無潤滑擠(ji)壓時，很難用一(yi)個公式表示擠(ji)壓時所(suo)需(xu)要(yao)的力；而在一(yi)定溫度(du)下，使用潤滑劑擠(ji)壓某種金屬(shu)所(suo)需(xu)要(yao)的力，卻(que)可以由(you)(you)理論(lun)公式表示，并且(qie)由(you)(you)實驗所(suo)證實。
將變(bian)形(xing)金(jin)屬壞(huai)料加熱到適當的(de)(de)溫度，放置在(zai)一個(ge)高壓(ya)(ya)(ya)鋼制圓筒(tong)形(xing)的(de)(de)密(mi)封容(rong)器(qi)（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)）內，密(mi)封容(rong)器(qi)的(de)(de)一端由(you)(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)模封閉，模孔(kong)的(de)(de)面積即(ji)為所要求得到的(de)(de)制品(pin)的(de)(de)斷面。 擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的(de)(de)另(ling)一端由(you)(you)活塞（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿）密(mi)封。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿可以(yi)在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)內移動，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)金(jin)屬并使之變(bian)形(xing)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿裝置在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機的(de)(de)主柱塞上(shang)，并由(you)(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機提供足夠的(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)力。
擠(ji)壓不(bu)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(ji)壓力(li)的(de)大小主要取決于材料的(de)變形抗力(li)、潤滑劑以及(ji)擠(ji)壓過(guo)程工藝(yi)參數的(de)選擇。
1. 擠壓力大小的表示
設F為在(zai)一個(ge)半徑為R的(de)(de)(de)擠壓筒中擠壓長(chang)度為L的(de)(de)(de)坯(pi)料時(shi)所需(xu)要的(de)(de)(de)總力(li)。一段厚度為dl的(de)(de)(de)金屬離開模(mo)子(zi)的(de)(de)(de)距離為ι; f為擠壓時(shi)金屬與擠壓筒之間的(de)(de)(de)摩擦系數(shu)，則：
西拜勒(le)氏認為，進(jin)行一次(ci)變(bian)形(xing)所需要的力等于(yu)斷面上(shang)的變(bian)形(xing)和變(bian)形(xing)總阻(zu)力的乘積。所指(zhi)變(bian)形(xing)即為變(bian)形(xing)材料的原始斷面與最終斷面之間的自然對數(shu)比(bi)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(shi)用(yong)一般的潤滑(hua)劑時，摩(mo)擦系(xi)數為f=0.05,而(er)有色金屬不同潤滑(hua)劑擠壓時，摩(mo)擦系(xi)數為f=0.12。
各種(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬及(ji)(ji)合金(jin)(jin)(jin)的(de)(de)變形(xing)(xing)阻(zu)力如圖3-19所示。在(zai)(zai)不同的(de)(de)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)下擠壓(ya)金(jin)(jin)(jin)屬及(ji)(ji)合金(jin)(jin)(jin)時，擠壓(ya)力隨溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)的(de)(de)變化而(er)增減。用式（3-3)、式（3-4)可以算出金(jin)(jin)(jin)屬和(he)合金(jin)(jin)(jin)在(zai)(zai)不同擠壓(ya)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)下的(de)(de)變形(xing)(xing)阻(zu)力。因此，對每(mei)一種(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬和(he)合金(jin)(jin)(jin)都可以畫出一條(tiao)表示溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)與變形(xing)(xing)阻(zu)力的(de)(de)關系曲線(xian)。在(zai)(zai)擠壓(ya)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)范圍內(nei)，這些(xie)曲線(xian)都是(shi)直線(xian)。
上述(shu)變形(xing)阻力值是應用(yong)擠壓(ya)力公(gong)式(shi)計(ji)算出(chu)來的(de)。可(ke)以發(fa)現，在這種(zhong)已(yi)得(de)到的(de)數(shu)值及各種(zhong)高溫(wen)阻力試驗(yan)(yan)（蠕變試驗(yan)(yan)、高溫(wen)抗壓(ya)強度試驗(yan)(yan)）中所得(de)到的(de)數(shu)值之間存在著一個簡單的(de)關(guan)系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際上p值位(wei)于(yu)400~1200MPa,此可(ke)作(zuo)為(wei)參考。擠(ji)壓(ya)(ya)機的(de)(de)比壓(ya)(ya)p值的(de)(de)高低(di)取決于(yu)擠(ji)壓(ya)(ya)筒的(de)(de)直徑(jing)(jing)。如果所(suo)選擇的(de)(de)直徑(jing)(jing)過大，比壓(ya)(ya)就很低(di)，不能(neng)得到足(zu)夠的(de)(de)力來完成操作(zuo)；如果相(xiang)反，所(suo)選擇的(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)筒直徑(jing)(jing)太(tai)小，擠(ji)壓(ya)(ya)簡就有變形或因不能(neng)承(cheng)受太(tai)大的(de)(de)壓(ya)(ya)力而破(po)裂的(de)(de)危險，還(huan)有可(ke)能(neng)使擠(ji)壓(ya)(ya)桿彎折。
圖2-3已經(jing)指出，在不(bu)同的(de)擠(ji)壓(ya)機(ji)壓(ya)力下，應該(gai)使(shi)用(yong)的(de)最(zui)(zui)大及(ji)(ji)最(zui)(zui)小擠(ji)壓(ya)筒的(de)尺(chi)寸(cun)，以及(ji)(ji)最(zui)(zui)通常(chang)的(de)操作所使(shi)用(yong)的(de)擠(ji)壓(ya)筒直徑。
圖2-4也表明，金(jin)屬的(de)變形(xing)(xing)阻(zu)力與變形(xing)(xing)可能(neng)(neng)性(xing)（擠壓(ya)比）之間(jian)的(de)關系。式（3-1)和(he)式（3-2)還指出，金(jin)屬的(de)變形(xing)(xing)阻(zu)力越高(gao)，則(ze)變形(xing)(xing)的(de)可能(neng)(neng)性(xing)越小(xiao)。
假設摩擦力可(ke)以忽略不(bu)計(ji)，即 f=0 , 則公(gong)式如下(xia)：
圖2-4 的(de)曲線是以(yi) p=400~600~1200MPa繪(hui)制的(de)。由圖2-4 可(ke)以(yi)看出，由于碳素(su)鋼的(de)變(bian)形(xing)抗(kang)力很低，其(qi)擠壓(ya)(ya)變(bian)形(xing)的(de)可(ke)能性很大。作為試驗(yan)數據，可(ke)能以(yi)擠壓(ya)(ya)比μ=225進行擠壓(ya)(ya)加工，即可(ke)用(yong)(yong)直徑為Φ120mm的(de)圓(yuan)坯料(liao)直接擠壓(ya)(ya)成ф10mm×5mm的(de)扁鋼。而(er)相反，耐熱鋼的(de)變(bian)形(xing)可(ke)能性則小得(de)多(duo)。如尼(ni)莫(mo)尼(ni)克難熔合金，無(wu)論(lun)使用(yong)(yong)什么(me)樣的(de)擠壓(ya)(ya)機都不可(ke)能在一道次(ci)擠壓(ya)(ya)工序中，使其(qi)延伸系數能夠超過μ=80。
從以上擠(ji)(ji)壓(ya)公式(shi)可以預見，如果(guo)按照擠(ji)(ji)壓(ya)桿的(de)進(jin)程(cheng)測繪擠(ji)(ji)壓(ya)所(suo)需要的(de)力(li)(li)(li)，則曲線將有如圖(tu)3-20所(suo)示(shi)的(de)形狀。圖(tu)3-20(a)所(suo)示(shi)為不(bu)(bu)使(shi)用(yong)潤滑劑時(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)(li)與坯料(liao)長度的(de)關系。當擠(ji)(ji)壓(ya)開始時(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)(li)很高，隨著操作的(de)進(jin)行，擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)(li)不(bu)(bu)斷地減小，當擠(ji)(ji)壓(ya)結束(shu)時(shi)，此(ci)力(li)(li)(li)只相(xiang)當于無摩擦變(bian)形時(shi)所(suo)需要的(de)力(li)(li)(li)。
圖3-20(b)所示為使(shi)用潤(run)滑劑(ji)擠壓時，擠壓力與坯料(liao)長(chang)度的關系(xi)。摩(mo)擦系(xi)數(shu)值(zhi)f的高低(di)決定于所使(shi)用的潤(run)滑劑(ji)的質量，當(dang)選用適當(dang)的玻(bo)璃潤(run)滑劑(ji)時，可使(shi)摩(mo)擦系(xi)數(shu)值(zhi)f很小，操作開始時就(jiu)沒有(you)頂峰壓力。
圖3-20(c)所示為使用(yong)潤滑劑慢(man)速擠(ji)(ji)壓(ya)時(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)與坯(pi)料(liao)長度(du)的(de)(de)關系。當緩慢(man)地進行(xing)擠(ji)(ji)壓(ya)時(shi)，精確地記錄擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)，可(ke)以發現(xian)在擠(ji)(ji)壓(ya)過程中(zhong)，壓(ya)力(li)(li)有所上升(sheng)，這是由于(yu)操(cao)作過程中(zhong)擠(ji)(ji)壓(ya)坯(pi)料(liao)的(de)(de)冷(leng)卻，導(dao)致變形抗力(li)(li)增加，于(yu)是總的(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)隨著操(cao)作的(de)(de)進行(xing)而增加。
最(zui)后，如果采用不適當(dang)的(de)(de)(de)(de)潤滑劑(ji)慢速擠壓(ya)時，所需要的(de)(de)(de)(de)擠壓(ya)力與坯(pi)料長度的(de)(de)(de)(de)關(guan)系曲(qu)線將會出現兩個峰值壓(ya)力，即操(cao)作開始時和擠壓(ya)結束(shu)時的(de)(de)(de)(de)頂峰壓(ya)力。而(er)因(yin)(yin)坯(pi)料冷卻所引起(qi)的(de)(de)(de)(de)阻力升高，并未因(yin)(yin)摩擦的(de)(de)(de)(de)減小而(er)抵消。
2. 擠壓(ya)過程中(zhong)擠壓(ya)力的變化
擠壓(ya)開始和(he)擠壓(ya)過程(cheng)中的擠壓(ya)力，取決(jue)于坯(pi)(pi)料(liao)的化學成(cheng)分、加熱溫(wen)度(du)(du)、切斷擠壓(ya)速度(du)(du)、工(gong)模具溫(wen)度(du)(du)、潤滑劑和(he)坯(pi)(pi)料(liao)長度(du)(du)以及擠壓(ya)方法(fa)和(he)擠壓(ya)模形(xing)狀等一系列的因素。
不銹鋼管坯料(liao)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(heng)坐標(biao)表示擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿頭部對(dui)坯(pi)料(liao)前端的(de)距離。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)開始時，由(you)于(yu)首先在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)件上(shang)(shang)形成金(jin)屬流線，出現擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)迅速上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)。在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)末期，由(you)于(yu)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿移近擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)模前端的(de)“死區”，而對(dui)于(yu)“死區”則擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不足，所以壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)再次上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)。如果此(ci)時擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)機不切斷（關機），則擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿就(jiu)會被制動，液壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)系統的(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)上(shang)(shang)升(sheng)(sheng)到額定(ding)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)。
A 坯料裝入溫度和擠壓筒溫度的響
擠壓力隨著坯料的(de)裝入溫度(du)的(de)下降而上(shang)升，對(dui)擠壓筒溫度(du)的(de)關(guan)系也相同。
如(ru)圖3-21所示，只是擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)變得更大(da)。但是，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)，由變形(xing)功(gong)傳給擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)(pi)料的熱(re)(re)(re)量比(bi)從擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)放(fang)出的熱(re)(re)(re)量是大(da)或是小，對(dui)于壓(ya)(ya)力(li)(li)曲線有很(hen)大(da)的影響(xiang)。如(ru)果輸入的熱(re)(re)(re)量比(bi)放(fang)出的熱(re)(re)(re)量大(da)，則由于擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)(pi)料的溫度上升(sheng)(sheng)，變形(xing)抗力(li)(li)下降，因(yin)而擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)壓(ya)(ya)力(li)(li)減小（圖3-22).如(ru)果從擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)放(fang)出的熱(re)(re)(re)量大(da)于變形(xing)熱(re)(re)(re)，則關(guan)系曲線相反，在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)(zhong)壓(ya)(ya)力(li)(li)上升(sheng)(sheng)（圖3-23)。
B 擠壓速度(du)的影響(xiang)
為了提高(gao)擠(ji)壓(ya)速度(du)需要(yao)加大(da)擠(ji)壓(ya)力，為了降低擠(ji)壓(ya)速度(du)則需要(yao)減小擠(ji)壓(ya)力。如果(guo)在擠(ji)壓(ya)過程(cheng)中，擠(ji)壓(ya)速度(du)從v,變(bian)到(dao)v2,則擠(ji)壓(ya)力隨坯料長度(du)變(bian)化的曲(qu)線如圖3-24所示(shi)。
在每(mei)一(yi)擠壓過程中，通過調(diao)節，可使擠壓速度保持在恒(heng)定值。
由于擠(ji)壓時(shi)間不(bu)同(tong)，因而(er)壓力(li)曲(qu)線長度的(de)不(bu)同(tong)是由于擠(ji)壓速(su)度不(bu)同(tong)所致(zhi)，如圖3-24和圖3-25所示(shi)。
a. 在20~25mm/s速度情況下，隨(sui)坯料長(chang)度而變化的擠壓(ya)(ya)力下降，并(bing)在擠壓(ya)(ya)到一大半坯料長(chang)度后，擠壓(ya)(ya)力變得(de)最小。
b. 在(zai)10~15mm/s速度時，擠壓力隨坯料長度變化保持不變。
在恒定的速度(du)下擠(ji)壓時(shi)，擠(ji)壓力能以1:2的比(bi)例變(bian)化，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)坯料(liao)裝入溫(wen)度(du)、擠(ji)壓筒溫(wen)度(du)和變(bian)形熱綜合(he)影響的結果。
在擠(ji)壓(ya)開始和(he)擠(ji)壓(ya)結束(shu)這兩(liang)種工作條(tiao)件下，擠(ji)壓(ya)力和(he)擠(ji)壓(ya)速(su)度之間并不存在單一的(de)關系。如果不考慮這兩(liang)種情況，則(ze)可用(yong)圖(tu)3-26來表示擠(ji)壓(ya)速(su)度和(he)擠(ji)壓(ya)力鋼管擠(ji)壓(ya)時的(de)金(jin)屬(shu)流動及變(bian)形(xing)力的(de)確定之間的(de)基本關系。
擠壓(ya)機在某一定的(de)擠壓(ya)力(li)以下(xia)，不(bu)能進行擠壓(ya)，并(bing)處于停止狀態。從(cong)這一點(dian)起的(de)整個曲線很(hen)平坦，很(hen)小的(de)擠壓(ya)力(li)變化已經足夠使擠壓(ya)速度變化很(hen)大。
在(zai)(zai)擠壓(ya)(ya)開(kai)始(shi)時，首先(xian)必(bi)須在(zai)(zai)擠壓(ya)(ya)坯料中(zhong)形成“金屬流線”，在(zai)(zai)此瞬間內(nei)，擠壓(ya)(ya)桿幾(ji)乎完(wan)全處于停止。當(dang)擠壓(ya)(ya)銅和青銅時，這個時間一般在(zai)(zai)1.5~2.0s.而(er)在(zai)(zai)擠壓(ya)(ya)難(nan)擠壓(ya)(ya)的(de)高(gao)合金時，這個時間在(zai)(zai)2s以下，但在(zai)(zai)特殊(shu)情況(kuang)下可能(neng)大(da)大(da)超過2秒。
在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)桿停止(zhi)的時間內，由于(yu)節(jie)流閥打開，活塞泵在(zai)運(yun)轉，所以(yi)擠(ji)(ji)壓(ya)缸壓(ya)縮體(ti)積增加，壓(ya)力很(hen)快(kuai)上(shang)升。只要(yao)擠(ji)(ji)壓(ya)件金屬(shu)開始(shi)流動(dong)，壓(ya)力就突然下降，因此，在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)開始(shi)時總是出現劇烈的壓(ya)力峰(feng)值。
