ΤΟΥ ΓΙΩΡΓΟΥ ΜΑΛΙΩΤΗ
Οι ραουλομηχανές είναι μηχανές που χρησιμοποιούν ράουλα για να διαμορφώνουν συμπαγή μεταλλικά τεμάχια με τη μέθοδο της ψυχρής έλασης. Έλαση είναι η κατασκευαστική διαδικασία κατά την οποία σε ένα συμπαγές μεταλλικό τεμάχιο τοποθετούμενο μεταξύ δύο περιστρεφόμενων ραούλων υφίσταται ισόογκη πλαστική παραμόρφωση.
Οι ασκούμενες από τα ράουλα δυνάμεις δημιουργούν εντός του τεμαχίου ορθές θλιπτικές – κατά τη διεύθυνση της διακέντρου των ραούλων – και εφελκυστικές διατμητικές τάσεις – κατά τη διεύθυνση της εφαπτομένης στα ράουλα, οι οποίες έχουν σαν αποτέλεσμα τη μείωση της διατομής του τεμαχίου και την αύξηση του μήκους του. Εφελκυστικές τάσεις μπορούν να αναπτυχθούν δευτερευόντως και μέσω του μηχανισμού κίνησης του τεμαχίου.
Για παράδειγμα στις ευρείας εφαρμογής προφιλοποιητικές ραουλομηχανές, όπου μια μεταλλική ταινία που είναι αρχικά σε μορφή ρολλού εκτυλίσσεται και ωθείται σε ευθύγραμμη κίνηση από μια αξονική δύναμη, κατά τη διεύθυνση της εφαπτομένης στα ράουλα, ώστε να περάσει μέσα από αυτά. Τότε στη μικρού πάχους διατομή της ταινίας αναπτύσσονται ορθές εφελκυστικές τάσεις από τη δύναμη ώθησης, οι οποίες έχουν σαν αποτέλεσμα μια παράλληλη έλαση της ταινίας, με ασήμαντες όμως γεωμετρικές και παραγωγικές επιπτώσεις. Για το λόγο αυτό ο κύριος μηχανισμός έλασης θεωρείται η διαμόρφωση μέσα στα ράουλα.
Στη γενική περίπτωση κατεργασίας ενός συμπαγούς αντικειμένου ανάμεσα από δύο ράουλα έχουμε μια ισόογκη παραμόρφωση του τεμαχίου όπου η μείωση π. χ της διάστασης του τεμαχίου καθ’ ύψος, πιθανόν να επιφέρει εκτός από την αύξηση του μήκους του και την αύξηση του πλάτους του. Ως γνωστόν το αλγεβρικό άθροισμα των τριών κύριων πραγματικών παραμορφώσεων θα είναι μηδέν (ε1+ε2+ε3 = 0).
Κατά συνέπεια προκύπτει ότι το αλγεβρικό άθροισμα των διαφορικών πλαστικών παραμορφώσεων θα είναι μηδέν (dε1+dε2+dε3 = 0). Έτσι λοιπόν βλέπουμε ότι μια εξαναγκασμένη κατά το ύψος και πλάτος του τεμαχίου διαμόρφωση της διατομής, όπου έστω τα ε1, ε2 θα είναι συγκεκριμένα, θα έχουμε συγκεκριμένη τιμή και για την κατά μήκος παραμόρφωση ε3. Αυτή η εξαναγκασμένη διαμόρφωση επιτυγχάνεται μέσω της κατάλληλης μορφής και γεωμετρίας των ραούλων.
Σημειώνεται ότι με την ψυχρή έλαση δεν επιτυγχάνονται μεγάλες – κατά ποσοστό των διαστάσεων – μειώσεις της διατομής του τεμαχίου. Οι μεγάλες μειώσεις επιτυγχάνονται με τη θερμή έλαση που γίνεται σε θερμοκρασίες πάνω από τη θερμοκρασία ανακρυστάλλωσης του υλικού (η οποία είναι περίπου το ήμισυ του σημείου τήξης του υλικού). Ωστόσο μια κατεργασία σε τέτοιες συνθήκες θερμοκρασίες δεν διευκολύνει το σχεδιασμό μιας σταθερής παραγωγής με ακριβείς διαστάσεις τελικού προιόντος. Για το λόγο αυτό οι διαμορφώσεις τελικής φάσης στις κατεργασίες συμπαγών μεταλλικών τεμαχίων γίνονται με ψυχρή έλαση.
Τύποι ραουλομηχανών
Αν ως ραουλομηχανή ορίσουμε κάθε παραγωγικό μηχανισμό κατεργασίας ενός ελάσματος μέσω ραούλων, τότε μπορούμε να εντάξουμε σε αυτήν την κατηγορία μηχανών αρκετά διαφορετικούς μηχανισμούς κατεργασίας. Τέτοιες είναι οι προφιλοποιητικές ραουλομηχανές που έχουν και το μεγαλύτερο ενδιαφέρον καθώς και τη μεγαλύτερη παραγωγική σημασία, οι ραουλιέρες μορφοσιδήρων (αλλά και έτοιμων προιόντων όπως σωλήνες) και οι μηχανές κυλίνδρισης με πρόκαμψη.
Α) Προφιλοποιητικές ραουλομηχανές. Στις μηχανές αυτές ένα ρολό μεταλλικής ταινίας, το οποίο μπορεί να είναι χαλύβδινο, αλουμινένιο ή και από άλλο υλικό εκτυλίσσεται και ωθείται κατά μήκος μιας διαμήκους παραγωγικής γραμμής, η οποία σε τακτές αποστάσεις φέρει σειρές ραούλων διαμόρφωσης. Στην αρχή της παραγωγικής μηχανής βρίσκεται η ανέμη απλής ή διπλής εκτύλιξης(κατά την περίπτωση της εκάστοτε μηχανής), που μπορεί επίσης να είναι είτε υδραυλική, είτε ελεγχόμενη από ηλεκτροκινητήρα.
Η γεωμετρία των ραούλων καθορίζει και τη μορφή της τελικής διατομής των παραγόμενων τεμαχίων, η οποία για παράδειγμα μπορεί να είναι κάποια πολυγωνική μορφή(τρίγωνο τετράπλευρο, πολύγωνο, κανονικό ή μη), κυκλική ή ελλειψοειδής, να έχει σχήμα πι (π.χ στα προφίλ αλουμινίου) και γενικά μπορεί να πάρει μια τεράστια ποικιλία σχημάτων. Η διαμόρφωση όμως της τελικής διατομής γίνεται σταδιακά μέσα από αλλεπάλληλες σειρές ραούλων. Αυτό κατά βάση γίνεται γιατί όπως αναφέρθηκε κάθε φάση ψυχρής έλασης επιτυγχάνει περιορισμένη διαμόρφωση της διατομής. Για το λόγο αυτό απαιτείται να σχεδιάζεται κατάλληλα η γεωμετρία των επάλληλων ραούλων, ώστε να επιτυγχάνεται η επιθυμητή γεωμετρία του τελικού προιόντος χωρίς κίνδυνο αστοχίας αυτού ή ελάττωσης της αναγκαίας αντοχής του.
Αναφορικά με τη μηχανική αυτής της κατεργασίας σημειώνουμε ότι ενώ η απλή ώθηση της ταινίας συνιστά μικρής κλίμακας έλαση με ομοιογενή παραμόρφωση του υλικού, η «εξαναγκασμένη» έλαση μέσα από τα ράουλα συνιστά ανομοιογενή παραμόρφωση γιατί τα ράουλα που προκαλούν την παραμόρφωση προσδίδουν στο μέταλλο περισσότερο πλαστικό έργο από το ιδεατό, αυτό δηλαδή που θα προσδιδόταν σε μια διαδικασία εφελκυσμού ή θλίψης ενός μεταλλικού τεμαχίου που δεν θα είχε άλλον περιορισμό στους βαθμούς ελευθερίας του, πέρα από τον άξονα στον οποίο εφαρμόζεται η εφελκυστική ή θλιπτική δύναμη. Στην περίπτωση των προφιλοποιητικών μηχανών τα ράουλα θέτουν κάποιους επιπλέον περιορισμούς στην κίνηση του εκτυλισσόμενου ρολού.
Πάντως στο σχεδιασμό των προφιλοποιητικών μηχανών εκτός από τη σχεδίαση της γεωετρίας και τηςκατασκευής των διαφόρων ζευγών ραούλων παίζουν ρόλο κι άλλοι παράγοντες Τέτοιοι είναι ο υπολογισμός του αναγκαίου αριθμού των φάσεων και της απόστασης τοποθέτησης των διαφόρων ζευγών ραούλων που επιτελούν τη διαμόρφωση σε κάθε φάση. Αυτός ο υπολογισμός συσχετίζεται παράλληλα με το πάχος και τις μηχανικές ιδιότητες του ελάσματος, αλλά και την επιλεγόμενη ταχύτητα ώθησης του ρολού. ʼλλες παράμετροι σχεδιασμού των προφιλοποιητικών μηχανών είναι η λίπανση και η στιβαρότητα της συνολικής διαμήκους παραγωγικής μηχανής σε συνδυασμό με τις αναγκαίες για το τελικό προιόν κατασκευαστικές ανοχές. Πρέπει να τονιστεί ότι οι προφιλοποιητικές ραουλομηχανές παράγουν μεγάλο εύρος γνωστών προιόντων ευρείας κατανάλωσης, όπως ψευδοροφές, μεταλλικές κάσες, ρολλά καταστημάτων, ιστούς για μεταλλικά ράφια, προφίλ αλουμινίου κ.λ.π.
Β) Ραουλιέρες. Οι ραουλιέρες συνιστούν μηχανές που στην πρόσοψή τους φέρουν τρία ράουλα, των οποίων οι άξονες σχηματίζουν ισοσκελές τρίγωνο. Στα δύο κάτω ράουλα επιτελείται η πρόκαμψη. Συνήθως έχουν δυνατότητα κάθετης και οριζόντιας εργασίας. Σαν παραγωγικές μηχανές χρησιμοποιούνται για να διαμορφώνουν μορφοσίδηρο σε διάφορα προφίλ, τα οποία συνήθως αντιστοιχούν σε κοίλα τεμάχια μικρότερου ή μεγαλύτερου πάχους, ορθογωνικής ή κυκλικής διατομής. Μπορούν ωστόσο να κατασκευάσουν πιο σύνθετες μορφές αυτών των τεμαχίων π.χ με εσοχές ή άλλες μορφές στις οποίες το κοίλο τεμάχιο δεν είναι εσωτερικά ομοιόμορφο αλλά έχει κάποια εσωτερική διαμόρφωση.
Γ) Μηχανές κυλίνδρισης. Έχουν μια ομοιότητα με τις ραουλιέρες με την έννοια ότι στην πρόσοψη των μηχανών είναι προσαρμοσμένοι τρεις ή τέσσερις συμμετρικά τοποθετημένοι κύλινδροι που φέρουν αντίστοιχα ράουλα. Χρησιμοποιούνται για να διαμορφώνουν διαμήκη ελάσματα ικανού πλάτους σε κυλινδρική μορφή. Μπορούν να κατασκευάσουν ιδιαίτερα μεγάλα κυλινδρικά τεμάχια, αφού η διάμετρος των ραούλων τους μπορεί να φτάσει τα 330 χιλιοστά και το μήκος κυλίνδρισης μπορεί να φτάσει τα 4 μέτρα.
