan)孔頭(tou)長。一般在(zai)生產不銹鋼管時(shi)，穿(chuan)孔頭(tou)的使用(yong)壽(shou)命(ming)不超過30~40次／只(zhi)，而擴(kuo)(kuo)孔頭(tou)的使用(yong)壽(shou)命(ming)可以達到(dao)80~100次／只(zhi)（材質(zhi)為(wei)(wei)3Cr2W8V).

  另外，穿(chuan)(chuan)孔頭工作表面(mian)的不均(jun)(jun)勻磨損，將引起穿(chuan)(chuan)孔后空心坯(pi)的壁厚不均(jun)(jun)。穿(chuan)(chuan)孔時，將穿(chuan)(chuan)孔頭輪流(liu)安裝在穿(chuan)(chuan)孔桿上，由10~15穿(chuan)(chuan)孔頭組成(cheng)為一組，循環輪流(liu)使用的效果最好。

 圖7-53所示(shi)為(wei)立式穿(chuan)孔(kong)(kong)機的(de)穿(chuan)孔(kong)(kong)頭和擴孔(kong)(kong)頭。穿(chuan)孔(kong)(kong)頭既(ji)可使用有柄(bing)的(de)（圖7-53(a)),也可以使用無柄(bing)平端面(mian)的(de)（圖7-53(b)).這種固定方(fang)法，可以允許穿(chuan)孔(kong)(kong)頭冷(leng)卻，檢查或更換，不占穿(chuan)孔(kong)(kong)的(de)周期時間。

  穿孔頭與穿孔坯料的接(jie)觸端面(mian)被做成帶(dai)有圓(yuan)弧半徑的凹(ao)面(mian)，是為(wei)了保證在整個穿孔周期中，玻璃滑劑能(neng)夠(gou)均勻地(di)進入(ru)變形區。

b. 穿孔頭(tou)和擴孔頭(tou)的(de)設計

  穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)和(he)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)設(she)計(ji)數據(ju)來自于多年的(de)(de)實際(ji)技術工(gong)作經驗(yan)數據(ju)。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)（圖7-54)和(he)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)（圖7-55)定(ding)徑帶的(de)(de)直(zhi)徑，要根(gen)據(ju)產品的(de)(de)規格而定(ding)。由于穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)和(he)擴(kuo)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)在(zai)穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)(kong)過程中直(zhi)接與變形金(jin)屬接觸，因此，其表面光潔度應(ying)達到(dao)7~8級，且倒角要圓滑。穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)下端的(de)(de)倒角半(ban)徑R應(ying)約為(wei)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)頭(tou)(tou)直(zhi)徑的(de)(de)10%~20%。

 穿(chuan)孔頭上(shang)端(duan)過渡段的(de)角度(du)不宜過大(da)，以防(fang)止穿(chuan)孔頭回(hui)程時(shi)刮傷空心坯(pi)的(de)內表面，其角度(du)一(yi)般為5°~25°.穿(chuan)孔筒(tong)和穿(chuan)孔頭較小(xiao)時(shi)，采用較小(xiao)值。

 擴孔頭(tou)的下(xia)錐頭(tou)直徑(jing)應等于坯料預鉆孔的直徑(jing)。

 擴(kuo)孔頭的成(cheng)形錐角一般為30°~60°,太大時擴(kuo)孔坯的內壁容(rong)易(yi)刮(gua)傷，且擴(kuo)孔開始時導向不(bu)好。其過渡段要平滑(hua)，以便(bian)使金屬(shu)流動均勻。

 一般穿(chuan)(chuan)孔頭的(de)直徑要比穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)的(de)直徑大10~30mm,但(dan)是(shi)有時考(kao)慮到穿(chuan)(chuan)孔桿(gan)的(de)共用性，而(er)擴大這一數值的(de)范圍。

 在穿(chuan)(chuan)孔(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)嚴酷的(de)(de)(de)(de)工作(zuo)條件，往往會使其(qi)(qi)工作(zuo)帶和沿外徑(jing)的(de)(de)(de)(de)棱緣，即側面連接(jie)端(duan)面的(de)(de)(de)(de)圓角半徑(jing)處，承受最大的(de)(de)(de)(de)加熱(re)和磨(mo)損(sun)。棱緣的(de)(de)(de)(de)磨(mo)損(sun)引(yin)(yin)起穿(chuan)(chuan)孔(kong)后空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚不(bu)均(jun)，導致擠壓鋼管的(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚不(bu)均(jun)。為了(le)消除穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)的(de)(de)(de)(de)不(bu)均(jun)勻磨(mo)損(sun)，避免因此而引(yin)(yin)起的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)空心(xin)坯(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)厚不(bu)均(jun)，在現代(dai)的(de)(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔(kong)機上(shang)采用了(le)穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿和穿(chuan)(chuan)孔(kong)芯棒運(yun)動的(de)(de)(de)(de)套管系統，即在坯(pi)(pi)料(liao)(liao)經(jing)鐓粗(cu)后穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿不(bu)立即返回(hui)，而是繼續(xu)壓在坯(pi)(pi)料(liao)(liao)上(shang)，這樣可以(yi)使穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)精確地對準坯(pi)(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)中心(xin)，并且減小了(le)其(qi)(qi)自由長度。

 采用帶圓弧(hu)半徑的(de)(de)(de)凹面(mian)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)穿(chuan)(chuan)孔，實現(xian)了穿(chuan)(chuan)孔桿和穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)對(dui)穿(chuan)(chuan)孔坯料的(de)(de)(de)附加定心，提(ti)高了穿(chuan)(chuan)孔后(hou)空心坯的(de)(de)(de)壁厚(hou)均勻(yun)度。在穿(chuan)(chuan)孔過程(cheng)中，穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)處于最嚴酷的(de)(de)(de)工(gong)作條件，其(qi)工(gong)作帶和沿外徑的(de)(de)(de)棱緣，即側面(mian)和端面(mian)的(de)(de)(de)圓角半徑，承受最大的(de)(de)(de)加熱(re)和磨(mo)(mo)損。觀察(cha)經多次使用后(hou)的(de)(de)(de)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)，其(qi)棱緣的(de)(de)(de)磨(mo)(mo)損引(yin)起(qi)穿(chuan)(chuan)孔空心坯壁厚(hou)不均，當(dang)出現(xian)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)棱緣的(de)(de)(de)單邊磨(mo)(mo)損時，危險性(xing)更大。

 穿(chuan)(chuan)孔桿，包括螺紋固定的(de)穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)在(zai)內(nei)，具有(you)通(tong)過沿軸(zhou)線鉆孔的(de)冷卻(que)水孔槽。穿(chuan)(chuan)孔時用水冷卻(que)穿(chuan)(chuan)孔桿和穿(chuan)(chuan)孔頭(tou)。

 采用(yong)組(zu)合(he)式的(de)穿孔(kong)(kong)工模具(ju)(ju)，允許用(yong)低(di)合(he)金鋼制(zhi)作不受(shou)熱的(de)零件，如采用(yong)5CrNiW、50CrVA鋼制(zhi)造固定穿孔(kong)(kong)桿的(de)夾具(ju)(ju)，用(yong)5CrNiW、5CrNiMo鋼制(zhi)造穿孔(kong)(kong)桿，用(yong)高(gao)合(he)金鋼和耐熱合(he)金鋼制(zhi)造穿孔(kong)(kong)頭。

 擴孔過程(cheng)中，擴孔頭的錐(zhui)形表面受到最劇烈的磨損，并逐漸(jian)形成劃(hua)道和凹(ao)陷。擴孔頭的工作負荷(he)較穿孔頭要輕許多(duo)，因此其使用壽(shou)命比穿孔頭高得多(duo)，一般可(ke)達到80~100次。

 擴孔(kong)頭(tou)(tou)的(de)長(chang)(chang)度(du)取決于穿孔(kong)機的(de)結構形式，并且首先取決于穿孔(kong)桿和穿孔(kong)筒上平(ping)面(mian)之間(jian)的(de)距(ju)離。如果其(qi)間(jian)隙大，為(wei)了減小成形角度(du)，擴孔(kong)頭(tou)(tou)可(ke)(ke)以做得比較長(chang)(chang)。擴孔(kong)頭(tou)(tou)成形角的(de)平(ping)均(jun)值一般(ban)等于15°~20°,而在最大的(de)擴孔(kong)程度(du)時(shi)，可(ke)(ke)以達到30°~32°.

 穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭和擴(kuo)孔(kong)頭必須具有良好的(de)綜合力學性(xing)能，工作表面光潔(jie)圓滑，與穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿連接(jie)可靠(kao)，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)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)為了防止穿孔(kong)頭(tou)回程時刮切(qie)金屬或帶出空心(xin)坯。穿孔(kong)頭(tou)端面加工(gong)成凹面的(de)(de)目(mu)的(de)(de)，是(shi)為了儲存潤(run)滑(hua)(hua)劑，以使在整個穿孔(kong)過(guo)程中(zhong)，保持潤(run)滑(hua)(hua)劑的(de)(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。

  由于擴孔錐至工作帶處(chu)的磨損(sun)最為嚴重，故(gu)該處(chu)采用圓滑過渡，其(qi)他尺寸同上。

 c. 剪切環(huan)組件

  剪(jian)切環(huan)組件包括下支(zhi)承桿、支(zhi)承頭、剪(jian)切環(huan)和(he)連接(jie)件等零部件。

  支承(cheng)頭和剪切環的(de)作用是在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中(zhong)封閉穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)(chen)的(de)下(xia)端面(mian)，以減(jian)小穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)余(yu)料(liao)的(de)高度，為空(kong)心坯下(xia)端面(mian)定形；在(zai)(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)結束時(shi)，剪切環還要剪斷穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)余(yu)料(liao)；支承(cheng)桿最后將穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)空(kong)心坯從(cong)穿(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒(tong)內(nei)襯(chen)(chen)中(zhong)推出。

  在整個穿(chuan)孔過程中，支承頭和(he)剪(jian)切(qie)環(huan)的(de)上端(duan)面(mian)和(he)加(jia)熱(re)到(dao)高溫的(de)坯料(liao)相接觸，使其(qi)表面(mian)層金屬被加(jia)熱(re)到(dao)650~700℃.使用過程中剪(jian)切(qie)環(huan)的(de)主(zhu)要破壞形(xing)式(shi)是端(duan)面(mian)棱緣翹曲(qu)和(he)焊(han)瘤（圖2-27).

  剪切環與穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)或擴孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)之間(jian)(jian)的間(jian)(jian)隙不(bu)能過大，一般小于2mm.如果此間(jian)(jian)隙過大或剪切環過度磨損(sun)，則會(hui)導(dao)致(zhi)在剪切穿孔(kong)(kong)(kong)或擴孔(kong)(kong)(kong)余料的過程(cheng)中，坯料前(qian)端(duan)內(nei)孔(kong)(kong)(kong)處(chu)產生飛(fei)邊缺(que)陷，并易引起擠壓筒和擠壓模的損(sun)壞。