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福特F150是福特旗下的經(jīng)典皮卡，是F-Series系列中，銷量最高的車型，并高踞美國的十大暢銷車榜首，連續(xù)多年獲得美國最佳汽車稱號。 這是一款非承載式車身，車架由高強度鋼沖壓而成，這樣不但提高了車身的耐用性，更對乘客在安全方面有了進一步的保證，不盡如此，在安裝了AdvanceTrac與RSC（防翻滾穩(wěn)定控制系統(tǒng)）的技術(shù)的幫助下，拖拽能力達(dá)到了首屈一指的能力。 整車車身尺寸為，長寬高：5910*2192*1992，下面一起了解一下這款車的車身結(jié)構(gòu)及連接工藝。 F150車身圖 一、材 料  如圖，除了最前部和前圍板區(qū)域，其他區(qū)域大部分區(qū)域使用材料為鋁。 1.1 材料選擇 我們之前接觸的都是一些SUV及轎車對鋁材的應(yīng)用，但是2015年福特F-150的發(fā)布帶來了鋁對鋼爭論到了卡車駕駛界的最前沿。為了提高燃油經(jīng)濟性，總是把輕量化作為提高強度和經(jīng)濟性的最佳手段。F150鋁材用量占比77.1%，似乎任何時候鋁與鋼的爭論都集中在三個主要問題上： a. 強度 b. 燃油經(jīng)濟性 c. 成本 1.2 強度 福特F-150是用高強度鋼框架和軍用鋁合金車身制造的，但是軍事級鋁到底是什么呢？嗯，鋁本身并不是最強的金屬，所以它必須與其他金屬結(jié)合才能生產(chǎn)出更強的鋁合金。 新的F-150主要是由6000系列鋁合金經(jīng)熱處理后，其強度提高.通過使用不同的合金混合物并對它們進行熱處理，據(jù)說實際上制造出的鋁比它正在替換的鋼更強。使用鋁的另一個好處是它的密度比較低，雖然鋁增加額外的厚度，但是仍然更輕。下圖為該車應(yīng)用的鋁板材及型材的屈服強度、抗拉強度及延伸率。 鋁材性能圖 材料應(yīng)用部位圖 1.3 燃油經(jīng)濟性 有很多關(guān)于新鋁F-150燃料經(jīng)濟性的猜測，但是這個數(shù)字在里面，而且這個數(shù)字是令人印象深刻的。新的2015年福特F-150減掉了700多磅（317.5kg） 車身骨架圖 1.4 修理 由于鋁比鋼貴，所以保險費用會很高，維修費用也會更高。坦率地說，它比鋼鐵貴。但這一事實本身并不會對保險成本產(chǎn)生重大影響。據(jù)福特人員說：“雖然高強度鋁合金的價格比鋼鐵的價格高一磅，但我們已經(jīng)開發(fā)了制造效率，以盡可能降低成本。” 二、新車身工藝 頂邊梁斷面圖 通過上圖我們會發(fā)現(xiàn)在上邊梁區(qū)域，內(nèi)部有封閉截面但是結(jié)構(gòu)卻在不同部位有形狀差異的這種結(jié)構(gòu)，該工藝是三維熱彎和淬火(3DQ)，使用三維熱彎淬火法（3DQ）成功制造出汽車車身骨架部件“Front Pillar”。 管材的強度為580MPa，通過三維熱彎淬火技術(shù)加工時的淬火效果，將封閉截面構(gòu)造的方形鋼管成型為前柱形狀，實現(xiàn)了1.5GPa級拉伸強度。由于這種方法可減小柱體截面面積，因此可確保足夠的強度，在車輛側(cè)翻及碰撞時保護乘客，同時還可擴大駕駛時的前方視野。相對于傳統(tǒng)部件，三維熱彎淬火部件重量可減輕30%-50%，實現(xiàn)汽車的輕量化。 利用截面形狀為圓形及方形的鋼管加工制造封閉截面的部件，與利用鋼板加工制造相同截面面積的開放截面的部件相比，能夠提高彎曲鋼性和扭曲剛性。不過，管材的成型方法大多使用“液壓成型”（利用高壓液體使鋼材塑性變形的加工方法）這種冷加工方法，成型后部件的拉伸強度最大只有980MPa級。 而3DQ法通過對截面形狀為圓形及方形的鋼管實施局部加熱及淬火來提高強度，同時使用多軸機器人實施彎曲加工，這樣一來，即使是封閉截面的部件，也可用一道工序制造沿長度方向復(fù)雜彎折的產(chǎn)品（如圖）。而且，這種方法還可制造液壓成型難以實現(xiàn)的1.5GPa級上的部件。 3DQ設(shè)備示意圖 三、連接工藝 
連接分布圖
連接數(shù)量圖 福特F150主要通過SPR、FDS、無鉚、激光焊接、FSW、膠接來實現(xiàn)車身連接，其中SPR2270個，F(xiàn)DS196個，無鉚120個、激光焊接3m，結(jié)構(gòu)膠110m。
B柱區(qū)域連接圖
如圖，側(cè)圍內(nèi)外板通過SPR連接
如圖，后圍板區(qū)域應(yīng)用了攪拌摩擦焊，使緊固件與車身件連接。 四、總 結(jié) 通過本文，對F150車身結(jié)構(gòu)、材料、連接工藝、制造新工藝有了初步的了解，對于皮卡的設(shè)計也是較好的借鑒參考，合理的部位使用合理的結(jié)構(gòu)及工藝，同時考慮不同地域的法規(guī)要求，相信不久將來國產(chǎn)的皮卡在國外的市場份額會更上一層樓。
鑒于因螺栓失效、擰緊裝配等而發(fā)生的絡(luò)繹不絕的汽車廠召回事件，為滿足工作需求，螺絲君研究院聯(lián)合業(yè)內(nèi)技術(shù)專家籌備編撰<<裝配技術(shù)內(nèi)參>>，以期對從業(yè)人員工作的指導(dǎo)、參考； |
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