無潤滑(hua)擠(ji)壓時，很難用(yong)一個公式表(biao)示擠(ji)壓時所(suo)需(xu)要的(de)力(li)；而(er)在一定溫度下，使(shi)用(yong)潤滑(hua)劑擠(ji)壓某種金屬(shu)所(suo)需(xu)要的(de)力(li)，卻可(ke)以由理論公式表(biao)示，并(bing)且由實驗(yan)所(suo)證實。
將變形(xing)金屬壞料加熱到(dao)(dao)適當的(de)溫度，放置在(zai)(zai)一(yi)(yi)(yi)個高壓(ya)(ya)(ya)鋼(gang)制圓(yuan)筒(tong)形(xing)的(de)密(mi)(mi)封(feng)容器(qi)（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)）內(nei)(nei)，密(mi)(mi)封(feng)容器(qi)的(de)一(yi)(yi)(yi)端由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)模(mo)封(feng)閉(bi)，模(mo)孔的(de)面積(ji)即為所要求得到(dao)(dao)的(de)制品(pin)的(de)斷面。 擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的(de)另一(yi)(yi)(yi)端由(you)活塞（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)）密(mi)(mi)封(feng)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)可以在(zai)(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)內(nei)(nei)移動，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)金屬并使(shi)之變形(xing)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)裝置在(zai)(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)的(de)主柱塞上，并由(you)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)提供足夠的(de)壓(ya)(ya)(ya)力。
擠壓(ya)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。
擠壓力(li)的(de)大小主要(yao)取決于材料的(de)變形抗(kang)力(li)、潤滑(hua)劑以及擠壓過程工藝(yi)參數的(de)選擇(ze)。
1. 擠壓力大小的(de)表示
設F為在一個半(ban)徑為R的擠(ji)壓筒中擠(ji)壓長度為L的坯料時所需要的總力。一段厚度為dl的金屬(shu)離(li)(li)開模子的距離(li)(li)為ι; f為擠(ji)壓時金屬(shu)與(yu)擠(ji)壓筒之間的摩擦系數，則(ze)：
西拜勒氏認為，進行一次(ci)變(bian)形所需要的力等(deng)于斷(duan)面上的變(bian)形和(he)變(bian)形總阻力的乘積。所指變(bian)形即為變(bian)形材料(liao)的原始斷(duan)面與(yu)最終斷(duan)面之間(jian)的自然對數比例。
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)潤滑劑時，摩擦系數為(wei)f=0.05,而有色金屬(shu)不同潤滑劑擠壓時，摩擦系數為(wei)f=0.12。
各種(zhong)金(jin)(jin)屬及合(he)金(jin)(jin)的變形阻(zu)力(li)如圖3-19所示(shi)。在不同的溫度(du)下(xia)擠(ji)壓(ya)金(jin)(jin)屬及合(he)金(jin)(jin)時，擠(ji)壓(ya)力(li)隨溫度(du)的變化而增減。用式(shi)(shi)（3-3)、式(shi)(shi)（3-4)可以(yi)算出金(jin)(jin)屬和合(he)金(jin)(jin)在不同擠(ji)壓(ya)溫度(du)下(xia)的變形阻(zu)力(li)。因此，對每一種(zhong)金(jin)(jin)屬和合(he)金(jin)(jin)都可以(yi)畫出一條(tiao)表示(shi)溫度(du)與變形阻(zu)力(li)的關系(xi)曲(qu)線。在擠(ji)壓(ya)溫度(du)范圍內(nei)，這些曲(qu)線都是直線。
上述變形阻力(li)值(zhi)是應(ying)用擠壓力(li)公式計算(suan)出來的(de)。可以發現，在這種(zhong)已得(de)到(dao)的(de)數值(zhi)及各(ge)種(zhong)高溫阻力(li)試驗(yan)（蠕變試驗(yan)、高溫抗壓強度(du)試驗(yan)）中所得(de)到(dao)的(de)數值(zhi)之(zhi)間(jian)存在著一個簡(jian)單的(de)關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際上(shang)p值(zhi)位于400~1200MPa,此可作(zuo)為參考。擠(ji)壓(ya)機的比壓(ya)p值(zhi)的高(gao)低(di)取(qu)決于擠(ji)壓(ya)筒(tong)的直徑(jing)。如(ru)果所選(xuan)擇的直徑(jing)過大(da)，比壓(ya)就很低(di)，不能得到足夠的力來完(wan)成(cheng)操作(zuo)；如(ru)果相反，所選(xuan)擇的擠(ji)壓(ya)筒(tong)直徑(jing)太小，擠(ji)壓(ya)簡就有(you)變形或因不能承受太大(da)的壓(ya)力而破裂的危(wei)險，還有(you)可能使(shi)擠(ji)壓(ya)桿(gan)彎折。
圖2-3已(yi)經(jing)指出，在不(bu)同的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)機壓(ya)力下，應該使用(yong)的(de)最大及(ji)最小擠(ji)(ji)壓(ya)筒的(de)尺(chi)寸，以及(ji)最通常(chang)的(de)操作所(suo)使用(yong)的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)筒直(zhi)徑。
圖(tu)2-4也(ye)表明，金屬的(de)變形(xing)阻力與變形(xing)可能性（擠壓比）之間的(de)關系。式(shi)(shi)（3-1)和式(shi)(shi)（3-2)還指(zhi)出，金屬的(de)變形(xing)阻力越高，則變形(xing)的(de)可能性越小(xiao)。
假設摩擦力可以忽略不計，即 f=0 , 則公式如下：
圖(tu)2-4 的(de)(de)(de)(de)曲(qu)線(xian)是以(yi) p=400~600~1200MPa繪(hui)制的(de)(de)(de)(de)。由圖(tu)2-4 可以(yi)看出(chu)，由于碳(tan)素鋼的(de)(de)(de)(de)變形抗力很低(di)，其擠(ji)壓(ya)變形的(de)(de)(de)(de)可能(neng)(neng)性很大。作為(wei)試驗(yan)數據，可能(neng)(neng)以(yi)擠(ji)壓(ya)比μ=225進行擠(ji)壓(ya)加工，即可用直徑(jing)為(wei)Φ120mm的(de)(de)(de)(de)圓坯(pi)料直接擠(ji)壓(ya)成(cheng)ф10mm×5mm的(de)(de)(de)(de)扁(bian)鋼。而相(xiang)反，耐熱鋼的(de)(de)(de)(de)變形可能(neng)(neng)性則(ze)小得(de)多。如尼(ni)莫尼(ni)克(ke)難熔(rong)合金，無論使用什(shen)么樣的(de)(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)機都不可能(neng)(neng)在(zai)一道次擠(ji)壓(ya)工序(xu)中，使其延(yan)伸系數能(neng)(neng)夠超過(guo)μ=80。
從(cong)以上(shang)擠(ji)壓公式可(ke)以預見，如(ru)果(guo)按照擠(ji)壓桿的(de)進(jin)程測繪擠(ji)壓所(suo)(suo)需要的(de)力(li)，則曲線(xian)將有如(ru)圖(tu)3-20所(suo)(suo)示(shi)的(de)形狀(zhuang)。圖(tu)3-20(a)所(suo)(suo)示(shi)為(wei)不(bu)使用潤滑劑(ji)時(shi)(shi)(shi)，擠(ji)壓力(li)與坯料(liao)長度(du)的(de)關系。當擠(ji)壓開始時(shi)(shi)(shi)，擠(ji)壓力(li)很(hen)高，隨著操(cao)作的(de)進(jin)行，擠(ji)壓力(li)不(bu)斷地減(jian)小，當擠(ji)壓結束時(shi)(shi)(shi)，此力(li)只(zhi)相(xiang)當于無摩(mo)擦變形時(shi)(shi)(shi)所(suo)(suo)需要的(de)力(li)。
圖(tu)3-20(b)所示為(wei)使(shi)用潤(run)滑劑(ji)擠(ji)壓時，擠(ji)壓力(li)與坯料長度(du)的關系。摩(mo)擦系數(shu)值(zhi)f的高(gao)低決定于所使(shi)用的潤(run)滑劑(ji)的質量，當選用適當的玻璃潤(run)滑劑(ji)時，可使(shi)摩(mo)擦系數(shu)值(zhi)f很小(xiao)，操(cao)作開(kai)始時就沒有(you)頂峰壓力(li)。
圖(tu)3-20(c)所示為使(shi)用潤滑(hua)劑(ji)慢速擠壓時(shi)，擠壓力(li)(li)與坯料(liao)長(chang)度的(de)(de)關系。當緩慢地(di)進(jin)行擠壓時(shi)，精確地(di)記錄擠壓力(li)(li)，可以發現在擠壓過(guo)程中(zhong)，壓力(li)(li)有所上升，這(zhe)是由(you)于操作過(guo)程中(zhong)擠壓坯料(liao)的(de)(de)冷卻(que)，導致變形抗力(li)(li)增(zeng)加(jia)，于是總的(de)(de)擠壓力(li)(li)隨(sui)著(zhu)操作的(de)(de)進(jin)行而增(zeng)加(jia)。
最后(hou)，如果采用不(bu)適當的(de)潤(run)滑劑(ji)慢速(su)擠壓(ya)(ya)時(shi)，所需要的(de)擠壓(ya)(ya)力(li)與坯料長度的(de)關(guan)系曲線將(jiang)會(hui)出現兩個峰值壓(ya)(ya)力(li)，即操(cao)作開始時(shi)和擠壓(ya)(ya)結束時(shi)的(de)頂(ding)峰壓(ya)(ya)力(li)。而因(yin)坯料冷卻所引(yin)起的(de)阻力(li)升(sheng)高，并未因(yin)摩(mo)擦的(de)減小而抵消。
2. 擠壓(ya)過程(cheng)中擠壓(ya)力的(de)變化
擠壓(ya)開始和(he)擠壓(ya)過程(cheng)中的(de)擠壓(ya)力，取決(jue)于坯(pi)料的(de)化學成分(fen)、加熱溫(wen)度(du)、切斷擠壓(ya)速度(du)、工模具溫(wen)度(du)、潤滑(hua)劑(ji)和(he)坯(pi)料長度(du)以及(ji)擠壓(ya)方法和(he)擠壓(ya)模形狀等一系列(lie)的(de)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(tu)3-21中，橫(heng)坐(zuo)標表示擠(ji)壓(ya)(ya)桿(gan)頭部(bu)對(dui)坯料前(qian)端的(de)距離。擠(ji)壓(ya)(ya)開始時(shi)，由于首(shou)先(xian)在擠(ji)壓(ya)(ya)件上(shang)形成金屬(shu)流線，出(chu)現擠(ji)壓(ya)(ya)力迅速上(shang)升。在擠(ji)壓(ya)(ya)末期，由于擠(ji)壓(ya)(ya)桿(gan)移(yi)近擠(ji)壓(ya)(ya)模前(qian)端的(de)“死(si)(si)區”，而對(dui)于“死(si)(si)區”則擠(ji)壓(ya)(ya)力不足(zu)，所以壓(ya)(ya)力再(zai)次上(shang)升。如果此時(shi)擠(ji)壓(ya)(ya)機不切斷（關機），則擠(ji)壓(ya)(ya)桿(gan)就會被制動，液壓(ya)(ya)系統的(de)壓(ya)(ya)力上(shang)升到額定壓(ya)(ya)力。
A 坯料裝(zhuang)入溫度和擠壓筒溫度的(de)響(xiang)
擠壓(ya)力隨著(zhu)坯料的(de)裝(zhuang)入溫度的(de)下降(jiang)而上升(sheng)，對擠壓(ya)筒溫度的(de)關(guan)系也相(xiang)同。
如(ru)(ru)圖3-21所示，只是擠(ji)壓(ya)力(li)變(bian)(bian)得更大(da)(da)。但是，擠(ji)壓(ya)過(guo)程(cheng)中，由(you)變(bian)(bian)形(xing)功傳給擠(ji)壓(ya)坯(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)比(bi)從(cong)擠(ji)壓(ya)筒放出的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)是大(da)(da)或是小(xiao)，對于壓(ya)力(li)曲線有很大(da)(da)的(de)(de)影(ying)響。如(ru)(ru)果輸入的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)比(bi)放出的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)大(da)(da)，則由(you)于擠(ji)壓(ya)坯(pi)料(liao)(liao)的(de)(de)溫度(du)上升(sheng)，變(bian)(bian)形(xing)抗力(li)下降(jiang)，因而(er)擠(ji)壓(ya)過(guo)程(cheng)中壓(ya)力(li)減小(xiao)（圖3-22).如(ru)(ru)果從(cong)擠(ji)壓(ya)筒放出的(de)(de)熱(re)(re)量(liang)大(da)(da)于變(bian)(bian)形(xing)熱(re)(re)，則關(guan)系曲線相反，在擠(ji)壓(ya)過(guo)程(cheng)中壓(ya)力(li)上升(sheng)（圖3-23)。
B 擠(ji)壓速(su)度的影響
為了(le)提高擠(ji)壓(ya)速(su)度(du)(du)需要(yao)加(jia)大擠(ji)壓(ya)力，為了(le)降低擠(ji)壓(ya)速(su)度(du)(du)則需要(yao)減(jian)小(xiao)擠(ji)壓(ya)力。如果在擠(ji)壓(ya)過程(cheng)中，擠(ji)壓(ya)速(su)度(du)(du)從v,變(bian)到v2,則擠(ji)壓(ya)力隨坯料長(chang)度(du)(du)變(bian)化(hua)的曲線如圖3-24所示(shi)。
在(zai)每一(yi)擠壓(ya)(ya)過程中，通過調節，可使擠壓(ya)(ya)速(su)度保持在(zai)恒(heng)定值(zhi)。
由于擠壓時間不(bu)同(tong)，因而(er)壓力曲線長度的不(bu)同(tong)是由于擠壓速度不(bu)同(tong)所致(zhi)，如圖3-24和(he)圖3-25所示(shi)。
a. 在20~25mm/s速度(du)情況(kuang)下，隨坯料(liao)長度(du)而(er)變化(hua)的擠(ji)(ji)壓(ya)力下降(jiang)，并在擠(ji)(ji)壓(ya)到一大半坯料(liao)長度(du)后，擠(ji)(ji)壓(ya)力變得最小。
b. 在10~15mm/s速度(du)時，擠壓力(li)隨坯料長度(du)變化保持不變。
在恒定的(de)速(su)度(du)下擠壓(ya)(ya)時，擠壓(ya)(ya)力能以1:2的(de)比例變化(hua)，這(zhe)是因為(wei)坯料裝入溫度(du)、擠壓(ya)(ya)筒溫度(du)和(he)變形熱綜合影(ying)響(xiang)的(de)結果。
在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)開始和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)結束(shu)這兩(liang)種工(gong)作條件(jian)下，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)速度之間(jian)并不存在(zai)單一的(de)關系(xi)(xi)。如果不考慮這兩(liang)種情況，則(ze)可用圖(tu)3-26來(lai)表示擠(ji)壓(ya)(ya)速度和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)鋼(gang)管擠(ji)壓(ya)(ya)時(shi)的(de)金(jin)屬流動及(ji)變形力(li)的(de)確(que)定之間(jian)的(de)基本關系(xi)(xi)。
擠壓機(ji)在某一定的(de)擠壓力(li)以(yi)下，不能進行(xing)擠壓，并處(chu)于(yu)停止(zhi)狀態。從這一點起的(de)整個曲線很平坦，很小的(de)擠壓力(li)變化已經足夠使擠壓速(su)度變化很大。
在(zai)(zai)(zai)擠(ji)壓開始時(shi)，首先必須在(zai)(zai)(zai)擠(ji)壓坯料中(zhong)形成“金屬流線(xian)”，在(zai)(zai)(zai)此(ci)瞬(shun)間(jian)內(nei)，擠(ji)壓桿幾乎完全處于停止。當(dang)擠(ji)壓銅和青銅時(shi)，這個時(shi)間(jian)一般在(zai)(zai)(zai)1.5~2.0s.而在(zai)(zai)(zai)擠(ji)壓難擠(ji)壓的高合金時(shi)，這個時(shi)間(jian)在(zai)(zai)(zai)2s以下，但在(zai)(zai)(zai)特殊情況下可能大大超過2秒。
在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿停止的時間內，由于節(jie)流閥(fa)打(da)開，活塞泵(beng)在(zai)運轉，所以擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)缸壓(ya)(ya)(ya)(ya)縮體(ti)積增加，壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)很快上(shang)升。只要擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)件金屬開始流動，壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)就突然下(xia)降(jiang)，因此，在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)開始時總(zong)是出現劇烈(lie)的壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)峰值。
