無潤滑擠壓時，很難用一(yi)個公(gong)式表示擠壓時所(suo)需要(yao)的(de)力；而在一(yi)定溫度下，使用潤滑劑擠壓某種金屬(shu)所(suo)需要(yao)的(de)力，卻(que)可以由理論公(gong)式表示，并(bing)且由實驗所(suo)證(zheng)實。
將變形金屬壞料加(jia)熱到適(shi)當的溫度，放置在一(yi)(yi)個(ge)高壓(ya)(ya)(ya)鋼(gang)制圓筒(tong)形的密(mi)(mi)封容(rong)器(qi)（擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)）內(nei)，密(mi)(mi)封容(rong)器(qi)的一(yi)(yi)端由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)模封閉，模孔的面積即為所要(yao)求得到的制品的斷面。 擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的另(ling)一(yi)(yi)端由(you)活塞(sai)（擠壓(ya)(ya)(ya)桿）密(mi)(mi)封。擠壓(ya)(ya)(ya)桿可(ke)以在擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)內(nei)移動，擠壓(ya)(ya)(ya)金屬并(bing)(bing)使之變形。擠壓(ya)(ya)(ya)桿裝置在擠壓(ya)(ya)(ya)機的主柱塞(sai)上，并(bing)(bing)由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)機提供(gong)足夠的壓(ya)(ya)(ya)力。
擠壓不銹(xiu)鋼管時，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(ji)壓力的(de)(de)大(da)小主(zhu)要取(qu)決于材料(liao)的(de)(de)變形抗力、潤滑劑以(yi)及擠(ji)壓過程工(gong)藝參數的(de)(de)選擇。
1. 擠壓力大小(xiao)的(de)表示
設F為(wei)在一個(ge)半徑(jing)為(wei)R的(de)(de)擠(ji)壓(ya)筒中擠(ji)壓(ya)長(chang)度為(wei)L的(de)(de)坯料時(shi)(shi)所需要的(de)(de)總力。一段厚度為(wei)dl的(de)(de)金屬(shu)離(li)開模子的(de)(de)距離(li)為(wei)ι; f為(wei)擠(ji)壓(ya)時(shi)(shi)金屬(shu)與擠(ji)壓(ya)筒之間的(de)(de)摩擦系數，則：
西拜(bai)勒氏認(ren)為(wei)，進(jin)行(xing)一次變(bian)形所(suo)需(xu)要的力等于斷面(mian)(mian)上的變(bian)形和變(bian)形總阻力的乘積。所(suo)指變(bian)形即為(wei)變(bian)形材(cai)料(liao)的原始斷面(mian)(mian)與最終斷面(mian)(mian)之間的自然對數比例。
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：
使用一般的潤滑(hua)劑時(shi)，摩(mo)擦(ca)系(xi)數(shu)為(wei)(wei)f=0.05,而有(you)色(se)金屬不同潤滑(hua)劑擠壓時(shi)，摩(mo)擦(ca)系(xi)數(shu)為(wei)(wei)f=0.12。
各種金(jin)(jin)(jin)屬(shu)及(ji)合金(jin)(jin)(jin)的變形(xing)阻力(li)如圖3-19所示。在(zai)不(bu)同的溫(wen)(wen)度(du)下擠(ji)壓(ya)(ya)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)及(ji)合金(jin)(jin)(jin)時，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)隨(sui)溫(wen)(wen)度(du)的變化而增(zeng)減。用式（3-3)、式（3-4)可(ke)以算出(chu)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)和(he)合金(jin)(jin)(jin)在(zai)不(bu)同擠(ji)壓(ya)(ya)溫(wen)(wen)度(du)下的變形(xing)阻力(li)。因(yin)此(ci)，對每一種金(jin)(jin)(jin)屬(shu)和(he)合金(jin)(jin)(jin)都(dou)可(ke)以畫出(chu)一條(tiao)表示溫(wen)(wen)度(du)與變形(xing)阻力(li)的關系(xi)曲線(xian)。在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)溫(wen)(wen)度(du)范圍內，這些曲線(xian)都(dou)是直線(xian)。
上述變形阻(zu)力值(zhi)是應用(yong)擠(ji)壓力公式計(ji)算出(chu)來的(de)。可以發現，在這種(zhong)已得到的(de)數值(zhi)及各(ge)種(zhong)高溫阻(zu)力試(shi)驗（蠕變試(shi)驗、高溫抗壓強度試(shi)驗）中(zhong)所(suo)得到的(de)數值(zhi)之間(jian)存在著一個簡單的(de)關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際上p值位于(yu)(yu)400~1200MPa,此(ci)可作為參考。擠壓(ya)(ya)(ya)機(ji)的比壓(ya)(ya)(ya)p值的高低(di)取決于(yu)(yu)擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的直徑。如(ru)果所(suo)選擇(ze)的直徑過大，比壓(ya)(ya)(ya)就很低(di)，不(bu)能得到足夠(gou)的力(li)來完成(cheng)操作；如(ru)果相反，所(suo)選擇(ze)的擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)直徑太小，擠壓(ya)(ya)(ya)簡就有(you)(you)變(bian)形(xing)或因不(bu)能承受太大的壓(ya)(ya)(ya)力(li)而破(po)裂的危險，還有(you)(you)可能使擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)彎折。
圖2-3已經(jing)指出，在不(bu)同的(de)擠壓(ya)機壓(ya)力下(xia)，應該使(shi)(shi)用(yong)的(de)最(zui)大及(ji)最(zui)小擠壓(ya)筒的(de)尺寸，以(yi)及(ji)最(zui)通常的(de)操作所使(shi)(shi)用(yong)的(de)擠壓(ya)筒直徑。
圖2-4也表明，金(jin)屬(shu)的(de)變(bian)形(xing)(xing)阻力與變(bian)形(xing)(xing)可能性（擠(ji)壓比）之間的(de)關系。式(shi)（3-1)和式(shi)（3-2)還指出，金(jin)屬(shu)的(de)變(bian)形(xing)(xing)阻力越(yue)高(gao)，則變(bian)形(xing)(xing)的(de)可能性越(yue)小。
假設摩擦力可以忽略(lve)不計，即 f=0 , 則(ze)公(gong)式(shi)如下：
圖2-4 的(de)(de)(de)(de)曲線是以(yi)(yi)(yi) p=400~600~1200MPa繪(hui)制的(de)(de)(de)(de)。由(you)圖2-4 可(ke)以(yi)(yi)(yi)看出，由(you)于碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)變形抗力很(hen)低，其擠壓(ya)變形的(de)(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性很(hen)大(da)。作為試驗數(shu)據(ju)，可(ke)能(neng)以(yi)(yi)(yi)擠壓(ya)比μ=225進行擠壓(ya)加(jia)工，即可(ke)用(yong)直徑為Φ120mm的(de)(de)(de)(de)圓坯料直接擠壓(ya)成ф10mm×5mm的(de)(de)(de)(de)扁鋼(gang)。而相反，耐熱鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)變形可(ke)能(neng)性則(ze)小(xiao)得多。如尼(ni)莫(mo)尼(ni)克難熔合金，無(wu)論使用(yong)什么樣的(de)(de)(de)(de)擠壓(ya)機都(dou)不可(ke)能(neng)在一道(dao)次擠壓(ya)工序(xu)中，使其延伸系數(shu)能(neng)夠超過μ=80。
從以(yi)上擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)公式可以(yi)預見，如果按照擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿的(de)(de)進(jin)程測繪擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)力(li)，則曲線(xian)將有如圖3-20所(suo)示(shi)的(de)(de)形狀。圖3-20(a)所(suo)示(shi)為不使用潤(run)滑劑時(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)與坯(pi)料長度的(de)(de)關系。當(dang)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)開(kai)始(shi)時(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)很高，隨著操(cao)作的(de)(de)進(jin)行，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)不斷地減(jian)小，當(dang)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)結(jie)束時(shi)，此力(li)只(zhi)相當(dang)于(yu)無(wu)摩擦變形時(shi)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)力(li)。
圖3-20(b)所示(shi)為使(shi)用(yong)潤滑劑擠壓(ya)時(shi)，擠壓(ya)力(li)與坯料長度的關系(xi)。摩擦(ca)系(xi)數值f的高(gao)低(di)決(jue)定于(yu)所使(shi)用(yong)的潤滑劑的質(zhi)量，當選用(yong)適(shi)當的玻璃潤滑劑時(shi)，可(ke)使(shi)摩擦(ca)系(xi)數值f很小，操作開始時(shi)就沒(mei)有(you)頂峰壓(ya)力(li)。
圖3-20(c)所(suo)(suo)示為使(shi)用潤滑(hua)劑慢(man)速擠(ji)(ji)壓時，擠(ji)(ji)壓力與(yu)坯(pi)料(liao)長度的(de)關系。當緩慢(man)地進行擠(ji)(ji)壓時，精確地記(ji)錄擠(ji)(ji)壓力，可(ke)以(yi)發現在擠(ji)(ji)壓過程中(zhong)，壓力有所(suo)(suo)上(shang)升，這是由(you)于操作過程中(zhong)擠(ji)(ji)壓坯(pi)料(liao)的(de)冷卻，導致(zhi)變形抗力增加，于是總的(de)擠(ji)(ji)壓力隨著操作的(de)進行而(er)增加。
最后，如果采用不適(shi)當的(de)潤滑劑(ji)慢速擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)，所(suo)需要(yao)的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)力與坯料長(chang)度(du)的(de)關(guan)系曲線將會出現兩個峰(feng)值壓(ya)(ya)力，即操作開始(shi)時(shi)和擠(ji)壓(ya)(ya)結束時(shi)的(de)頂峰(feng)壓(ya)(ya)力。而(er)(er)因坯料冷(leng)卻所(suo)引起的(de)阻力升高，并未因摩擦的(de)減小而(er)(er)抵消。
2. 擠壓過(guo)程中(zhong)擠壓力的變(bian)化
擠(ji)壓(ya)開始和擠(ji)壓(ya)過程(cheng)中的(de)(de)擠(ji)壓(ya)力(li)，取決于坯料(liao)(liao)的(de)(de)化學(xue)成(cheng)分、加熱溫(wen)度、切斷(duan)擠(ji)壓(ya)速度、工模具溫(wen)度、潤滑劑和坯料(liao)(liao)長度以及擠(ji)壓(ya)方法和擠(ji)壓(ya)模形(xing)狀(zhuang)等一系列的(de)(de)因素。
不銹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，橫坐標表示擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿頭部對坯料前端(duan)的距離。擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)開始時，由于首先在(zai)(zai)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)件上(shang)(shang)形成金屬流(liu)線，出現擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)迅(xun)速上(shang)(shang)升。在(zai)(zai)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)末期(qi)，由于擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿移(yi)近擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)模前端(duan)的“死區”，而對于“死區”則(ze)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不足(zu)，所以壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)再次上(shang)(shang)升。如果此時擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)機不切斷(duan)（關機），則(ze)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿就會被制動(dong)，液壓(ya)(ya)(ya)(ya)系(xi)統的壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)上(shang)(shang)升到額定壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)。
A 坯(pi)料(liao)裝入溫度和擠壓筒溫度的響(xiang)
擠壓(ya)力(li)隨著坯料的(de)裝入(ru)溫(wen)度的(de)下降(jiang)而上升，對(dui)擠壓(ya)筒溫(wen)度的(de)關系也相同(tong)。
如(ru)圖3-21所示，只(zhi)是擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)變得更大(da)(da)。但是，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)過程中(zhong)，由變形功(gong)傳給擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)比從(cong)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒放(fang)出的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)是大(da)(da)或是小，對于壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)曲線(xian)有很大(da)(da)的(de)(de)(de)(de)影響。如(ru)果輸入的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)比放(fang)出的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)大(da)(da)，則(ze)由于擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)坯(pi)料(liao)的(de)(de)(de)(de)溫度上(shang)升(sheng)，變形抗力(li)(li)下降，因(yin)而擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)過程中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)減小（圖3-22).如(ru)果從(cong)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒放(fang)出的(de)(de)(de)(de)熱(re)量(liang)大(da)(da)于變形熱(re)，則(ze)關系曲線(xian)相反(fan)，在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)過程中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)上(shang)升(sheng)（圖3-23)。
B 擠(ji)壓速度的影響
為了提高擠壓(ya)(ya)速度(du)需要加(jia)大擠壓(ya)(ya)力(li)(li)，為了降低(di)擠壓(ya)(ya)速度(du)則(ze)需要減(jian)小擠壓(ya)(ya)力(li)(li)。如果在擠壓(ya)(ya)過程(cheng)中，擠壓(ya)(ya)速度(du)從(cong)v,變(bian)到(dao)v2,則(ze)擠壓(ya)(ya)力(li)(li)隨坯料(liao)長度(du)變(bian)化的曲線(xian)如圖3-24所示。
在每一擠(ji)壓(ya)過程中，通過調節，可使擠(ji)壓(ya)速(su)度保持在恒定(ding)值。
由(you)于擠壓(ya)時間不同(tong)，因而壓(ya)力曲線長度的不同(tong)是由(you)于擠壓(ya)速度不同(tong)所(suo)致，如(ru)圖(tu)3-24和圖(tu)3-25所(suo)示。
a. 在(zai)(zai)20~25mm/s速度情況(kuang)下，隨坯(pi)料(liao)長度而變(bian)化(hua)的擠壓(ya)力下降，并(bing)在(zai)(zai)擠壓(ya)到一大(da)半(ban)坯(pi)料(liao)長度后，擠壓(ya)力變(bian)得最(zui)小。
b. 在10~15mm/s速度時，擠壓力隨(sui)坯料長(chang)度變化保持不變。
在恒定的(de)速(su)度(du)下擠(ji)壓(ya)時，擠(ji)壓(ya)力能以1:2的(de)比例變化(hua)，這是因為(wei)坯料裝入(ru)溫(wen)度(du)、擠(ji)壓(ya)筒溫(wen)度(du)和變形熱綜合影響的(de)結(jie)果。
在擠(ji)壓開始和擠(ji)壓結束這兩種工作條件下，擠(ji)壓力和擠(ji)壓速(su)度(du)(du)之間并不(bu)存在單一的(de)關系(xi)。如果不(bu)考慮這兩種情(qing)況，則可用圖3-26來表示擠(ji)壓速(su)度(du)(du)和擠(ji)壓力鋼管(guan)擠(ji)壓時的(de)金屬流動(dong)及變(bian)形力的(de)確定之間的(de)基本關系(xi)。
擠壓(ya)機在某一定的擠壓(ya)力以下，不能進行擠壓(ya)，并處于停止狀態。從(cong)這一點起的整個(ge)曲線(xian)很平坦，很小的擠壓(ya)力變(bian)化已經足夠使(shi)擠壓(ya)速度變(bian)化很大。
在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)開始時(shi)，首先必須在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)坯料中形成(cheng)“金(jin)屬流(liu)線”，在(zai)此(ci)瞬間內，擠(ji)(ji)壓(ya)桿(gan)幾乎完(wan)全處于停止。當擠(ji)(ji)壓(ya)銅和青銅時(shi)，這(zhe)個時(shi)間一般在(zai)1.5~2.0s.而在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)難(nan)擠(ji)(ji)壓(ya)的(de)高合(he)金(jin)時(shi)，這(zhe)個時(shi)間在(zai)2s以下，但在(zai)特殊情況下可能大大超(chao)過2秒。
在擠(ji)(ji)壓桿停止的時間內，由于節流閥打開(kai)，活塞泵在運轉(zhuan)，所以擠(ji)(ji)壓缸(gang)壓縮體積(ji)增(zeng)加，壓力(li)很快上升。只要擠(ji)(ji)壓件(jian)金屬開(kai)始(shi)流動，壓力(li)就突然下降，因此(ci)，在擠(ji)(ji)壓開(kai)始(shi)時總(zong)是出現劇烈的壓力(li)峰值。
