Процесс инженера Герина: как французский эмигрант перевернул мировое авиастроение с помощью куска резины

В 1938 году инженер по имени Анри Герин взял резиновую подушку, положил её в гидравлический пресс — и за пару лет превратил небольшую авиастроительную компанию в крупнейшего производителя транспортных самолётов в мире. История этой технологии — не про гениальное озарение. Она про то, как разумная инженерная дерзость помогает обойти конкурентов, у которых в десять раз больше ресурсов.

Модель процесса Герина в современном исполнении

Француз в Калифорнии и легендарная авиамастерская в парикмахерской

Анри Эмиль Гастон Герин родился в Гапе, на юго-востоке Франции, в 1896 году. В 1911 году в возрасте 15 лет эмигрировал в США вместе с семьёй. Во время Первой мировой войны работал техником, потом инженером в компании Glenn Martin в Кливленде.

Потом Дональд Дуглас, основатель Douglas Aircraft, переманил Герина и ещё четырёх коллег в свою молодую компанию. На тот момент Douglas размещалась в задней комнате парикмахерской в Лос-Анджелесе.

Герин стал главным инженером, а в 1936 году получил американское гражданство и стал подписываться как Генри.

Именно ему Дональд поручил решить проблему, которая душила молодую авиастроительную компанию: производство металлических штампованных деталей было слишком медленным и затратным.

Для каждой детали нужно было изготовить штамп, состоящий из двух половин - пуансона и матрицы. Точные, термообработанные, из дорогой инструментальной стали. Срок изготовления - месяцы. Стоимость в сотни и тысячи долларов по тем временам была состоянием. Если конструкция самолёта менялась, а она менялась часто, штампы шли в утиль, и процесс начинали заново.

Самолёты Дуглас DC-2 и DC-3 требовали тысячи различных деталей из листа.

Герин посмотрел на эту проблему и задал простой вопрос: «А зачем нам две части штампа?»

Он взял толстую резиновую подушку, закрепил в прессе, а снизу поставил только один пуансон. Причём использовал как стальной пуансон, так и изготовленный из твёрдых пород дерева. Резина под давлением обтекала заготовку и вдавливала её в пуансон. Верхний штамп стал не нужен.

Патент США №2190659 Анри Герина на аппарат для листовой штамповки, 1940 г.

Стоимость оснастки упала в 5 раз, время подготовки - с нескольких месяцев до пары дней. А если сделать края пуансона острыми, резина заодно и вырезает деталь - за одну операцию. Герин запатентовал это в 1935–1938 годах (патенты US 2055077, 2133445 и 2190659). И пошло-поехало.

Генри указал в формуле, что:

изобретение относится к способу производства вырезанных и сформованных изделий из листового материала за одну операцию... В предпочтительном варианте этот упругий пластичный материал состоит из резины, которая под давлением формуется вокруг матрицы так, что лист материала, например дюралюминий, помещённый между резиной и матрицей, приобретает желаемую форму и конфигурацию.

В те времена установок газовой, лазерной и плазменной резки с ЧПУ ещё не было. Поэтому это был прорыв. Технологию назвали «процессом Герина» (Guerin process). Она стала базовым методом штамповки с резиновой подушкой.

Внедрение процесса на заводе Дуглас произошло как раз вовремя. Компания получила большие военные заказы на транспортные самолёты.

Первые опыты эластоформования на 600-тонном прессе Lake Erie. Авиационная корпорация Брюстера, США, Крис Фрей «Использование резины для листовой штамповки», журнал АэроДайджест, 1940 г.

На трёх прессах с резиновыми подушками завод Дуглас в день выдавала до 100 тысяч деталей широкой номенклатуры. Именно эта технология позволила построить больше 16 тысяч транспортных DC-3 и легендарные дальние транспортники C-54 Skymaster. Без неё герметичные закрытые отсеки крыльев и интегральные топливные баки было бы невозможно производить в необходимых объёмах, а союзники не получили бы воздушный мост во время войны.

К 1941 году процесс Герина стал стандартом в американском авиастроении. Французские инженеры, узнав о нём, долго сожалели, что патенты были получены в США, а не во Франции. Тем не менее, технологию применили при производстве французских истребителей Dewoitine D520 и Potez 63.

Один из биографов назвал процесс Герина «самым важным изобретением для развития производства металлических самолётов».

Резина – не вечная. Полиуретан открывает новую веху в авиации

У метода Герина было ограничение. На практике натуральная резина выдерживала давление не выше 300 кг/см².

Этого хватало для неглубокой штамповки и формовки несложных деталей. Но для глубокой вытяжки, когда металл нужно тянуть на 100–300 мм, резина быстро рвалась или теряла упругость.

В 1940-х годах американские инженеры разработали процесс Wheelon с использованием неопрена (полихлоропрена). Он был прочнее резины, но всё равно имел пределы.

Нужен был новый материал…

В 1937 году немецкий химик Отто Байер открыл полиуретан. Но до промышленного применения в штамповке прошли десятилетия.

Однослойные и многослойные полиуретановые подушки разной твёрдости на заводе Гидропресс в Полоцке

Полиуретан оказался до 10 раз прочнее резины на раздир и истирание. Его стало возможно изготавливать с разной твёрдостью. Сегодня в эластоформовании применяются полиуретаны от 60 до 95 единиц по Шору. Это позволило создавать многослойные подушки с оптимальным градиентом свойств для вытяжки, гибки или формовки точных сложных профилей.

Инфографика: сравнение основных свойств резины и полиуретана для процесса эластичного формования

В современных эластоформовочных прессах удельное давление прессования составляет от 125 до 900 кг/см², а при вырезке тонколистовых деталей до 3000 кг/см².

Глубокая вытяжка методом Герина стала реальностью. Современные полиуретановые подушки позволяют выполнять вытяжку на глубину до 250 мм.

Сегодня технология эластоформования - целая индустрия. Macrodyne (США) выпускает прессы до 20 000 тонн для авиации и космоса. Beckwood Press — ещё один американский завод с 40-летним стажем, делает прессы для аэрокосмической отрасли. Их клиенты — Airbus, Boeing, крупные военные подрядчики. На некоторых заводах в США применяется одновременно до 20 больших и малых эластоформовочных прессов, закрывающих всю линейку корпусных авиазапчастей.

Оператор шведского компактного гидроформовочного пресса, изготовленного намоткой стальной высокопрочной лентой, на одном из авиастроительных заводов США

Европейцы тоже не дремали. В 80-е и 90-е годы немецкий гигант Siempelkamp поставил десятки сверхмощных прессов. Один из них 22000-тонный пресс достался заводу имени Хруничева в Москве. Французский ACB (ныне испанский концерн Loire Gestamp) поставлял большие прессы для формования стали и алюминия. Помимо Боинг, Аэробус и Сааб эти технологии взяли на вооружение и китайские производители лайнеров COMAC C919.

Пару слов о развитии процесса гидроформования. Это прямой «родственник» эластоформования. Вместо полиуретана давление передаётся жидкостью. Она равномерно давит на заготовку со всех сторон, позволяя формовать сложные объёмные детали — элементы трубопроводов, обтекатели, топливные баки. Это уже новейшая история, но технически с той же логикой: один инструмент плюс упругая среда вместо второго штампа.

Чем ответили советские инженеры?

В СССР тоже не сидели в сторонке. Ещё в 1950-х инженер Евгений Исаченков выпустил фундаментальный труд «Штамповка резиной и жидкостью». Создал полноценную теорию процессов формования эластичной средой. Он заложил основы расчёта операций листовой штамповки, исследовал контактное трение и смазки, изучил напряжения при формовке сложных оболочек.

Фрагмент книги Евгения Исаченкова «Штамповка резиной и жидкостью»

Но между фундаментальной наукой и серийным прессом - пропасть. В послевоенные годы отечественное станкостроение получило задание наладить выпуск крупных прессов для авиапрома. В Коломне, на Заводе тяжёлого станкостроения, разработали уникальные машины с облегчёнными станинами, изготовленными методом намотки. Стальную ленту наматывали на сборный каркас, создавая предварительно напряжённую конструкцию. Это позволяло снизить массу до 4-х раз при том же разрывном усилии.

Но полноценно грандиозным планам помешала экономика, которая в конце 70-х и 80-х начала давать трещину. А в 1991-м страну развалили. Вместе с ней рухнул и советский авиапром.

Большинство идей советских инженеров так и осталось на бумаге. Прессов, поставленных в промышленность, было немного.

В нулевые после стагнации девяностых восстановление авиапрома пошло по иному пути. Вместо отечественных разработок стали покупать иностранное оборудование. Американское, европейское Macrodyne, Beckwood, ACB, Avure. Отечественные прессостроители переживали не лучшие времена.

Эластоформовка сегодня: эстафету подхватили белорусы

Примерно десять лет назад белорусский завод «Гидропресс», расположенный в древнем городе Полоцке, начал осваивать «новые хорошо забытые» процессы эластоформования. Сегодня помимо крупных высокотоннажных прессов полоцкие инженеры создали линейку компактных моделей, которые не уступают по возможностям американским Beckwood, но при этом имеют меньшую массу, транспортируются заказчику одной фурой, не требуют фундамента и запускаются за один день. Шведские мебельные идеи в прессостроении в действии.

500-тонный эластоформовочный пресс Эластоформ-500Т.500 на выставке «Металлообработка-2026» в Москве

В 2026 году 500-тонный малыш Эластоформ-Т был представлен на выставке «Металлообработка» в Москве. Первые модели уже с успехом применяются на предприятиях России и Беларуси. Это не гигантские проекты с длинным финансированием, а компактное и бюджетное решение для средних задач и стремительного роста. Подходит для тех, кому нужна быстрая переналадка, низкая стоимость оснастки и возможность штамповать даже единичные, но сложные детали.

От Lake Erie и Baldwin к Эластоформ-Т: эволюция идеи и воплощение

Идея Герина дошла до наших дней, обновилась благодаря полиуретану, цифровому управлению и вышла за пределы авиационных гигантов.

Процесс Герина прошёл долгий путь от универсальных гигантских прессов с резиной до современных компактных машин с полиуретановыми подушками переменной твёрдости.

Компактное рабочее место для размещения 500-тонного эластоформовочного пресса Эластоформ-500Т в цеху. Размеры сменных контейнеров диаметром 300/500/700 мм.

Современные эластоформовочные прессы - это про сокращение массы пресса при увеличении тоннажа до 30 тысяч тонн выше, увеличение долговечности подушки и быструю переналадку.

4000-тонный пресс для эластоформования многослойной полиуретановой подушкой от американской компании Macrodyne. Рабочий стол размерами 50х50 дюймов (1270х1270 мм), удельное давление 300 кг/см². Источник - сайт Macrodyne (штат Техас).

Это умные, компактные, энергоэффективные машины, которые· работают с удельным давлением от 125 до 900 кг/см²; обеспечивают не только формовку и гибку, но и вытяжку сложных деталей; используют многослойный полиуретан с ресурсом от 2 до 10 лет; позволяют быстро менять полиуретан и матрицы.

Компактый 380-тонный пресс для эластоформования резиной от американской компании Beckwood. Рабочий стол диаметром 16 дюймов (406 мм), удельное давление 300 кг/см². Источник - сайт Beckwood (штат Миссури)

Идея Герина жива и развивается. Специализированные эластоформовочные прессы с набором программных рецептур с полиуретаном вместо резины сегодня доступны не только авиационным гигантам, но и средним производствам по всему миру.

Компактый 2000-тонный пресс для эластоформования полиуретаном от английской компании Workshop Press. Рабочий стол диаметром 22 дюйма (558 мм), удельное давление 820 кг/см². Источник - сайт Workshop Press (Великобритания).

А аддитивные технологии позволяют заменить деревянные модели на изготовленные с помощью 3D печати. Это ещё больше ускоряет цикл подготовки производства.

Возвращение к технологии Герина сегодня – это ускоренное развитие отечественного производства. Которое, хотя и кратно по сравнению с советским периодом снизило объёмы, имеет все шансы возродиться из пепла. Пусть сначала и точечно, через центры роста.

Но уверенно и с верой в технологическое будущее.

Pin-up плакат с советьском стиле. Автор неизвестен.

Инженеры будущего

Комментарии

Комментариев пока нет