無潤滑擠壓時，很難用(yong)一(yi)個公(gong)式表示擠壓時所需要的(de)力；而在一(yi)定溫(wen)度(du)下(xia)，使用(yong)潤滑劑擠壓某種金屬所需要的(de)力，卻可以(yi)由理論公(gong)式表示，并(bing)且(qie)由實(shi)驗所證實(shi)。
將變形金屬壞料加熱到(dao)適(shi)當(dang)的(de)(de)溫度，放置在(zai)一個高壓(ya)(ya)(ya)鋼制圓筒(tong)形的(de)(de)密(mi)封(feng)容器(qi)（擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)）內(nei)，密(mi)封(feng)容器(qi)的(de)(de)一端(duan)(duan)由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)模封(feng)閉，模孔的(de)(de)面(mian)積即為所(suo)要(yao)求(qiu)得到(dao)的(de)(de)制品的(de)(de)斷(duan)面(mian)。 擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)的(de)(de)另一端(duan)(duan)由(you)活塞(sai)(sai)（擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)(gan)）密(mi)封(feng)。擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)(gan)可以在(zai)擠壓(ya)(ya)(ya)筒(tong)內(nei)移動(dong)，擠壓(ya)(ya)(ya)金屬并使之變形。擠壓(ya)(ya)(ya)桿(gan)(gan)裝置在(zai)擠壓(ya)(ya)(ya)機的(de)(de)主(zhu)柱塞(sai)(sai)上，并由(you)擠壓(ya)(ya)(ya)機提供足(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。
擠壓力的大小主要取決于材料的變形抗力、潤(run)滑劑(ji)以(yi)及(ji)擠壓過程工(gong)藝參數(shu)的選擇。
1. 擠壓力大(da)小的表(biao)示(shi)
設F為(wei)(wei)在一個半徑為(wei)(wei)R的擠(ji)壓(ya)筒中(zhong)擠(ji)壓(ya)長度(du)為(wei)(wei)L的坯料時所需(xu)要的總力(li)。一段厚度(du)為(wei)(wei)dl的金屬(shu)離開模子(zi)的距離為(wei)(wei)ι; f為(wei)(wei)擠(ji)壓(ya)時金屬(shu)與擠(ji)壓(ya)筒之間的摩擦系數(shu)，則(ze)：
西拜勒氏認為，進行一(yi)次變形(xing)所(suo)需(xu)要的(de)力(li)等(deng)于斷面(mian)上的(de)變形(xing)和變形(xing)總阻力(li)的(de)乘積。所(suo)指(zhi)變形(xing)即為變形(xing)材(cai)料的(de)原(yuan)始(shi)斷面(mian)與最終(zhong)斷面(mian)之間的(de)自然對(dui)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(ji)(ji)時(shi)，摩擦系(xi)數(shu)為f=0.05,而有色(se)金屬(shu)不同潤(run)滑劑(ji)(ji)擠壓時(shi)，摩擦系(xi)數(shu)為f=0.12。
各種金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬及(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)的(de)變(bian)形阻力如圖3-19所示。在不同的(de)溫度(du)下擠壓金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬及(ji)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)時，擠壓力隨溫度(du)的(de)變(bian)化而增減。用式(shi)（3-3)、式(shi)（3-4)可(ke)以算出金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬和(he)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)在不同擠壓溫度(du)下的(de)變(bian)形阻力。因此，對每一種金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)屬和(he)合(he)金(jin)(jin)(jin)(jin)(jin)都可(ke)以畫出一條表示溫度(du)與變(bian)形阻力的(de)關系曲(qu)線(xian)。在擠壓溫度(du)范圍(wei)內，這些(xie)曲(qu)線(xian)都是直線(xian)。
上述變(bian)形阻力值是應用擠(ji)壓(ya)力公式計算(suan)出來的(de)(de)(de)。可(ke)以發現，在這種(zhong)已得(de)到的(de)(de)(de)數(shu)值及各種(zhong)高溫(wen)阻力試驗(yan)（蠕變(bian)試驗(yan)、高溫(wen)抗壓(ya)強度試驗(yan)）中所得(de)到的(de)(de)(de)數(shu)值之間(jian)存在著一個(ge)簡單的(de)(de)(de)關系(xi)。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實(shi)際上(shang)p值(zhi)位于(yu)400~1200MPa,此可作為(wei)參(can)考(kao)。擠壓(ya)(ya)機的比壓(ya)(ya)p值(zhi)的高低取決(jue)于(yu)擠壓(ya)(ya)筒的直(zhi)(zhi)徑。如果所選擇的直(zhi)(zhi)徑過大，比壓(ya)(ya)就很低，不(bu)能(neng)得(de)到(dao)足夠的力來完(wan)成操(cao)作；如果相(xiang)反(fan)，所選擇的擠壓(ya)(ya)筒直(zhi)(zhi)徑太(tai)小，擠壓(ya)(ya)簡(jian)就有(you)變形或(huo)因不(bu)能(neng)承受太(tai)大的壓(ya)(ya)力而破裂(lie)的危險，還有(you)可能(neng)使擠壓(ya)(ya)桿彎折(zhe)。
圖2-3已(yi)經(jing)指出，在不同的擠壓(ya)機壓(ya)力(li)下(xia)，應該使(shi)用(yong)的最(zui)大(da)及最(zui)小擠壓(ya)筒的尺寸(cun)，以及最(zui)通常的操作所使(shi)用(yong)的擠壓(ya)筒直徑(jing)。
圖2-4也表明，金屬(shu)的變(bian)形(xing)阻力(li)(li)與變(bian)形(xing)可(ke)能性(xing)（擠壓(ya)比）之間的關(guan)系(xi)。式（3-1)和式（3-2)還指出，金屬(shu)的變(bian)形(xing)阻力(li)(li)越高，則變(bian)形(xing)的可(ke)能性(xing)越小。
假(jia)設摩擦力可以忽略(lve)不計(ji)，即 f=0 , 則(ze)公式如下(xia)：
圖(tu)2-4 的曲線是以(yi) p=400~600~1200MPa繪制的。由圖(tu)2-4 可(ke)以(yi)看出，由于(yu)碳(tan)素(su)鋼(gang)的變(bian)形(xing)(xing)(xing)抗力很低，其擠壓(ya)變(bian)形(xing)(xing)(xing)的可(ke)能性很大。作為試(shi)驗數(shu)據，可(ke)能以(yi)擠壓(ya)比μ=225進(jin)行擠壓(ya)加工(gong)(gong)，即可(ke)用(yong)直(zhi)徑為Φ120mm的圓(yuan)坯料(liao)直(zhi)接擠壓(ya)成ф10mm×5mm的扁鋼(gang)。而相反(fan)，耐熱鋼(gang)的變(bian)形(xing)(xing)(xing)可(ke)能性則小得多。如尼莫尼克難熔合(he)金(jin)，無論使用(yong)什么樣的擠壓(ya)機都不可(ke)能在(zai)一道次擠壓(ya)工(gong)(gong)序中，使其延伸系(xi)數(shu)能夠(gou)超(chao)過μ=80。
從(cong)以(yi)上擠(ji)(ji)壓(ya)公式可以(yi)預見，如果按(an)照擠(ji)(ji)壓(ya)桿的進(jin)程測繪擠(ji)(ji)壓(ya)所需要的力，則曲線將有如圖(tu)3-20所示(shi)的形狀。圖(tu)3-20(a)所示(shi)為不(bu)使用潤滑(hua)劑時(shi)(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)力與坯料長度的關系(xi)。當(dang)擠(ji)(ji)壓(ya)開始時(shi)(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)力很高，隨著操(cao)作的進(jin)行，擠(ji)(ji)壓(ya)力不(bu)斷(duan)地減小，當(dang)擠(ji)(ji)壓(ya)結束時(shi)(shi)，此力只相當(dang)于無摩擦變形時(shi)(shi)所需要的力。
圖3-20(b)所示為使(shi)用(yong)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)擠壓時(shi)(shi)，擠壓力與(yu)坯(pi)料(liao)長(chang)度的(de)關系。摩(mo)擦(ca)系數(shu)值f的(de)高低(di)決定于所使(shi)用(yong)的(de)潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)的(de)質量，當(dang)選用(yong)適(shi)當(dang)的(de)玻璃潤(run)滑(hua)(hua)劑(ji)時(shi)(shi)，可使(shi)摩(mo)擦(ca)系數(shu)值f很小，操作開始時(shi)(shi)就沒有頂峰壓力。
圖3-20(c)所示為使用(yong)潤滑劑慢速擠壓(ya)(ya)時(shi)(shi)，擠壓(ya)(ya)力與坯(pi)料(liao)長度(du)的(de)關(guan)系。當緩慢地(di)進行(xing)(xing)擠壓(ya)(ya)時(shi)(shi)，精確地(di)記錄擠壓(ya)(ya)力，可(ke)以發(fa)現在擠壓(ya)(ya)過程中(zhong)，壓(ya)(ya)力有所上升，這是由于操作(zuo)過程中(zhong)擠壓(ya)(ya)坯(pi)料(liao)的(de)冷卻，導致變(bian)形抗(kang)力增加，于是總(zong)的(de)擠壓(ya)(ya)力隨著操作(zuo)的(de)進行(xing)(xing)而增加。
最后，如果采(cai)用不(bu)適當的(de)潤滑劑慢速擠壓(ya)時(shi)，所需要的(de)擠壓(ya)力與坯料長(chang)度的(de)關(guan)系曲線將會(hui)出現兩個峰值壓(ya)力，即操作(zuo)開始(shi)時(shi)和擠壓(ya)結束時(shi)的(de)頂峰壓(ya)力。而因(yin)坯料冷卻所引起的(de)阻(zu)力升高，并未因(yin)摩擦的(de)減小而抵(di)消。
2. 擠壓過(guo)程中擠壓力的變化
擠(ji)壓開始和擠(ji)壓過程中的(de)擠(ji)壓力，取決(jue)于坯料的(de)化(hua)學成(cheng)分、加熱溫(wen)度、切斷擠(ji)壓速度、工模具溫(wen)度、潤滑劑和坯料長度以(yi)及擠(ji)壓方(fang)法(fa)和擠(ji)壓模形(xing)狀等一系列的(de)因(yin)素。
不銹鋼管(guan)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，橫坐標表示擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)頭部對坯料前(qian)端(duan)的距(ju)離。擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)開始時(shi)，由于(yu)首先在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)件(jian)上形成金(jin)屬流(liu)線，出現擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力迅速上升(sheng)。在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)末(mo)期，由于(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)移(yi)近擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)模前(qian)端(duan)的“死區”，而(er)對于(yu)“死區”則(ze)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力不足，所以(yi)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力再次上升(sheng)。如果此時(shi)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)機不切斷（關機），則(ze)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)桿(gan)就會(hui)被制動，液壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)系統的壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力上升(sheng)到額定壓(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)(ya)力。
A 坯料裝入溫(wen)度和擠壓筒溫(wen)度的(de)響
擠壓力隨著(zhu)坯料的(de)裝入溫度(du)的(de)下降而上升，對(dui)擠壓筒溫度(du)的(de)關(guan)系也相同。
如(ru)圖(tu)3-21所示，只是擠(ji)壓(ya)(ya)力變(bian)(bian)得更大。但是，擠(ji)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)，由(you)變(bian)(bian)形(xing)功傳給擠(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)比(bi)從擠(ji)壓(ya)(ya)筒放(fang)(fang)出(chu)的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)是大或是小(xiao)，對(dui)于(yu)(yu)壓(ya)(ya)力曲線(xian)有很大的(de)(de)影響。如(ru)果輸入的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)比(bi)放(fang)(fang)出(chu)的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)大，則由(you)于(yu)(yu)擠(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料的(de)(de)溫度上(shang)(shang)升，變(bian)(bian)形(xing)抗(kang)力下降，因(yin)而擠(ji)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)壓(ya)(ya)力減(jian)小(xiao)（圖(tu)3-22).如(ru)果從擠(ji)壓(ya)(ya)筒放(fang)(fang)出(chu)的(de)(de)熱(re)量(liang)(liang)大于(yu)(yu)變(bian)(bian)形(xing)熱(re)，則關(guan)系曲線(xian)相(xiang)反，在擠(ji)壓(ya)(ya)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)(zhong)壓(ya)(ya)力上(shang)(shang)升（圖(tu)3-23)。
B 擠(ji)壓速度的影(ying)響
為(wei)了(le)提高擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度(du)需要加大擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力，為(wei)了(le)降(jiang)低擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度(du)則需要減小擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力。如果(guo)在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)過程中(zhong)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度(du)從v,變到(dao)v2,則擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力隨坯料(liao)長(chang)度(du)變化的曲線如圖3-24所(suo)示。
在每一擠壓過程中，通(tong)過調節(jie)，可使擠壓速(su)度(du)保持在恒(heng)定值(zhi)。
由于擠壓時間不(bu)同，因而壓力曲線(xian)長度(du)的不(bu)同是由于擠壓速度(du)不(bu)同所(suo)致，如(ru)圖(tu)3-24和(he)圖(tu)3-25所(suo)示(shi)。
a. 在20~25mm/s速度情(qing)況下(xia)，隨坯料長度而(er)變化的擠(ji)壓力(li)下(xia)降，并在擠(ji)壓到一大(da)半(ban)坯料長度后，擠(ji)壓力(li)變得最小。
b. 在(zai)10~15mm/s速度時，擠壓(ya)力(li)隨坯料(liao)長度變(bian)化保持不變(bian)。
在恒定的(de)速度下(xia)擠(ji)壓(ya)時(shi)，擠(ji)壓(ya)力能以1:2的(de)比例變化，這是因為坯(pi)料裝入(ru)溫度、擠(ji)壓(ya)筒溫度和變形熱綜合影響的(de)結果。
在擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)開始和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)結束這兩(liang)種(zhong)工(gong)作條(tiao)件下，擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度之(zhi)間并(bing)不(bu)存在單一的(de)關(guan)系。如果不(bu)考慮這兩(liang)種(zhong)情況(kuang)，則可用圖3-26來(lai)表示擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)速(su)度和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)力鋼管(guan)擠(ji)壓(ya)(ya)(ya)時的(de)金屬(shu)流動(dong)及變形力的(de)確定之(zhi)間的(de)基(ji)本關(guan)系。
擠壓(ya)機在(zai)某一定的擠壓(ya)力(li)以下，不(bu)能進行(xing)擠壓(ya)，并處(chu)于停(ting)止狀態。從這一點起的整(zheng)個曲線很(hen)平坦(tan)，很(hen)小的擠壓(ya)力(li)變化已經足夠使擠壓(ya)速度(du)變化很(hen)大。
在擠壓(ya)(ya)(ya)開始時，首先必須(xu)在擠壓(ya)(ya)(ya)坯料中形成“金(jin)(jin)屬流線(xian)”，在此瞬間內(nei)，擠壓(ya)(ya)(ya)桿幾(ji)乎完(wan)全處于停止。當擠壓(ya)(ya)(ya)銅(tong)和(he)青銅(tong)時，這個時間一般(ban)在1.5~2.0s.而(er)在擠壓(ya)(ya)(ya)難擠壓(ya)(ya)(ya)的高合金(jin)(jin)時，這個時間在2s以下，但(dan)在特殊情況下可能大(da)大(da)超(chao)過2秒。
在擠(ji)(ji)壓桿停止的時間內(nei)，由(you)于節流閥打開(kai)，活塞泵在運轉，所以擠(ji)(ji)壓缸壓縮體積增加，壓力很(hen)快上升。只(zhi)要擠(ji)(ji)壓件金(jin)屬開(kai)始流動，壓力就(jiu)突(tu)然下降，因(yin)此(ci)，在擠(ji)(ji)壓開(kai)始時總是出現劇烈的壓力峰值。
