無潤(run)滑擠(ji)壓時，很難用(yong)一(yi)個公(gong)式(shi)表示(shi)擠(ji)壓時所需(xu)要(yao)的(de)力(li)；而在(zai)一(yi)定(ding)溫(wen)度下，使用(yong)潤(run)滑劑(ji)擠(ji)壓某種金(jin)屬所需(xu)要(yao)的(de)力(li)，卻可以由(you)(you)理論公(gong)式(shi)表示(shi)，并且(qie)由(you)(you)實驗所證實。
將(jiang)變形(xing)(xing)金屬壞(huai)料加熱到(dao)適當(dang)的(de)溫度，放置在(zai)一個高(gao)壓(ya)(ya)鋼(gang)制圓(yuan)筒(tong)形(xing)(xing)的(de)密(mi)封容(rong)器（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)）內，密(mi)封容(rong)器的(de)一端由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模封閉，模孔的(de)面(mian)(mian)積即(ji)為所要求得到(dao)的(de)制品的(de)斷面(mian)(mian)。 擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)的(de)另一端由(you)活塞（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿）密(mi)封。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿可(ke)以在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)內移動，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)金屬并(bing)使之變形(xing)(xing)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿裝置在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)的(de)主柱塞上，并(bing)由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)提(ti)供足夠(gou)的(de)壓(ya)(ya)力。
擠壓不銹鋼(gang)管時，采用帶圓孔的擠壓模，將一根裝置在穿孔柱塞并可在擠壓桿內孔中移動的芯棒通過在擠壓筒中的空心壞料。伸入擠壓模孔的定徑帶。然后，擠壓桿在擠壓模和芯棒組成的環形縫隙中擠壓出鋼管。
擠壓力的大小(xiao)主(zhu)要取(qu)決于材料的變形抗力、潤(run)滑劑以(yi)及(ji)擠壓過程工(gong)藝參數的選擇。
1. 擠壓力大小的(de)表示
設F為(wei)(wei)在一個半徑為(wei)(wei)R的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)中(zhong)擠(ji)壓(ya)(ya)長度(du)為(wei)(wei)L的(de)坯料(liao)時(shi)所需(xu)要的(de)總力(li)。一段厚(hou)度(du)為(wei)(wei)dl的(de)金(jin)屬離開模子的(de)距(ju)離為(wei)(wei)ι; f為(wei)(wei)擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)金(jin)屬與(yu)擠(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)之間的(de)摩擦系數，則：
西拜勒氏(shi)認(ren)為(wei)，進(jin)行一次變(bian)形(xing)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)力等(deng)于斷面上的(de)(de)變(bian)形(xing)和變(bian)形(xing)總阻(zu)力的(de)(de)乘積。所(suo)指變(bian)形(xing)即為(wei)變(bian)形(xing)材料的(de)(de)原始斷面與最終斷面之間的(de)(de)自(zi)然(ran)對數比例。
設μ為擠壓比，即擠壓筒面積與擠壓模孔斷面積之比；Kw為擠壓溫度下抵抗金屬變形的阻力，則：
使用一般的(de)潤滑(hua)劑時，摩擦系(xi)數為f=0.05,而(er)有色(se)金屬不同潤滑(hua)劑擠壓時，摩擦系(xi)數為f=0.12。
各種金(jin)(jin)(jin)屬(shu)及合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)變(bian)形阻(zu)力如圖(tu)3-19所示。在不同(tong)(tong)的(de)(de)溫度下(xia)擠壓金(jin)(jin)(jin)屬(shu)及合金(jin)(jin)(jin)時，擠壓力隨溫度的(de)(de)變(bian)化(hua)而(er)增(zeng)減。用式(shi)（3-3)、式(shi)（3-4)可(ke)以(yi)算(suan)出金(jin)(jin)(jin)屬(shu)和合金(jin)(jin)(jin)在不同(tong)(tong)擠壓溫度下(xia)的(de)(de)變(bian)形阻(zu)力。因此，對每一種金(jin)(jin)(jin)屬(shu)和合金(jin)(jin)(jin)都可(ke)以(yi)畫出一條表(biao)示溫度與變(bian)形阻(zu)力的(de)(de)關系(xi)曲(qu)線(xian)。在擠壓溫度范圍內，這些(xie)曲(qu)線(xian)都是(shi)直線(xian)。
上述變形阻力值(zhi)是應用擠壓力公式(shi)計算出來的。可以發現，在這(zhe)種已得到的數(shu)(shu)值(zhi)及各種高溫阻力試(shi)驗(yan)（蠕(ru)變試(shi)驗(yan)、高溫抗(kang)壓強度試(shi)驗(yan)）中所得到的數(shu)(shu)值(zhi)之間存在著一個簡單的關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際上p值位(wei)于400~1200MPa,此(ci)可作為參考。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機的比壓(ya)(ya)p值的高低(di)取決于擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒的直(zhi)(zhi)徑(jing)。如果(guo)所選擇的直(zhi)(zhi)徑(jing)過大(da)，比壓(ya)(ya)就很低(di)，不能得到足夠的力(li)來完成(cheng)操作；如果(guo)相(xiang)反，所選擇的擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒直(zhi)(zhi)徑(jing)太小，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)簡就有變(bian)形或因不能承受太大(da)的壓(ya)(ya)力(li)而破裂的危險，還有可能使擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿彎折。
圖2-3已(yi)經指出，在不同的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)機壓(ya)力下，應該使用的(de)最(zui)大及最(zui)小(xiao)擠(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)的(de)尺寸，以及最(zui)通(tong)常的(de)操作(zuo)所使用的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)直徑(jing)。
圖2-4也表(biao)明(ming)，金(jin)屬(shu)的變形阻(zu)力與變形可能性(xing)（擠壓比）之間(jian)的關系。式(shi)（3-1)和(he)式(shi)（3-2)還指出，金(jin)屬(shu)的變形阻(zu)力越(yue)高，則變形的可能性(xing)越(yue)小。
假(jia)設摩(mo)擦(ca)力可以忽(hu)略不計，即(ji) f=0 , 則公式如下(xia)：
圖2-4 的曲線是(shi)以 p=400~600~1200MPa繪制的。由圖2-4 可(ke)以看出(chu)，由于碳素鋼(gang)的變(bian)形抗力很(hen)低(di)，其(qi)擠(ji)壓變(bian)形的可(ke)能(neng)性很(hen)大(da)。作為試驗數據，可(ke)能(neng)以擠(ji)壓比(bi)μ=225進行擠(ji)壓加工，即(ji)可(ke)用直徑為Φ120mm的圓坯(pi)料直接擠(ji)壓成ф10mm×5mm的扁鋼(gang)。而(er)相反，耐(nai)熱鋼(gang)的變(bian)形可(ke)能(neng)性則(ze)小得多。如尼(ni)莫尼(ni)克難熔(rong)合金，無論使(shi)用什么樣(yang)的擠(ji)壓機都不可(ke)能(neng)在一道(dao)次擠(ji)壓工序中(zhong)，使(shi)其(qi)延伸(shen)系數能(neng)夠超過μ=80。
從(cong)以上擠(ji)壓(ya)(ya)公(gong)式可(ke)以預見，如(ru)果按照擠(ji)壓(ya)(ya)桿的(de)進程測繪擠(ji)壓(ya)(ya)所(suo)需要的(de)力(li)，則曲線將(jiang)有如(ru)圖3-20所(suo)示(shi)的(de)形狀。圖3-20(a)所(suo)示(shi)為(wei)不(bu)使用潤滑(hua)劑時(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)與坯料(liao)長(chang)度的(de)關系。當擠(ji)壓(ya)(ya)開(kai)始時(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)很高(gao)，隨著操(cao)作的(de)進行，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)不(bu)斷地減小，當擠(ji)壓(ya)(ya)結束時(shi)，此力(li)只相當于(yu)無摩擦(ca)變(bian)形時(shi)所(suo)需要的(de)力(li)。
圖3-20(b)所示為使用潤(run)滑(hua)劑擠壓時(shi)(shi)，擠壓力與(yu)坯料長度(du)的(de)關系。摩擦(ca)系數值f的(de)高低(di)決定于所使用的(de)潤(run)滑(hua)劑的(de)質量(liang)，當(dang)選用適當(dang)的(de)玻(bo)璃潤(run)滑(hua)劑時(shi)(shi)，可使摩擦(ca)系數值f很小，操(cao)作開始時(shi)(shi)就沒(mei)有頂峰壓力。
圖(tu)3-20(c)所示為使(shi)用潤滑劑慢速擠壓(ya)(ya)(ya)時(shi)，擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)與坯料長度的(de)(de)關(guan)系。當(dang)緩慢地進行(xing)擠壓(ya)(ya)(ya)時(shi)，精確(que)地記錄擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)，可以發現在擠壓(ya)(ya)(ya)過程(cheng)中，壓(ya)(ya)(ya)力(li)有所上(shang)升，這是由于(yu)操(cao)作過程(cheng)中擠壓(ya)(ya)(ya)坯料的(de)(de)冷卻，導致變形抗力(li)增(zeng)加(jia)，于(yu)是總的(de)(de)擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)隨著操(cao)作的(de)(de)進行(xing)而增(zeng)加(jia)。
最(zui)后，如果(guo)采用不適當的潤滑劑慢速擠(ji)壓(ya)(ya)時，所需要的擠(ji)壓(ya)(ya)力與坯(pi)(pi)料長度(du)的關(guan)系曲線將會出現兩(liang)個峰值壓(ya)(ya)力，即(ji)操作開(kai)始時和擠(ji)壓(ya)(ya)結束時的頂峰壓(ya)(ya)力。而(er)因坯(pi)(pi)料冷卻(que)所引起的阻力升高(gao)，并未因摩擦(ca)的減(jian)小而(er)抵消。
2. 擠壓(ya)過程中擠壓(ya)力的變化
擠(ji)壓(ya)(ya)開(kai)始和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)過程(cheng)中(zhong)的擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)，取(qu)決于坯料的化學成(cheng)分(fen)、加(jia)熱溫度、切(qie)斷擠(ji)壓(ya)(ya)速度、工(gong)模具溫度、潤滑劑(ji)和(he)坯料長(chang)度以及擠(ji)壓(ya)(ya)方(fang)法和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)模形狀(zhuang)等一系(xi)列的因素。
不銹(xiu)鋼管坯料末端在一定的擠壓速度下，擠壓力隨著坯料長度變化的特性曲線如圖3-21所示。
圖3-21中，橫坐標表示(shi)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)頭部(bu)對(dui)坯(pi)料(liao)前端(duan)的距(ju)離。擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)開始時，由(you)于(yu)首(shou)先在(zai)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)件上(shang)形成金(jin)屬流線(xian)，出現(xian)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)迅速上(shang)升(sheng)。在(zai)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)末(mo)期(qi)，由(you)于(yu)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)移近擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)模前端(duan)的“死(si)區”，而對(dui)于(yu)“死(si)區”則(ze)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不足，所以(yi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)再次上(shang)升(sheng)。如果此時擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)機不切斷（關機），則(ze)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)就會被制動，液壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)系統的壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)上(shang)升(sheng)到額(e)定壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)。
A 坯料裝入溫(wen)度和擠壓(ya)筒(tong)溫(wen)度的響
擠壓力隨著坯料的(de)(de)裝入溫(wen)度(du)的(de)(de)下降而(er)上升，對擠壓筒(tong)溫(wen)度(du)的(de)(de)關系(xi)也相同。
如(ru)(ru)圖(tu)3-21所示，只是擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)變得更大(da)。但是，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)過程(cheng)中，由變形(xing)功傳給擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)坯料的(de)熱量(liang)比(bi)從(cong)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒放(fang)出(chu)(chu)的(de)熱量(liang)是大(da)或是小，對于壓(ya)力(li)曲線有很大(da)的(de)影響(xiang)。如(ru)(ru)果輸入的(de)熱量(liang)比(bi)放(fang)出(chu)(chu)的(de)熱量(liang)大(da)，則(ze)由于擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)坯料的(de)溫度上(shang)升(sheng)，變形(xing)抗力(li)下降，因而擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)過程(cheng)中壓(ya)力(li)減小（圖(tu)3-22).如(ru)(ru)果從(cong)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒放(fang)出(chu)(chu)的(de)熱量(liang)大(da)于變形(xing)熱，則(ze)關系曲線相反，在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)過程(cheng)中壓(ya)力(li)上(shang)升(sheng)（圖(tu)3-23)。
B 擠壓速度(du)的影(ying)響(xiang)
為了提高擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速度需(xu)要(yao)加大擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力，為了降(jiang)低擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速度則需(xu)要(yao)減小擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力。如果在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)過程中(zhong)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速度從v,變(bian)到v2,則擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力隨坯(pi)料長度變(bian)化的(de)曲線(xian)如圖3-24所(suo)示。
在每一擠壓過程(cheng)中，通過調節，可使(shi)擠壓速度保持(chi)在恒定值。
由(you)于(yu)(yu)擠壓時(shi)間不(bu)同(tong)，因而壓力曲(qu)線(xian)長度的(de)不(bu)同(tong)是由(you)于(yu)(yu)擠壓速(su)度不(bu)同(tong)所致，如圖(tu)3-24和圖(tu)3-25所示。
a. 在20~25mm/s速度情(qing)況下(xia)，隨坯料(liao)長度而變(bian)化(hua)的擠壓力下(xia)降，并在擠壓到一大半坯料(liao)長度后，擠壓力變(bian)得最小。
b. 在10~15mm/s速度時，擠壓力隨坯(pi)料長度變(bian)化保持不變(bian)。
在恒定的(de)速(su)度下擠壓時，擠壓力能以1:2的(de)比例(li)變(bian)化，這是因為坯(pi)料裝入溫(wen)(wen)度、擠壓筒溫(wen)(wen)度和變(bian)形(xing)熱(re)綜合影響(xiang)的(de)結果。
在擠(ji)(ji)壓開始和擠(ji)(ji)壓結束(shu)這兩(liang)(liang)種工作條件下，擠(ji)(ji)壓力(li)(li)和擠(ji)(ji)壓速(su)度(du)之間(jian)并(bing)不存在單(dan)一的關系(xi)。如果不考慮這兩(liang)(liang)種情況，則可用圖3-26來表示擠(ji)(ji)壓速(su)度(du)和擠(ji)(ji)壓力(li)(li)鋼管擠(ji)(ji)壓時的金屬流動及(ji)變形力(li)(li)的確定之間(jian)的基本關系(xi)。
擠(ji)壓(ya)機在某一定(ding)的(de)(de)擠(ji)壓(ya)力以下，不能進行擠(ji)壓(ya)，并處于停止狀態。從這一點(dian)起的(de)(de)整個曲線很(hen)平坦，很(hen)小的(de)(de)擠(ji)壓(ya)力變(bian)(bian)化已經足夠使擠(ji)壓(ya)速度變(bian)(bian)化很(hen)大。
在擠壓(ya)(ya)開(kai)始時(shi)(shi)，首先必(bi)須在擠壓(ya)(ya)坯料中形成(cheng)“金屬流線”，在此(ci)瞬間(jian)內，擠壓(ya)(ya)桿(gan)幾乎完全處于停止。當擠壓(ya)(ya)銅和(he)青銅時(shi)(shi)，這(zhe)個時(shi)(shi)間(jian)一般(ban)在1.5~2.0s.而(er)在擠壓(ya)(ya)難(nan)擠壓(ya)(ya)的(de)高合金時(shi)(shi)，這(zhe)個時(shi)(shi)間(jian)在2s以下(xia)，但在特(te)殊情況(kuang)下(xia)可能(neng)大大超過2秒。
在(zai)擠壓(ya)(ya)桿(gan)停止的(de)(de)時(shi)間內，由于節流(liu)閥打(da)開(kai)，活塞泵在(zai)運轉，所以擠壓(ya)(ya)缸(gang)壓(ya)(ya)縮體積(ji)增(zeng)加，壓(ya)(ya)力很快上升。只要擠壓(ya)(ya)件金屬開(kai)始(shi)流(liu)動，壓(ya)(ya)力就突然下降(jiang)，因此，在(zai)擠壓(ya)(ya)開(kai)始(shi)時(shi)總(zong)是出現(xian)劇烈的(de)(de)壓(ya)(ya)力峰(feng)值。
