刀具涂层在轴加工中的应用

斯太尔贯通轴为中桥上的重要传动零件，其承担着将传动轴输送出的力矩传送至后驱动桥的作用。其质量好坏直接影响到车辆运行是否正常。

输入端花键原图纸结构形式为矩形花键，加工工艺为：滚矩形花键A——磨外圆C——滚花键D——热后校直C——磨矩形花键A。2007年公司尝试将STR贯通轴花键改为渐开线花键，并进行了小批量试制加工，加工工艺方法为：热前磨外圆B——滚渐开线花键A————热前磨外圆C——滚花键D——热后校直C——热后校直B，花键连接改为渐开线后，消除了原矩形花键形式磨削裂纹现象，但热前需增加一道磨C处外圆工序，而且由于热后需要同时满足A 、C处校直精度，给加工带来很大困难，且生产效率受到一定影响。

为保证整桥的密封，就需要保证凸缘法兰与贯通轴花键装配后对油封的综合跳动量，所以渐开线外花键对轴承安装外径的跳动尤其重要。根据我厂设备的实际情况，贯通轴热前滚渐开线花键跳动工艺保证能力在0.04。由于热处理校直难度增加，批量生产时，热处理淬火后校直工艺保证能力在0.08，无法满足产品图纸要求0.06，经常出现因凸缘与贯通轴花键装配后对油封的综合跳动量大而导致的漏油问题。

刀具涂层原理及可行性分析

根据金属切削原理，在正常切削时，刀具的磨损主要包括以下几种：后刀面磨损；前刀面磨损，即月牙洼磨损；前后刀面同时磨损。

刀具涂层是指在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢(HSS)基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物，涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙洼磨损。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性。如图为欧瑞康巴尔查斯（Oerlikon Balzers）所做的涂层刀具与未涂层刀具的切削状况示意图。

未涂层刀具与涂层刀具切削微观示意图
左图：未涂层刀具，因摩擦系数大等原因存在严重的积屑瘤
右图：涂层后的刀具，摩擦系数小，无明显积屑瘤

物理气相沉积（PVD）是一种物理气相反应生长法。沉积过程是在真空或低气压气体放电条件下，即在低温等离子体中进行的。涂层的物质源是固态物质，经过“蒸发或溅射”后，在工件表面生成与基材性能完全不同的新的固态物质涂层。 PVD涂层材料主要为TiN, TiCN, CrN, TiAlN, AlTiN, AlCrN, WC/C, DLC和金刚石等成份，不同的应用领域，需选用不同的涂层材料。涂层的厚度通常只有几个微米，硬度却是钢铁的2到5倍。欧瑞康巴尔查斯（Oerlikon Balzers）涂层公司发明了用铬元素取代钛元素的涂层技术，并于2004年推出了商品名为“Balinit Alcorna”的单层AlCrN涂层。AlCrN涂层的高红硬性使其在极高的热负荷下仍可保持性能稳定，在高速切削、干式（或准干式）切削加工条件应用试验证明性能优异，涂层的高硬度和抗磨损性使得可切削材料硬度达到HRC70。

贯通轴产品材料为49CrMo4, 热处理技术要求为：感应淬火效硬化层深度5-7mm，表面硬度50-55HRC，心部为调质组织，硬度要求35-40HRC。从理论上分析完全可以应用该涂层刀具切削热后贯通轴。

选用花键滚刀，在经欧瑞康巴尔查斯（Oerlikon Balzers）涂层后，进行工艺试验。工艺方法为：热前磨外圆C—滚花键D——热后C处校直——热后滚花键B，将原滚花键工序转移至热后进行加工。

在原来切削参数不变（S=250r/min F=13m/min ）的情况下，加工噪音明显降低。对加工出产品进行了质量跟踪，将任意抽检10件贯通轴花键跳动及M值变动量，从记录数据可以看出，应用涂层刀具热后滚切贯通轴加工精度完全符合图纸要求，该精度要求可以取消偏离。M值变动量减小后提高了与凸缘装配后侧隙变动量，从而提高了装配精度。

（作者：中国重汽济南桥箱有限公司杨玉红麻俊方石国洲）

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