無(wu)潤(run)滑擠(ji)壓(ya)時，很(hen)難用一(yi)個公(gong)(gong)式表示擠(ji)壓(ya)時所(suo)需要的力(li)；而(er)在一(yi)定(ding)溫度下，使用潤(run)滑劑擠(ji)壓(ya)某種(zhong)金屬所(suo)需要的力(li)，卻可(ke)以由理論公(gong)(gong)式表示，并且(qie)由實驗所(suo)證實。
將(jiang)變形(xing)金屬(shu)(shu)壞料加(jia)熱到(dao)適當的溫度，放置(zhi)在一個高(gao)壓(ya)(ya)(ya)鋼制(zhi)圓筒(tong)形(xing)的密封(feng)容(rong)器（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)）內(nei)，密封(feng)容(rong)器的一端由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)模(mo)封(feng)閉，模(mo)孔的面(mian)積即為(wei)所要求得(de)到(dao)的制(zhi)品(pin)的斷(duan)面(mian)。 擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的另一端由(you)活塞（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)）密封(feng)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)可以在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)內(nei)移(yi)動(dong)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)金屬(shu)(shu)并使之變形(xing)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)裝置(zhi)在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機的主柱塞上，并由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機提(ti)供足夠的壓(ya)(ya)(ya)力。
擠壓不銹(xiu)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)的大小(xiao)主(zhu)要取決于材(cai)料的變(bian)形抗力(li)、潤滑劑以及擠(ji)壓過(guo)程工藝參數的選擇。
1. 擠壓力大小(xiao)的表(biao)示
設F為(wei)(wei)在一個半徑為(wei)(wei)R的(de)(de)擠壓筒中擠壓長度為(wei)(wei)L的(de)(de)坯料時所需(xu)要的(de)(de)總(zong)力。一段厚(hou)度為(wei)(wei)dl的(de)(de)金屬(shu)離(li)開模子的(de)(de)距(ju)離(li)為(wei)(wei)ι; f為(wei)(wei)擠壓時金屬(shu)與擠壓筒之間(jian)的(de)(de)摩擦(ca)系數(shu)，則：
西拜(bai)勒氏(shi)認(ren)為，進行一(yi)次變形所需要的(de)(de)(de)力等于斷(duan)面(mian)上的(de)(de)(de)變形和變形總阻力的(de)(de)(de)乘積。所指變形即(ji)為變形材料的(de)(de)(de)原始(shi)斷(duan)面(mian)與最終斷(duan)面(mian)之(zhi)間的(de)(de)(de)自然對數(shu)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(yi)般的(de)潤(run)滑劑(ji)時，摩擦(ca)系數(shu)為f=0.05,而有色金屬不同潤(run)滑劑(ji)擠壓時，摩擦(ca)系數(shu)為f=0.12。
各種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)及合(he)金(jin)(jin)的(de)變形(xing)阻(zu)力(li)如圖3-19所示(shi)。在不同的(de)溫(wen)度(du)(du)下擠(ji)壓(ya)(ya)金(jin)(jin)屬(shu)及合(he)金(jin)(jin)時，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)隨溫(wen)度(du)(du)的(de)變化而增減。用式(shi)（3-3)、式(shi)（3-4)可以算出(chu)金(jin)(jin)屬(shu)和合(he)金(jin)(jin)在不同擠(ji)壓(ya)(ya)溫(wen)度(du)(du)下的(de)變形(xing)阻(zu)力(li)。因(yin)此，對(dui)每一種(zhong)金(jin)(jin)屬(shu)和合(he)金(jin)(jin)都可以畫出(chu)一條表示(shi)溫(wen)度(du)(du)與變形(xing)阻(zu)力(li)的(de)關(guan)系曲(qu)線。在擠(ji)壓(ya)(ya)溫(wen)度(du)(du)范圍內，這些曲(qu)線都是直線。
上述變形(xing)阻(zu)力(li)(li)值是應(ying)用擠壓(ya)力(li)(li)公式計(ji)算出(chu)來的(de)。可以(yi)發現，在這種已得(de)到的(de)數值及各種高(gao)溫(wen)阻(zu)力(li)(li)試驗（蠕變試驗、高(gao)溫(wen)抗壓(ya)強(qiang)度試驗）中所得(de)到的(de)數值之間存在著一個簡單(dan)的(de)關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際(ji)上p值位于400~1200MPa,此可作(zuo)為參(can)考。擠壓(ya)(ya)機的比壓(ya)(ya)p值的高(gao)低取決于擠壓(ya)(ya)筒的直徑。如果所選(xuan)擇的直徑過(guo)大，比壓(ya)(ya)就(jiu)很低，不能(neng)(neng)(neng)得(de)到足夠(gou)的力(li)來完成(cheng)操作(zuo)；如果相反，所選(xuan)擇的擠壓(ya)(ya)筒直徑太(tai)小，擠壓(ya)(ya)簡(jian)就(jiu)有變形或(huo)因不能(neng)(neng)(neng)承受太(tai)大的壓(ya)(ya)力(li)而破(po)裂的危(wei)險，還有可能(neng)(neng)(neng)使擠壓(ya)(ya)桿彎折(zhe)。
圖(tu)2-3已經指(zhi)出，在不同的擠(ji)壓(ya)(ya)機壓(ya)(ya)力下，應(ying)該使用的最(zui)大(da)及(ji)最(zui)小擠(ji)壓(ya)(ya)筒的尺(chi)寸(cun)，以及(ji)最(zui)通常(chang)的操作所使用的擠(ji)壓(ya)(ya)筒直徑。
圖2-4也表明，金(jin)(jin)屬的(de)(de)變(bian)形(xing)阻力與變(bian)形(xing)可(ke)能性（擠壓比）之間的(de)(de)關系。式(shi)（3-1)和式(shi)（3-2)還指出(chu)，金(jin)(jin)屬的(de)(de)變(bian)形(xing)阻力越(yue)高，則變(bian)形(xing)的(de)(de)可(ke)能性越(yue)小(xiao)。
假設摩擦力可以(yi)忽略不計，即 f=0 , 則公式如下：
圖2-4 的(de)(de)曲線是以 p=400~600~1200MPa繪制的(de)(de)。由(you)圖2-4 可(ke)以看出，由(you)于(yu)碳素鋼的(de)(de)變形(xing)抗力很低，其擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)變形(xing)的(de)(de)可(ke)能性很大。作為試(shi)驗(yan)數據，可(ke)能以擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)比μ=225進行擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)加工，即(ji)可(ke)用(yong)直徑為Φ120mm的(de)(de)圓(yuan)坯料直接(jie)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)成ф10mm×5mm的(de)(de)扁鋼。而相反，耐熱鋼的(de)(de)變形(xing)可(ke)能性則(ze)小(xiao)得多(duo)。如尼莫尼克(ke)難熔合金(jin)，無論使用(yong)什么樣的(de)(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)都不(bu)可(ke)能在一道(dao)次擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)工序中(zhong)，使其延伸系數能夠超過μ=80。
從以上擠壓公式可以預(yu)見，如(ru)果按照擠壓桿的(de)進(jin)程測繪(hui)擠壓所(suo)需要的(de)力(li)(li)，則曲(qu)線將(jiang)有如(ru)圖3-20所(suo)示的(de)形狀。圖3-20(a)所(suo)示為不使用潤滑(hua)劑時，擠壓力(li)(li)與坯料長(chang)度的(de)關(guan)系。當擠壓開始時，擠壓力(li)(li)很(hen)高，隨著操作(zuo)的(de)進(jin)行，擠壓力(li)(li)不斷地減小，當擠壓結束時，此力(li)(li)只相當于(yu)無摩擦變形時所(suo)需要的(de)力(li)(li)。
圖(tu)3-20(b)所示為使(shi)用(yong)(yong)潤(run)(run)滑(hua)劑擠壓(ya)時(shi)(shi)，擠壓(ya)力(li)與坯料(liao)長度的(de)關系(xi)。摩擦(ca)系(xi)數(shu)值(zhi)f的(de)高低決定于所使(shi)用(yong)(yong)的(de)潤(run)(run)滑(hua)劑的(de)質量，當選用(yong)(yong)適當的(de)玻璃潤(run)(run)滑(hua)劑時(shi)(shi)，可使(shi)摩擦(ca)系(xi)數(shu)值(zhi)f很小，操(cao)作開始(shi)時(shi)(shi)就(jiu)沒有頂峰壓(ya)力(li)。
圖3-20(c)所示為使用潤滑劑慢(man)速擠壓(ya)時(shi)，擠壓(ya)力(li)與坯料(liao)長度的關系。當緩慢(man)地(di)進行擠壓(ya)時(shi)，精確地(di)記錄擠壓(ya)力(li)，可以發現在擠壓(ya)過程中，壓(ya)力(li)有(you)所上(shang)升，這是由于(yu)操(cao)作(zuo)(zuo)過程中擠壓(ya)坯料(liao)的冷卻，導致變形抗力(li)增加，于(yu)是總的擠壓(ya)力(li)隨著操(cao)作(zuo)(zuo)的進行而增加。
最后(hou)，如果采(cai)用(yong)不適當的(de)(de)潤滑劑慢速擠壓(ya)時(shi)，所需要的(de)(de)擠壓(ya)力與坯(pi)(pi)料(liao)長度的(de)(de)關系曲線將會出現(xian)兩個峰值壓(ya)力，即(ji)操作開始時(shi)和擠壓(ya)結束時(shi)的(de)(de)頂(ding)峰壓(ya)力。而(er)因坯(pi)(pi)料(liao)冷卻(que)所引起的(de)(de)阻(zu)力升高，并未因摩擦的(de)(de)減小(xiao)而(er)抵消(xiao)。
2. 擠壓過(guo)程(cheng)中擠壓力的變化
擠(ji)壓(ya)(ya)開(kai)始和擠(ji)壓(ya)(ya)過程(cheng)中的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)力，取決于坯料的(de)化學成(cheng)分、加熱溫(wen)度、切斷擠(ji)壓(ya)(ya)速度、工模(mo)具溫(wen)度、潤滑(hua)劑(ji)和坯料長度以及擠(ji)壓(ya)(ya)方(fang)法和擠(ji)壓(ya)(ya)模(mo)形狀等(deng)一系(xi)列的(de)因素。
不銹鋼(gang)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(shi)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿頭部對坯料前端(duan)的距離。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)開始時，由于(yu)首先在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)件上(shang)(shang)形成金屬(shu)流線，出現擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)迅速上(shang)(shang)升(sheng)。在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)末期，由于(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿移(yi)近擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)模前端(duan)的“死(si)區(qu)(qu)”，而(er)對于(yu)“死(si)區(qu)(qu)”則(ze)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)不足，所以(yi)壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)再次上(shang)(shang)升(sheng)。如果此時擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)機(ji)不切斷（關機(ji)），則(ze)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿就會被制動(dong)，液壓(ya)(ya)系(xi)統的壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)上(shang)(shang)升(sheng)到(dao)額定壓(ya)(ya)力(li)(li)(li)。
A 坯料裝入(ru)溫度和(he)擠(ji)壓筒溫度的響
擠壓力(li)隨著坯料的(de)裝入溫(wen)度(du)的(de)下降而上(shang)升(sheng)，對擠壓筒溫(wen)度(du)的(de)關系(xi)也相同。
如圖3-21所示(shi)，只是擠(ji)(ji)壓力(li)(li)變(bian)(bian)得更大(da)(da)。但是，擠(ji)(ji)壓過程中(zhong)，由變(bian)(bian)形(xing)功傳給擠(ji)(ji)壓坯料(liao)的(de)熱量(liang)(liang)比(bi)從擠(ji)(ji)壓筒(tong)放出的(de)熱量(liang)(liang)是大(da)(da)或是小，對于壓力(li)(li)曲線(xian)有(you)很大(da)(da)的(de)影響(xiang)。如果(guo)輸入的(de)熱量(liang)(liang)比(bi)放出的(de)熱量(liang)(liang)大(da)(da)，則由于擠(ji)(ji)壓坯料(liao)的(de)溫度上升(sheng)，變(bian)(bian)形(xing)抗力(li)(li)下降，因(yin)而擠(ji)(ji)壓過程中(zhong)壓力(li)(li)減(jian)小（圖3-22).如果(guo)從擠(ji)(ji)壓筒(tong)放出的(de)熱量(liang)(liang)大(da)(da)于變(bian)(bian)形(xing)熱，則關系曲線(xian)相反，在(zai)擠(ji)(ji)壓過程中(zhong)壓力(li)(li)上升(sheng)（圖3-23)。
B 擠(ji)壓速度的影響
為了(le)提高擠(ji)(ji)壓(ya)速度需(xu)要加大擠(ji)(ji)壓(ya)力，為了(le)降低擠(ji)(ji)壓(ya)速度則需(xu)要減小擠(ji)(ji)壓(ya)力。如果在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)過程中，擠(ji)(ji)壓(ya)速度從v,變到v2,則擠(ji)(ji)壓(ya)力隨坯料長度變化的曲(qu)線如圖3-24所示。
在(zai)每一(yi)擠(ji)壓(ya)過(guo)程中，通(tong)過(guo)調節，可(ke)使擠(ji)壓(ya)速度保(bao)持在(zai)恒定值。
由(you)于(yu)擠壓(ya)時間不(bu)同，因而壓(ya)力(li)曲線長度的不(bu)同是由(you)于(yu)擠壓(ya)速度不(bu)同所致(zhi)，如圖3-24和圖3-25所示。
a. 在20~25mm/s速度(du)情(qing)況(kuang)下，隨(sui)坯料長度(du)而變化的擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)下降(jiang)，并在擠(ji)(ji)壓(ya)到一大(da)半坯料長度(du)后，擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)變得(de)最小。
b. 在10~15mm/s速(su)度時(shi)，擠壓力隨(sui)坯料長度變化保持不變。
在恒定的速度下(xia)擠壓時，擠壓力能以1:2的比(bi)例變化(hua)，這是(shi)因為坯料(liao)裝入溫(wen)度、擠壓筒溫(wen)度和變形熱(re)綜合影響(xiang)的結果。
在擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓開始和(he)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓結束這兩種(zhong)工作(zuo)條件(jian)下，擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓力和(he)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓速度之(zhi)間(jian)并(bing)不存(cun)在單(dan)一(yi)的(de)(de)關(guan)系(xi)。如果不考(kao)慮這兩種(zhong)情況(kuang)，則可用(yong)圖3-26來(lai)表示擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓速度和(he)擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓力鋼管擠(ji)(ji)(ji)(ji)壓時的(de)(de)金(jin)屬流動及變形力的(de)(de)確定之(zhi)間(jian)的(de)(de)基本(ben)關(guan)系(xi)。
擠(ji)壓機(ji)在某(mou)一定的擠(ji)壓力以下，不能進(jin)行擠(ji)壓，并處于停止狀態。從這一點(dian)起(qi)的整個(ge)曲線很(hen)平(ping)坦，很(hen)小的擠(ji)壓力變化已經足夠使擠(ji)壓速度(du)變化很(hen)大。
在(zai)(zai)擠(ji)壓開始時(shi)，首先必須在(zai)(zai)擠(ji)壓坯料中形成“金屬流線(xian)”，在(zai)(zai)此(ci)瞬間內，擠(ji)壓桿(gan)幾乎完全處(chu)于停止。當擠(ji)壓銅和(he)青銅時(shi)，這個(ge)時(shi)間一般在(zai)(zai)1.5~2.0s.而在(zai)(zai)擠(ji)壓難擠(ji)壓的(de)高合金時(shi)，這個(ge)時(shi)間在(zai)(zai)2s以下，但在(zai)(zai)特(te)殊(shu)情況下可能(neng)大大超過2秒。
在(zai)(zai)擠(ji)壓(ya)桿停止的時(shi)間內，由于節(jie)流閥打開，活塞(sai)泵在(zai)(zai)運轉，所(suo)以擠(ji)壓(ya)缸壓(ya)縮體(ti)積(ji)增加，壓(ya)力(li)很(hen)快(kuai)上升。只要擠(ji)壓(ya)件金屬開始(shi)流動(dong)，壓(ya)力(li)就突然下降(jiang)，因此，在(zai)(zai)擠(ji)壓(ya)開始(shi)時(shi)總是出現劇烈的壓(ya)力(li)峰值。
