無潤滑(hua)擠壓(ya)時(shi)，很難(nan)用(yong)一個公式表示擠壓(ya)時(shi)所需(xu)要的力；而在一定溫度下，使用(yong)潤滑(hua)劑擠壓(ya)某種金(jin)屬所需(xu)要的力，卻可以由理論公式表示，并且由實驗所證(zheng)實。
將變(bian)形金屬壞料加熱(re)到適(shi)當的(de)溫度，放(fang)置在(zai)一(yi)(yi)個高(gao)壓(ya)鋼(gang)制圓筒形的(de)密封(feng)容器(qi)（擠(ji)(ji)壓(ya)筒）內，密封(feng)容器(qi)的(de)一(yi)(yi)端(duan)由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)模封(feng)閉，模孔的(de)面積即為所要(yao)求得到的(de)制品的(de)斷面。 擠(ji)(ji)壓(ya)筒的(de)另(ling)一(yi)(yi)端(duan)由(you)活塞（擠(ji)(ji)壓(ya)桿）密封(feng)。擠(ji)(ji)壓(ya)桿可以在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)筒內移動，擠(ji)(ji)壓(ya)金屬并(bing)使之變(bian)形。擠(ji)(ji)壓(ya)桿裝置在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)機的(de)主柱塞上，并(bing)由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)機提(ti)供足夠的(de)壓(ya)力。
擠壓不銹鋼(gang)管(guan)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)大(da)小主要取決于材(cai)料(liao)的(de)變形抗力、潤(run)滑劑以(yi)及擠(ji)壓過程工藝參數的(de)選擇(ze)。
1. 擠壓(ya)力(li)大小的表示
設F為(wei)(wei)在一個半(ban)徑為(wei)(wei)R的(de)擠(ji)壓筒中擠(ji)壓長度為(wei)(wei)L的(de)坯料時(shi)所需要的(de)總(zong)力。一段厚度為(wei)(wei)dl的(de)金(jin)屬離開模子的(de)距離為(wei)(wei)ι; f為(wei)(wei)擠(ji)壓時(shi)金(jin)屬與擠(ji)壓筒之間(jian)的(de)摩(mo)擦系數(shu)，則：
西(xi)拜勒氏認為，進行一次變(bian)(bian)(bian)(bian)形所需要的力等(deng)于斷(duan)面上(shang)的變(bian)(bian)(bian)(bian)形和變(bian)(bian)(bian)(bian)形總阻力的乘積。所指變(bian)(bian)(bian)(bian)形即為變(bian)(bian)(bian)(bian)形材料(liao)的原(yuan)始斷(duan)面與最終斷(duan)面之間的自(zi)然(ran)對數比(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)用一般的潤(run)滑劑時，摩擦系(xi)數(shu)為(wei)f=0.05,而(er)有色金(jin)屬不同潤(run)滑劑擠壓時，摩擦系(xi)數(shu)為(wei)f=0.12。
各(ge)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)及(ji)合金(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)阻力如圖3-19所(suo)示。在不同的(de)(de)溫(wen)度下擠(ji)壓金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)及(ji)合金(jin)(jin)(jin)(jin)時(shi)，擠(ji)壓力隨(sui)溫(wen)度的(de)(de)變(bian)化而(er)增減。用式(shi)(shi)（3-3)、式(shi)(shi)（3-4)可以(yi)算出(chu)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)和合金(jin)(jin)(jin)(jin)在不同擠(ji)壓溫(wen)度下的(de)(de)變(bian)形(xing)(xing)阻力。因此，對每一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)(shu)和合金(jin)(jin)(jin)(jin)都可以(yi)畫出(chu)一(yi)條(tiao)表示溫(wen)度與變(bian)形(xing)(xing)阻力的(de)(de)關系曲線(xian)。在擠(ji)壓溫(wen)度范圍內(nei)，這些曲線(xian)都是直線(xian)。
上述(shu)變(bian)形阻力值(zhi)(zhi)是應用擠壓力公式計算出(chu)來的(de)。可以發現，在這種已得(de)到(dao)(dao)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)及(ji)各種高(gao)溫阻力試驗(yan)（蠕變(bian)試驗(yan)、高(gao)溫抗壓強度試驗(yan)）中所得(de)到(dao)(dao)的(de)數(shu)值(zhi)(zhi)之間存(cun)在著一個簡單的(de)關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實(shi)際上p值(zhi)位于400~1200MPa,此可作為(wei)參考。擠(ji)壓(ya)機(ji)的(de)比壓(ya)p值(zhi)的(de)高低取決于擠(ji)壓(ya)筒(tong)的(de)直徑(jing)(jing)。如果所選擇的(de)直徑(jing)(jing)過大(da)，比壓(ya)就(jiu)很低，不能(neng)得(de)到足(zu)夠(gou)的(de)力來完(wan)成操作；如果相反，所選擇的(de)擠(ji)壓(ya)筒(tong)直徑(jing)(jing)太(tai)小，擠(ji)壓(ya)簡就(jiu)有變形或因不能(neng)承(cheng)受太(tai)大(da)的(de)壓(ya)力而(er)破裂(lie)的(de)危險，還有可能(neng)使擠(ji)壓(ya)桿(gan)彎折。
圖2-3已(yi)經指(zhi)出，在不(bu)同的(de)(de)擠(ji)壓機壓力下，應該使用(yong)的(de)(de)最大及(ji)最小擠(ji)壓筒的(de)(de)尺寸(cun)，以及(ji)最通常的(de)(de)操作所(suo)使用(yong)的(de)(de)擠(ji)壓筒直(zhi)徑(jing)。
圖2-4也表明，金屬的(de)變形阻(zu)(zu)力與變形可能(neng)性(xing)（擠壓比）之間的(de)關系(xi)。式（3-1)和式（3-2)還指出，金屬的(de)變形阻(zu)(zu)力越(yue)高，則變形的(de)可能(neng)性(xing)越(yue)小。
假設摩(mo)擦力可以忽略不計，即 f=0 , 則(ze)公式如下：
圖2-4 的(de)曲線是以 p=400~600~1200MPa繪(hui)制(zhi)的(de)。由圖2-4 可(ke)以看(kan)出，由于碳(tan)素鋼的(de)變(bian)形抗力很低(di)，其(qi)擠(ji)壓(ya)變(bian)形的(de)可(ke)能(neng)(neng)(neng)性(xing)很大。作為試驗數據(ju)，可(ke)能(neng)(neng)(neng)以擠(ji)壓(ya)比μ=225進行(xing)擠(ji)壓(ya)加工，即可(ke)用(yong)直(zhi)(zhi)徑為Φ120mm的(de)圓坯料(liao)直(zhi)(zhi)接擠(ji)壓(ya)成ф10mm×5mm的(de)扁鋼。而相(xiang)反，耐熱鋼的(de)變(bian)形可(ke)能(neng)(neng)(neng)性(xing)則小得(de)多。如尼(ni)莫尼(ni)克難熔合金(jin)，無論使(shi)用(yong)什么樣的(de)擠(ji)壓(ya)機都不可(ke)能(neng)(neng)(neng)在(zai)一道次(ci)擠(ji)壓(ya)工序中，使(shi)其(qi)延(yan)伸系數能(neng)(neng)(neng)夠超過μ=80。
從以上擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)公式可(ke)以預見，如果按照(zhao)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿的進程(cheng)測繪擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)所(suo)(suo)需(xu)要的力(li)，則曲(qu)線(xian)將有如圖3-20所(suo)(suo)示(shi)的形狀。圖3-20(a)所(suo)(suo)示(shi)為不使用潤滑劑時(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)與坯料長度的關系。當擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)開始時(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)很高(gao)，隨著操作的進行(xing)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不斷(duan)地減小，當擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)結(jie)束時(shi)，此力(li)只(zhi)相當于無(wu)摩擦(ca)變形時(shi)所(suo)(suo)需(xu)要的力(li)。
圖3-20(b)所(suo)示為使用潤(run)滑(hua)劑擠壓(ya)時(shi)(shi)，擠壓(ya)力(li)與坯料長(chang)度的(de)關系(xi)。摩(mo)擦(ca)系(xi)數(shu)(shu)值f的(de)高低決(jue)定于(yu)所(suo)使用的(de)潤(run)滑(hua)劑的(de)質量，當(dang)選用適當(dang)的(de)玻璃(li)潤(run)滑(hua)劑時(shi)(shi)，可使摩(mo)擦(ca)系(xi)數(shu)(shu)值f很小，操作(zuo)開始時(shi)(shi)就(jiu)沒(mei)有(you)頂(ding)峰壓(ya)力(li)。
圖3-20(c)所示(shi)為使用潤滑劑慢速(su)擠(ji)壓(ya)(ya)時，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)與坯(pi)料(liao)長度的(de)(de)關系。當(dang)緩慢地進行擠(ji)壓(ya)(ya)時，精確地記(ji)錄擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)，可(ke)以(yi)發現在擠(ji)壓(ya)(ya)過程中，壓(ya)(ya)力(li)有所上升，這(zhe)是由于操(cao)作過程中擠(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料(liao)的(de)(de)冷卻，導致變形(xing)抗力(li)增加，于是總(zong)的(de)(de)擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)隨(sui)著操(cao)作的(de)(de)進行而增加。
最后，如果采用不適當的(de)(de)潤滑劑慢速(su)擠(ji)壓時(shi)，所(suo)(suo)需要(yao)的(de)(de)擠(ji)壓力與坯料長(chang)度的(de)(de)關系曲線將會(hui)出現兩個峰(feng)值壓力，即操(cao)作開始時(shi)和擠(ji)壓結束(shu)時(shi)的(de)(de)頂峰(feng)壓力。而因坯料冷卻(que)所(suo)(suo)引起的(de)(de)阻力升高(gao)，并(bing)未因摩擦的(de)(de)減小而抵消。
2. 擠壓(ya)過(guo)程中(zhong)擠壓(ya)力的變化
擠壓(ya)(ya)開始和(he)擠壓(ya)(ya)過程中的擠壓(ya)(ya)力，取決于坯料的化學成分、加熱溫度(du)(du)、切(qie)斷擠壓(ya)(ya)速度(du)(du)、工模具溫度(du)(du)、潤滑劑和(he)坯料長度(du)(du)以(yi)及擠壓(ya)(ya)方法和(he)擠壓(ya)(ya)模形狀等一系(xi)列(lie)的因素。
不(bu)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(tu)3-21中，橫坐標表示(shi)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿頭部對坯料前端的距離。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)開始(shi)時，由于(yu)首先在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)件(jian)上形成金(jin)屬流線，出現擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力迅速(su)上升。在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)末(mo)期，由于(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿移(yi)近擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)模前端的“死區”，而(er)對于(yu)“死區”則(ze)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力不足，所以壓(ya)(ya)力再次上升。如果(guo)此時擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)不切(qie)斷（關(guan)機(ji)），則(ze)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿就(jiu)會被制動，液(ye)壓(ya)(ya)系統的壓(ya)(ya)力上升到額定壓(ya)(ya)力。
A 坯料裝(zhuang)入溫(wen)度(du)和擠(ji)壓筒溫(wen)度(du)的響
擠(ji)壓(ya)力隨著坯料的(de)裝(zhuang)入溫度(du)的(de)下降而上(shang)升，對擠(ji)壓(ya)筒溫度(du)的(de)關系也相同(tong)。
如圖3-21所示，只(zhi)是(shi)(shi)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力變得更大(da)。但是(shi)(shi)，擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)程中(zhong)，由變形功傳給擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)坯(pi)料的(de)(de)熱(re)(re)量比從(cong)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)筒放(fang)出的(de)(de)熱(re)(re)量是(shi)(shi)大(da)或是(shi)(shi)小，對(dui)于壓(ya)(ya)(ya)(ya)力曲線有很大(da)的(de)(de)影響。如果輸(shu)入的(de)(de)熱(re)(re)量比放(fang)出的(de)(de)熱(re)(re)量大(da)，則(ze)由于擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)坯(pi)料的(de)(de)溫度上升(sheng)(sheng)，變形抗(kang)力下降，因而擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)程中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力減小（圖3-22).如果從(cong)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)筒放(fang)出的(de)(de)熱(re)(re)量大(da)于變形熱(re)(re)，則(ze)關系(xi)曲線相反，在擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)過(guo)程中(zhong)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力上升(sheng)(sheng)（圖3-23)。
B 擠壓速度的影響
為(wei)(wei)了提高擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度需要(yao)加大擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)，為(wei)(wei)了降低擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度則(ze)需要(yao)減(jian)小擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)。如(ru)果在擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)過(guo)程(cheng)中，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度從v,變到v2,則(ze)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)隨坯料長度變化(hua)的曲線如(ru)圖3-24所(suo)示。
在每一擠壓(ya)過(guo)程(cheng)中，通過(guo)調(diao)節，可使擠壓(ya)速度保持在恒定值。
由于擠壓時間不(bu)同，因而壓力曲線長度(du)的不(bu)同是由于擠壓速度(du)不(bu)同所(suo)致，如圖3-24和圖3-25所(suo)示。
a. 在(zai)20~25mm/s速度(du)情況(kuang)下，隨坯(pi)料(liao)長度(du)而變化的(de)擠(ji)壓力下降，并在(zai)擠(ji)壓到一(yi)大半坯(pi)料(liao)長度(du)后，擠(ji)壓力變得(de)最(zui)小(xiao)。
b. 在(zai)10~15mm/s速度時，擠(ji)壓力隨坯料長度變化保持不變。
在恒(heng)定(ding)的(de)速度下擠壓時(shi)，擠壓力(li)能以1:2的(de)比(bi)例變(bian)化，這是因為坯(pi)料裝(zhuang)入溫(wen)度、擠壓筒溫(wen)度和(he)變(bian)形熱(re)綜合影響(xiang)的(de)結果。
在擠(ji)壓(ya)開始和(he)擠(ji)壓(ya)結束這兩(liang)(liang)種(zhong)工作條件下，擠(ji)壓(ya)力和(he)擠(ji)壓(ya)速(su)度之(zhi)間并(bing)不存在單(dan)一的關系(xi)。如果不考慮(lv)這兩(liang)(liang)種(zhong)情況，則(ze)可用圖(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(shi)的金屬流(liu)動(dong)及變(bian)形力的確定之(zhi)間的基本關系(xi)。
擠(ji)壓(ya)(ya)機在某一(yi)定的擠(ji)壓(ya)(ya)力以下，不能進(jin)行擠(ji)壓(ya)(ya)，并(bing)處(chu)于停止狀態。從這一(yi)點(dian)起的整(zheng)個曲線很(hen)平坦，很(hen)小(xiao)的擠(ji)壓(ya)(ya)力變化已(yi)經足夠使擠(ji)壓(ya)(ya)速(su)度(du)變化很(hen)大。
在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)開始(shi)時(shi)，首先必須在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)坯料中形成(cheng)“金屬流線”，在(zai)此瞬間(jian)(jian)(jian)內(nei)，擠(ji)壓(ya)(ya)桿幾乎完全處于停(ting)止。當擠(ji)壓(ya)(ya)銅(tong)和青銅(tong)時(shi)，這(zhe)(zhe)個(ge)時(shi)間(jian)(jian)(jian)一般在(zai)1.5~2.0s.而在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)難擠(ji)壓(ya)(ya)的(de)高合(he)金時(shi)，這(zhe)(zhe)個(ge)時(shi)間(jian)(jian)(jian)在(zai)2s以下，但(dan)在(zai)特殊情況下可能(neng)大大超過(guo)2秒。
在(zai)(zai)擠壓(ya)桿停止的時間(jian)內，由(you)于節(jie)流閥打開，活塞泵在(zai)(zai)運轉，所以擠壓(ya)缸(gang)壓(ya)縮體積增加，壓(ya)力(li)很快上(shang)升。只要(yao)擠壓(ya)件金屬開始流動(dong)，壓(ya)力(li)就突然下降(jiang)，因此，在(zai)(zai)擠壓(ya)開始時總(zong)是出現劇烈的壓(ya)力(li)峰值(zhi)。
