Наверх
САМОЕ ПРОСТОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ С САМЫМ ВЫСОКИМ ЭКОНОМИЧЕСКИМ РЕЗУЛЬТАТОМ

Михаил Самуилович Коган

Выпускник ИМИ1962 г., к.т.н., СНС

Работал в лаборатории ДЭМ ИМИ и Ижевском научно-исследовательском институте металлургических технологий

Был членом комиссии Государственного комитета
по науке и технике Союза ССР.

Лауреат премии Совета Министров СССР
в области науки и техники.

Заслуженный деятель науки УР.

 

Здесь пойдёт рассказ о том, как создавалось самое простое изобретение, которое оказалось самым эффективным при его внедрении в промышленности. Самым простым его можно назвать, так как, по сути, речь идёт о добавлении одной простой детали в конструкцию узла падающих частей паровоздушного штамповочного молота. А самым экономически эффективным его можно считать потому, что только от внедрения на двух заводах экономический эффект превысил максимальный размер, по которому выплачивается авторское вознаграждение, -  в те времена - один миллион советских рублей, а число кузнечных цехов, на которых было внедрено изобретение превышало сотню. И самое интересное состоит в том, что изобретение родилось в головах студентов четвёртого курса Ижевского механического института.

Речь идёт о технической проблеме стойкости штоков штамповочных молотов.

На третьем курсе я вместе с другом Олегом Власовым стал заниматься научной работой под руководством доцента Привалова Вадима Авксентьевича. Занимались мы исследованием формообразования при вытяжке в фасонных бойках. Уже в студенческие годы мне хотелось взяться за решение очень крупной и значимой проблемы, и моих амбиций хватило на то, чтобы замахнуться на решение одной из актуальнейших проблем, беспокоящей все без исключения кузницы, эксплуатирующие молотовое оборудование: проблему низкой стойкости штоков штамповочных молотов. Проблема эта существовала с момента появления в кузнечных цехах молотов, как основного технологического оборудования, то есть  - более сотни лет. Много специалистов и ученых бились над ее решением, но эффективных и кардинальных решений не удавалось получить никому.

Даже в механическом институте трое преподавателей занимались вопросами, связанными с этой задачей. Григорий Закиров с кафедры «Сопротивление материалов» готовил работу по совершенствованию методики расчёта напряжений в штоках, доцент Н.Т.Балякин, ранее работавший в ЦЗЛ Ижевского металлургического завода, занимался вопросами выбора материала штоков, а доцент А.А.Кашкаров, читавший нам курс «Техника безопасности», предлагал свою конструкцию направляющих, позволяющих обеспечить минимальный зазор между бабой молота и станиной, независящий от нагрева этих деталей. Занимались проблемой стойкости штока и специалисты Ижевского металлургического завода. Сотрудник кузнечной лаболатории ЦЗЛТ Леонид Седлов получил патент (в то время он назывался авторским свидетельством) на шток штамповочного молота, состоящий из колец, но испытать эту конструкцию никто не решался, так она, очевидно, была неработоспособна и представляла опасность для молотовой бригады. В общем, круг конкурентов даже в Ижевске был достаточно велик, что и подтверждало актуальность проблемы.

А наше увлечение проблемой стойкости штоков штамповочных молотов началось с лекции по кузнечному оборудованию, которую читал студентам доцент Иегуда Моисеевич Мериин на четвертом курсе. Прежде, чем приступить к разделу методик расчета напряжений в штоках, он вкратце  объяснил нам актуальность проблемы стойкости штоков, я заинтересовался этой темой, и немного опережая лектора, пытался сам сформировать такую методику расчёта напряжений в штоках при центральном ударе молота. Произведя расчет числовых значений, получил приблизительно то значение, о котором говорил лектор, и это меня увлекло. На основе новой методики расчета действующих нагрузок были сформулированы основные методы повышения стойкости штоков и сделаны несколько чертежей предлагаемых конструкций.

На летней технологической практике на Минском заводе запчастей мы с Олегом собрали материал по статистике поломок штоков штамповочных молотов, исследовали характеристики их изломов. А на преддипломную практику в кузнечный цех Ижстали мы уже пришли с конкретными идеями по решению этой проблемы. Нас активно поддержал Иван Павлович Гукин, который работал тогда помощником начальника кузнечного цеха по оборудованию. Иван Павлович, как никто другой понимал насущность и сложность проблемы, и поначалу встретил нас несколько настороженно и, как нам показалось, с некоторым недоверием. Но, потом,  обдумав предлагаемые нами варианты решений, согласился подготовить и провести промышленные испытания. Так тандем Коган-Власов перерос в творческую группу, которая потом долгие годы занималась многими проблемными для кузнечного производства вопросами. Взаимопонимание в команде было полное, каждый принимал творческое участие в продвижении и развитии работ. Начав работать над проблемой стойкости штоков, мы, находясь на преддипломной практике в цехе 15, решали и другие интересные задачи, которые перед ними ставил наш руководитель практики И.П. Гукин.

Так, для нужд сталеплавильного производства на обрезном прессе усилием 1300 тонн в горячем состоянии формовались жолобы из толстолистовой меди. Эта работа проводилась периодически, но при ее выполнении чувствовалось, что пресс явно перегружается. В то время еще не были созданы измерители усилий для прессов,  их перегрузки чувствовали интуитивно или по поломкам деталей пресса. Расчеты показали, что усилие, требующееся на формообразование этих деталей незначительно, а перегрузка наступает тогда, когда производится операция чеканки, необходимости в которой практически не было. Провели моделирование на испытательной машина в лаборатории ИМИ и получили характеристики жесткости прокладок из транспортерной ленты. Установив под инструмент транспортерную ленту, тем самым снизили жесткость системы «пресс-инструмент-заготовка» и успешно провели операцию изготовления этих деталей без перегрузок пресса. Это был наш первый опыт, когда на основе расчета и моделирования  получили интересный и полезный результат. Долгие годы штамповка этих деталей осуществлялась по новой технологии.

Следующей задачей, поставленной перед нами И.П.Гукиным, было продление срока службы станины того же обрезного пресса усилием 1300 тонн, который работал в паре с 10-ти тонным штамповочным молотом и был самым мощным обрезным прессом в цехе 15. Причиной появления трещины на станине пресса было применение операций правки поковок со смещением от центра правочного ручья. Станина была чугунной, поэтому сварка исключалась. Мы, используя наличие на станине выступов, спроектировали и точно рассчитали накладку из стального листа толщиной100 мм, которую посадили на эти выступы в горячем состоянии. После этого трещина закрылась, и станина пресса прослужила еще более 30 лет, вплоть до замены пресса по причине морального износа.

Естественно, что первые промышленные испытания новых конструкций штоков и их соединений, которые мы провели во время нашей преддипломной практики, не дали положительного результата.  Но благодаря выдержке Ивана Павловича, первые неудачи не остановили нашу команду. Процесс поиска конструктивного варианта продолжался. Собрав богатый материал, мы подготовили совместный дипломный проект, который защитили в 1962 году на «отлично» и остались работать в лаборатории ДЭМ (долговечность и экономичность машин) Ижевского механического института, которая как раз была организована летом 1962 года. Начальником лаборатории ДЭМ был назначен Виктор Григорьевич Миронов.

Коль скоро лаборатория была изначально на хозрасчете, надо было искать заказы, то есть, заключать хозяйственные договора. И работа над проблемой стойкости штоков была продолжена в лаборатории ДЭМ по договору с «Ижсталью».

С проектом договора на научно-исследовательскую работу мы пришли в ЦЗЛ. Зная всю сложность проблемы, начальник кузнечной лаборатории, который курировал эту работу, Владимир Петрович Петрунин, визируя договор, сказал нам: «Да если Вы, ребята, хоть на 10% поднимете стойкость штоков в кузнице Ижевского металлургического завода, вам на Долгом мосту у заводской проходной памятники поставят!». Эта фраза нам запомнилась на всю жизнь. Забегая вперед, можно сказать, что стойкость штоков нам удалось поднять не на 10%, а в 2,5 раза! И не только в кузнечном цехе ИМЗ, а во всех кузнечных цехах СССР. А заводы, выпускающие молоты, стали поставлять их с использованием созданного изобретения во многие страны мира. Авторы изобретения, конечно, получили причитающееся авторам вознаграждение.  Правда, тогда существующее положение ограничивало это вознаграждение суммой 20 тысяч рублей за эффективность 1 млн. руб., -что  авторы и получили после внедрения изобретения уже на первых двух заводах (ИМЗ и Чебаркульский металлургический завод). За внедрение на остальных заводах вознаграждения уже не платили, так как сумма экономической эффективности сильно превышала 1 млн. рублей.

Вернемся к тем работам, которые предшествовали получению результата. Сначала мы начали проводить измерение действующих нагрузок в штоках штамповочных молотов цеха 15. Отмечу, что в мировой практике подобные измерения не проводились, так как было много сложностей: высокие перегрузки при ударах, которые воздействовали на соединительные провода и обрывали их, высокие температуры и влажность, которые требовали специальных приемов изоляции, наконец, работа на действующем оборудовании в производственных условиях, а простои оборудования в те годы были не допустимы. На проведение исследований молот «отдавали» в 16-00 в субботу,  а к 24-00 в воскресенье, мы должны были его освободить. При первом исследовании не удалось получить ни одной осциллограммы,  поскольку при первом же ударе молота все измерительные системы вышли из строя. Но уже через несколько экспериментов, мы все же добились того, что программа эксперимента была полностью выполнена, и при этом  измерительная система оставалась работоспособной. В итоге, нам удалось провести комплексные исследования нагрузок в штоках штамповочных молотов, хотя и не обошлось без курьезов. Для быстрой сушки проявленных осциллограмм их промывали в спирте, и однажды фотограф Геннадий Сурнин после проведенных исследований промыл столь мучительно полученную осциллограмму в ацетоне, использовав спирт по «прямому назначению». В общем, после многих часов сложного эксперимента, получили чистую плёнку.

Работа по тензометрии штоков позволила не только получить интересные и полезные данные по нагрузкам в штоках, но и создать высококвалифицированную команду, которая получила опыт комплексных исследований напряжений в деталях, что использовалось при исследованиях нагрузок в деталях ковочных манипуляторов, транспортной техники и многого другого. Развитием этих работ стало создание тензометрических сигнализаторов усилий для прессов, получивших широкое внедрение в стране. Впоследствии, даже удалось провести оперативные тензометрические исследования корпуса изделия ЭМЗ при переводе его на колесный вариант.

Исследования напряжений в штоках выявили немаловажный фактор, определяющий их стойкость. Оказалось, что при ударе молота шток совершает многократные колебания с амплитудой действующих напряжений, превышающих допустимые значения. А это значительно снижало количество ударов, которые выдерживал шток, так как разрушение его носило усталостный характер. Следовательно, появилось направление повышения стойкости штоков – демпфирование его послеударных колебаний. Методом повышения стойкости штоков предложили установить между штоком и бабой молота втулку из серого чугуна и снизить вес поршня.

Так в чем же суть предложенного технического решения?

Исходя из общей концепции причин высоких действующих нагрузок при ударе, главной причиной было высокое ускорение при ударе, определяемое жесткостью поковки или материала, расположенного между верхним и нижним штампами, и жесткостью среды, расположенной между штоком и бабой молота. Было предложено использовать здесь промежуточную втулку, изготовленную из чугуна, который имеет в два раза ниже модуль упругости (определяющий податливость при упругих деформациях) и более низкий коэффициент Пуассона, определяющий объемную сжимаемость материала.

Учитывая, что втулка будет работать в условиях всестороннего объемного сжатия, низкая прочность чугуна больших опасений не вызывала. А рождению самой идеи помог простенький анекдот, который рассказывал на лекции доцент кафедры «Сопротивления материалов» Лев Краснов: Студента спрашивают: «У какого материала больше модуль упругости, у стали или у чугуна?»… 95% студентов отвечают - у чугуна, интуитивно полагая, что чугун более жесткий материал» - отсюда и мысль использовать чугунную втулку.

Дальше прошли первые промышленные испытания на 2-х тонном молоте. И здесь не обошлось без курьеза. Ночью позвонил дежурный механик и сказал, что шток не входит во втулку. Пришлось бежать на завод. Оказалось, что втулка была вставлена в бабу конусностью расширением вниз, а не вверх, поэтому шток и не входил. Быстро исправили ошибку, и начались испытания, которые сразу дали повышение стойкости более, чем в два раза. Изобретение быстро внедрили на всех молотах цеха 15. В декабре 1962 года, встретившись на конференции в Свердловске с заместителем главного инженера Чебаркульского металлургического завода Геннадием Игоревичем Май, мы передали ему чертеж и рассказали о первых результатах. И только в 1964 году узнали о том, что здесь на всех молотах внедрили наше изобретения с повышением стойкости штоков в среднем в 2,56 раза, а на некоторых молотах, где были только центральные удары, повышение стойкости было - до 9 раз!

С тех пор мы стали признанным специалистом и очень уважаемыми людьми на этом заводе - крупнейшем, между прочим, в мире кузнечном производстве. Дело доходило до того, что мне приходилось координировать научные работы всех организаций, занимающихся вопросами совершенствования оборудования на этом заводе. Это такие известные институты, как Челябинский политехнический институт, ВНИИМЕТМАШ и др.

Потом пошло внедрение на таких крупных заводах как Уралвагонзавод, московский ЗИЛ, Кировский завод  в Ленинграде, ИЖМАШ, Горьковский автомобильный завод, Верхне- Салдинский металлообрабатывающий завод и многие другие. И результаты внедрения  встречали признание на этих заводах, что и открывало возможности проводить там серьезные работы в других направлениях совершенствования кузнечного оборудования. На этих предприятиях мы  всегда ощущали уважительное к себе отношение и, конечно, получали от этого глубокое удовлетворение - может быть, не менее ценное и важное, чем денежные вознаграждения. Затем я вместе с Олегом Власовым в 1967 году минуя этап аспирантуры и не имея научного руководителя (а это сильно тормозило процесс поиска учёного совета) защитили кандидатские диссертации и - стали самыми молодыми в ИМИ кандидатами технических наук.  Было нам в день защиты по 26 лет, правда, на следующий день Олегу исполнилось 27.

Я написал эти строки для тех, кто сегодня начинает учиться или интересоваться наукой, и очень бы хотел, чтобы прочитав их, молодой читатель согласился со мной:

- учиться полезно, ибо информация, полученная в процессе учёбы, даёт возможность формировать эффективные идеи;

- полезно иметь большие амбиции в молодые годы,  а информация о том, что заинтересовавшей Вас проблемой занимаются многие, только подчёркивает важность проблемы, и не должна быть причиной отступиться от решения проблемы;

- полезно взяться за решение проблемы тандемом, так как это значительно повышает эффективность работы, особенно на первых этапах.

Календарь событий