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(huán)以及連接件組成，如圖7-50所示。

一、穿（擴）孔筒

  當不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。

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

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

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

  從穿孔筒內襯的工作條件來考量，采用具有雙穿孔筒旋轉輪換工作結構的穿孔機最為合適。

  原因為除了能使穿孔筒得到及時而充分的冷卻之外，輪流使用的穿孔筒有利于內襯很好地清除玻璃潤滑劑殘渣，提高內襯的使用壽命。

二、鐓粗桿和穿孔桿

 1. 鐓粗桿和穿孔桿的結構

   鐓粗桿在結構上，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),其內孔設有導向滑槽與穿孔桿相配合。

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

   鐓粗桿的長度應根據穿孔筒的長度和生產最短的坯料長度來決定。

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

2. 穿孔桿的穩(wěn)定性強度校核

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

 由于在不銹鋼管穿孔時穿孔桿承受壓縮應力，且因穿孔桿的長度較長，工作時上端相當于固定。因此，其彎曲的危險性要比壓縮變形的危險性更大。

  所以，穿孔桿的強度校核是按照壓桿穩(wěn)定的方法來計算。

穿孔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

   在立式穿孔機對實心坯料進行穿孔時，采用穿孔工藝，需用穿孔頭；而對帶預鉆孔的空心坯料進行擴孔時，采用擴孔工藝，則需用擴孔頭。在采用穿（擴）孔工藝時，穿孔頭和擴孔頭都安裝在穿孔桿上。對于穿孔機的工模具而言，穿孔頭的工作條件最為嚴酷，受到最為強烈的磨損；而擴孔頭的工作條件相對會好一些。因此，擴孔頭的使用壽命要比穿孔頭長。一般在生產不銹鋼管時，穿孔頭的使用壽命不超過30~40次／只，而擴孔頭的使用壽命可以達到80~100次／只（材質為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，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所示為立式穿孔機的穿孔頭和擴孔頭。穿孔頭既可使用有柄的（圖7-53(a)),也可以使用無柄平端面的（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，是為了保證在整個穿孔周期中，玻璃滑劑能夠均勻地進入變形區(qū)。

b. 穿孔頭和擴孔頭的設計

  穿孔頭和擴孔頭的設計數據來自于多年的實際技術工作經驗數據。穿孔頭（圖7-54)和擴孔頭（圖7-55)定徑帶的直徑，要根據產品的規(guī)格而定。由于穿孔頭和擴孔頭在穿（擴）孔過程中直接與變形金屬接觸，因此，其表面光潔度應達到7~8級，且倒角要圓滑。穿孔頭下端的倒角半徑R應約為穿孔頭直徑的10%~20%。

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

 擴孔頭的下錐頭直徑應等于坯料預鉆孔的直徑。

 擴孔頭的成形錐角一般為30°~60°,太大時擴孔坯的內壁容易刮傷，且擴孔開始時導向不好。其過渡段要平滑，以便使金屬流動均勻。

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

 在穿孔過程中，穿孔頭嚴酷的工作條件，往往會使其工作帶和沿外徑的棱緣，即側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，在現代的穿孔機上采用了穿孔桿和穿孔芯棒運動的套管系統(tǒng)，即在坯料經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準坯料的中心，并且減小了其自由長度。

 采用帶圓弧半徑的凹面穿孔頭穿孔，實現了穿孔桿和穿孔頭對穿孔坯料的附加定心，提高了穿孔后空心坯的壁厚均勻度。在穿孔過程中，穿孔頭處于最嚴酷的工作條件，其工作帶和沿外徑的棱緣，即側面和端面的圓角半徑，承受最大的加熱和磨損。觀察經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，當出現穿孔頭棱緣的單邊磨損時，危險性更大。

 穿孔桿，包括螺紋固定的穿孔頭在內，具有通過沿軸線鉆孔的冷卻水孔槽。穿孔時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。

 擴孔過程中，擴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。擴孔頭的工作負荷較穿孔頭要輕許多，因此其使用壽命比穿孔頭高得多，一般可達到80~100次。

 擴孔頭的長度取決于穿孔機的結構形式，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，擴孔頭可以做得比較長。擴孔頭成形角的平均值一般等于15°~20°,而在最大的擴孔程度時，可以達到30°~32°.

 穿孔頭和擴孔頭必須具有良好的綜合力學性能，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，按以下經驗公式確定：

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

  由于擴孔錐至工作帶處的磨損最為嚴重，故該處采用圓滑過渡，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)的作用是在穿孔過程中封閉穿孔筒內襯的下端面，以減小穿孔余料的高度，為空心坯下端面定形；在穿孔結束時，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襯中推出。

  在整個穿孔過程中，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)與穿孔頭或擴孔頭之間的間隙不能過大，一般小于2mm.如果此間隙過大或剪切環(huán)過度磨損，則會導致在剪切穿孔或擴孔余料的過程中，坯料前端內孔處產生飛邊缺陷，并易引起擠壓筒和擠壓模的損壞。