福特公司从MQL获得多方面利益

图1 福特汽车公司的Van Dyke工厂使用高端刀具作为MQL
战略的一部分，以最大程度地缩短变速箱的生产周期 

采用微量润滑（简称MQL）的清洁加工，使福特公司的Van Dyke变速箱工厂大幅度提高了其六速自动变速箱的生产效率和生产效益。

像其他的大型制造商那样，出于同样重要的原因，福特公司的Van Dyke变速箱工厂也采用了微量润滑（MQL）的加工方式。采用MQL加工技术，不但不需要提供在普通湿式加工操作中所使用的大量冷却液，也不需要为所有的辅助设备和大型中央冷却系统的维护提供必要的电力，从而降低了加工成本。同时，MQL加工方式也创造了一个更清洁、更安全的生产环境，这有利于车间内加工设备和工作人员的健康。

图2 这一Um Dandia可调刀夹与PCD绞刀由Unimerco公司提供，专门用于MQL喷
雾剂传送。MQL喷雾剂经由主轴，然后进入到HSK-63型刀夹内的一个管路之中

但其实密歇根州的Sterling Heights工厂最初并没有意识到如何改变刀具的加工方式，不知道在加工过程中，工件的冷却和润滑会对其大规模的生产工艺，产生如此重大的影响和滴入效应，以至于超越了刚刚在上面提到的优越性。转换到MQL方式来加工该公司6F系列前轮驱动变速机结构上使用的三类铝制元件，最终提高了该工厂的生产灵活性和生产效率，使它能够更迅速地适应市场对各种汽车需求的变化。它也带来了“从外到内的开放式”加工方法，因此它可以更接近于变速器的组装区域，以尽量减少报废的零件在整个工厂内流动。

图3 从这一图片中还可看到两个气雾剂的出口点。一个位于刀具的
顶端，另一个位于PCD刀尖附近，因此喷雾剂可直接传送到摩擦点上

Van Dyke工厂拥有一个整洁干净的工厂，也在过去的几年中，使MQL加工技术变得更加成熟，并使接近干燥条件下的加工显得格外地得心应手。nextpage

MQL微量润滑技术

简而言之，MQL技术是以一种油雾或喷雾的形式，给刀刃提供极少量冷却液的加工方式，这正好与传统的工件和刀具进行喷溅式的冷却技术相反，后者需要大量的冷却液。在切削操作过程中，采用喷雾冷却只会在切屑、工件和机床上遗留少量的喷雾液。然而，与喷溅式切削加工的情况相比，它就显得微乎其微了。

图4 MQL技术可带来很好的经济效益和环境效益，因为在Van Dyke工厂
的铣削、钻削、绞孔和镗削加工操作中，只需要使用极少量的冷却液

Van Dyke工厂并不是福特公司采用这一冷却液替代方法的第一家变速箱生产厂，最早是在密歇根州的Livonia工厂被采用。2002年，Livonia工厂开始在复杂的阀体上试用MQL加工技术，而该阀体被看作自动变速箱的液压控制中心，例如像6F的六速变速机构。试验证明，采用MQL技术加工的阀体，能够以必要的精度和光洁度要求或以高于这一要求的水平进行加工生产。因此使该工厂又有了进一步的发展，他们安装了一套加工单元，该单元由MAG动力系Ex-Cell-O XHC 241型线性电机驱动的卧式加工中心所组成。当时，那些4轴机床已安装了该工厂认为最先进的MQL系统。

图5 Van Dyke 工厂内的MAG Powertrain Specht卧式加工中心，具有
封闭式加工的特点，在负气压工作条件下，它可使切屑和任何油雾，
通过Handte离心机和过滤系统处理后向外排出，其具体结构如图所示

这些机床的安装于2005年完成，其目的是为了通过主轴和刀具提供喷雾冷却液。2006年，一套几乎相同的加工单元在此后不久被安装在Van Dyke工厂里。在这两个工厂内的机床（在这两个工厂中，总共安装了166台MQL机床）都采用龙门式机器人上料方式，而其铝制阀体、阀门前箱和变换器外罩则采用传送带传输，使其从加工单元中输入和输出。

2007年，Van Dyke工厂安装了第二套MQL加工单元。第二代加工单元使用了54台由MAG Powertrain动力系统公司提供的Specht 500D卧式加工中心，从而使该工厂以接近于干式加工的方式获得了更为可观的效益。机床的这部分设计元素与MQL加工具有特定的密切关系，非常值得一提。

图6 在加工变速机阀体的复杂关键部位时，Van Dyke
工厂达到了微米级公差的加工水平。该工厂还加工变
换器铝金属外壳和福特6F系列的六速变速箱前部箱体nextpage

每一台Specht机床都配有一套精密的计量系统，与其动力主轴的外套组装在一起，可通过刀具，有效地传输喷雾冷却液。该机床的数控系统，直接与MQL子系统连接，通过调节计量阀，以适当的持续时间为一个特殊的操作，提供适量的润滑剂。具体来说，是零件程序中的一个参数随着润滑剂的输送量和持续时间而变化。润滑剂与空气混合，形成所需的空气/油雾混合体，然后，这种喷雾通过刀具中的管路，被传送到刀刃上。当刀具停止切削加工时，喷雾剂被关闭，因此润滑油不会聚积在工件或机床的表面上。

这些机床也能够对切屑进行有效的处理。在经过切削操作后，可通过机床A轴的耳轴设计，使工作台倾斜，从而自动地清除粘附在零件和夹具上的切屑。由于机床的内壁呈55°斜角，其坡度陡峭，因此可帮助其获得接近于干燥的切屑，自动地落入到现有的气流之中。一个封闭的负气压加工环境，使该气流能够将切屑和油雾从机床上带走，并通过一套由Handte公司设计的离心机和过滤系统对其进行处理。干燥的切屑经由该系统出来后，被集中到每台机床一侧的漏斗中，于是整洁的环境和优质的办公室空气又重新回到了这个工厂。

图7 从机床向外传送的是适于办公室的优质空气和干燥而细
小的铝金属切屑，然后将这些切屑直接传送到回收装置之
中，再也不需要耗时而耗资金的回收操作来分离冷却液和切屑

具体而显著的MQL效益

MQL技术在Van Dyke工厂的使用主要起到了两个推动作用。从总体成本前景来看，无论从机床的成本、停机时间、维护保养、车间地面的清洁卫生，还是电力的使用、冷却液的管理及其他相关因素的考虑，与湿式加工操作法比较，采用MQL技术使产量提高了13%。至于对环境的影响，MQL技术已成为该工厂取得成功的一个关键因素，在其生产中再也没有什么副产品被送往垃圾填埋场。但除了考虑这些因素之外，还应考虑到Van Dyke工厂从实施其MQL战略以来所获得的其他令人感兴趣的效益。比如传感器、开关和电子元件的使用寿命大幅度延长。

图8 由于MQL技术消除了空气中的雾气和污染物，因此Van Dyke
工厂发现，令人厌烦的电气故障和电子元件故障显著下降

自动化是Van Dyke工厂生产工艺中的一个关键因素，它在很大程度上依赖于开关、伺服系统和其他电子元件，但这些元件特别不适于在潮湿的环境中工作。自采用MQL技术以来，工厂内出现的类似故障明显减少，因为电子元件再也不会受到冷却液的侵害。这最终导致该系统的工作运行时间不断提高，这对于任何高生产量的制造商而言都是非常重要的。对于传统的湿式加工系统而言，其正常的工作运行时间一般为50%~60%左右，而采用MQL技术的加工单元，其正常的工作运行时间在80%~90%的范围。此外，在加工单元中用于传送零件进出的传送带，在其下面再也不需要安装冷却液收集盘，因为采用MQL加工的零件，在传送过程中再也不存在冷却液下滴的问题。一般在湿式加工操作过程中，遗留在传送带底下油盘内的冷却液，经过一段较长的时间后，会变得粘稠和发出异味。

三坐标测量机也可自由地在车间内使用，而不需要护罩。在Livonia工厂，三坐标测量机作为MQL第一套替代设备的一个部分，被安置在车间内。当时作出决定，采用密封的方式安装这些设备，并在一个可控制的环境内，将它们隔离开来。由于MQL所固有的清洁度，以及Van Dyke工厂本身所配置的温控设施，因此三坐标测量机被安置在车间内时没有使用护罩，这也降低了安装成本，并使三坐标测量机能够安置在更接近机床的地方。

图9 车间对使用三坐标测量机具有更大的信心，因为其
在一个密封的环境中，再也不需要使用防尘罩来保护了nextpage

铝切屑被直接传送到回收装置之中。因为该切屑是由MQL加工操作产生的，被传送到每台机床的漏斗时，基本上是干燥的，因此不需要进行耗时和耗资金的回收操作，即将冷却液从切屑中分离出来。现在，切屑可从每台机床的漏斗中清除出去，然后集中起来直接输送到回收装置之中。

MQL加工技术有助于工厂的地面保持清洁平整。而湿式加工系统会给工厂提出一系列的附加要求，支持工厂的生产，不仅需要提供冷却液（通过一个独立的大型的中央冷却液供应系统），而且还必须清除处理并盛装这些冷却液。这一范围包括从容纳溢出液最低限量的地面工程排污系统，到车间地基上挖掘的较长沟槽，以容纳冷却液和切屑，并使其从加工单元外流。由于MQL机床基本上属于自容式机床，因此不再需要建造一个独特的排污系统和沟槽系统。

图10 福特公司的工作团队最近开发了一种使用MQL技术来加工
键槽的方法，完成这些零件的加工无需采用二次湿式加工操作

变速箱总成可能偶尔会接近加工单元区。传统上，湿式加工操作一直与工厂内的一些僻静区、甚至与密封区互相隔离，以防止变速箱总成受到污染。那种心态是在该工厂安装其第一套MQL加工单元时带来的，但现在这样的情况已不再出现。第二套MQL加工单元安置在外面，处于开放式的环境，并与组装区非常接近。事实上，将加工区与组装区分离开来的唯一原因是：为机加工零件提供一个运输和仓储区。

以这一方式，使加工区接近组装区，将大大减少废品在整个工厂内的流动。它也有利于更严格的库存控制，因为临时搁置区，与带有编号的储存货架，将作为一个精益生产管理的超市，输送各种组装件。过量生产的情况以及工厂废品所造成的伤害已大大减少。

经验教训

Van Dyke工厂曾面临一条从湿式加工到MQL加工的内在学习曲线。例如，在机加工的历史中，当你采用大量的冷却液对工作区进行喷溅式冷却时，会存在着一种自然的倾向，认为使用更多的润滑油要比采用MQL加工方式更好。其实不然。

在工厂里，可以采用MQL加工的工艺包括钻、铣、镗、铰孔和攻螺纹等。对于特定的操作，所使用的油量是不同的，在很大程度上取决于刀具的直径、进给率和速度。较轻度的切削加工，如阀体上卷轴孔的镗削操作，不需要很多润滑油。事实上，铣削加工经常可以在全干的条件下操作。另一方面，钻孔和攻螺纹需要使用较多的润滑油，因为刀具与工件之间的较大摩擦力会产生较高的热量。

图11 键槽加工近视图

Van Dyke工厂在施行MQL加工过程中也选用了很多刀具。这些刀具主要使用来自于Emuge、Guhring、Mapal和Unimerco公司的高端刀具。这可以使拥有MQL技术的机床的运行速度与采用传统喷溅式冷却液操作的机床的运行速度一样或更快，同时其所生产的产品具有特别高的精密公差尺寸。例如，可使阀体卷盘孔的精密度保持在微米级的水平。MQL的工艺证明，它们始终具有能够达到那种精度的生产能力。

该工厂已经适应于使用MQL技术。其中一个例子是关于变换器外壳上键槽的成形加工。该加工采用普通几何形状的成型刀具，如果没有开发出这一工艺，变换器外壳上的键槽不得不采用湿式加工工艺，那就不可能通过MQL加工单元交货了。现在，所有的加工操作都在加工单元内执行。

在Van Dyke工厂内安装的第一套MQL系统与其最新一代MQL加工单元之间的另一个显著区别在于，新设备安装在一个温控区内，以帮助机床保持合适的热稳定性。这套设备与每一台Specht机床上的实时温度补偿系统同时工作，持续监控机床、零件和加工环境的温度，以帮助它们保持恒定的温度和精度。由于密西根州地区一带的温度变化范围是如此之大，因此，考虑到这些因素是十分重要的。当然，那里的工作人员也非常重视舒适的工作环境。

福特公司为MQL所作的其他努力

在注意认识到变速箱项目如何从MQL那里获得效益之后，Ford公司开始调研如何在发动机元件的生产中实施MQL加工技术。用MQL技术对黑色金属进行加工，要求采用不同的方法，在该公司变速箱厂制订的基础工作之上，将需要向前走一条漫长的道路，帮助该业务的驱动系生产部门迅速地应用MQL技术。