Валы и корпусные детали в различных машинах и механизмах часто получают незначительные повреждения, которые необходимо измерить и восстановить. Задача осложняется из-за имеющихся в деталях углублений, пазов и глухих отверстий, недоступных для микрометра или других специальных измерительных инструментов. С такой проблемой метрологи и инженеры сталкиваются постоянно, но не все знают, что эффективно решить ее можно с помощью технологии 3D-сканирования.

Преимущества 3D-сканеров

3D-сканеры становятся неотъемлемой частью производственных процессов при решении задач контроля качества и обратного проектирования, особенно в диагностике, ремонте и профилактическом ТОиР, в импортозамещении комплектующих и усовершенствовании конструкторских решений. Устройства 3D-сканирования обеспечивают высокую точность, гибкость и быстроту измерений сложных объектов, могут работать автономно, просты в эксплуатации, по всем параметрам превосходя традиционные ручные инструменты. Возможность получения точных 3D-данных о труднодоступных участках деталей, узлов и оборудования для последующей диагностики — одно из несомненных преимуществ ручных лазерных сканеров.

3D-диагностика и восстановительный ремонт оборудования

Процесс восстановления посадочных мест с использованием этой технологии включает в себя несколько ключевых этапов.

1. Диагностика глухих и труднодоступных корпусных отверстий и валов с применением отработанной методики 3D-сканирования.
2. Подготовка изделия к наращиванию восстанавливающего слоя нужных параметров и состава.
3. Нанесение металла на изношенное посадочное место. Толщина наносимого слоя может варьироваться от 5–7 мкм до 2 мм, что позволяет достичь оптимального результата.
4. Расточка или шлифовка детали. При необходимости деталь может быть подвергнута механической обработке для получения требуемого размера.
5. Проверка изделия по геометрическим параметрам с помощью 3D-сканера и специализированного ПО для контроля качества.
Рассмотрим, как решаются две типичные проблемы — неравномерный износ вала по диаметру и просадка корпусных отверстий.

Рис. 1. Ручной лазерный 3D-сканер ZG AtlaScan в работе
 

Проблема 1: неравномерный износ вала по диаметру

Частный пример представлен на рис. 2. Нанесение восстанавливающих и специальных защитных покрытий на валы распространено и в производстве, и в восстановительных процессах, в том числе в насосной и компрессорной промышленности, в ремонте автомобильной техники при отсутствии запчастей.

Рис. 2. Вал редуктора при нанесении покрытия газотермическим методом

Сначала необходимо выполнить 3D-сканирование, которое позволяет оценить степень износа по цифровой модели вала. На основании этой оценки назначается толщина восстановительного покрытия. Мы видим, равномерно или неравномерно надо наносить покрытие, где нужно усилить нанесение и предварительно назначить стратегию восстановления детали. Затем контролируется нанесение покрытия.

В процессе нанесения покрытия на поверхности образуется волнистость. На глаз и даже измерительным инструментом иногда не представляется возможным определить, попали ли мы в размер на всей поверхности, особенно если она достаточно обширная и ­где-то есть провалы в геометрии. При мехобработке обнаружится, что поверхность имеет структурные дефекты. 3D-сканирование позволяет оценить размер нанесенного слоя без необходимости снимать деталь.

Проблема 2: просадка корпусных отверстий

Еще один эффективный способ — сканирование отверстий в корпусных деталях. С помощью 3D-сканера можно с точностью до 15 микрон оперативно оценить состояние и степень просадки отверстий и посадочных мест под подшипники. Особую ценность данная методика представляет для глухих отверстий в сложных корпусных деталях типа крышек редукторов (рис. 3).

Рис. 3. Корпусные детали с отверстиями

На основе полученных данных выбираем оптимальную стратегию восстановления:

1. Если просадка небольшая, без механической обработки можно нанести пару десятков микрон на сторону и восстановить посадку под подшипник.
2. Если же просадка существенно больше, то следует изменить стратегию обработки: нанести больший припуск под мехообработку и потом обработать поверхность, оценивая с помощью 3D-сканирования технологический процесс и достаточность нанесения покрытия.

3D-сканирование покрытий при производстве или для восстановительных работ

В процессе нанесения покрытий методом газотермического напыления важно контролировать толщину и рельеф наносимого слоя. Технология 3D-сканирования применительно к этой задаче позволяет сравнить базовую модель и отсканированный объект в специализированном программном обеспечении.

Преимущества:

1. Не требуется демонтаж детали: сканирование можно проводить прямо на приспособлении или оснастке.
2. Контроль толщины покрытия: можно легко убедиться, что толщина покрытия достаточна для заданного размера, а также учесть припуск на механическую обработку. В результате экономится время — весь процесс занимает несколько минут.
3. Высокая точность контроля: сканирование выполняется с точностью до 15 микрон.
4. Универсальность: сканирование может применяться для поверхностей любых форм и размеров, технология в первую очередь актуальна для длинных валов и больших площадей.

Реальный технологический процесс был отработан и показал свою эффективность. На рис. 4 мы видим вал редуктора с покрытием в процессе восстановления. На валу была применена стратегия газотермического напыления с помощью детонационного напыления, и контроль производился в процессе нанесения покрытия с использованием 3D-сканера.

Рис. 4. Вал редуктора с покрытием

Примеры восстановленных деталей

3D-сканирование можно применять для оцифровки поверхностей любых форм и размеров. На рис. 5 представлено больше примеров изделий, на которые можно нанести восстановительное покрытие с применением 3D-сканера.

К ним относятся: валы со сложной геометрией и отверстиями; насосные детали; плунжеры; крыльчатки; лопаточные машины; детали с различными пазами; корпусные детали.

Рис. 5.

Моделирование/сборка стыковочных узлов и деталей машин и механизмов

3D-сканирование также предлагает решение на первый взгляд неочевидных задач — к примеру, моделирования и сборки стыковочных узлов и деталей сложных машин и механизмов. Речь идет об агрегатной сборке, последующей оценке полученной геометрии, сравнении с моделью и с чертежами.

Это особенно актуально при сборке сочленений различных крупногабаритных узлов водного транспорта; при оценке окончательной модели таких больших аппаратов, как дирижабли и экранопланы.

Благодаря методике моделирования и монтажа стыковочных узлов можно обеспечить быстрый и эффективный процесс сборки и контроля таких сложных машин.

Заключение

Технология лазерного 3D-сканирования является комплексным и высокоэффективным решением для диагностики и восстановительного ремонта сложных деталей, таких как валы и корпусные элементы. Сканер позволяет с высокой точностью (до 15 микрон) оценивать износ в зонах, труднодоступных для традиционных инструментов, и на основе цифровой модели выбирать оптимальную стратегию восстановления. Ключевые преимущества такого подхода — оперативность контроля без демонтажа оборудования и возможность точного управления процессом нанесения покрытия и последующей механической обработки. 

Как результат — значительная экономия времени и ресурсов, а также повышение качества и надежности ремонтного производства.

Автор: Денис Климов,  главный технолог центра экспертных 3D-решений Twize (twize.ru)

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 5-2025