無潤滑(hua)擠壓(ya)時(shi)，很難用一(yi)個公(gong)式(shi)表示(shi)擠壓(ya)時(shi)所需(xu)要的(de)力；而在一(yi)定溫度下，使用潤滑(hua)劑擠壓(ya)某種金屬所需(xu)要的(de)力，卻可以由理(li)論公(gong)式(shi)表示(shi)，并且由實(shi)驗所證(zheng)實(shi)。
將變(bian)形金(jin)屬(shu)壞料加熱到適當的溫(wen)度，放置在一(yi)(yi)個高壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)鋼制圓筒(tong)形的密(mi)封(feng)容(rong)器（擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)筒(tong)）內，密(mi)封(feng)容(rong)器的一(yi)(yi)端由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)模封(feng)閉，模孔的面積即為所要求得到的制品的斷面。 擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)筒(tong)的另(ling)一(yi)(yi)端由(you)活(huo)塞(sai)（擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)(gan)）密(mi)封(feng)。擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)(gan)可以在擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)筒(tong)內移動，擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)金(jin)屬(shu)并(bing)使之變(bian)形。擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)(gan)裝置在擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)的主柱塞(sai)上，并(bing)由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)提供足夠的壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力。
擠壓不銹鋼管時，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(ya)(ya)力的(de)(de)大小主要取決于材(cai)料的(de)(de)變形抗力、潤滑劑以及擠壓(ya)(ya)過程(cheng)工藝參數的(de)(de)選擇。
1. 擠壓力大(da)小的表示
設F為在(zai)一個半徑為R的(de)擠(ji)壓筒中(zhong)擠(ji)壓長度為L的(de)坯料(liao)時所(suo)需要的(de)總力。一段厚度為dl的(de)金(jin)屬離開模子的(de)距(ju)離為ι; f為擠(ji)壓時金(jin)屬與擠(ji)壓筒之間的(de)摩擦系數(shu)，則：
西拜勒氏認為(wei)，進行一次變形(xing)所需(xu)要的(de)力等于斷面上的(de)變形(xing)和變形(xing)總阻力的(de)乘積。所指變形(xing)即為(wei)變形(xing)材料的(de)原始斷面與(yu)最(zui)終斷面之(zhi)間的(de)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(de)潤(run)滑劑時，摩擦(ca)系(xi)(xi)數為f=0.05,而有色金屬不(bu)同潤(run)滑劑擠壓時，摩擦(ca)系(xi)(xi)數為f=0.12。
各種金(jin)屬及合(he)金(jin)的變形(xing)阻力(li)如圖3-19所(suo)示(shi)(shi)。在(zai)不同(tong)的溫(wen)(wen)度下擠壓金(jin)屬及合(he)金(jin)時，擠壓力(li)隨溫(wen)(wen)度的變化而增(zeng)減。用式(shi)（3-3)、式(shi)（3-4)可以算出金(jin)屬和合(he)金(jin)在(zai)不同(tong)擠壓溫(wen)(wen)度下的變形(xing)阻力(li)。因此，對每一種金(jin)屬和合(he)金(jin)都可以畫出一條表示(shi)(shi)溫(wen)(wen)度與變形(xing)阻力(li)的關系曲線。在(zai)擠壓溫(wen)(wen)度范(fan)圍內(nei)，這些曲線都是直線。
上述(shu)變形阻力值是應用(yong)擠壓(ya)力公式計算出來(lai)的。可以發現，在這種(zhong)已得到的數(shu)值及(ji)各種(zhong)高溫阻力試驗(yan)（蠕變試驗(yan)、高溫抗壓(ya)強度試驗(yan)）中所得到的數(shu)值之間存在著一個簡(jian)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,此可作(zuo)為參考(kao)。擠(ji)壓機的(de)比壓p值的(de)高低取(qu)決于擠(ji)壓筒的(de)直(zhi)徑(jing)。如(ru)果所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)直(zhi)徑(jing)過大，比壓就很低，不能得到足夠的(de)力(li)來完成操作(zuo)；如(ru)果相反(fan)，所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)擠(ji)壓筒直(zhi)徑(jing)太小(xiao)，擠(ji)壓簡就有變形(xing)或因不能承(cheng)受太大的(de)壓力(li)而破裂的(de)危險，還有可能使擠(ji)壓桿彎(wan)折(zhe)。
圖2-3已(yi)經(jing)指出，在不(bu)同的(de)擠(ji)壓(ya)機(ji)壓(ya)力下，應該使(shi)用(yong)的(de)最大及(ji)最小擠(ji)壓(ya)筒的(de)尺寸，以(yi)及(ji)最通常的(de)操作所使(shi)用(yong)的(de)擠(ji)壓(ya)筒直(zhi)徑。
圖2-4也表(biao)明，金(jin)屬的(de)變形(xing)(xing)阻(zu)力(li)與變形(xing)(xing)可(ke)能性（擠(ji)壓比）之間的(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(li)越高，則變形(xing)(xing)的(de)可(ke)能性越小。
假設摩擦力可以(yi)忽(hu)略不計，即 f=0 , 則(ze)公(gong)式如(ru)下：
圖2-4 的(de)(de)(de)曲線是以 p=400~600~1200MPa繪(hui)制的(de)(de)(de)。由圖2-4 可以看出，由于碳(tan)素鋼的(de)(de)(de)變形抗力很低(di)，其擠(ji)壓(ya)(ya)變形的(de)(de)(de)可能(neng)性很大(da)。作為試驗(yan)數(shu)據，可能(neng)以擠(ji)壓(ya)(ya)比μ=225進(jin)行(xing)擠(ji)壓(ya)(ya)加工，即(ji)可用直徑為Φ120mm的(de)(de)(de)圓坯(pi)料直接擠(ji)壓(ya)(ya)成ф10mm×5mm的(de)(de)(de)扁(bian)鋼。而相反(fan)，耐(nai)熱鋼的(de)(de)(de)變形可能(neng)性則小得多。如尼(ni)(ni)莫尼(ni)(ni)克(ke)難熔(rong)合金，無論使(shi)用什么樣的(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)機都不(bu)可能(neng)在一道次擠(ji)壓(ya)(ya)工序中，使(shi)其延伸系(xi)數(shu)能(neng)夠超過(guo)μ=80。
從以上擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)公式可以預(yu)見，如(ru)果按照擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)桿的(de)進(jin)(jin)程(cheng)測繪擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)所需(xu)要(yao)的(de)力(li)，則曲(qu)線將有如(ru)圖3-20所示(shi)(shi)的(de)形狀。圖3-20(a)所示(shi)(shi)為不使用潤滑劑時(shi)，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)與(yu)坯料長度的(de)關系(xi)。當擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)開始時(shi)，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)很高，隨著操(cao)作(zuo)的(de)進(jin)(jin)行，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)不斷地(di)減(jian)小，當擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)結束時(shi)，此力(li)只(zhi)相當于(yu)無摩擦變(bian)形時(shi)所需(xu)要(yao)的(de)力(li)。
圖3-20(b)所(suo)示為使(shi)用(yong)潤滑(hua)(hua)劑(ji)擠壓(ya)時，擠壓(ya)力與坯料(liao)長度的關系。摩擦系數值f的高低(di)決(jue)定于所(suo)使(shi)用(yong)的潤滑(hua)(hua)劑(ji)的質量，當選用(yong)適當的玻璃潤滑(hua)(hua)劑(ji)時，可使(shi)摩擦系數值f很小，操(cao)作開始時就沒(mei)有頂(ding)峰(feng)壓(ya)力。
圖3-20(c)所示為使用潤滑劑(ji)慢速擠(ji)(ji)(ji)壓時，擠(ji)(ji)(ji)壓力與(yu)坯料長度的(de)關系。當緩慢地進行(xing)擠(ji)(ji)(ji)壓時，精確地記錄擠(ji)(ji)(ji)壓力，可以(yi)發現在擠(ji)(ji)(ji)壓過程中，壓力有所上升，這是由于操(cao)作過程中擠(ji)(ji)(ji)壓坯料的(de)冷卻(que)，導致變形(xing)抗力增加，于是總的(de)擠(ji)(ji)(ji)壓力隨著操(cao)作的(de)進行(xing)而(er)增加。
最后，如果采(cai)用不適當的(de)(de)潤滑劑慢速擠(ji)壓(ya)時，所(suo)需(xu)要的(de)(de)擠(ji)壓(ya)力(li)(li)與坯料(liao)長(chang)度的(de)(de)關系曲線將會出現兩個(ge)峰值壓(ya)力(li)(li)，即(ji)操作開始(shi)時和擠(ji)壓(ya)結束時的(de)(de)頂峰壓(ya)力(li)(li)。而因(yin)坯料(liao)冷卻所(suo)引起的(de)(de)阻力(li)(li)升高，并未因(yin)摩(mo)擦的(de)(de)減(jian)小(xiao)而抵(di)消。
2. 擠壓(ya)過(guo)程中擠壓(ya)力的變化
擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)開(kai)始和(he)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程中(zhong)的擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力，取決于坯料(liao)的化學成分、加熱溫(wen)度(du)、切斷擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速度(du)、工模具溫(wen)度(du)、潤(run)滑劑(ji)和(he)坯料(liao)長度(du)以(yi)及(ji)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)方(fang)法和(he)擠(ji)(ji)壓(ya)(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(zhong)，橫坐(zuo)標表示擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)頭部對坯(pi)料前端(duan)的距離。擠壓(ya)(ya)(ya)開始時(shi)(shi)，由于首先在擠壓(ya)(ya)(ya)件上(shang)(shang)形成金屬流線，出現擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)迅速上(shang)(shang)升(sheng)。在擠壓(ya)(ya)(ya)末(mo)期，由于擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)移近擠壓(ya)(ya)(ya)模(mo)前端(duan)的“死區”，而對于“死區”則擠壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)不(bu)(bu)足(zu)，所(suo)以壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)再次上(shang)(shang)升(sheng)。如(ru)果此時(shi)(shi)擠壓(ya)(ya)(ya)機不(bu)(bu)切斷（關機），則擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)就會被(bei)制動(dong)，液(ye)壓(ya)(ya)(ya)系(xi)統的壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)上(shang)(shang)升(sheng)到額(e)定壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)。
A 坯料裝入溫度和(he)擠壓筒溫度的響
擠(ji)壓力(li)隨著坯料(liao)的(de)裝(zhuang)入溫度的(de)下降而上升，對擠(ji)壓筒(tong)溫度的(de)關系也相同。
如圖(tu)3-21所示，只是擠(ji)壓力(li)變得更大。但是，擠(ji)壓過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)，由(you)(you)變形(xing)功傳給擠(ji)壓坯料(liao)的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)比從擠(ji)壓筒(tong)放(fang)出的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)是大或是小，對(dui)于(yu)(yu)壓力(li)曲線有很(hen)大的(de)(de)影響。如果(guo)輸入的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)比放(fang)出的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)大，則(ze)由(you)(you)于(yu)(yu)擠(ji)壓坯料(liao)的(de)(de)溫度上升(sheng)，變形(xing)抗力(li)下降，因而擠(ji)壓過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)壓力(li)減小（圖(tu)3-22).如果(guo)從擠(ji)壓筒(tong)放(fang)出的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)(liang)大于(yu)(yu)變形(xing)熱(re)(re)，則(ze)關(guan)系曲線相反，在擠(ji)壓過(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)(zhong)壓力(li)上升(sheng)（圖(tu)3-23)。
B 擠壓速(su)度(du)的影響
為了提高擠(ji)(ji)壓速度(du)需要加大擠(ji)(ji)壓力(li)(li)，為了降低擠(ji)(ji)壓速度(du)則(ze)需要減小擠(ji)(ji)壓力(li)(li)。如果在擠(ji)(ji)壓過(guo)程中，擠(ji)(ji)壓速度(du)從v,變到v2,則(ze)擠(ji)(ji)壓力(li)(li)隨坯料長度(du)變化的曲(qu)線如圖3-24所示。
在每(mei)一擠壓過(guo)程中，通(tong)過(guo)調(diao)節，可使擠壓速度保持在恒定值。
由于(yu)擠(ji)壓(ya)時間不(bu)同(tong)，因而壓(ya)力曲(qu)線長度(du)的(de)不(bu)同(tong)是(shi)由于(yu)擠(ji)壓(ya)速度(du)不(bu)同(tong)所(suo)致，如(ru)圖3-24和圖3-25所(suo)示。
a. 在(zai)20~25mm/s速度情況下，隨(sui)坯料長(chang)度而變(bian)化的擠壓(ya)力下降，并在(zai)擠壓(ya)到一大半(ban)坯料長(chang)度后，擠壓(ya)力變(bian)得最小。
b. 在10~15mm/s速(su)度時，擠壓(ya)力隨坯料長度變化保持不變。
在恒(heng)定的(de)速度下擠壓時，擠壓力(li)能以1:2的(de)比例變化，這是(shi)因為坯(pi)料裝入溫度、擠壓筒(tong)溫度和變形熱綜合影響的(de)結果。
在擠壓開始和擠壓結束這兩種工作條件下，擠壓力和擠壓速(su)度(du)之間(jian)(jian)并不(bu)存在單一的(de)關(guan)系(xi)。如果不(bu)考慮這兩種情況，則(ze)可用圖(tu)3-26來表示擠壓速(su)度(du)和擠壓力鋼管擠壓時的(de)金(jin)屬流動及變形力的(de)確定(ding)之間(jian)(jian)的(de)基本關(guan)系(xi)。
擠(ji)壓機在某一(yi)定(ding)的擠(ji)壓力以下，不能進行(xing)擠(ji)壓，并處于停止狀態(tai)。從(cong)這一(yi)點起的整(zheng)個曲線很(hen)(hen)平坦，很(hen)(hen)小的擠(ji)壓力變化已經足(zu)夠使(shi)擠(ji)壓速度變化很(hen)(hen)大。
在(zai)(zai)(zai)(zai)擠壓開始時，首(shou)先必須在(zai)(zai)(zai)(zai)擠壓坯料中形成(cheng)“金屬流線”，在(zai)(zai)(zai)(zai)此瞬間內，擠壓桿幾乎完(wan)全處于停止。當擠壓銅和青銅時，這個時間一(yi)般在(zai)(zai)(zai)(zai)1.5~2.0s.而(er)在(zai)(zai)(zai)(zai)擠壓難擠壓的高合金時，這個時間在(zai)(zai)(zai)(zai)2s以下，但在(zai)(zai)(zai)(zai)特殊情況下可(ke)能大(da)大(da)超過2秒。
在擠(ji)壓桿停(ting)止的時間(jian)內，由于節(jie)流閥打開，活塞泵在運轉，所以擠(ji)壓缸壓縮體(ti)積增加，壓力(li)很快上升(sheng)。只要擠(ji)壓件金屬(shu)開始流動，壓力(li)就(jiu)突(tu)然下(xia)降(jiang)，因此，在擠(ji)壓開始時總是出現劇烈的壓力(li)峰(feng)值(zhi)。
