成形研磨與展成研磨：齒輪研磨如何達到 ISO 5 級
熱處理後的齒輪研磨可達到 ISO 1328-1 第 5 級，fα ≤ 5 μm、Ra 0.2–0.8 μm。依模數與批量比較成形研磨與展成研磨。
硬化後研磨的作用
研磨是對已經熱處理過的齒面所施行的磨料加工。它有兩項任務：消除滲碳淬火留下的形狀變化，並將齒形、導程與節距誤差帶回圖面公差之內。
滲碳齒輪的硬度為 HRC 58–62。滾齒與剃齒都無法在這種硬度下切削。淬火通常會造成 0.02–0.08 mm 的導程誤差。若未經研磨就直接安裝這樣的零件，噪音與載荷分擔都會變差。在所有齒輪加工步驟中，這是最昂貴的一步，也是決定成品能達到多高精度的一步。
摘要：研磨在熱處理之後進行。其任務是消除硬化變形，並將硬化齒面提升至 ISO 1328-1 第 5 級，fα ≤ 5 µm、Ra 0.2–0.8 µm。兩種製程路線涵蓋大多數工作。展成研磨使用螺紋（蝸桿）砂輪連續切削，可處理模數 0.5–8 mm，批量生產中單件成本約比成形研磨低 20%–30%。成形研磨使用成形修整砂輪，一次切削一個齒槽，適合大模數（mn ≥ 6 mm）、少齒數與特殊齒形。三項輸入決定選擇：模數、批量大小、齒形複雜度。
成形研磨與展成研磨
成形研磨將砂輪修整成齒槽的形狀。砂輪徑向進給進入一個齒槽，然後工件分度到下一個齒槽。
展成研磨讓螺紋（蝸桿）砂輪與工件噛合。齒面在連續滾動運動中產生，因此沒有分度停頓。
- 砂輪類型：成形修整砂輪
- 展成路線：螺紋（蝸桿）或碟形砂輪
- 切削運動：切入每個齒槽，然後分度
- 展成路線：連續展成，無分度
- 模數範圍：mn ≥ 6 mm、少齒數、內齒輪
- 展成路線：mn 0.5–8 mm、標準外齒輪
- 典型等級：ISO 5–6
- 展成路線：ISO 4–6
- 生產效率：低至中等
- 展成路線：高，適合批量作業
- 單件成本：基準水準
- 展成路線：批量生產中低 20%–30%
- 特殊齒形：可輕鬆處理階梯、修形與內齒幾何
- 展成路線：受蝸桿砂輪幾何限制
選擇規則很簡短。大模數、少齒數，或階梯或修形齒形，傾向成形研磨。中等模數且批量超過一千件，傾向展成研磨。精度範圍重疊；真正的區別在於產能與齒形彈性。
現場使用的參數
- 砂輪速度：傳統 25–35 m/s；高速 45–80 m/s
- 備註：速度越高，燒傷風險越低
- 粗磨深度：0.02–0.05 mm/次
- 備註：清除淬火變形
- 精磨深度：0.005–0.01 mm/次
- 備註：決定最終齒形精度
- 冷卻液壓力：8–15 bar（油）
- 備註：沖洗並冷卻接觸區
- 表面粗糙度：Ra 0.2–0.8 µm
- 備註：直接達到，無需拋光步驟
- 研磨餘量（每側）：0.15–0.25 mm
- 備註：滲碳齒輪的典型值
餘量通常是問題最先浮現的地方。低於 0.1 mm，砂輪無法去除變形，齒形會超出公差。高於 0.3 mm，循環時間增加，燒傷風險上升。
燒傷：看不見的缺陷
燒傷是研磨熱超過材料回火溫度時，齒面發生的冶金變化。有兩種：回火燒傷與再硬化燒傷。
- 回火燒傷：硬度損失 HRC 1–5，腐蝕顯示暗色
- 後果：加速磨損、點蝕
- 再硬化燒傷：脆性再硬化層，腐蝕顯示亮白色
- 後果：研磨裂紋、齒面剝落
在現場，硝酸酒精腐蝕是標準的首件檢查。巴克豪森噪音檢測可進行全檢而不損傷零件。四項做法可控制燒傷：
- 降低精磨深度
- 按時修整砂輪，使其保持鋒利
- 提供足夠的冷卻液
- 不要乾磨
研磨在精加工鏈中的位置
- 剃齒：熱處理前施行（≤ HRC 45）
- 可達等級：ISO 6–7
- 粗糙度：Ra 0.4–1.0 µm
- 成本：低
- 研磨：熱處理後施行（HRC 58–62）
- 可達等級：ISO 4–6
- 粗糙度：Ra 0.2–0.8 µm
- 成本：高
- 珩磨：熱處理後施行，通常在研磨之後
- 可達等級：改善表面紋理與噪音行為
- 粗糙度：Ra 0.1–0.4 µm
- 成本：中
對於生產齒輪，通常的路線是滾齒，然後滲碳淬火，然後研磨。若聲學目標嚴格或紋理方向重要，會在研磨之後增加一道珩磨。
生產觀察
觀察 1：量測餘量，不要假設。 每批淬火後抽取 3–5 件，記錄導程與齒形偏差。將每側餘量設為最大量測值加 0.05 mm。一律採用 0.2 mm 要麼留下變形，要麼浪費時間空切。
觀察 2：比直覺更早修整。 螺紋砂輪每 50–100 件需要修整。使用聲發射（AE）監測來定時修整，可將燒傷廢品從 2%–3% 降至 0.5% 以下，同時油品用量下降約 10%。
觀察 3：過濾品質會反映在表面上。 將過濾從 20 µm 改為 5 µm，Ra 可改善約 0.1–0.2 µm。在過濾上偷工減料，代價高於節省。
觀察 4：首件要腐蝕檢查。 批次放行前，對 2–3 件進行硝酸酒精腐蝕。在腐蝕站發現暗區，遠比在組裝後發現點蝕便宜得多。