無潤滑擠壓(ya)(ya)時，很(hen)難用一個(ge)公式(shi)表(biao)示擠壓(ya)(ya)時所(suo)(suo)需要(yao)的力；而在一定溫度下，使用潤滑劑擠壓(ya)(ya)某種金屬所(suo)(suo)需要(yao)的力，卻可以由理論公式(shi)表(biao)示，并且由實(shi)驗(yan)所(suo)(suo)證實(shi)。
將(jiang)變形(xing)金屬壞料加熱到適(shi)當的溫度(du)，放置在一個高(gao)壓(ya)鋼制圓筒(tong)形(xing)的密(mi)封(feng)容(rong)器（擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)）內，密(mi)封(feng)容(rong)器的一端(duan)由擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)模封(feng)閉，模孔(kong)的面積即為所要求得到的制品的斷面。 擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)的另一端(duan)由活塞（擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿）密(mi)封(feng)。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿可(ke)以在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)內移(yi)動，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)金屬并(bing)使之變形(xing)。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿裝置在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)機(ji)的主柱塞上，并(bing)由擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)機(ji)提供足(zu)夠的壓(ya)力。
擠壓(ya)不銹鋼管時，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。
擠壓力的(de)大小主要(yao)取決(jue)于材料的(de)變(bian)形抗力、潤滑劑以及擠壓過程工藝(yi)參(can)數的(de)選擇(ze)。
1. 擠壓力大小(xiao)的表示
設F為(wei)在一(yi)個(ge)半(ban)徑為(wei)R的(de)擠壓(ya)筒中擠壓(ya)長度為(wei)L的(de)坯料時所需(xu)要的(de)總力(li)。一(yi)段厚度為(wei)dl的(de)金(jin)屬離(li)開(kai)模子(zi)的(de)距離(li)為(wei)ι; f為(wei)擠壓(ya)時金(jin)屬與擠壓(ya)筒之間(jian)的(de)摩擦系數，則：
西拜(bai)勒(le)氏(shi)認為(wei)，進行(xing)一次變(bian)形(xing)(xing)所需要的力等于斷(duan)(duan)面(mian)(mian)上的變(bian)形(xing)(xing)和(he)變(bian)形(xing)(xing)總阻力的乘積。所指變(bian)形(xing)(xing)即為(wei)變(bian)形(xing)(xing)材(cai)料的原(yuan)始斷(duan)(duan)面(mian)(mian)與最終斷(duan)(duan)面(mian)(mian)之間的自然對(dui)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(yong)一般的潤(run)滑劑時(shi)，摩(mo)擦系數為f=0.05,而有(you)色金屬不同(tong)潤(run)滑劑擠壓時(shi)，摩(mo)擦系數為f=0.12。
各種(zhong)金(jin)(jin)屬及(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)的變(bian)(bian)(bian)形(xing)阻(zu)力(li)(li)(li)如圖3-19所示。在不同的溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)擠壓金(jin)(jin)屬及(ji)合(he)(he)(he)金(jin)(jin)時，擠壓力(li)(li)(li)隨溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)的變(bian)(bian)(bian)化而增(zeng)減。用(yong)式（3-3)、式（3-4)可(ke)以算出金(jin)(jin)屬和合(he)(he)(he)金(jin)(jin)在不同擠壓溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)下(xia)的變(bian)(bian)(bian)形(xing)阻(zu)力(li)(li)(li)。因此，對每一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)屬和合(he)(he)(he)金(jin)(jin)都可(ke)以畫出一(yi)條表示溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)與變(bian)(bian)(bian)形(xing)阻(zu)力(li)(li)(li)的關系(xi)曲線(xian)(xian)。在擠壓溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)范圍(wei)內，這些(xie)曲線(xian)(xian)都是直線(xian)(xian)。
上(shang)述變(bian)形阻力值(zhi)是應(ying)用擠壓(ya)力公(gong)式計算(suan)出(chu)來的(de)。可以發現，在這種(zhong)已(yi)得(de)到的(de)數值(zhi)及各種(zhong)高溫阻力試(shi)驗(yan)(yan)（蠕變(bian)試(shi)驗(yan)(yan)、高溫抗壓(ya)強度試(shi)驗(yan)(yan)）中所得(de)到的(de)數值(zhi)之間(jian)存在著一(yi)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(zhi)位于(yu)400~1200MPa,此可(ke)作為參考(kao)。擠壓(ya)機(ji)的(de)(de)比壓(ya)p值(zhi)的(de)(de)高(gao)低(di)取決(jue)于(yu)擠壓(ya)筒(tong)(tong)的(de)(de)直(zhi)(zhi)徑。如(ru)果所(suo)選擇(ze)的(de)(de)直(zhi)(zhi)徑過(guo)大，比壓(ya)就很低(di)，不能(neng)得到足夠的(de)(de)力來完成操作；如(ru)果相反，所(suo)選擇(ze)的(de)(de)擠壓(ya)筒(tong)(tong)直(zhi)(zhi)徑太小，擠壓(ya)簡就有(you)變形或因(yin)不能(neng)承受太大的(de)(de)壓(ya)力而破裂的(de)(de)危險，還有(you)可(ke)能(neng)使擠壓(ya)桿(gan)彎(wan)折。
圖2-3已經指(zhi)出，在(zai)不同的(de)擠(ji)壓(ya)機壓(ya)力下，應該使用的(de)最大(da)及最小擠(ji)壓(ya)筒的(de)尺(chi)寸，以及最通常的(de)操作所使用的(de)擠(ji)壓(ya)筒直(zhi)徑。
圖2-4也表明，金屬(shu)的變(bian)形阻力與變(bian)形可能(neng)(neng)性(xing)（擠壓比(bi)）之間的關系。式(shi)(shi)（3-1)和式(shi)(shi)（3-2)還指出，金屬(shu)的變(bian)形阻力越高(gao)，則變(bian)形的可能(neng)(neng)性(xing)越小。
假(jia)設摩擦力可以忽略不計，即 f=0 , 則公式如(ru)下：
圖(tu)2-4 的曲線是以(yi) p=400~600~1200MPa繪制的。由(you)圖(tu)2-4 可以(yi)看出(chu)，由(you)于(yu)碳素鋼(gang)(gang)的變形(xing)抗力很低，其(qi)擠(ji)(ji)壓(ya)變形(xing)的可能(neng)性很大。作為(wei)試驗數據，可能(neng)以(yi)擠(ji)(ji)壓(ya)比μ=225進(jin)行擠(ji)(ji)壓(ya)加工，即可用直徑為(wei)Φ120mm的圓坯料直接擠(ji)(ji)壓(ya)成(cheng)ф10mm×5mm的扁鋼(gang)(gang)。而相反，耐(nai)熱鋼(gang)(gang)的變形(xing)可能(neng)性則小(xiao)得多。如尼莫尼克難(nan)熔(rong)合金，無論使(shi)用什么樣的擠(ji)(ji)壓(ya)機都不可能(neng)在一道次擠(ji)(ji)壓(ya)工序(xu)中，使(shi)其(qi)延伸系數能(neng)夠超過μ=80。
從以上擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)公式可以預見，如(ru)果按(an)照擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿的(de)進程(cheng)測繪擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)所(suo)(suo)需要的(de)力(li)，則曲線(xian)將有如(ru)圖3-20所(suo)(suo)示的(de)形狀。圖3-20(a)所(suo)(suo)示為不使用(yong)潤滑劑時，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)與坯料長度的(de)關(guan)系。當(dang)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)開始時，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)很(hen)高，隨著操作的(de)進行，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)不斷(duan)地(di)減小，當(dang)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)結(jie)束時，此力(li)只相當(dang)于(yu)無摩擦變形時所(suo)(suo)需要的(de)力(li)。
圖3-20(b)所示(shi)為使用(yong)潤(run)滑(hua)劑擠壓時(shi)，擠壓力與坯料(liao)長度的(de)關系(xi)。摩擦(ca)系(xi)數值(zhi)f的(de)高低決(jue)定于所使用(yong)的(de)潤(run)滑(hua)劑的(de)質量，當(dang)選用(yong)適當(dang)的(de)玻璃潤(run)滑(hua)劑時(shi)，可使摩擦(ca)系(xi)數值(zhi)f很(hen)小，操作開始(shi)時(shi)就沒有頂(ding)峰(feng)壓力。
圖(tu)3-20(c)所示(shi)為使用潤滑劑慢(man)速擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時(shi)，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力與坯(pi)料長(chang)度的(de)關系(xi)。當緩慢(man)地(di)(di)進行擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時(shi)，精(jing)確地(di)(di)記(ji)錄擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力，可以發現在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)過程中，壓(ya)力有(you)所上升，這是由于操作過程中擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)坯(pi)料的(de)冷卻(que)，導(dao)致變形抗力增(zeng)加，于是總的(de)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力隨著操作的(de)進行而增(zeng)加。
最后(hou)，如(ru)果采用不(bu)適(shi)當(dang)的潤滑劑慢速擠壓時(shi)(shi)(shi)，所(suo)需(xu)要的擠壓力(li)與坯(pi)料(liao)長度的關系(xi)曲線將會出現兩個峰(feng)值壓力(li)，即操作開始時(shi)(shi)(shi)和擠壓結束時(shi)(shi)(shi)的頂峰(feng)壓力(li)。而因坯(pi)料(liao)冷卻所(suo)引起的阻力(li)升高，并未因摩擦(ca)的減小而抵消。
2. 擠(ji)壓過(guo)程中擠(ji)壓力的變化(hua)
擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)開始和擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程中的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力，取決于坯(pi)料的(de)化學成分、加熱溫度、切(qie)斷擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速度、工模具溫度、潤滑(hua)劑和坯(pi)料長度以及(ji)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)方法和擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模形狀等一系列的(de)因素。
不銹鋼(gang)管(guan)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(biao)表示(shi)擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)頭部對坯(pi)料前端的(de)距離。擠壓(ya)(ya)(ya)開始時(shi)，由于首先(xian)在擠壓(ya)(ya)(ya)件(jian)上(shang)形成金屬流線，出(chu)現擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)迅(xun)速上(shang)升。在擠壓(ya)(ya)(ya)末期(qi)，由于擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)移近(jin)擠壓(ya)(ya)(ya)模前端的(de)“死(si)(si)區(qu)”，而(er)對于“死(si)(si)區(qu)”則擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)不(bu)足，所以壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)再次上(shang)升。如(ru)果(guo)此時(shi)擠壓(ya)(ya)(ya)機不(bu)切斷（關(guan)機），則擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)就(jiu)會被制動，液(ye)壓(ya)(ya)(ya)系(xi)統的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)上(shang)升到額定壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)。
A 坯料裝入溫度(du)和(he)擠壓筒溫度(du)的響(xiang)
擠壓力隨著坯料的(de)裝(zhuang)入溫度的(de)下(xia)降而(er)上升(sheng)，對擠壓筒溫度的(de)關系也相同。
如圖(tu)3-21所示，只是(shi)(shi)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力變(bian)得更大(da)。但是(shi)(shi)，擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)程中，由變(bian)形(xing)功傳給擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)坯(pi)料的熱量(liang)(liang)比(bi)從(cong)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)筒放(fang)出(chu)的熱量(liang)(liang)是(shi)(shi)大(da)或是(shi)(shi)小，對于壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力曲(qu)線(xian)有很大(da)的影響。如果輸(shu)入的熱量(liang)(liang)比(bi)放(fang)出(chu)的熱量(liang)(liang)大(da)，則(ze)由于擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)坯(pi)料的溫度上升，變(bian)形(xing)抗力下降，因而擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)程中壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力減(jian)小（圖(tu)3-22).如果從(cong)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)筒放(fang)出(chu)的熱量(liang)(liang)大(da)于變(bian)形(xing)熱，則(ze)關系曲(qu)線(xian)相(xiang)反，在(zai)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)程中壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力上升（圖(tu)3-23)。
B 擠(ji)壓速度的影響(xiang)
為了提高擠(ji)壓(ya)速度需(xu)要(yao)(yao)加大擠(ji)壓(ya)力(li)(li)，為了降低(di)擠(ji)壓(ya)速度則(ze)需(xu)要(yao)(yao)減(jian)小擠(ji)壓(ya)力(li)(li)。如果在(zai)擠(ji)壓(ya)過程中，擠(ji)壓(ya)速度從v,變(bian)(bian)到v2,則(ze)擠(ji)壓(ya)力(li)(li)隨坯(pi)料長度變(bian)(bian)化(hua)的曲線如圖3-24所示。
在每一擠壓過程中，通(tong)過調節，可使擠壓速度保持在恒(heng)定(ding)值。
由于擠壓(ya)時間(jian)不(bu)同(tong)，因而壓(ya)力(li)曲線(xian)長度的不(bu)同(tong)是由于擠壓(ya)速度不(bu)同(tong)所致(zhi)，如圖3-24和圖3-25所示。
a. 在(zai)20~25mm/s速(su)度情況下，隨坯(pi)料長度而變(bian)化的擠壓(ya)力下降(jiang)，并在(zai)擠壓(ya)到(dao)一(yi)大半(ban)坯(pi)料長度后，擠壓(ya)力變(bian)得(de)最(zui)小。
b. 在10~15mm/s速(su)度時，擠壓力隨坯料長度變化保持不(bu)變。
在恒定的(de)(de)速(su)度(du)下擠(ji)壓(ya)(ya)時，擠(ji)壓(ya)(ya)力能以1:2的(de)(de)比例變化，這是因(yin)為坯料裝入溫(wen)度(du)、擠(ji)壓(ya)(ya)筒溫(wen)度(du)和變形熱(re)綜(zong)合影響的(de)(de)結果。
在(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)開始(shi)和擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)結束這兩種(zhong)工作條件下，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)和擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)速度之間(jian)并不存在(zai)單一的(de)(de)關(guan)系。如果(guo)不考(kao)慮這兩種(zhong)情況，則可用圖3-26來表(biao)示(shi)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)速度和擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)鋼(gang)管(guan)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時(shi)的(de)(de)金屬流動及變形力(li)的(de)(de)確定之間(jian)的(de)(de)基本關(guan)系。
擠(ji)壓機在(zai)某一定的擠(ji)壓力(li)以(yi)下，不能(neng)進(jin)行擠(ji)壓，并處于停止(zhi)狀態。從這一點起的整(zheng)個(ge)曲線很(hen)(hen)平坦，很(hen)(hen)小(xiao)的擠(ji)壓力(li)變(bian)化(hua)已經足夠使擠(ji)壓速(su)度變(bian)化(hua)很(hen)(hen)大(da)。
在(zai)(zai)(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)開始時(shi)，首(shou)先必(bi)須在(zai)(zai)(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)坯料中(zhong)形成(cheng)“金屬(shu)流線(xian)”，在(zai)(zai)(zai)此瞬間內，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿幾乎完全處于(yu)停止。當擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)銅(tong)和(he)青銅(tong)時(shi)，這個(ge)時(shi)間一般(ban)在(zai)(zai)(zai)1.5~2.0s.而(er)在(zai)(zai)(zai)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)難擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)的高合金時(shi)，這個(ge)時(shi)間在(zai)(zai)(zai)2s以下，但(dan)在(zai)(zai)(zai)特殊情(qing)況下可能大大超(chao)過2秒。
在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿停(ting)止(zhi)的(de)(de)時間內，由(you)于節(jie)流閥打開，活塞泵在(zai)運轉，所以擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)缸壓(ya)(ya)(ya)縮(suo)體積增加(jia)，壓(ya)(ya)(ya)力很快(kuai)上升。只要擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)件金屬開始流動，壓(ya)(ya)(ya)力就突然下降(jiang)，因此，在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)開始時總(zong)是(shi)出現(xian)劇(ju)烈的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力峰值。
