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(nèi)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。


50.jpg


一、穿(擴)孔筒


  當不銹鋼管坯料進行穿和擴孔時,穿孔筒內(nèi)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(nèi)襯劇烈受熱。長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,當其在高速工作時應采取強制冷卻的方法來降低穿孔筒內(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)來冷卻內(nèi)襯。


51.jpg


  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(nèi)襯很好地清除玻璃潤滑劑殘渣,提高內(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(nèi)孔設有導向滑槽與穿孔桿相配合。


52.jpg


   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,可在保證強度的條件下超出上述范圍。


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


   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:


式 33.jpg


 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(chǎn)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。


53.jpg


 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(shù)據(jù)來自于多年的實際技術工作經(jīng)驗數(shù)據(jù)。穿孔頭(圖7-54)和擴孔頭(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%。


54.jpg


 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(nèi)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(nèi)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(shù)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(xiàn)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(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(xiàn)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(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,當出現(xiàn)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(nèi),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(jīng)驗公式確定:


g.jpg


  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dc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(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(nèi)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(nèi)孔處產(chǎn)生飛邊缺陷,并易引起擠壓筒和擠壓模的損壞。