立式不銹鋼管穿（擴(kuò)）孔機(jī)的工模具配置取決于穿（擴(kuò)）孔機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，穿（擴(kuò)）孔過(guò)程的工藝要求，以及穿（擴(kuò)）孔時(shí)坯料金屬變形時(shí)的流動(dòng)特點(diǎn)。和臥式擠壓機(jī)的工模具配置一樣，穿（擴(kuò)）孔機(jī)工模具配置的基本形式由穿（擴(kuò)）孔筒（內(nèi)襯和外套）、鐓粗桿、鐓粗頭、穿（擴(kuò)）孔頭、支承桿、支承頭、剪切環(huán)以及連接件組成，如圖7-50所示。

一、穿（擴(kuò)）孔筒

  當(dāng)不銹鋼管坯料進(jìn)行穿和擴(kuò)孔時(shí)，穿孔筒內(nèi)襯承受相當(dāng)小的單位壓力（不大于590MPa).因?yàn)閺呐髁洗┛谆驍U(kuò)孔方向的垂直滑移摩擦力實(shí)際上是沒(méi)有的。但是，因與加熱到高溫的坯料直接接觸時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30s,引起穿孔筒內(nèi)襯劇烈受熱。長(zhǎng)久使用后的穿孔筒內(nèi)襯以焊瘤的形式引起變形而損壞，或使穿孔坯料取出產(chǎn)生困難。因此，當(dāng)其在高速工作時(shí)應(yīng)采取強(qiáng)制冷卻的方法來(lái)降低穿孔筒內(nèi)襯的溫度。通常在穿孔筒外套的內(nèi)壁車有螺旋冷卻水槽（圖7-51)來(lái)冷卻內(nèi)襯。

  一般穿孔筒的內(nèi)襯與外套之間以1.0%~1.5%的錐度相配合，而內(nèi)襯的內(nèi)孔也制成約有1%~3%的錐度，這樣使取出坯料時(shí)能比較順利地頂出。

  另外，穿孔筒內(nèi)襯的內(nèi)表面光潔度要求比較高，熱處理后要進(jìn)行磨削。其熱處理后的硬度約為HRC42~45,以提高其耐磨性。

  穿孔筒的內(nèi)襯采用和擠壓筒內(nèi)襯相同的材料制造，如5CrW2Si或Ni11.一般穿孔筒內(nèi)襯的使用壽命大約為1000~3000次。

  從穿孔筒內(nèi)襯的工作條件來(lái)考量，采用具有雙穿孔筒旋轉(zhuǎn)輪換工作結(jié)構(gòu)的穿孔機(jī)最為合適。

  原因?yàn)槌四苁勾┛淄驳玫郊皶r(shí)而充分的冷卻之外，輪流使用的穿孔筒有利于內(nèi)襯很好地清除玻璃潤(rùn)滑劑殘?jiān)?，提高?nèi)襯的使用壽命。

二、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和穿孔桿的結(jié)構(gòu)

   鐓粗桿在結(jié)構(gòu)上，上端用銷子或夾緊裝置固定在鐓粗梁上，下端用螺紋連接鐓粗頭（圖7-52),其內(nèi)孔設(shè)有導(dǎo)向滑槽與穿孔桿相配合。

   鐓粗桿的外徑比穿孔筒小10~30mm,而內(nèi)徑比穿孔桿大5~25mm.但考慮到鐓粗桿的共用性，可在保證強(qiáng)度的條件下超出上述范圍。

   鐓粗桿的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)穿孔筒的長(zhǎng)度和生產(chǎn)最短的坯料長(zhǎng)度來(lái)決定。

   根據(jù)穿孔桿和穿孔頭的規(guī)格，可以更換鐓粗頭，以擴(kuò)大鐓粗桿的使用范圍，鐓粗頭的外徑與穿孔筒的內(nèi)徑之間間隙要小，約比穿孔筒的小頭直徑小0.5~1.5mm,其內(nèi)孔帶有花鍵式導(dǎo)向槽。

2. 穿孔桿的穩(wěn)定性強(qiáng)度校核

  立式穿孔機(jī)的穿孔桿作為連桿，連接穿孔頭及芯棒支承，穿孔并不和變形屬直接接觸。在穿孔過(guò)程中，穿孔桿連接并支承著穿孔頭及擴(kuò)孔頭。一般穿孔桿的直徑比穿孔頭工作帶的直徑小10~30mm.穿孔桿的長(zhǎng)度取決于穿孔筒的長(zhǎng)度。

 由于在不銹鋼管穿孔時(shí)穿孔桿承受壓縮應(yīng)力，且因穿孔桿的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，工作時(shí)上端相當(dāng)于固定。因此，其彎曲的危險(xiǎn)性要比壓縮變形的危險(xiǎn)性更大。

  所以，穿孔桿的強(qiáng)度校核是按照壓桿穩(wěn)定的方法來(lái)計(jì)算。

穿孔桿上所承受的應(yīng)力為：

 3. 穿孔頭和擴(kuò)孔頭

  a. 穿孔頭和擴(kuò)孔頭的結(jié)構(gòu)

   在立式穿孔機(jī)對(duì)實(shí)心坯料進(jìn)行穿孔時(shí)，采用穿孔工藝，需用穿孔頭；而對(duì)帶預(yù)鉆孔的空心坯料進(jìn)行擴(kuò)孔時(shí)，采用擴(kuò)孔工藝，則需用擴(kuò)孔頭。在采用穿（擴(kuò)）孔工藝時(shí)，穿孔頭和擴(kuò)孔頭都安裝在穿孔桿上。對(duì)于穿孔機(jī)的工模具而言，穿孔頭的工作條件最為嚴(yán)酷，受到最為強(qiáng)烈的磨損；而擴(kuò)孔頭的工作條件相對(duì)會(huì)好一些。因此，擴(kuò)孔頭的使用壽命要比穿孔頭長(zhǎng)。一般在生產(chǎn)不銹鋼管時(shí)，穿孔頭的使用壽命不超過(guò)30~40次／只，而擴(kuò)孔頭的使用壽命可以達(dá)到80~100次／只（材質(zhì)為3Cr2W8V).

  另外，穿孔頭工作表面的不均勻磨損，將引起穿孔后空心坯的壁厚不均。穿孔時(shí)，將穿孔頭輪流安裝在穿孔桿上，由10~15穿孔頭組成為一組，循環(huán)輪流使用的效果最好。

 圖7-53所示為立式穿孔機(jī)的穿孔頭和擴(kuò)孔頭。穿孔頭既可使用有柄的（圖7-53(a)),也可以使用無(wú)柄平端面的（圖7-53(b)).這種固定方法，可以允許穿孔頭冷卻，檢查或更換，不占穿孔的周期時(shí)間。

  穿孔頭與穿孔坯料的接觸端面被做成帶有圓弧半徑的凹面，是為了保證在整個(gè)穿孔周期中，玻璃滑劑能夠均勻地進(jìn)入變形區(qū)。

b. 穿孔頭和擴(kuò)孔頭的設(shè)計(jì)

  穿孔頭和擴(kuò)孔頭的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自于多年的實(shí)際技術(shù)工作經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。穿孔頭（圖7-54)和擴(kuò)孔頭（圖7-55)定徑帶的直徑，要根據(jù)產(chǎn)品的規(guī)格而定。由于穿孔頭和擴(kuò)孔頭在穿（擴(kuò)）孔過(guò)程中直接與變形金屬接觸，因此，其表面光潔度應(yīng)達(dá)到7~8級(jí)，且倒角要圓滑。穿孔頭下端的倒角半徑R應(yīng)約為穿孔頭直徑的10%~20%。

 穿孔頭上端過(guò)渡段的角度不宜過(guò)大，以防止穿孔頭回程時(shí)刮傷空心坯的內(nèi)表面，其角度一般為5°~25°.穿孔筒和穿孔頭較小時(shí)，采用較小值。

 擴(kuò)孔頭的下錐頭直徑應(yīng)等于坯料預(yù)鉆孔的直徑。

 擴(kuò)孔頭的成形錐角一般為30°~60°,太大時(shí)擴(kuò)孔坯的內(nèi)壁容易刮傷，且擴(kuò)孔開(kāi)始時(shí)導(dǎo)向不好。其過(guò)渡段要平滑，以便使金屬流動(dòng)均勻。

 一般穿孔頭的直徑要比穿孔桿的直徑大10~30mm,但是有時(shí)考慮到穿孔桿的共用性，而擴(kuò)大這一數(shù)值的范圍。

 在穿孔過(guò)程中，穿孔頭嚴(yán)酷的工作條件，往往會(huì)使其工作帶和沿外徑的棱緣，即側(cè)面連接端面的圓角半徑處，承受最大的加熱和磨損。棱緣的磨損引起穿孔后空心坯的壁厚不均，導(dǎo)致擠壓鋼管的壁厚不均。為了消除穿孔頭的不均勻磨損，避免因此而引起的穿孔空心坯的壁厚不均，在現(xiàn)代的穿孔機(jī)上采用了穿孔桿和穿孔芯棒運(yùn)動(dòng)的套管系統(tǒng)，即在坯料經(jīng)鐓粗后穿孔桿不立即返回，而是繼續(xù)壓在坯料上，這樣可以使穿孔頭精確地對(duì)準(zhǔn)坯料的中心，并且減小了其自由長(zhǎng)度。

 采用帶圓弧半徑的凹面穿孔頭穿孔，實(shí)現(xiàn)了穿孔桿和穿孔頭對(duì)穿孔坯料的附加定心，提高了穿孔后空心坯的壁厚均勻度。在穿孔過(guò)程中，穿孔頭處于最嚴(yán)酷的工作條件，其工作帶和沿外徑的棱緣，即側(cè)面和端面的圓角半徑，承受最大的加熱和磨損。觀察經(jīng)多次使用后的穿孔頭，其棱緣的磨損引起穿孔空心坯壁厚不均，當(dāng)出現(xiàn)穿孔頭棱緣的單邊磨損時(shí)，危險(xiǎn)性更大。

 穿孔桿，包括螺紋固定的穿孔頭在內(nèi)，具有通過(guò)沿軸線鉆孔的冷卻水孔槽。穿孔時(shí)用水冷卻穿孔桿和穿孔頭。

 采用組合式的穿孔工模具，允許用低合金鋼制作不受熱的零件，如采用5CrNiW、50CrVA鋼制造固定穿孔桿的夾具，用5CrNiW、5CrNiMo鋼制造穿孔桿，用高合金鋼和耐熱合金鋼制造穿孔頭。

 擴(kuò)孔過(guò)程中，擴(kuò)孔頭的錐形表面受到最劇烈的磨損，并逐漸形成劃道和凹陷。擴(kuò)孔頭的工作負(fù)荷較穿孔頭要輕許多，因此其使用壽命比穿孔頭高得多，一般可達(dá)到80~100次。

 擴(kuò)孔頭的長(zhǎng)度取決于穿孔機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，并且首先取決于穿孔桿和穿孔筒上平面之間的距離。如果其間隙大，為了減小成形角度，擴(kuò)孔頭可以做得比較長(zhǎng)。擴(kuò)孔頭成形角的平均值一般等于15°~20°,而在最大的擴(kuò)孔程度時(shí)，可以達(dá)到30°~32°.

 穿孔頭和擴(kuò)孔頭必須具有良好的綜合力學(xué)性能，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(jīng)驗(yàn)公式確定：

  采用倒錐的目的是為了防止穿孔頭回程時(shí)刮切金屬或帶出空心坯。穿孔頭端面加工成凹面的目的，是為了儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，以使在整個(gè)穿孔過(guò)程中，保持潤(rùn)滑劑的連續(xù)供應(yīng)。

  擴(kuò)孔頭由鼻尖l₃、擴(kuò)孔錐l₄、工作帶l₅和反向錐l₆組成（圖7-55).鼻尖的作用是導(dǎo)向和定心，其直徑等于坯料鉆孔直徑，長(zhǎng)度l₃約為10~20mm,擴(kuò)孔錐角α一般取15°~20°,當(dāng)擴(kuò)徑量大時(shí)，可達(dá)30°~32°,工作帶直徑d_c由擠壓工藝表得到，其長(zhǎng)度l₅一般為6~10mm。

  由于擴(kuò)孔錐至工作帶處的磨損最為嚴(yán)重，故該處采用圓滑過(guò)渡，其他尺寸同上。

 c. 剪切環(huán)組件

  剪切環(huán)組件包括下支承桿、支承頭、剪切環(huán)和連接件等零部件。

  支承頭和剪切環(huán)的作用是在穿孔過(guò)程中封閉穿孔筒內(nèi)襯的下端面，以減小穿孔余料的高度，為空心坯下端面定形；在穿孔結(jié)束時(shí)，剪切環(huán)還要剪斷穿孔余料；支承桿最后將穿孔空心坯從穿孔筒內(nèi)襯中推出。

  在整個(gè)穿孔過(guò)程中，支承頭和剪切環(huán)的上端面和加熱到高溫的坯料相接觸，使其表面層金屬被加熱到650~700℃.使用過(guò)程中剪切環(huán)的主要破壞形式是端面棱緣翹曲和焊瘤（圖2-27).

  剪切環(huán)與穿孔頭或擴(kuò)孔頭之間的間隙不能過(guò)大，一般小于2mm.如果此間隙過(guò)大或剪切環(huán)過(guò)度磨損，則會(huì)導(dǎo)致在剪切穿孔或擴(kuò)孔余料的過(guò)程中，坯料前端內(nèi)孔處產(chǎn)生飛邊缺陷，并易引起擠壓筒和擠壓模的損壞。