無(wu)潤(run)滑擠(ji)壓(ya)時，很難用一個(ge)公(gong)式表示(shi)(shi)擠(ji)壓(ya)時所需(xu)要的力；而在一定溫度下，使用潤(run)滑劑擠(ji)壓(ya)某(mou)種金屬所需(xu)要的力，卻可(ke)以由理論(lun)公(gong)式表示(shi)(shi)，并(bing)且由實驗所證實。
將變(bian)形金屬壞料加熱到(dao)適當的(de)(de)溫(wen)度，放置在(zai)一個高壓(ya)(ya)鋼制(zhi)圓(yuan)筒(tong)形的(de)(de)密(mi)(mi)封(feng)容器(qi)（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)）內(nei)(nei)，密(mi)(mi)封(feng)容器(qi)的(de)(de)一端(duan)由擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)模封(feng)閉，模孔的(de)(de)面積即為(wei)所要求(qiu)得到(dao)的(de)(de)制(zhi)品的(de)(de)斷面。 擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)的(de)(de)另(ling)一端(duan)由活塞(sai)（擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿）密(mi)(mi)封(feng)。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿可以在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)內(nei)(nei)移動，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)金屬并使(shi)之變(bian)形。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿裝置在(zai)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機的(de)(de)主柱塞(sai)上(shang)，并由擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機提供(gong)足夠的(de)(de)壓(ya)(ya)力。
擠(ji)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(ji)(ji)壓(ya)力的大小主要取決于材(cai)料的變(bian)形抗(kang)力、潤滑劑以(yi)及擠(ji)(ji)壓(ya)過程工藝參數(shu)的選擇(ze)。
1. 擠壓(ya)力大小(xiao)的表示
設F為(wei)在一個半徑為(wei)R的(de)擠壓(ya)(ya)筒中擠壓(ya)(ya)長度為(wei)L的(de)坯料時所需(xu)要的(de)總力(li)。一段(duan)厚度為(wei)dl的(de)金屬離(li)開模子的(de)距(ju)離(li)為(wei)ι; f為(wei)擠壓(ya)(ya)時金屬與擠壓(ya)(ya)筒之(zhi)間的(de)摩擦系(xi)數，則：
西拜勒氏認為，進行一次(ci)變(bian)形(xing)所(suo)需要的(de)力(li)等(deng)于斷面(mian)(mian)上的(de)變(bian)形(xing)和變(bian)形(xing)總阻力(li)的(de)乘積。所(suo)指(zhi)變(bian)形(xing)即為變(bian)形(xing)材料的(de)原始斷面(mian)(mian)與最終斷面(mian)(mian)之間的(de)自然對(dui)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：
使用一般(ban)的(de)潤滑(hua)劑時，摩(mo)擦(ca)系(xi)數為f=0.05,而有(you)色(se)金屬(shu)不同潤滑(hua)劑擠(ji)壓時，摩(mo)擦(ca)系(xi)數為f=0.12。
各種金(jin)(jin)屬(shu)(shu)及合(he)金(jin)(jin)的變形(xing)(xing)阻(zu)力(li)如圖3-19所示。在(zai)不同的溫(wen)(wen)度(du)下擠壓金(jin)(jin)屬(shu)(shu)及合(he)金(jin)(jin)時，擠壓力(li)隨溫(wen)(wen)度(du)的變化(hua)而增減。用式（3-3)、式（3-4)可以算出金(jin)(jin)屬(shu)(shu)和合(he)金(jin)(jin)在(zai)不同擠壓溫(wen)(wen)度(du)下的變形(xing)(xing)阻(zu)力(li)。因此，對(dui)每一(yi)種金(jin)(jin)屬(shu)(shu)和合(he)金(jin)(jin)都可以畫(hua)出一(yi)條表示溫(wen)(wen)度(du)與變形(xing)(xing)阻(zu)力(li)的關(guan)系曲線(xian)。在(zai)擠壓溫(wen)(wen)度(du)范(fan)圍內，這些(xie)曲線(xian)都是直線(xian)。
上述變形(xing)阻力(li)值(zhi)(zhi)是應用(yong)擠壓力(li)公式計算出來(lai)的(de)(de)。可(ke)以(yi)發現(xian)，在(zai)這種已得到的(de)(de)數值(zhi)(zhi)及各種高溫(wen)阻力(li)試(shi)驗(yan)（蠕變試(shi)驗(yan)、高溫(wen)抗壓強度(du)試(shi)驗(yan)）中(zhong)所(suo)得到的(de)(de)數值(zhi)(zhi)之間存(cun)在(zai)著一個簡單的(de)(de)關系(xi)。
把擠壓筒的“比壓”定義為：P = F / πR2
實際上p值位于400~1200MPa,此可(ke)作為參(can)考。擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)機的(de)比壓(ya)(ya)p值的(de)高低取決(jue)于擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)的(de)直(zhi)徑(jing)(jing)。如(ru)(ru)果(guo)所(suo)選擇的(de)直(zhi)徑(jing)(jing)過大，比壓(ya)(ya)就(jiu)很低，不(bu)(bu)能(neng)得(de)到足夠(gou)的(de)力來完成(cheng)操作；如(ru)(ru)果(guo)相(xiang)反(fan)，所(suo)選擇的(de)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)直(zhi)徑(jing)(jing)太(tai)小，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)簡就(jiu)有變形或因不(bu)(bu)能(neng)承受太(tai)大的(de)壓(ya)(ya)力而破(po)裂的(de)危險，還有可(ke)能(neng)使擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)桿彎折。
圖2-3已經指(zhi)出，在不同的(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)機壓(ya)(ya)力(li)下，應該(gai)使(shi)用的(de)(de)(de)最(zui)大及最(zui)小擠壓(ya)(ya)筒(tong)的(de)(de)(de)尺寸，以及最(zui)通常的(de)(de)(de)操(cao)作所使(shi)用的(de)(de)(de)擠壓(ya)(ya)筒(tong)直徑。
圖2-4也表明，金(jin)屬的變(bian)形(xing)阻力與(yu)變(bian)形(xing)可(ke)能(neng)性（擠(ji)壓(ya)比）之間(jian)的關系。式(shi)（3-1)和式(shi)（3-2)還指出，金(jin)屬的變(bian)形(xing)阻力越高，則變(bian)形(xing)的可(ke)能(neng)性越小。
假(jia)設摩擦(ca)力可(ke)以忽(hu)略(lve)不計，即 f=0 , 則公式如下：
圖2-4 的(de)(de)(de)曲(qu)線是以 p=400~600~1200MPa繪制的(de)(de)(de)。由(you)圖2-4 可(ke)以看(kan)出，由(you)于碳(tan)素(su)鋼的(de)(de)(de)變(bian)形抗力(li)很低，其擠壓變(bian)形的(de)(de)(de)可(ke)能(neng)性很大。作為試驗數(shu)據，可(ke)能(neng)以擠壓比μ=225進行擠壓加工(gong)，即(ji)可(ke)用直(zhi)徑(jing)為Φ120mm的(de)(de)(de)圓坯料直(zhi)接擠壓成ф10mm×5mm的(de)(de)(de)扁鋼。而相反(fan)，耐熱鋼的(de)(de)(de)變(bian)形可(ke)能(neng)性則小(xiao)得多。如尼莫尼克難熔合金(jin)，無論使用什(shen)么樣的(de)(de)(de)擠壓機(ji)都(dou)不可(ke)能(neng)在一道次擠壓工(gong)序(xu)中，使其延伸系數(shu)能(neng)夠(gou)超過μ=80。
從以上(shang)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)公式可(ke)以預見(jian)，如(ru)(ru)果按照(zhao)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)桿的(de)(de)進程測繪擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)所(suo)需(xu)(xu)要的(de)(de)力(li)(li)(li)，則曲線將(jiang)有如(ru)(ru)圖3-20所(suo)示的(de)(de)形(xing)狀。圖3-20(a)所(suo)示為(wei)不使用潤滑劑時(shi)(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)與(yu)坯料(liao)長度的(de)(de)關(guan)系。當(dang)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)開始時(shi)(shi)，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)很高，隨著(zhu)操作的(de)(de)進行，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)力(li)(li)(li)不斷地減小，當(dang)擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)(ya)結束(shu)時(shi)(shi)，此(ci)力(li)(li)(li)只相(xiang)當(dang)于無摩擦(ca)變形(xing)時(shi)(shi)所(suo)需(xu)(xu)要的(de)(de)力(li)(li)(li)。
圖3-20(b)所(suo)示為使用(yong)(yong)潤(run)滑(hua)劑(ji)擠(ji)壓時，擠(ji)壓力與坯料長(chang)度的(de)(de)關系。摩擦系數值f的(de)(de)高低決定(ding)于(yu)所(suo)使用(yong)(yong)的(de)(de)潤(run)滑(hua)劑(ji)的(de)(de)質量，當選用(yong)(yong)適當的(de)(de)玻(bo)璃潤(run)滑(hua)劑(ji)時，可使摩擦系數值f很小，操作開(kai)始時就沒有頂峰壓力。
圖3-20(c)所示(shi)為使用潤滑(hua)劑慢(man)速擠(ji)壓(ya)(ya)時，擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)與(yu)坯(pi)料長度的關系(xi)。當緩慢(man)地進行擠(ji)壓(ya)(ya)時，精確地記錄擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)，可以發現(xian)在(zai)擠(ji)壓(ya)(ya)過程中，壓(ya)(ya)力(li)(li)有所上升，這(zhe)是由(you)于操(cao)作(zuo)過程中擠(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料的冷卻，導(dao)致變(bian)形(xing)抗力(li)(li)增加(jia)，于是總的擠(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)隨著(zhu)操(cao)作(zuo)的進行而增加(jia)。
最后，如果采用(yong)不(bu)適當的(de)(de)潤滑(hua)劑慢速擠(ji)(ji)壓時(shi)，所需要的(de)(de)擠(ji)(ji)壓力與坯料(liao)長度(du)的(de)(de)關系曲(qu)線將會出現兩個峰值壓力，即操作開始時(shi)和(he)擠(ji)(ji)壓結(jie)束時(shi)的(de)(de)頂(ding)峰壓力。而因坯料(liao)冷卻所引起的(de)(de)阻力升高，并未因摩(mo)擦(ca)的(de)(de)減(jian)小(xiao)而抵消。
2. 擠(ji)壓過(guo)程中(zhong)擠(ji)壓力的變(bian)化(hua)
擠(ji)壓(ya)(ya)開始和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)過程中的(de)擠(ji)壓(ya)(ya)力，取決(jue)于坯(pi)料(liao)的(de)化學成分、加熱溫(wen)度、切斷擠(ji)壓(ya)(ya)速度、工模具溫(wen)度、潤滑(hua)劑和(he)坯(pi)料(liao)長度以及擠(ji)壓(ya)(ya)方(fang)法和(he)擠(ji)壓(ya)(ya)模形狀等(deng)一系列的(de)因素。
不銹鋼管坯料(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，橫(heng)坐標表示擠壓(ya)(ya)桿頭部對坯料前端(duan)的(de)距離。擠壓(ya)(ya)開始(shi)時，由于(yu)首先在擠壓(ya)(ya)件上形成(cheng)金屬流線，出現擠壓(ya)(ya)力迅速(su)上升(sheng)。在擠壓(ya)(ya)末(mo)期，由于(yu)擠壓(ya)(ya)桿移(yi)近擠壓(ya)(ya)模前端(duan)的(de)“死(si)區”，而對于(yu)“死(si)區”則擠壓(ya)(ya)力不(bu)足(zu)，所以壓(ya)(ya)力再次上升(sheng)。如果此(ci)時擠壓(ya)(ya)機不(bu)切斷（關(guan)機），則擠壓(ya)(ya)桿就會被制動，液壓(ya)(ya)系統的(de)壓(ya)(ya)力上升(sheng)到(dao)額定(ding)壓(ya)(ya)力。
A 坯料裝入溫(wen)度(du)和擠(ji)壓筒溫(wen)度(du)的響
擠壓(ya)力(li)隨著坯料的裝入溫度(du)的下降(jiang)而上升，對擠壓(ya)筒溫度(du)的關(guan)系也相同。
如(ru)圖(tu)3-21所示，只是擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)變(bian)得(de)更大。但(dan)是，擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程(cheng)中，由變(bian)形(xing)(xing)功傳給擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)(liang)比(bi)從(cong)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)放(fang)出(chu)的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)(liang)是大或是小，對于(yu)壓(ya)(ya)力(li)曲(qu)線有很大的(de)(de)(de)影(ying)響。如(ru)果輸入的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)(liang)比(bi)放(fang)出(chu)的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)(liang)大，則由于(yu)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)坯(pi)料的(de)(de)(de)溫度上(shang)升，變(bian)形(xing)(xing)抗(kang)力(li)下降，因而(er)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程(cheng)中壓(ya)(ya)力(li)減(jian)小（圖(tu)3-22).如(ru)果從(cong)擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)筒(tong)放(fang)出(chu)的(de)(de)(de)熱量(liang)(liang)(liang)(liang)大于(yu)變(bian)形(xing)(xing)熱，則關系曲(qu)線相反，在擠(ji)(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程(cheng)中壓(ya)(ya)力(li)上(shang)升（圖(tu)3-23)。
B 擠壓速度的影(ying)響
為了提高擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速(su)度(du)需要加大擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)，為了降低擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速(su)度(du)則需要減小擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)。如果在擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)過程中，擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)速(su)度(du)從v,變到v2,則擠(ji)(ji)壓(ya)(ya)力(li)(li)隨坯料(liao)長度(du)變化的曲線如圖3-24所示(shi)。
在每一擠壓過程中，通過調(diao)節，可使擠壓速(su)度保持在恒定值(zhi)。
由于擠壓時(shi)間不同(tong)，因(yin)而(er)壓力曲線長度的不同(tong)是由于擠壓速(su)度不同(tong)所(suo)致，如圖3-24和圖3-25所(suo)示。
a. 在20~25mm/s速度情況(kuang)下，隨坯(pi)料長度而變化的擠(ji)(ji)壓(ya)力下降，并在擠(ji)(ji)壓(ya)到一(yi)大半坯(pi)料長度后(hou)，擠(ji)(ji)壓(ya)力變得最小。
b. 在10~15mm/s速度時，擠壓力隨坯料長(chang)度變化保持不變。
在(zai)恒定的速度(du)下擠壓(ya)(ya)時(shi)，擠壓(ya)(ya)力能以1:2的比例變化，這(zhe)是因為(wei)坯料裝入溫度(du)、擠壓(ya)(ya)筒溫度(du)和變形(xing)熱綜合影響的結果。
在擠(ji)壓(ya)開始(shi)和擠(ji)壓(ya)結束這(zhe)兩(liang)種(zhong)工(gong)作條件下，擠(ji)壓(ya)力(li)和擠(ji)壓(ya)速度之間(jian)并不存在單一的關(guan)系(xi)(xi)。如果不考慮這(zhe)兩(liang)種(zhong)情(qing)況，則可(ke)用圖3-26來表示(shi)擠(ji)壓(ya)速度和擠(ji)壓(ya)力(li)鋼(gang)管擠(ji)壓(ya)時的金屬流動及變形(xing)力(li)的確(que)定(ding)之間(jian)的基本關(guan)系(xi)(xi)。
擠(ji)(ji)壓機在某一定的擠(ji)(ji)壓力以下，不能進行擠(ji)(ji)壓，并處(chu)于停止(zhi)狀態。從這一點(dian)起的整個曲線很(hen)平坦，很(hen)小的擠(ji)(ji)壓力變(bian)化已經足夠使(shi)擠(ji)(ji)壓速(su)度變(bian)化很(hen)大。
在(zai)(zai)(zai)(zai)擠壓(ya)開始時，首(shou)先必須在(zai)(zai)(zai)(zai)擠壓(ya)坯料中形(xing)成“金屬流線”，在(zai)(zai)(zai)(zai)此瞬間(jian)內，擠壓(ya)桿幾(ji)乎完(wan)全處于停止(zhi)。當擠壓(ya)銅和青銅時，這個(ge)時間(jian)一般在(zai)(zai)(zai)(zai)1.5~2.0s.而在(zai)(zai)(zai)(zai)擠壓(ya)難擠壓(ya)的(de)高合金時，這個(ge)時間(jian)在(zai)(zai)(zai)(zai)2s以下(xia)，但在(zai)(zai)(zai)(zai)特殊(shu)情(qing)況下(xia)可能大(da)大(da)超過2秒(miao)。
在擠壓(ya)桿停止(zhi)的(de)時間內，由于節流閥打開(kai)，活塞泵在運轉(zhuan)，所以(yi)擠壓(ya)缸壓(ya)縮體積增加，壓(ya)力很快上(shang)升。只要擠壓(ya)件金屬開(kai)始流動(dong)，壓(ya)力就突然下降，因此，在擠壓(ya)開(kai)始時總是(shi)出(chu)現劇烈的(de)壓(ya)力峰值(zhi)。
