立式不锈钢管穿（扩）孔机的工模具配置取决于穿（扩）孔机的结构形式，穿（扩）孔过程的工艺要求，以及穿（扩）孔时坯料金属变形时的流动特点。和卧式挤压机的工模具配置一样，穿（扩）孔机工模具配置的基本形式由穿（扩）孔筒（内衬和外套）、镦粗杆、镦粗头、穿（扩）孔头、支承杆、支承头、剪切环以及连接件组成，如图7-50所示。
一、穿（扩）孔筒
当不锈钢管坯料进行穿和扩孔时，穿孔筒内衬承受相当小的单位压力（不大于590MPa).因为从坯料穿孔或扩孔方向的垂直滑移摩擦力实际上是没有的。但是，因与加热到高温的坯料直接接触时间长达30s,引起穿孔筒内衬剧烈受热。长久使用后的穿孔筒内衬以焊瘤的形式引起变形而损坏，或使穿孔坯料取出产生困难。因此，当其在高速工作时应采取强制冷却的方法来降低穿孔筒内衬的温度。通常在穿孔筒外套的内壁车有螺旋冷却水槽（图7-51)来冷却内衬。
一般穿孔筒的内衬与外套之间以1.0%~1.5%的锥度相配合，而内衬的内孔也制成约有1%~3%的锥度，这样使取出坯料时能比较顺利地顶出。
另外，穿孔筒内衬的内表面光洁度要求比较高，热处理后要进行磨削。其热处理后的硬度约为HRC42~45,以提高其耐磨性。
穿孔筒的内衬采用和挤压筒内衬相同的材料制造，如5CrW2Si或Ni11.一般穿孔筒内衬的使用寿命大约为1000~3000次。
从穿孔筒内衬的工作条件来考量，采用具有双穿孔筒旋转轮换工作结构的穿孔机最为合适。
原因为除了能使穿孔筒得到及时而充分的冷却之外，轮流使用的穿孔筒有利于内衬很好地清除玻璃润滑剂残渣，提高内衬的使用寿命。
二、镦粗杆和穿孔杆
1. 镦粗杆和穿孔杆的结构
镦粗杆在结构上，上端用销子或夹紧装置固定在镦粗梁上，下端用螺纹连接镦粗头（图7-52),其内孔设有导向滑槽与穿孔杆相配合。
镦粗杆的外径比穿孔筒小10~30mm,而内径比穿孔杆大5~25mm.但考虑到镦粗杆的共用性，可在保证强度的条件下超出上述范围。
镦粗杆的长度应根据穿孔筒的长度和生产最短的坯料长度来决定。
根据穿孔杆和穿孔头的规格，可以更换镦粗头，以扩大镦粗杆的使用范围，镦粗头的外径与穿孔筒的内径之间间隙要小，约比穿孔筒的小头直径小0.5~1.5mm,其内孔带有花键式导向槽。
2. 穿孔杆的稳定性强度校核
立式穿孔机的穿孔杆作为连杆，连接穿孔头及芯棒支承，穿孔并不和变形属直接接触。在穿孔过程中，穿孔杆连接并支承着穿孔头及扩孔头。一般穿孔杆的直径比穿孔头工作带的直径小10~30mm.穿孔杆的长度取决于穿孔筒的长度。
由于在不锈钢管穿孔时穿孔杆承受压缩应力，且因穿孔杆的长度较长，工作时上端相当于固定。因此，其弯曲的危险性要比压缩变形的危险性更大。
所以，穿孔杆的强度校核是按照压杆稳定的方法来计算。
穿孔杆上所承受的应力为：
3. 穿孔头和扩孔头
a. 穿孔头和扩孔头的结构
在立式穿孔机对实心坯料进行穿孔时，采用穿孔工艺，需用穿孔头；而对带预钻孔的空心坯料进行扩孔时，采用扩孔工艺，则需用扩孔头。在采用穿（扩）孔工艺时，穿孔头和扩孔头都安装在穿孔杆上。对于穿孔机的工模具而言，穿孔头的工作条件最为严酷，受到最为强烈的磨损；而扩孔头的工作条件相对会好一些。因此，扩孔头的使用寿命要比穿孔头长。一般在生产不锈钢管时，穿孔头的使用寿命不超过30~40次／只，而扩孔头的使用寿命可以达到80~100次／只（材质为3Cr2W8V).
另外，穿孔头工作表面的不均匀磨损，将引起穿孔后空心坯的壁厚不均。穿孔时，将穿孔头轮流安装在穿孔杆上，由10~15穿孔头组成为一组，循环轮流使用的效果最好。
图7-53所示为立式穿孔机的穿孔头和扩孔头。穿孔头既可使用有柄的（图7-53(a)),也可以使用无柄平端面的（图7-53(b)).这种固定方法，可以允许穿孔头冷却，检查或更换，不占穿孔的周期时间。
穿孔头与穿孔坯料的接触端面被做成带有圆弧半径的凹面，是为了保证在整个穿孔周期中，玻璃滑剂能够均匀地进入变形区。
b. 穿孔头和扩孔头的设计
穿孔头和扩孔头的设计数据来自于多年的实际技术工作经验数据。穿孔头（图7-54)和扩孔头（图7-55)定径带的直径，要根据产品的规格而定。由于穿孔头和扩孔头在穿（扩）孔过程中直接与变形金属接触，因此，其表面光洁度应达到7~8级，且倒角要圆滑。穿孔头下端的倒角半径R应约为穿孔头直径的10%~20%。
穿孔头上端过渡段的角度不宜过大，以防止穿孔头回程时刮伤空心坯的内表面，其角度一般为5°~25°.穿孔筒和穿孔头较小时，采用较小值。
扩孔头的下锥头直径应等于坯料预钻孔的直径。
扩孔头的成形锥角一般为30°~60°,太大时扩孔坯的内壁容易刮伤，且扩孔开始时导向不好。其过渡段要平滑，以便使金属流动均匀。
一般穿孔头的直径要比穿孔杆的直径大10~30mm,但是有时考虑到穿孔杆的共用性，而扩大这一数值的范围。
在穿孔过程中，穿孔头严酷的工作条件，往往会使其工作带和沿外径的棱缘，即侧面连接端面的圆角半径处，承受最大的加热和磨损。棱缘的磨损引起穿孔后空心坯的壁厚不均，导致挤压钢管的壁厚不均。为了消除穿孔头的不均匀磨损，避免因此而引起的穿孔空心坯的壁厚不均，在现代的穿孔机上采用了穿孔杆和穿孔芯棒运动的套管系统，即在坯料经镦粗后穿孔杆不立即返回，而是继续压在坯料上，这样可以使穿孔头精确地对准坯料的中心，并且减小了其自由长度。
采用带圆弧半径的凹面穿孔头穿孔，实现了穿孔杆和穿孔头对穿孔坯料的附加定心，提高了穿孔后空心坯的壁厚均匀度。在穿孔过程中，穿孔头处于最严酷的工作条件，其工作带和沿外径的棱缘，即侧面和端面的圆角半径，承受最大的加热和磨损。观察经多次使用后的穿孔头，其棱缘的磨损引起穿孔空心坯壁厚不均，当出现穿孔头棱缘的单边磨损时，危险性更大。
穿孔杆，包括螺纹固定的穿孔头在内，具有通过沿轴线钻孔的冷却水孔槽。穿孔时用水冷却穿孔杆和穿孔头。
采用组合式的穿孔工模具，允许用低合金钢制作不受热的零件，如采用5CrNiW、50CrVA钢制造固定穿孔杆的夹具，用5CrNiW、5CrNiMo钢制造穿孔杆，用高合金钢和耐热合金钢制造穿孔头。
扩孔过程中，扩孔头的锥形表面受到最剧烈的磨损，并逐渐形成划道和凹陷。扩孔头的工作负荷较穿孔头要轻许多，因此其使用寿命比穿孔头高得多，一般可达到80~100次。
扩孔头的长度取决于穿孔机的结构形式，并且首先取决于穿孔杆和穿孔筒上平面之间的距离。如果其间隙大，为了减小成形角度，扩孔头可以做得比较长。扩孔头成形角的平均值一般等于15°~20°,而在最大的扩孔程度时，可以达到30°~32°.
穿孔头和扩孔头必须具有良好的综合力学性能，工作表面光洁圆滑，与穿孔杆连接可靠，更换方便。
穿孔头的形状由端面圆角半径R,工作带l1和倒锥l2组成（图7-54).各部分的尺寸，按以下经验公式确定：
采用倒锥的目的是为了防止穿孔头回程时刮切金属或带出空心坯。穿孔头端面加工成凹面的目的，是为了储存润滑剂，以使在整个穿孔过程中，保持润滑剂的连续供应。
扩孔头由鼻尖l3、扩孔锥l4、工作带l5和反向锥l6组成（图7-55).鼻尖的作用是导向和定心，其直径等于坯料钻孔直径，长度l3约为10~20mm,扩孔锥角α一般取15°~20°,当扩径量大时，可达30°~32°,工作带直径dc由挤压工艺表得到，其长度l5一般为6~10mm。
由于扩孔锥至工作带处的磨损最为严重，故该处采用圆滑过渡，其他尺寸同上。
c. 剪切环组件
剪切环组件包括下支承杆、支承头、剪切环和连接件等零部件。
支承头和剪切环的作用是在穿孔过程中封闭穿孔筒内衬的下端面，以减小穿孔余料的高度，为空心坯下端面定形；在穿孔结束时，剪切环还要剪断穿孔余料；支承杆最后将穿孔空心坯从穿孔筒内衬中推出。
在整个穿孔过程中，支承头和剪切环的上端面和加热到高温的坯料相接触，使其表面层金属被加热到650~700℃.使用过程中剪切环的主要破坏形式是端面棱缘翘曲和焊瘤（图2-27).
剪切环与穿孔头或扩孔头之间的间隙不能过大，一般小于2mm.如果此间隙过大或剪切环过度磨损，则会导致在剪切穿孔或扩孔余料的过程中，坯料前端内孔处产生飞边缺陷，并易引起挤压筒和挤压模的损坏。
