無潤滑(hua)擠壓(ya)時，很難用一(yi)個公式表示擠壓(ya)時所(suo)需(xu)要的(de)力；而在一(yi)定(ding)溫度下，使(shi)用潤滑(hua)劑擠壓(ya)某種金屬所(suo)需(xu)要的(de)力，卻可以由理(li)論公式表示，并(bing)且由實驗所(suo)證實。
將(jiang)變(bian)形金(jin)屬壞料(liao)加熱到適當的(de)(de)溫(wen)度，放置(zhi)在一個高壓(ya)(ya)(ya)鋼制圓筒形的(de)(de)密(mi)封(feng)(feng)容器（擠壓(ya)(ya)(ya)筒）內，密(mi)封(feng)(feng)容器的(de)(de)一端(duan)由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)模(mo)封(feng)(feng)閉，模(mo)孔的(de)(de)面(mian)積即(ji)為(wei)所要求得(de)到的(de)(de)制品的(de)(de)斷(duan)面(mian)。 擠壓(ya)(ya)(ya)筒的(de)(de)另(ling)一端(duan)由(you)活(huo)塞(sai)（擠壓(ya)(ya)(ya)桿）密(mi)封(feng)(feng)。擠壓(ya)(ya)(ya)桿可以在擠壓(ya)(ya)(ya)筒內移動，擠壓(ya)(ya)(ya)金(jin)屬并(bing)使之變(bian)形。擠壓(ya)(ya)(ya)桿裝(zhuang)置(zhi)在擠壓(ya)(ya)(ya)機的(de)(de)主柱塞(sai)上，并(bing)由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)機提(ti)供足(zu)夠的(de)(de)壓(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)力的(de)大小主要(yao)取決于材料的(de)變形抗力、潤滑劑以及擠壓(ya)過(guo)程工藝(yi)參數的(de)選擇。
1. 擠壓力大小的表示
設F為(wei)(wei)在一(yi)個半徑為(wei)(wei)R的(de)(de)(de)擠(ji)壓(ya)筒中擠(ji)壓(ya)長度為(wei)(wei)L的(de)(de)(de)坯料時(shi)所需要的(de)(de)(de)總力。一(yi)段厚(hou)度為(wei)(wei)dl的(de)(de)(de)金屬離開模子的(de)(de)(de)距離為(wei)(wei)ι; f為(wei)(wei)擠(ji)壓(ya)時(shi)金屬與擠(ji)壓(ya)筒之間的(de)(de)(de)摩擦系數，則：
西拜(bai)勒氏認為，進行一次變形(xing)(xing)(xing)所需要的(de)力等于斷面(mian)上的(de)變形(xing)(xing)(xing)和(he)變形(xing)(xing)(xing)總阻力的(de)乘積。所指(zhi)變形(xing)(xing)(xing)即為變形(xing)(xing)(xing)材料的(de)原始斷面(mian)與最(zui)終斷面(mian)之間(jian)的(de)自然(ran)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：
使用一般的潤滑(hua)劑(ji)時，摩(mo)擦系數為f=0.05,而有色金(jin)屬(shu)不同潤滑(hua)劑(ji)擠壓時，摩(mo)擦系數為f=0.12。
各種(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬及合(he)金(jin)(jin)(jin)的變形(xing)(xing)阻力(li)如(ru)圖3-19所示(shi)。在(zai)不(bu)同的溫(wen)度(du)(du)下擠(ji)(ji)壓(ya)金(jin)(jin)(jin)屬及合(he)金(jin)(jin)(jin)時，擠(ji)(ji)壓(ya)力(li)隨(sui)溫(wen)度(du)(du)的變化而(er)增減(jian)。用式（3-3)、式（3-4)可以算(suan)出(chu)金(jin)(jin)(jin)屬和(he)合(he)金(jin)(jin)(jin)在(zai)不(bu)同擠(ji)(ji)壓(ya)溫(wen)度(du)(du)下的變形(xing)(xing)阻力(li)。因此，對(dui)每一(yi)種(zhong)金(jin)(jin)(jin)屬和(he)合(he)金(jin)(jin)(jin)都可以畫出(chu)一(yi)條表(biao)示(shi)溫(wen)度(du)(du)與變形(xing)(xing)阻力(li)的關系曲(qu)線。在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)溫(wen)度(du)(du)范圍內(nei)，這些曲(qu)線都是直線。
上述變形阻力值是應(ying)用擠(ji)壓力公式計(ji)算出來的。可以發現，在這種已得(de)到的數值及各(ge)種高(gao)溫阻力試驗（蠕變試驗、高(gao)溫抗壓強度試驗）中所得(de)到的數值之間存在著一(yi)個簡單的關系。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際(ji)上p值位于400~1200MPa,此(ci)可作為參考。擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)機(ji)的(de)比(bi)壓(ya)(ya)(ya)p值的(de)高低取決(jue)于擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒的(de)直徑(jing)。如果(guo)所(suo)選擇的(de)直徑(jing)過大(da)，比(bi)壓(ya)(ya)(ya)就(jiu)很低，不能(neng)得(de)到足夠的(de)力(li)來完成操(cao)作；如果(guo)相反(fan)，所(suo)選擇的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)筒直徑(jing)太小(xiao)，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)簡就(jiu)有變形或因不能(neng)承受(shou)太大(da)的(de)壓(ya)(ya)(ya)力(li)而破裂的(de)危(wei)險，還(huan)有可能(neng)使擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿彎折。
圖2-3已經指出，在不(bu)同的(de)擠(ji)壓(ya)機壓(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，以及(ji)最通常的(de)操作所使(shi)用(yong)的(de)擠(ji)壓(ya)筒直徑。
圖2-4也表明，金屬的變(bian)形(xing)阻力與(yu)變(bian)形(xing)可(ke)能性(xing)（擠壓比）之間的關系。式(shi)（3-1)和式(shi)（3-2)還指(zhi)出，金屬的變(bian)形(xing)阻力越高(gao)，則變(bian)形(xing)的可(ke)能性(xing)越小。
假設摩擦力可以(yi)忽(hu)略(lve)不計，即 f=0 , 則公式如下：
圖(tu)2-4 的(de)(de)曲(qu)線是(shi)以(yi)(yi) p=400~600~1200MPa繪制的(de)(de)。由圖(tu)2-4 可以(yi)(yi)看出，由于碳素鋼的(de)(de)變形(xing)抗力很低，其(qi)擠壓(ya)(ya)(ya)變形(xing)的(de)(de)可能性(xing)很大。作為(wei)試驗數(shu)據，可能以(yi)(yi)擠壓(ya)(ya)(ya)比(bi)μ=225進行(xing)擠壓(ya)(ya)(ya)加工(gong)(gong)，即(ji)可用(yong)直徑為(wei)Φ120mm的(de)(de)圓(yuan)坯(pi)料直接擠壓(ya)(ya)(ya)成ф10mm×5mm的(de)(de)扁鋼。而相反，耐(nai)熱鋼的(de)(de)變形(xing)可能性(xing)則小(xiao)得多。如尼莫(mo)尼克難熔合(he)金，無論使用(yong)什么樣的(de)(de)擠壓(ya)(ya)(ya)機都不可能在一道次擠壓(ya)(ya)(ya)工(gong)(gong)序中，使其(qi)延伸系(xi)數(shu)能夠超過(guo)μ=80。
從(cong)以上擠(ji)壓(ya)(ya)公式(shi)可以預見(jian)，如(ru)果按照擠(ji)壓(ya)(ya)桿的進程測繪擠(ji)壓(ya)(ya)所需(xu)要(yao)的力(li)，則曲(qu)線(xian)將有如(ru)圖3-20所示的形(xing)狀。圖3-20(a)所示為不使用潤滑劑(ji)時(shi)(shi)(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)與(yu)坯(pi)料長度的關(guan)系。當(dang)擠(ji)壓(ya)(ya)開(kai)始時(shi)(shi)(shi)，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)很高，隨著操作的進行，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)不斷地減小，當(dang)擠(ji)壓(ya)(ya)結束時(shi)(shi)(shi)，此力(li)只相(xiang)當(dang)于(yu)無摩擦變形(xing)時(shi)(shi)(shi)所需(xu)要(yao)的力(li)。
圖3-20(b)所示為使用潤(run)滑(hua)(hua)(hua)劑擠壓時，擠壓力(li)與坯料(liao)長度的(de)關(guan)系(xi)。摩擦(ca)系(xi)數值f的(de)高(gao)低決定于所使用的(de)潤(run)滑(hua)(hua)(hua)劑的(de)質量，當(dang)(dang)選用適(shi)當(dang)(dang)的(de)玻璃潤(run)滑(hua)(hua)(hua)劑時，可使摩擦(ca)系(xi)數值f很小，操作開始時就沒有頂峰壓力(li)。
圖3-20(c)所示為使用潤滑劑慢速擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)與坯料長(chang)度的關系。當緩(huan)慢地進行(xing)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)時，精(jing)確(que)地記(ji)錄擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)，可以發現在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)過程中，壓(ya)力(li)(li)有所上升，這是(shi)由于(yu)(yu)操作過程中擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)坯料的冷卻，導致(zhi)變形(xing)抗力(li)(li)增加，于(yu)(yu)是(shi)總的擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)力(li)(li)隨著操作的進行(xing)而增加。
最后，如果采用(yong)不適當的(de)(de)潤滑劑慢速擠(ji)壓(ya)時(shi)，所需要的(de)(de)擠(ji)壓(ya)力(li)與坯料長度(du)的(de)(de)關系曲線將會出現兩(liang)個峰(feng)值壓(ya)力(li)，即操作開始(shi)時(shi)和(he)擠(ji)壓(ya)結束時(shi)的(de)(de)頂峰(feng)壓(ya)力(li)。而因坯料冷(leng)卻所引起的(de)(de)阻力(li)升高，并未因摩擦的(de)(de)減小(xiao)而抵消(xiao)。
2. 擠壓過程中擠壓力(li)的變化(hua)
擠壓開始和(he)擠壓過程中的(de)擠壓力，取決(jue)于坯(pi)料(liao)的(de)化學(xue)成分、加熱溫(wen)度、切斷擠壓速度、工模具溫(wen)度、潤滑劑和(he)坯(pi)料(liao)長度以及擠壓方法和(he)擠壓模形狀(zhuang)等(deng)一系列的(de)因素。
不銹鋼(gang)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(zhong)，橫坐標表(biao)示擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿頭部(bu)對坯料前端的(de)距離。擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)開始時，由于(yu)首先在擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)件上(shang)形成金屬流線(xian)，出現擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)迅速上(shang)升(sheng)(sheng)。在擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)末期，由于(yu)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿移近(jin)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)模前端的(de)“死(si)區”，而對于(yu)“死(si)區”則擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)不足，所(suo)以(yi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)再次上(shang)升(sheng)(sheng)。如(ru)果此時擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)機(ji)不切斷（關機(ji)），則擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)桿就會被制動(dong)，液壓(ya)(ya)(ya)(ya)系統的(de)壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)上(shang)升(sheng)(sheng)到額(e)定壓(ya)(ya)(ya)(ya)力(li)。
A 坯料裝入溫(wen)度和擠壓(ya)筒溫(wen)度的響
擠壓力(li)隨著(zhu)坯料的(de)(de)裝(zhuang)入溫(wen)度的(de)(de)下降而上升，對(dui)擠壓筒(tong)溫(wen)度的(de)(de)關系也相同(tong)。
如圖(tu)3-21所示(shi)，只(zhi)是擠(ji)(ji)壓(ya)力變得更(geng)大(da)(da)。但(dan)是，擠(ji)(ji)壓(ya)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)，由(you)(you)變形功傳給擠(ji)(ji)壓(ya)坯(pi)料的(de)熱(re)量比(bi)從擠(ji)(ji)壓(ya)筒放出的(de)熱(re)量是大(da)(da)或是小(xiao)，對(dui)于(yu)壓(ya)力曲(qu)線有(you)很大(da)(da)的(de)影(ying)響。如果輸入的(de)熱(re)量比(bi)放出的(de)熱(re)量大(da)(da)，則(ze)由(you)(you)于(yu)擠(ji)(ji)壓(ya)坯(pi)料的(de)溫度(du)上升(sheng)，變形抗力下降，因而(er)擠(ji)(ji)壓(ya)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)壓(ya)力減(jian)小(xiao)（圖(tu)3-22).如果從擠(ji)(ji)壓(ya)筒放出的(de)熱(re)量大(da)(da)于(yu)變形熱(re)，則(ze)關系曲(qu)線相反，在擠(ji)(ji)壓(ya)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中(zhong)壓(ya)力上升(sheng)（圖(tu)3-23)。
B 擠壓速度(du)的(de)影(ying)響
為了(le)提高擠(ji)壓速(su)度(du)需(xu)要加大擠(ji)壓力，為了(le)降低擠(ji)壓速(su)度(du)則需(xu)要減小擠(ji)壓力。如(ru)果在(zai)擠(ji)壓過程中，擠(ji)壓速(su)度(du)從v,變到(dao)v2,則擠(ji)壓力隨坯料長度(du)變化的曲線如(ru)圖3-24所示(shi)。
在每一(yi)擠壓過程中(zhong)，通過調節，可(ke)使(shi)擠壓速度保持(chi)在恒定值。
由于(yu)擠壓時間不同，因而壓力曲(qu)線長度的(de)不同是由于(yu)擠壓速度不同所(suo)致(zhi)，如圖(tu)3-24和圖(tu)3-25所(suo)示。
a. 在(zai)(zai)20~25mm/s速度情(qing)況下，隨坯(pi)料(liao)長(chang)度而變(bian)化(hua)的(de)擠(ji)壓(ya)力下降，并在(zai)(zai)擠(ji)壓(ya)到一(yi)大半坯(pi)料(liao)長(chang)度后，擠(ji)壓(ya)力變(bian)得最小。
b. 在10~15mm/s速度時(shi)，擠壓力隨(sui)坯料長度變化保持(chi)不變。
在恒定(ding)的(de)速度下擠壓時，擠壓力(li)能以1:2的(de)比(bi)例變(bian)化(hua)，這是因為坯料裝(zhuang)入溫度、擠壓筒溫度和變(bian)形(xing)熱綜合影響的(de)結果。
在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)開始和擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)結束這(zhe)(zhe)兩種(zhong)工作(zuo)條件下，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)和擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速度(du)之間并不存在單(dan)一的關(guan)系。如果(guo)不考慮(lv)這(zhe)(zhe)兩種(zhong)情況，則可用圖3-26來表示擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速度(du)和擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)鋼管擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)時的金(jin)屬(shu)流動及(ji)變形(xing)力(li)的確(que)定之間的基本關(guan)系。
擠壓機在(zai)某一(yi)(yi)定的(de)擠壓力以下，不能進行擠壓，并處(chu)于停止狀態。從(cong)這一(yi)(yi)點起的(de)整個(ge)曲線很(hen)平(ping)坦，很(hen)小(xiao)的(de)擠壓力變(bian)化已經足夠(gou)使擠壓速度(du)變(bian)化很(hen)大(da)。
在(zai)(zai)擠(ji)壓開始(shi)時，首(shou)先必(bi)須在(zai)(zai)擠(ji)壓坯料中形成(cheng)“金(jin)屬(shu)流(liu)線”，在(zai)(zai)此瞬間(jian)(jian)內，擠(ji)壓桿幾乎完全處于停止(zhi)。當擠(ji)壓銅(tong)和青銅(tong)時，這(zhe)(zhe)個時間(jian)(jian)一般在(zai)(zai)1.5~2.0s.而(er)在(zai)(zai)擠(ji)壓難擠(ji)壓的高(gao)合金(jin)時，這(zhe)(zhe)個時間(jian)(jian)在(zai)(zai)2s以(yi)下(xia)，但在(zai)(zai)特殊情況下(xia)可能大大超過2秒(miao)。
在(zai)擠壓(ya)桿(gan)停止的時(shi)間內，由于節流(liu)閥打開，活(huo)塞(sai)泵在(zai)運(yun)轉，所以擠壓(ya)缸壓(ya)縮(suo)體積增(zeng)加，壓(ya)力(li)很(hen)快上升。只要擠壓(ya)件金屬開始流(liu)動(dong)，壓(ya)力(li)就(jiu)突然下(xia)降，因此，在(zai)擠壓(ya)開始時(shi)總是出現劇烈的壓(ya)力(li)峰(feng)值。
