無(wu)潤滑(hua)擠壓(ya)時(shi)，很難用(yong)一個公(gong)式(shi)表(biao)示擠壓(ya)時(shi)所需要(yao)(yao)的(de)力(li)；而在一定溫度下，使用(yong)潤滑(hua)劑擠壓(ya)某種金(jin)屬所需要(yao)(yao)的(de)力(li)，卻可以由理論公(gong)式(shi)表(biao)示，并且由實驗所證實。
將(jiang)變形(xing)(xing)金(jin)屬壞料加(jia)熱到適(shi)當的(de)(de)溫度，放(fang)置(zhi)在一個高(gao)壓(ya)鋼(gang)制圓筒(tong)形(xing)(xing)的(de)(de)密封容器（擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)）內，密封容器的(de)(de)一端由擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)模封閉(bi)，模孔的(de)(de)面積即為所要求得到的(de)(de)制品的(de)(de)斷面。 擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)的(de)(de)另一端由活塞（擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿）密封。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿可以(yi)在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)筒(tong)內移動，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)金(jin)屬并(bing)使之變形(xing)(xing)。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿裝置(zhi)在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)機(ji)的(de)(de)主柱塞上，并(bing)由擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)機(ji)提(ti)供(gong)足(zu)夠的(de)(de)壓(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。
擠壓力的大小主要取(qu)決于材料的變形抗力、潤(run)滑劑以及擠壓過程工藝參數的選(xuan)擇(ze)。
1. 擠壓力(li)大(da)小的表示
設F為(wei)在一個半徑為(wei)R的擠(ji)壓筒中擠(ji)壓長度為(wei)L的坯(pi)料時所需要的總力。一段(duan)厚度為(wei)dl的金屬離(li)(li)開模子的距(ju)離(li)(li)為(wei)ι; f為(wei)擠(ji)壓時金屬與擠(ji)壓筒之(zhi)間的摩擦(ca)系數(shu)，則(ze)：
西拜勒氏認為，進行一次變(bian)形(xing)(xing)(xing)所需要的力等(deng)于(yu)斷面(mian)上的變(bian)形(xing)(xing)(xing)和變(bian)形(xing)(xing)(xing)總阻力的乘積。所指變(bian)形(xing)(xing)(xing)即為變(bian)形(xing)(xing)(xing)材料(liao)的原始斷面(mian)與最終斷面(mian)之(zhi)間的自然對(dui)數比(bi)例(li)。
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)一般的潤滑劑(ji)時(shi)，摩擦系數(shu)為(wei)f=0.05,而有色金(jin)屬不同潤滑劑(ji)擠壓時(shi)，摩擦系數(shu)為(wei)f=0.12。
各種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)及(ji)合金(jin)(jin)的(de)變(bian)形阻力(li)(li)如圖(tu)3-19所示(shi)。在(zai)(zai)不(bu)同的(de)溫(wen)(wen)度(du)下擠(ji)壓(ya)金(jin)(jin)屬(shu)及(ji)合金(jin)(jin)時，擠(ji)壓(ya)力(li)(li)隨溫(wen)(wen)度(du)的(de)變(bian)化而(er)增減。用(yong)式（3-3)、式（3-4)可以算出金(jin)(jin)屬(shu)和(he)合金(jin)(jin)在(zai)(zai)不(bu)同擠(ji)壓(ya)溫(wen)(wen)度(du)下的(de)變(bian)形阻力(li)(li)。因此，對每一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)和(he)合金(jin)(jin)都可以畫出一(yi)條表示(shi)溫(wen)(wen)度(du)與變(bian)形阻力(li)(li)的(de)關系曲線(xian)。在(zai)(zai)擠(ji)壓(ya)溫(wen)(wen)度(du)范圍(wei)內，這些曲線(xian)都是直線(xian)。
上述變形阻(zu)力(li)值是應用擠(ji)壓力(li)公式計算出來的。可以(yi)發現，在(zai)(zai)這種已得(de)到(dao)的數(shu)值及各(ge)種高溫阻(zu)力(li)試(shi)驗(yan)(yan)（蠕變試(shi)驗(yan)(yan)、高溫抗壓強(qiang)度試(shi)驗(yan)(yan)）中所(suo)得(de)到(dao)的數(shu)值之(zhi)間存在(zai)(zai)著(zhu)一個簡單的關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際上p值位于400~1200MPa,此可(ke)作為參考。擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)機的(de)(de)(de)(de)比壓(ya)(ya)(ya)p值的(de)(de)(de)(de)高低(di)取決于擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑。如(ru)果所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)(de)(de)(de)直(zhi)徑過大，比壓(ya)(ya)(ya)就很低(di)，不能(neng)(neng)得(de)到足夠的(de)(de)(de)(de)力(li)來完成操作；如(ru)果相(xiang)反，所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)直(zhi)徑太小，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)簡就有變形(xing)或(huo)因不能(neng)(neng)承受太大的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)而破裂的(de)(de)(de)(de)危險，還有可(ke)能(neng)(neng)使擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿彎折。
圖2-3已經指(zhi)出，在不同的擠(ji)壓機壓力下，應該(gai)使用的最大及最小擠(ji)壓筒的尺寸(cun)，以及最通常的操作所使用的擠(ji)壓筒直徑。
圖2-4也表明，金屬的(de)(de)變(bian)形阻力(li)與變(bian)形可(ke)(ke)能(neng)性(xing)（擠壓比）之間的(de)(de)關系。式(shi)（3-1)和式(shi)（3-2)還指(zhi)出(chu)，金屬的(de)(de)變(bian)形阻力(li)越高(gao)，則變(bian)形的(de)(de)可(ke)(ke)能(neng)性(xing)越小。
假設摩擦力可以忽略不計(ji)，即 f=0 , 則公式(shi)如下：
圖2-4 的(de)(de)(de)曲線是以(yi) p=400~600~1200MPa繪制的(de)(de)(de)。由圖2-4 可(ke)以(yi)看出，由于碳素鋼(gang)的(de)(de)(de)變形(xing)抗力(li)很(hen)(hen)低，其擠(ji)壓(ya)(ya)變形(xing)的(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性(xing)很(hen)(hen)大。作(zuo)為(wei)試驗數據，可(ke)能(neng)以(yi)擠(ji)壓(ya)(ya)比(bi)μ=225進(jin)行擠(ji)壓(ya)(ya)加工(gong)，即可(ke)用(yong)直徑為(wei)Φ120mm的(de)(de)(de)圓坯(pi)料(liao)直接擠(ji)壓(ya)(ya)成ф10mm×5mm的(de)(de)(de)扁鋼(gang)。而(er)相反，耐熱鋼(gang)的(de)(de)(de)變形(xing)可(ke)能(neng)性(xing)則小得多。如尼莫尼克難熔合金，無論使(shi)用(yong)什么樣(yang)的(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)機都不可(ke)能(neng)在一道次擠(ji)壓(ya)(ya)工(gong)序中，使(shi)其延伸(shen)系數能(neng)夠超過μ=80。
從(cong)以上擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)公式可以預(yu)見，如果按照(zhao)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿的(de)(de)(de)進程(cheng)測繪擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)力(li)，則(ze)曲(qu)線將有如圖(tu)3-20所(suo)示(shi)的(de)(de)(de)形狀。圖(tu)3-20(a)所(suo)示(shi)為不使(shi)用(yong)潤滑劑(ji)時(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)與坯料長度的(de)(de)(de)關系。當(dang)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)開(kai)始時(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)很高(gao)，隨著(zhu)操作的(de)(de)(de)進行，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不斷地(di)減(jian)小，當(dang)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)結(jie)束時(shi)，此力(li)只相當(dang)于無摩擦(ca)變(bian)形時(shi)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)力(li)。
圖3-20(b)所(suo)示(shi)為使(shi)用(yong)潤(run)滑(hua)(hua)劑擠(ji)壓(ya)時，擠(ji)壓(ya)力與坯(pi)料長度(du)的(de)(de)(de)關系(xi)。摩(mo)擦(ca)系(xi)數值f的(de)(de)(de)高低決定于所(suo)使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)潤(run)滑(hua)(hua)劑的(de)(de)(de)質量，當選(xuan)用(yong)適(shi)當的(de)(de)(de)玻璃潤(run)滑(hua)(hua)劑時，可使(shi)摩(mo)擦(ca)系(xi)數值f很小，操作開始時就沒有(you)頂峰壓(ya)力。
圖3-20(c)所(suo)示為使用潤滑劑慢(man)速擠(ji)壓時，擠(ji)壓力(li)(li)與坯(pi)料長度(du)的關系。當緩慢(man)地進行(xing)擠(ji)壓時，精確地記(ji)錄擠(ji)壓力(li)(li)，可(ke)以發現在擠(ji)壓過(guo)程中，壓力(li)(li)有所(suo)上升，這是由(you)于操(cao)作過(guo)程中擠(ji)壓坯(pi)料的冷卻，導致(zhi)變(bian)形抗力(li)(li)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)，于是總的擠(ji)壓力(li)(li)隨(sui)著(zhu)操(cao)作的進行(xing)而(er)增(zeng)(zeng)加(jia)(jia)。
最后(hou)，如果(guo)采(cai)用不適當的潤滑(hua)劑(ji)慢速擠壓(ya)時(shi)，所需(xu)要的擠壓(ya)力與坯料長(chang)度(du)的關(guan)系曲(qu)線(xian)將會出(chu)現兩個峰(feng)值壓(ya)力，即(ji)操(cao)作開(kai)始時(shi)和(he)擠壓(ya)結束時(shi)的頂峰(feng)壓(ya)力。而(er)因坯料冷(leng)卻(que)所引起的阻力升高，并未因摩擦的減小而(er)抵(di)消。
2. 擠壓過程中擠壓力的變化(hua)
擠(ji)壓(ya)開始和(he)擠(ji)壓(ya)過(guo)程中的擠(ji)壓(ya)力，取決(jue)于坯(pi)料(liao)的化學成分、加熱(re)溫(wen)度(du)、切斷擠(ji)壓(ya)速(su)度(du)、工模具溫(wen)度(du)、潤滑劑和(he)坯(pi)料(liao)長度(du)以(yi)及擠(ji)壓(ya)方法和(he)擠(ji)壓(ya)模形狀等一系列的因素。
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(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿頭部對(dui)坯料前(qian)(qian)端的(de)距離(li)。擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)開始時(shi)(shi)，由于首(shou)先在擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)件(jian)上形(xing)成金屬(shu)流(liu)線，出現(xian)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力迅速上升(sheng)。在擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)末期，由于擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿移近(jin)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)模前(qian)(qian)端的(de)“死(si)(si)區”，而對(dui)于“死(si)(si)區”則擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力不(bu)(bu)足(zu)，所(suo)以壓(ya)(ya)(ya)力再次上升(sheng)。如果此(ci)時(shi)(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)不(bu)(bu)切斷（關(guan)機(ji)），則擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿就(jiu)會被制動，液壓(ya)(ya)(ya)系統的(de)壓(ya)(ya)(ya)力上升(sheng)到額定(ding)壓(ya)(ya)(ya)力。
A 坯料裝入溫度和擠壓筒溫度的響
擠(ji)壓力隨著坯(pi)料的(de)(de)裝(zhuang)入溫度(du)(du)的(de)(de)下降而上升(sheng)，對(dui)擠(ji)壓筒溫度(du)(du)的(de)(de)關系也(ye)相同。
如(ru)圖3-21所示，只是(shi)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓力(li)變得更大(da)。但是(shi)，擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，由變形功(gong)傳給(gei)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓坯料(liao)的(de)(de)熱量(liang)比從擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓筒放出(chu)(chu)的(de)(de)熱量(liang)是(shi)大(da)或是(shi)小，對(dui)于壓力(li)曲(qu)(qu)線有很大(da)的(de)(de)影響。如(ru)果輸入的(de)(de)熱量(liang)比放出(chu)(chu)的(de)(de)熱量(liang)大(da)，則由于擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓坯料(liao)的(de)(de)溫度上升，變形抗力(li)下降，因而擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)壓力(li)減小（圖3-22).如(ru)果從擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓筒放出(chu)(chu)的(de)(de)熱量(liang)大(da)于變形熱，則關系曲(qu)(qu)線相反，在擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓過程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)壓力(li)上升（圖3-23)。
B 擠壓(ya)速度的影響(xiang)
為了提(ti)高擠壓(ya)速(su)(su)度(du)需要(yao)加大(da)擠壓(ya)力，為了降低擠壓(ya)速(su)(su)度(du)則(ze)需要(yao)減小擠壓(ya)力。如(ru)果在(zai)擠壓(ya)過程中(zhong)，擠壓(ya)速(su)(su)度(du)從(cong)v,變到v2,則(ze)擠壓(ya)力隨坯料長度(du)變化的曲線如(ru)圖3-24所示。
在每(mei)一擠(ji)壓過程中，通過調節，可使擠(ji)壓速(su)度保(bao)持(chi)在恒定值。
由(you)于擠壓時間不(bu)同(tong)(tong)，因而(er)壓力曲線長度(du)的(de)不(bu)同(tong)(tong)是(shi)由(you)于擠壓速(su)度(du)不(bu)同(tong)(tong)所致(zhi)，如(ru)圖(tu)3-24和圖(tu)3-25所示。
a. 在20~25mm/s速度(du)情況下(xia)，隨坯(pi)料長(chang)度(du)而變(bian)化的(de)擠(ji)壓(ya)力下(xia)降，并在擠(ji)壓(ya)到一大(da)半坯(pi)料長(chang)度(du)后，擠(ji)壓(ya)力變(bian)得最(zui)小。
b. 在(zai)10~15mm/s速度時，擠(ji)壓力隨坯(pi)料長度變(bian)化保持不(bu)變(bian)。
在恒定的(de)速度下擠壓時(shi)，擠壓力能以1:2的(de)比例變化，這是(shi)因為坯料裝入溫(wen)度、擠壓筒溫(wen)度和變形(xing)熱綜合影響的(de)結果。
在(zai)擠壓開(kai)始(shi)和(he)擠壓結(jie)束這兩(liang)種(zhong)工(gong)作條件下，擠壓力和(he)擠壓速(su)(su)度之間(jian)并(bing)不(bu)存在(zai)單(dan)一的(de)關(guan)系。如果不(bu)考慮這兩(liang)種(zhong)情況，則可用圖3-26來表示(shi)擠壓速(su)(su)度和(he)擠壓力鋼管擠壓時(shi)的(de)金屬流(liu)動及(ji)變形力的(de)確定之間(jian)的(de)基本關(guan)系。
擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)機(ji)在某一定的(de)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)力以(yi)下，不能進(jin)行擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)，并處于停止(zhi)狀態。從這一點起的(de)整個曲線(xian)很(hen)平坦，很(hen)小的(de)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)力變化已(yi)經足(zu)夠使(shi)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)速度變化很(hen)大。
在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)開始時，首先(xian)必須在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)坯(pi)料中形成“金屬(shu)流(liu)線(xian)”，在(zai)此(ci)瞬間(jian)(jian)內，擠(ji)(ji)壓(ya)桿幾乎完全處于停止。當擠(ji)(ji)壓(ya)銅和青(qing)銅時，這個時間(jian)(jian)一(yi)般在(zai)1.5~2.0s.而在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)難擠(ji)(ji)壓(ya)的高合金時，這個時間(jian)(jian)在(zai)2s以下，但在(zai)特殊情況下可能大大超過2秒。
在(zai)擠壓(ya)(ya)桿(gan)停(ting)止的(de)(de)時間內，由于節流(liu)閥(fa)打開，活塞泵在(zai)運轉，所以擠壓(ya)(ya)缸壓(ya)(ya)縮體(ti)積增(zeng)加，壓(ya)(ya)力(li)(li)很快上升。只要擠壓(ya)(ya)件(jian)金(jin)屬開始流(liu)動，壓(ya)(ya)力(li)(li)就突然下降，因此(ci)，在(zai)擠壓(ya)(ya)開始時總是出(chu)現劇烈的(de)(de)壓(ya)(ya)力(li)(li)峰(feng)值(zhi)。
