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(xiu)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。
一般穿孔(kong)(kong)筒的內(nei)襯與外(wai)套之間(jian)以(yi)1.0%~1.5%的錐度相配(pei)合，而內(nei)襯的內(nei)孔(kong)(kong)也制(zhi)成(cheng)約有1%~3%的錐度，這樣使取出(chu)坯料時能比較順(shun)利地頂出(chu)。
另外(wai)，穿孔(kong)筒內(nei)襯(chen)的內(nei)表面光(guang)潔度(du)要求比較高，熱處(chu)理(li)后要進行磨削。其(qi)(qi)熱處(chu)理(li)后的硬度(du)約為(wei)HRC42~45,以提高其(qi)(qi)耐磨性。
穿(chuan)孔(kong)筒的內襯(chen)采用和擠壓筒內襯(chen)相同的材(cai)料制(zhi)造，如5CrW2Si或Ni11.一般(ban)穿(chuan)孔(kong)筒內襯(chen)的使用壽命大約為1000~3000次。
從(cong)穿(chuan)孔(kong)筒內(nei)襯的(de)工作(zuo)條件來考量(liang)，采(cai)用具有雙穿(chuan)孔(kong)筒旋轉輪換工作(zuo)結(jie)構的(de)穿(chuan)孔(kong)機最為合適。
原因為(wei)除(chu)了(le)能使穿孔(kong)筒得到及時而充(chong)分的冷(leng)卻之(zhi)外，輪流(liu)使用的穿孔(kong)筒有利于內(nei)襯(chen)(chen)很好地清除(chu)玻璃潤(run)滑劑殘渣，提高(gao)內(nei)襯(chen)(chen)的使用壽命。
二、鐓(dui)粗桿(gan)和穿孔桿(gan)
1. 鐓粗桿和穿孔(kong)桿的結構(gou)
鐓粗(cu)桿在結構上(shang)，上(shang)端(duan)用銷(xiao)子或(huo)夾緊裝置固定(ding)在鐓粗(cu)梁上(shang)，下端(duan)用螺紋連(lian)接鐓粗(cu)頭（圖7-52),其內(nei)孔設有(you)導向滑槽與穿(chuan)孔桿相配合。
鐓粗桿的(de)外徑(jing)比穿孔(kong)筒小(xiao)10~30mm,而內徑(jing)比穿孔(kong)桿大5~25mm.但考慮到(dao)鐓粗桿的(de)共(gong)用性，可(ke)在保證強度的(de)條件下超出(chu)上述(shu)范圍。
鐓粗桿的長度(du)(du)應根(gen)據穿孔筒(tong)的長度(du)(du)和生產最短的坯(pi)料長度(du)(du)來決定(ding)。
根據穿(chuan)孔桿和(he)穿(chuan)孔頭(tou)的(de)規(gui)格(ge)，可以更(geng)換鐓粗頭(tou)，以擴大(da)鐓粗桿的(de)使(shi)用(yong)范圍，鐓粗頭(tou)的(de)外徑與穿(chuan)孔筒的(de)內徑之間間隙(xi)要小(xiao)，約比穿(chuan)孔筒的(de)小(xiao)頭(tou)直徑小(xiao)0.5~1.5mm,其(qi)內孔帶有花鍵(jian)式導向槽。
2. 穿孔桿的穩(wen)定(ding)性強(qiang)度校核
立(li)式穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)作為連(lian)(lian)桿(gan)，連(lian)(lian)接(jie)(jie)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)及芯(xin)棒支承，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)并不和變形(xing)屬直(zhi)接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸。在穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)過程中，穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)連(lian)(lian)接(jie)(jie)并支承著穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)及擴(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)。一般穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)的(de)直(zhi)徑比(bi)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)工作帶(dai)的(de)直(zhi)徑小10~30mm.穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿(gan)的(de)長度(du)取決于(yu)穿(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒的(de)長度(du)。
由于(yu)在不銹鋼管(guan)穿(chuan)孔時(shi)穿(chuan)孔桿(gan)承受壓縮應力，且因(yin)穿(chuan)孔桿(gan)的長(chang)度較長(chang)，工作時(shi)上端相當于(yu)固(gu)定。因(yin)此，其彎曲的危險性(xing)要比壓縮變形的危險性(xing)更大。
所以(yi)，穿孔桿(gan)的(de)強度校核是按照壓桿(gan)穩定(ding)的(de)方法(fa)來計算。
穿孔(kong)桿上所承受的應力為：
3. 穿孔頭和擴孔頭
a. 穿孔頭和擴孔頭的結構
在立式穿孔(kong)(kong)(kong)機對(dui)(dui)實心(xin)坯料(liao)進行(xing)穿孔(kong)(kong)(kong)時，采用(yong)(yong)(yong)穿孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)，需(xu)用(yong)(yong)(yong)穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)；而對(dui)(dui)帶(dai)預(yu)鉆孔(kong)(kong)(kong)的(de)(de)空心(xin)坯料(liao)進行(xing)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)時，采用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)，則需(xu)用(yong)(yong)(yong)擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)。在采用(yong)(yong)(yong)穿（擴(kuo)(kuo)）孔(kong)(kong)(kong)工(gong)(gong)藝(yi)時，穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)和擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)都(dou)安裝在穿孔(kong)(kong)(kong)桿上。對(dui)(dui)于穿孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)工(gong)(gong)模具(ju)而言(yan)，穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)(gong)作條件最為嚴酷，受(shou)到最為強烈的(de)(de)磨(mo)損；而擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)工(gong)(gong)作條件相對(dui)(dui)會好一(yi)些(xie)。因此，擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命要比(bi)穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)長(chang)。一(yi)般在生產不銹鋼(gang)管(guan)時，穿孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命不超過30~40次(ci)／只，而擴(kuo)(kuo)孔(kong)(kong)(kong)頭(tou)(tou)的(de)(de)使(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)壽(shou)命可以達到80~100次(ci)／只（材質為3Cr2W8V).
另外，穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭工作表(biao)面的不(bu)均勻磨(mo)損(sun)，將引起(qi)穿(chuan)(chuan)孔(kong)后空心坯的壁(bi)厚不(bu)均。穿(chuan)(chuan)孔(kong)時，將穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭輪(lun)流(liu)安裝在(zai)穿(chuan)(chuan)孔(kong)桿上(shang)，由10~15穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭組成為一組，循(xun)環輪(lun)流(liu)使用的效果最好。
圖7-53所示為立式穿(chuan)孔機的(de)(de)穿(chuan)孔頭(tou)和擴孔頭(tou)。穿(chuan)孔頭(tou)既可(ke)(ke)(ke)使用(yong)有柄的(de)(de)（圖7-53(a)),也(ye)可(ke)(ke)(ke)以使用(yong)無(wu)柄平(ping)端面的(de)(de)（圖7-53(b)).這種固(gu)定方(fang)法(fa)，可(ke)(ke)(ke)以允許穿(chuan)孔頭(tou)冷卻，檢查或更(geng)換，不占穿(chuan)孔的(de)(de)周期時間。
穿孔頭與穿孔坯料的接(jie)觸端面(mian)被做成帶有圓(yuan)弧半徑的凹面(mian)，是為了(le)保證在整個穿孔周期中(zhong)，玻璃滑劑能(neng)夠均勻地(di)進(jin)入變形區(qu)。
b. 穿孔頭(tou)和擴孔頭(tou)的設計(ji)
穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)的(de)(de)設(she)計(ji)數據(ju)(ju)來自于多年的(de)(de)實(shi)際技術工作經驗數據(ju)(ju)。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)（圖(tu)(tu)7-54)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)（圖(tu)(tu)7-55)定(ding)徑(jing)帶的(de)(de)直(zhi)徑(jing)，要(yao)根據(ju)(ju)產品(pin)的(de)(de)規格而(er)定(ding)。由(you)于穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)和擴(kuo)孔(kong)頭(tou)在穿(chuan)(chuan)（擴(kuo)）孔(kong)過程中直(zhi)接(jie)與變形(xing)金(jin)屬接(jie)觸，因此，其(qi)表面(mian)光潔度(du)應達到(dao)7~8級(ji)，且倒角(jiao)要(yao)圓滑。穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)下端的(de)(de)倒角(jiao)半徑(jing)R應約(yue)為(wei)穿(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)直(zhi)徑(jing)的(de)(de)10%~20%。
穿(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)上端過渡段的角度不(bu)宜過大，以防止穿(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)回程時刮傷空心坯的內表面(mian)，其角度一般為5°~25°.穿(chuan)孔(kong)筒和穿(chuan)孔(kong)頭(tou)(tou)較(jiao)小時，采用較(jiao)小值(zhi)。
擴孔頭的下錐頭直(zhi)徑(jing)應等于坯料預鉆孔的直(zhi)徑(jing)。
擴(kuo)(kuo)孔(kong)頭的成形錐(zhui)角一(yi)般為30°~60°,太大(da)時(shi)(shi)擴(kuo)(kuo)孔(kong)坯的內壁容易刮傷，且擴(kuo)(kuo)孔(kong)開始時(shi)(shi)導向不(bu)好。其過渡段要平滑，以便(bian)使金(jin)屬流動均勻。
一般穿(chuan)孔頭的直徑要比(bi)穿(chuan)孔桿的直徑大(da)10~30mm,但是(shi)有(you)時考(kao)慮到穿(chuan)孔桿的共用性(xing)，而擴大(da)這一數(shu)值的范圍。
在(zai)(zai)穿(chuan)孔(kong)過(guo)程(cheng)中，穿(chuan)孔(kong)頭(tou)嚴酷的(de)工作條件，往往會使其(qi)(qi)工作帶(dai)和(he)沿外徑的(de)棱(leng)緣(yuan)，即(ji)側面(mian)連接(jie)端面(mian)的(de)圓角半徑處，承(cheng)受最大的(de)加(jia)熱和(he)磨損(sun)。棱(leng)緣(yuan)的(de)磨損(sun)引(yin)(yin)起(qi)穿(chuan)孔(kong)后空心(xin)坯(pi)的(de)壁(bi)厚不均，導致擠(ji)壓鋼管的(de)壁(bi)厚不均。為了消除穿(chuan)孔(kong)頭(tou)的(de)不均勻磨損(sun)，避(bi)免因此而引(yin)(yin)起(qi)的(de)穿(chuan)孔(kong)空心(xin)坯(pi)的(de)壁(bi)厚不均，在(zai)(zai)現代的(de)穿(chuan)孔(kong)機上采用了穿(chuan)孔(kong)桿和(he)穿(chuan)孔(kong)芯棒運動的(de)套(tao)管系統，即(ji)在(zai)(zai)坯(pi)料經鐓(dui)粗后穿(chuan)孔(kong)桿不立(li)即(ji)返回(hui)，而是繼(ji)續(xu)壓在(zai)(zai)坯(pi)料上，這(zhe)樣可以使穿(chuan)孔(kong)頭(tou)精(jing)確地對準坯(pi)料的(de)中心(xin)，并且減(jian)小了其(qi)(qi)自由長度。
采用帶圓(yuan)(yuan)弧(hu)半(ban)徑(jing)的(de)(de)凹面穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)，實現(xian)了穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)桿(gan)和(he)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)對穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)坯料的(de)(de)附(fu)加定(ding)心，提(ti)高了穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)后空(kong)心坯的(de)(de)壁(bi)厚均勻度。在穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)過(guo)程中(zhong)，穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)處于最(zui)嚴(yan)酷的(de)(de)工作(zuo)(zuo)條件，其(qi)工作(zuo)(zuo)帶和(he)沿外徑(jing)的(de)(de)棱(leng)緣(yuan)，即(ji)側面和(he)端面的(de)(de)圓(yuan)(yuan)角半(ban)徑(jing)，承受(shou)最(zui)大(da)的(de)(de)加熱和(he)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)。觀察經多(duo)次(ci)使用后的(de)(de)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)，其(qi)棱(leng)緣(yuan)的(de)(de)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)引(yin)起(qi)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)空(kong)心坯壁(bi)厚不均，當出(chu)現(xian)穿(chuan)(chuan)(chuan)孔(kong)頭(tou)棱(leng)緣(yuan)的(de)(de)單邊(bian)磨(mo)損(sun)(sun)(sun)時，危險性(xing)更大(da)。
穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)，包括(kuo)螺紋(wen)固定的穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭在(zai)內，具有(you)通過沿(yan)軸線鉆孔(kong)(kong)(kong)(kong)的冷卻水孔(kong)(kong)(kong)(kong)槽。穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)時用水冷卻穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)桿(gan)和(he)穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)(kong)頭。
采用組合(he)式的(de)穿孔工模具(ju)，允許用低合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)制作(zuo)不(bu)受(shou)熱(re)的(de)零件，如采用5CrNiW、50CrVA鋼(gang)(gang)制造固定穿孔桿的(de)夾(jia)具(ju)，用5CrNiW、5CrNiMo鋼(gang)(gang)制造穿孔桿，用高合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)和耐熱(re)合(he)金(jin)鋼(gang)(gang)制造穿孔頭(tou)。
擴(kuo)孔過程(cheng)中，擴(kuo)孔頭(tou)的(de)(de)錐(zhui)形表面受到最劇烈(lie)的(de)(de)磨損，并(bing)逐漸形成(cheng)劃道(dao)和(he)凹陷。擴(kuo)孔頭(tou)的(de)(de)工作負荷較穿孔頭(tou)要輕(qing)許(xu)多，因此(ci)其使用(yong)壽(shou)命比穿孔頭(tou)高得多，一般可達到80~100次。
擴孔(kong)(kong)(kong)頭的(de)(de)(de)長(chang)(chang)度取(qu)決于穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)機的(de)(de)(de)結構形(xing)(xing)式，并且首先取(qu)決于穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)桿和穿(chuan)孔(kong)(kong)(kong)筒上平面之間(jian)的(de)(de)(de)距(ju)離。如果其間(jian)隙(xi)大(da)，為了(le)減小成形(xing)(xing)角度，擴孔(kong)(kong)(kong)頭可(ke)以(yi)做得比較長(chang)(chang)。擴孔(kong)(kong)(kong)頭成形(xing)(xing)角的(de)(de)(de)平均值一(yi)般等于15°~20°,而在最大(da)的(de)(de)(de)擴孔(kong)(kong)(kong)程度時，可(ke)以(yi)達(da)到30°~32°.
穿孔頭和擴孔頭必須具有良好的綜合(he)力學性(xing)能，工作表面光潔圓滑，與穿孔桿連接可靠，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)目的(de)是(shi)為了防(fang)止穿孔頭回程時刮切金屬或帶出空心(xin)坯。穿孔頭端面(mian)加工(gong)成(cheng)凹面(mian)的(de)目的(de)，是(shi)為了儲存潤(run)滑(hua)劑，以使在整個穿孔過程中(zhong)，保持(chi)潤(run)滑(hua)劑的(de)連(lian)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dc由擠壓工藝表得到，其長度l5一般為6~10mm。
由于(yu)擴孔錐至工作(zuo)帶處的磨(mo)損(sun)最(zui)為(wei)嚴(yan)重，故(gu)該處采用圓滑過(guo)渡，其他尺寸同上。
c. 剪(jian)切環(huan)組件
剪(jian)切環組件包括下支承(cheng)桿、支承(cheng)頭、剪(jian)切環和連接件等零部件。
支承(cheng)頭和剪(jian)切環(huan)的作用(yong)是在穿(chuan)孔(kong)(kong)過(guo)程中封閉穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)內襯(chen)的下(xia)端面，以減小穿(chuan)孔(kong)(kong)余料的高度，為空心坯下(xia)端面定形；在穿(chuan)孔(kong)(kong)結束時，剪(jian)切環(huan)還(huan)要(yao)剪(jian)斷穿(chuan)孔(kong)(kong)余料；支承(cheng)桿最(zui)后將穿(chuan)孔(kong)(kong)空心坯從(cong)穿(chuan)孔(kong)(kong)筒(tong)內襯(chen)中推出。
在(zai)整(zheng)個穿孔過程中，支承頭(tou)和剪(jian)切環(huan)的上(shang)端面(mian)和加熱到高溫的坯(pi)料(liao)相(xiang)接(jie)觸(chu)，使其表面(mian)層金(jin)屬被加熱到650~700℃.使用過程中剪(jian)切環(huan)的主要破壞形式是(shi)端面(mian)棱緣翹曲和焊瘤（圖(tu)2-27).
剪切環(huan)與穿(chuan)孔(kong)頭(tou)或(huo)(huo)擴孔(kong)頭(tou)之間的間隙不能過大，一般(ban)小于(yu)2mm.如果此(ci)間隙過大或(huo)(huo)剪切環(huan)過度磨損，則會導致(zhi)在剪切穿(chuan)孔(kong)或(huo)(huo)擴孔(kong)余(yu)料的過程中，坯料前端內孔(kong)處產生飛邊(bian)缺陷，并(bing)易引起擠壓(ya)筒和擠壓(ya)模的損壞。
