Всем привет! В прошлый раз рассказывал про нашу разработку средств выведения без участия Роскосомоса и упоминал об ответвлении исследований в бытовой сегмент. Сегодня речь пойдет об одном из отпочковавшихся изделий — простейшем редукторе. Его история могла бы быть довольно простой, если бы не обещанная в заголовке пружина, имеющая интересную знакопеременную кривизну, и уходящая корнями в XVIII век.

Прежде чем перейти к редуктору, его пружине и знакопеременной кривизне, немного обрисую контекст, в котором шли муки перерождения такого изделия.

При разработке ракеты в какой‑то момент нам потребовался электрический эмулятор системы управления, в состав которого, среди прочего, должен был входить имитатор главного клапана жидкого кислорода. Иными словами, нужно было простое, и дешевое поворотное устройство, работающее по релейной логике. Пользуясь преимуществами работы в вентиляционной компании, мы нашли подходящий привод на складе.

Такое решение помогло нам закрыть «ракетные» вопросы пару или тройку раз, но конечно ждать по 60 секунд (время полного поворота) было неприемлемо. Однако сам привод, попавший в сети нашего внимания, выйти из них самостоятельно уже не мог.

В момент списания изделия на «безвозвратные нужды ракетчиков» где‑то проскочила информация о его цене, — на тот момент она составляла 6500р. при корпоративных закупках. Вначале я не придал этому внимания, но в какой‑то момент пазл сложился — цена никак не соответствовала кажущейся простоте начинки:

• 1 кг стали и пластика

• Незамысловатая (как оказалось — нет) плата с китайским DC моторчиком

• Спиральная пружина в оцинкованном кожухе.

Проверка закупочной информации подтвердила, что последние партии действительно были по такой стоимости. Все еще подозревая подвох, я начал прикидывать себестоимость изделия в своей вариации. Выходило где‑то 1500–3200р. в зависимости от ряда различных факторов. т. е. примерно в 2–4 раза дешевле исходных данных. После этого я уверовал, что истина открылась мне: доллары, биткойны, ИИ, — все это в прошлом.

Бытовые приводы с возвратной пружиной — вот новая нефть, которой можно «заправить» нашу частную ракету.

Заревёрсить основную часть корпуса и редуктора не составило особого труда. Часть технических решений пришлось изменить ради удешевления конструкции при малой серии. Но в целом, когда от оригинального привода осталась только плата и пружина, уже пришло понимание, что проект вполне реален, цифры более или менее сходятся, и в таком виде можно посоветоваться с начальником на тему перспектив. Тут грянул первый гром — сама идея и реализация были поддержаны, но информация по цене оказалась ограниченно верной. Исходная закупочная цифра в 6500р. попала на период необратимых изменений в отечественной экономике, и чуть позже она обвалилась в два раза и стабилизировалась на этом уровне.

На этом этапе еще никаких существенных затрат в проект вложено не было, кроме личного времени и можно было все остановить. Виртуальная маржа еще оставалась, но привлекательность идеи довольно сильно поблекла. Тем не менее мы решили еще немного доработать прототип, чтобы получить более детальные оценки. К тому времени первая вариация платы DC моторчика уже была изготовлена, а пружина отдана на спектральный анализ.

И тут грянул второй гром — пружина была сделана из аустенитной нержавейки, той самой, классической — 12Х18Н10Т. В своей жизни я сталкивался с парой пружин из нержавейки, но они были миниатюрными с минимальной нагрузкой, лежащей глубоко внутри зоны упругости, и использование в силовых конструкциях для меня стало открытием.

Первые попытки просто смотать пружину из той же марки стали в тех же размерах привели к полному фиаско. Далее осколки лекций по материаловедению стали давать о себе знать, и следующая нержавейка уже закупалась с нагартовкой разной степени. Но и тут не получалось приблизиться к нужным результатам. Секрет оказался прост и сложен одновременно — хитрость заключалась в свободной геометрии пружины — именно знакопеременная кривизна, она же «S» — образная форма придавала необходимые свойства: достаточное усилие даже при незначительной закрутке. Без этого нюанса добиться нужных значений при заданных ограничениях было практически невозможно. На фото показаны попытки получить искомую «S» — образную форму разными путями. 

В ходе исследований, для качественной закалки пришлось прибегнуть к помощи местного завода термообработки. И хотя полученные результаты были уже ближе к искомым значениям, но в этот раз материал оказался более твердым, чем требовалось. Уже стало понятно, что подобрать режимы закалки и отпуска под нужные характеристики реально, но не целесообразно — процедура становится дорогой, качество поверхности после такой ТО неравномерно и оставляет желать лучшего.

На этом этапе руки уже опускались, и я предпринял второй раунд поиска подрядчиков на готовую пружину. Мы готовы были заказывать серию, при условии что конечный ценник будет в разумных пределах. Но из примерно двух десятков пружинных производств по всей России только одно было готово взяться за заказ, но выставило совершенно нереалистичные цифры, и уточнило, что заказ будет делаться в Китае. При этом и материал предлагали другой, что с высокой долей вероятности означало, что менеджеры сами не в теме, и о «знакопеременной кривизне» не будет и речи.

Ощущение того, что истина где‑то близко, не покидало меня, но получить хороший результат все еще не удавалось. В ходе поисков я случайно наткнулся на патент 2005г.: «Способ изготовления цилиндрических пружин из аустенитной стали», Адаскин А.М. и др. Удалось выйти на автора и переговорить с ним лично. Но, к сожалению, предложенное им решение выходило за рамки бюджета — пружина становилась дороже всего изделия.

Следующий огонек надежды подарило очередное участие в Московском марш‑броске с группой технически подкованных товарищей, один из которых работал в научном институте по материаловедению. Бесконечная ночная дорога по болотам Подмосковья была как будто создана для обсуждения особенностей мартенситного превращения сталей. Но и тут, к сожалению, технология не родилась. Однако теперь уже было ясно, куда целиться. Следующей жертвой стал еще один сотрудник института, который уже профильно занимался подобной проблемой. Было сформулировано техническое задание на консультацию и согласованы цены. Результат — выпущенный технический отчет о возможных для применения материалах и технологиях.

Да, подходящего по цене решения снова не было, но главное, было получено подтверждение, что для создания оригинальной пружины из нержавейки, требуется сверхдорогая оснастка и, возможно, не менее дорогая отработка техпроцесса.

Параллельно с консультациями я не переставал экспериментировать с материалами, геометрией оснастки, твердостью и термообработкой. В итоге получилось что‑то близкое к искомым характеристикам, но весьма хрупкое. Чуть позже удалось улучшить результат. И на последней консультации специалист подтвердил, что найденное решение не очевидно, но может дать плоды, если довести его до конца.

К этому времени уже удалось обзавестись относительно «нормальным» инструментом для измерения момента, твердомером, небольшой печкой и индукционным нагревателем. И сейчас я заканчиваю испытания найденного решения:

• нагрузочные

• климатические

• ударные

• ресурсные

А собственно само решение состоит из разных режимов термообработки углеродистых пружинных сталей, геометрических размеров используемой оснастки и технологии навивки. Точность совпадения характеристик можно сравнить на графике:

На текущий момент уже есть экземпляры приводов с собственными пружинами, отработавшие 3-х кратный закладываемый ресурс, прошедшие климатические испытания и множество других проверок. Арендован небольшой офис под начало мелкосерийной сборки и есть договоренность с начальством на минимальную загрузку, которая позволит вывести проект в минимальный плюс и отбить затраты.

Ну а в конце главный вопрос — зачем это все нужно?

Начало было прозаичным — высокая маржа. Но и после снижения ценника более чем в два раза, было понимание, что этот проект может стать точкой роста для инженера на «удаленке». Даже если он будет первое время хотя бы безубыточным, то позволит набрать компетенции в смежных областях, локализовать производство комплектующих для основного бизнеса, обзавестись материальной базой у себя под боком, создать конкурентное для локального рынка изделие (сейчас тут представлены либо китайцы с «шильдиками», либо отечественный продукт с космическим ценником) и все это с минимальными затратами по времени, т.к. параллельно все также идет работа над «ракетой» и еще одним более интересным проектом спирального компрессора.

Сам проект по себе, в вакууме, был бы неинтересен ни инвесторам, ни потребителям. Но учитывая, что разработка велась на «сдачу» с других проектов и на начальном этапе имеет загрузку для разгона, то все это вполне органично вписалось в мою реальность.

Как всегда хочется поблагодарить тех, кто помогает в этих начинаниях — главного инвестора, электронщиков, производство в Москве и Кондрово, технических консультантов и в особенности жену, которая терпит непрекращающийся шум работающих приводов в гостиной. Ну а если у вас дома есть механическая вентиляция, вы пользуетесь подобными заслонками (до 200мм) и хотите поучаствовать в деле, то готов бесплатно прислать один из образцов приводов для тестов в реальных условиях (в личку, кол‑во ограничено).