仿形磨削具有多功能性，可用于存在间隙问题而无法进行其他磨削工艺的齿轮。
齿轮齿形磨削，也称为成型磨削，是齿轮制造中使用的一种精加工方法。它涉及使用陶瓷结合剂磨轮来修改或校正齿轮齿形，通常在热处理后进行。砂轮在两个相对的齿之间运行，同时磨削两个表面。
与齿轮切削相比，该工艺可以提供更精确的齿面光洁度并提供更多的多功能性，因为它能够制作特定的、独特的轮廓，或者通过对砂轮进行所需的修正或修改来进行轮廓修正。在大多数应用中，使用 1 型或 4 型轮。机器和齿轮的几何形状将决定车轮的尺寸。
仿形磨削用于磨削内齿轮和外齿轮，具有独特的多功能性。它可用于存在间隙问题而不允许进行其他磨削工艺(例如连续展成齿轮磨削)的齿轮。通常，成型磨削用于精加工较大的齿轮齿，例如大于模数 5 的齿轮齿。这种类型的磨削用于生产各种行业(从汽车和航空航天到农业和能源)的多种类型的齿轮。对于某些应用来说，齿轮可能相当大，例如直径超过 30 英尺的采矿和岩石破碎应用。然而，这种方法在较小的模块上也被证明是成功的，特别是当齿轮质量至关重要或进行特殊研发、小批量生产时。
由于涉及质量要求，仿形磨削可能是一个劳动力和成本非常密集的过程，使其成为制造商整体齿轮生产的关键部分。因此，选择合适的砂轮并遵循最佳实践非常重要，这将有助于缩短周期时间、降低烧伤风险并优化这些操作的质量。
Weiler Abrasives 的高性能仿形砂轮，显示出砂轮的高孔隙率。这些高性能车轮提供更好的形状保持和更长的车轮寿命。
已修整轮廓的轮廓磨轮示例。
一些成型磨轮是由制造商预先成型的，如 Weiler Abrasives 的高性能成型磨轮示例所示。
轮廓磨削基础知识
齿轮齿形磨削是一个不连续的过程，同时逐个间隙地磨削右齿轮齿面和左齿轮齿面。砂轮按照被磨齿轮的精确尺寸进行修整。大多数机器使用安装在砂轮后面、砂轮顶部或砂轮下方的旋转金刚石修整器。在此过程中，修整器和砂轮(或两者的组合)在多个轴上移动以实现所需的齿轮齿形。与通过展成运动产生轮廓的连续展成齿轮磨削相比，在此过程中，轮廓是通过砂轮中修整的轮廓形状产生的。这有助于提供更高的轮廓精度。
大多数时候，齿轮磨削是制造过程的最后一步。磨削后，齿轮通常准备好进行组装。此过程中使用的机器因制造商和尺寸而异。有些机器能够在外壳内磨削直径达 20 英尺的齿轮。其他机器是为较大的生产批次而制造的，并且可以配备自动装载和卸载功能，尽管大多数进出研磨机的材料处理通常是通过起重机手动完成的。
轮廓磨削的挑战
有几个挑战可能会影响成型磨削的周期时间和质量。这些包括：
● 磨削烧伤： 烧伤通常是成型磨削中最关键的质量要素。如果管理不当，燃烧会导致废品并增加周期时间。
● 形状保持： 砂轮的形状保持能力是下一个最重要的质量要素，它对循环时间和齿轮几何形状有直接影响。
● 操作员技能水平： 操作员具备仿形磨削方面的齿轮知识和机器培训至关重要。寻找、培训和留住这些操作员可能具有挑战性。
● 砂轮寿命： 选择能够满足所有质量要求同时又能提供最长刀具寿命的砂轮非常重要。使用正确的磨削策略有助于延长砂轮寿命。这使得仿形磨削操作员的应用培训对于确保他们使用正确的磨削策略尤其重要。
● 参数错误： 必须首先确定总体磨削策略，然后才能编程或调整机器参数。在仿形磨削过程中使用不正确的编程参数可能会导致循环时间增加、齿轮质量差、齿轮生产中烧毁和废品增加。咨询应用工程师(例如 Weiler Abrasives 等磨料制造商的应用工程师)可以改善结果。
● 生产瓶颈：仿形磨削工艺可能是瓶颈的根源。例如，非常大的齿轮或固体磨削操作可能需要 2 到 12 小时的循环时间。对砂轮本身进行战略性改变或者参数调整可能会将时间缩短一半或更多。
磨料产品选择
选择砂轮时，有多种配方可供选择。根据齿轮硬度、尺寸和精加工方法的不同，不同的轮子会产生不同的结果。其他需要考虑的因素包括车轮尺寸(宽度和直径)以及额定速度。不同类型的砂轮可提供不同的切割性能、耐用性和产品寿命。
通常，成型磨削操作选择使用氧化铝颗粒或高性能陶瓷颗粒的开孔陶瓷结合剂砂轮。这与连续生成齿轮磨削中使用的砂轮不同，后者通常使用普通或非诱导孔隙砂轮。对于成型磨削，最好使用具有诱导孔隙或非常大孔隙的砂轮，以降低损坏或报废零件的风险(这会增加相当大的操作成本)，因此使用正确的砂轮进行作业非常重要。即使操作没有以最大能力运行砂轮，选择正确的砂轮也有助于避免灾难性的结果。如果齿轮在安装和使用后出现故障，一个错误的砂轮可能会给公司造成数千美元甚至更多的损失。
寻找能够评估您的应用要求并生产可提供优化性能的成型磨削砂轮的磨料制造商。优质制造商可以设计各种粒度和磨粒类型的定制磨轮，适合与各种数控机床一起使用。
使用错误的砂轮进行成型磨削可能会增加相当大的操作成本。此示例显示了成型磨轮上的极端负载，因为该磨轮选择了错误的作业。与应用工程师合作可以帮助避免此问题。
轮廓磨削的四个技巧
优化仿形磨削的质量并缩短周期时间需要注意一些重要的最佳实践。磨牙策略也起着至关重要的作用，因此一定要考虑诸如“在需要修整之前我们可以磨多少颗牙齿?”等因素。请记住以下四个仿形磨削技巧：
1. 更好的握姿：
磨削周期中有两个要素需要考虑：磨削时间和修整时间。循环中的修整时间可以是三到八分钟或更长时间。因此，您能更好地保持形状，您可以在修整周期之间缩短的时间越长，并且周期时间也会越快。这使得仿形磨削操作员的应用培训对于确保他们使用正确的磨削策略尤其重要。请咨询磨料制造商，以配制具有最佳颗粒和结合剂技术的砂轮，以最大限度地提高形状保持力。
2.冷却切割：
仿形磨削中最关键的质量要素是燃烧风险。燃烧或回火是指牙齿表面在磨削过程中暴露在非常高的温度下。这会降低硬度并对齿轮材料产生应力，导致破裂，从而导致齿轮故障。大多数机器都配备大容量冷却液系统，可提供足够的淹没性能，冲走砂轮产生的金属切屑，并配有高压喷嘴来清洁砂轮。在选择砂轮之前，必须满足这些条件，否则砂轮将无法按设计运行。切削温度较低的砂轮可以带来很多好处。当您提高性能和砂轮攻击力时，选择温度较低的切割轮非常重要，以避免燃烧零件和可能的砂轮故障。通过最大限度地提高磨粒从粘结剂中释放的精确时间并采用适合作业的磨粒技术，砂轮可以实现更凉爽的磨削。当高性能砂轮可以切割得更冷时，就有可能切割得更快。此外，在磨削前使齿轮毛坯粗加工过程尽可能精确或具有最佳几何形状和尺寸将降低质量故障的风险，并有助于稳定磨削操作。
3.通过提高切割量(V'w)来延长砂轮寿命：
切削量是在必须校正几何形状之前(也称为发生形状损失时)可以去除多少齿轮齿材料的量度。当机器安装完毕后，模型被修整到轮子中，齿轮被磨削——因此模型位于齿轮上。车轮上的相同形状被复制到齿轮上。在形状超出公差或不可接受之前可以完成多少次，称为可实现的切割体积，这是一种体积计算。请记住，周期内的着装时间可能是几分钟;因此，可以通过优化磨削和修整策略来缩短周期时间。不同的砂轮有不同的切削量。一般来说，经济型砂轮的切削量较小，而高性能砂轮的切削量非常高。更高的切割量意味着更长的砂轮寿命和更短的循环时间。通过减少修整间隔时间可以缩短循环时间。当磨削策略正确且优化时，您将从高性能砂轮中获得最佳结果。
4. 通过高材料去除率 ( Q'w ) 缩短循环时间：
提高材料去除率 (MRR) 将缩短周期时间。材料去除率是用于了解砂轮去除工件材料的速度的指标。值越高，去除率越高。更高的 MRR 可以通过增加库存量或增加砂轮进给速率(或两者的组合)来实现。Q'w的公式为：
Q'w = (a e * v w )/ 60
在式中，
a e = 材料量，体积单位
v w = 进给速率，单位为距离/时间
修整成形砂轮的动作以演示所使用的方法。
根据所使用的砂轮技术，可能优选高进给率，而不是低进给率和高切削量。这是磨削中常用的因素，通常也是操作员首先提出的问题之一。Q'w公式表明，您可以通过了解如何应用正确的砂轮技术来优化毛坯量、进给率或两者来调整材料去除率。值得注意的是，齿数较少的齿轮从根部到尖端的轮廓具有可变的Q'w 。由于中齿距到大齿距齿轮从根部到齿尖的齿形角各不相同，因此此类齿轮需要不同的磨削策略来实现质量并防止烧伤。与研磨过程的其他要素一样，Q'w 受到冷却液系统、齿轮几何形状和其他因素的影响。还要考虑到，当您提高进给率方面的去除率时，可能会给机器带来额外的压力，并导致机器过早出现故障，从而增加维护和停机时间。
开孔陶瓷结合轮使用氧化铝颗粒或高性能陶瓷颗粒。对于成型磨削，最好使用具有诱导孔隙或非常大孔隙的砂轮，以降低损坏或报废零件的风险。该图显示了磨削后的开孔砂轮，没有加载迹象。
改进轮廓磨削
质量和效率对于仿形磨削至关重要。齿轮应用工程师可以在机器离线并开始设置之前为特定齿轮设计磨削策略。与砂轮制造商的应用工程师合作将为操作员或刀具工程师提供宝贵的数据，以针对所提出的特定砂轮技术设计具有最佳磨削速率和切削量的磨削程序。他们还可以确定砂轮技术是否正确，或者是否需要重新设计或更改。制造商希望在仿形磨削中实现成本效益并缩短周期时间，但首先也是最重要的是，他们必须保持极高的质量，因此通过编程进行周期预测至关重要。