福特汽车公司(Ford Motor Co.)迪尔伯恩卡车工厂(Dearborn Truck Plant)第一辆铝制F-150皮卡下线后，过去和未来就在前不久相遇了。将近87年前，另一种引领潮流的汽车在Rouge中心的其他地方突然出现，那就是Model A轿车。
下一代F-150是几十年来最预期的新车之一。事实上，一些专家认为，它是福特最重要的产品发布，因为轿车在1927年取代了型号T.福特花费了30亿美元，开发新的F-150和用于组装它的自动化生产过程。
革命式拾取卡车具有铝制身体和货物盒，这是一种远离传统设计的根本偏离。由于轻质材料的自由利用，2015年的车辆比其前身更轻。
汽车行业最畅销的汽车现在拥有许多铝制车身部件，包括门、引擎盖、挡泥板、地板、车顶、侧板、载重床和后挡板。
铝版F-150的车身部件数量与老式钢版F-150大致相同。然而，福特决定将许多冲压件和零部件纳入生产质量控制。
此外，2015年的车型大约使用了2000个铆钉，而2014年的车型使用了5000个点焊。这标志着主流生产流程首次被用于大规模生产铝密集型汽车。
向铝的转变需要福特的工程师进行大规模的工厂改造。传统的点焊设备被拆除，取而代之的是最先进的技术，除了固定和激光焊接，卡车还可以用自穿孔铆钉、流钻螺钉和结构粘合剂组装。
当生产完全升高到今年夏天，福特计划在一个月内组装其流行的拾取器，因为所有其他铝合金车辆每年联合销售。
历史植物
鲁日中心是福特汽车公司的核心和灵魂。这个庞大的工业综合体位于鲁日河畔，靠近福特在密歇根州迪尔伯恩的世界总部。
当胭脂于1918年开放时，福特设想“从原材料到成品的连续，不间断的工艺，即使仓储或存储也没有暂停。”除装配线外，原来的2,000英亩复合体还包括钢厂，铸造，玻璃厂和轮胎厂。
福特夸口说，Rouge的特色是“在所有工业企业中安装的最大的搬运设备全机械化安装”。一些观察家称其为“工业革命的大教堂”。
在全盛时期，“胭脂号”宽2英里，长1英里多。超过10万人在100座不同的建筑里工作，这些建筑的输送带长达120英里。该站点由公司拥有的船队提供服务，并拥有自己的铁路，有100英里的轨道和16辆机车。
胭脂于1978年被指定为国家历史标志。在过去的97年里，该设施在20世纪20年代批量生产了数百万名着名车辆，包括20世纪20年代的福德拖拉机，在20世纪40年代，威利斯吉普车和M4坦克在20世纪30年代塑造了轿车。和20世纪50年代的雷鸟跑车。在1964年至2003年间，复杂的群众生产了野马。
然而，在福特于上世纪80年代剥离其炼钢业务后，这个具有历史意义的制造企业面临关闭的危险。面对外国竞争和不断下降的市场份额，一些高管希望关闭工厂。
但是，在20世纪90年代后期，亨利的伟大孙子目前担任汽车制造商执行董事长，面对怀疑论者，并决定不转动历史。相反，他推出了20亿美元的倡议，以振兴胭脂进入可持续的21世纪精益制造的展示。
当它在2004年开业时，福特声称“重生”的Rouge中心拥有汽车业最灵活、最环保的装配线。该工厂拥有世界上最大的生活屋顶，并被宣称是“未来可持续制造的愿景”。
福特最近投资了8.43亿美元的升级了迪尔伯斯卡车厂进行铝车生产。除了用作汽车制造商旗舰厂的260万平方英尺的装配厂之外，600英亩的Rouge中心还包括冲压厂，发动机组装厂和工具和模具厂。
热门拾音器
铝合金F-150是福特的大赌博，因为它不仅仅是任何旧卡车。几十年来，卡车一直是北美的第一辆车。事实上，它排名为有史以来最受欢迎的车辆之一。
自1950年首次出现以来，已售出超过3300万份F系列。这是传奇模型T的两倍多。
在美国，f系列的销量超过了其他所有的轿车和卡车。福特2014年的销量为753,851辆;相比之下，紧随其后的竞争对手雪佛兰(Chevrolet) Silverado皮卡的销量仅为529,755辆。
这款产品是福特最赚钱的产品。根据汽车行业分析师的说法，f系列是福特的摇钱树，在过去20年里为福特带来了超过500亿美元的利润。一些专家认为，每辆车的毛利达到40%，福特汽车总利润的75%以上。
携带F-150徽章的第一辆车出现于1975年。今天，福特生产了几种类型的F系列车辆，包括中型和重型版本，如F-250，F-350和F-450，具有更强大的发动机。这些车辆在KY的路易斯维尔的肯塔基卡车厂组装。
但是，轻型F-150占F系列销售的70％。坚固的可靠卡车受到许多类型的客户的青睐，包括承包商，农民，牧场主，冲浪者，商人和周末战士。
F-150有几种不同的车身风格，比如带有两扇门的普通驾驶室;一种加长驾驶室，带有可旋出的后门;还有一辆有四扇门的驾驶室。它有五种基本修剪级别- xl, XLT, King Ranch, Lariat和白金。福特还提供了一款高性能的“猛禽”。价格从2.5万美元到7万美元不等，取决于发动机尺寸、拖曳能力和各种设施。
今天的F-150与65年前它的前辈在流水线上生产时大不相同。2015款车型拥有各种高科技功能。其功能包括LED前照灯，每个侧视镜和后挡板上的LED聚光灯，以及一个使用四个摄像头的360度视觉系统。事实上，福特声称下一代F-150包含了100多项新技术和生产方法的专利。
工程师决定于2009年从钢铁转向铝，以提高性能。大胆的移动排名是福特杰出的112年历史上最复杂的发布。
福特执行副总裁兼美洲区总裁Joe Hinrichs表示:“高强度、军用级铝合金……提高了抗凹痕和抗撞击性，并减轻了重量。”Joe Hinrichs此前曾担任福特全球制造副总裁。“其他好处还包括更高的燃油效率、更大的拖曳和有效载荷能力、更高的功率重量比(power-to-weight ratio)、更快的加速、更强的操纵和制动响应能力。”
为什么铝？
为了满足日益严格的燃料经济性标准，汽车制造商必须大大降低车辆重量。这就是为什么福特工程师在开始设计F-150的第13代时转向铝。
这款卡车以前的版本有一个铝制的引擎盖。15年前，当福特拥有阿斯顿·马丁和捷豹时，该公司的工程师也对这种材料有了宝贵的见解。
这两个英国品牌率先在小批量汽车上使用铝制车身。例如，Vanquish跑车和XJ轿车采用了各种铝铸件、挤压件和冲压件，它们是用结构粘合剂和铆钉固定在一起的。
福特的工程师还开发了新的方法，用工具和技术连接铝，而不是传统的电阻点焊，这种点焊容易发生变化。除了超声波焊接，他们还试验了各种机械紧固件和结构胶连接工艺。
铝制身体面板提供钢材的许多优点。一公斤的铝可以代替2公斤钢。轻质材料是耐腐蚀性的，提供优异的强度和低质量的混合，可以帮助提高燃料经济性的同时提高性能。
“我们的目标是找到一种材料，能让我们设计的卡车比目前的车型更坚固，甚至更坚固，同时又能减轻数百磅的重量，从而提高性能和燃油经济性，”福特制造研究部门经理皮特·弗里德曼(Pete Friedman)说。“在我们测试的所有材料中，我们只仔细选择了某些等级的铝，满足我们的高性能标准。”
工程师们最终选定了5000系列和6000系列的铝。5000系列可以轻松冲压，使其成为复杂车身面板的理想选择。Friedman和他的同事们选择了6000系列铝合金作为外车身面板和载货床区域，因为它们具有更高的抗拉强度和屈服强度，能够抵抗凹痕和损坏。
所有材料都经过严格地测试。事实上，新的F-150是历史上最具测试的车辆之一，经历了超过1000万英里的冲击。
“我们将卡车穿过我们之前的一些测试，比我们以前的工作进一步进一步，”福特开发经理福特·弗兰特扎斯卡里斯（Peter Frantzeskakis）索赔。“所有这些额外的测试都证明我们正在使用我们的设计和我们的材料方面是正确的轨道。特别注意新的身体面板以及它们如何固定在框架上。“
虽然铝在下一代F-150上得到了所有关注，但钢铁继续在幕后作用，特别是在卡车的框架上。福特工程师将框架中的高强度钢的使用从23％增加到77％，以提高刚度和耐用性，同时减轻重量60磅。
钢也用于身体的某些部位。例如，防盗门梁大多为钢管;床侧有几块小的抽头钢板;后挡板的底边是钢的。
福特向美国铝业公司(Alcoa Inc.)和诺维利斯公司(Novelis Inc.)寻求稳定供应新型F-150的轻质材料。在此过程中，美国铝业公司的工程师们开发了一种大规模生产铝板的新方法。
Micromill工艺改变了金属的微观结构，使得铝合金的成形性比传统铝提高了40%，强度提高了30%，同时满足了严格的汽车表面质量要求。而且，新的铝板更容易塑成复杂的形状，如汽车门的内面板和外部挡泥板。
供应协议的另一个关键方面是由Novelis开发的闭环回收计划。该公司最近投资了4800万美元的奥斯威哥，纽约州新的回收工厂，包括一个81,000平方英尺的设施，用于加工，分类和存放汽车废料铝。
迪尔伯斯卡车厂每天都会产生数千英镑的废料，因为每六英尺宽的铝中只有60％实际上用于为F-150制造身体部位。福特投资了6000万美元的设备，以分离并撕碎废料，然后送回供应商。事实上，Novelis依赖于生产50％的汽车铝板的废料。
大规模重组
福特的工程师们花了五年时间计划从钢到铝的转变。这是该公司自20世纪20年代中期从生产T型车转向生产A型车以来，进行的最大规模的改造工作之一。
在8月下旬，最后一轮钢铁机构F-150在迪尔伯士卡车厂掀起了装配线。工人立即开始撕裂输送机，机器人和其他设备。建筑工作人员在时钟围绕时钟工作，只需四周就完成过渡。
“传统上，这种转换将需要14至16周，”北美制造业副总裁布鲁斯·赫特尔斯要求。
巨大的任务需要使用超过1,100个拖拉机拖车。对于速度，新的车身商店建在分段的分段并碎片运输;一段时间的一个区域被剥离然后安装了新设备。
“(我们在Rouge中心安装的设备)包括帮助冲压四种不同类型的高强度铝合金的新压力机生产线，以及使用加压油将金属管形成坚固的支撑轨道以保证结构稳固的新液压成形生产线，”Hettle说。
“(其他设备包括)一种新的化学涂层系统，用于制备高强度的粘合剂，以及一种新的热处理区域，用于烘烤硬化合金，从而产生更坚固、更耐用的材料，”Hettle指出。“此外，喷漆车间还升级了污垢检测技术，提高了机器人喷漆自动化程度。”
最大的变化发生在78万平方英尺的车身修理厂。数百个安装在地板上的点焊机器人和安全笼被拆除。取而代之的是安装在高架轨道上的500个六轴机器人。新的机器人更小，更紧凑。因此，工厂里的一切都比以前开放得多。
“悬挂机器人可以让更多的人接触到工具，”车身建造的总工程师Ron Ketelhut说。它还使设备维护和向生产线提供紧固件变得更容易。
“如果没有焊枪，该植物现在正在保持更安静和更清洁，”ketelhut添加。“而且，我们不必担心所有的焊接火花和飞溅。我的衬衫中不再有很多洞。此外，车身店现在只消耗了过去的三分之一的能量。“
然而，车身修理厂的总体布局基本保持不变。Ketelhut说:“从开始到结束的产品流程没有太大变化。”“我们仍然按照同样的顺序装卸零部件。”
将车身店转换为铝制生产，福特工程师转向各种供应商以获得帮助。涉及该项目的公司包括Comau Inc.（系统集成）;Fanuc America公司（六轴机器人）;汉高公司（结构粘合剂和预处理过程）;Henrob Corp.（自刺穿铆钉和铆钉设备）;Perceptron Inc.（维度测量和检查系统）;Semblex Corp.（流动钻螺钉）;Tox-Pressotechnik LLC（铆接工具）;和韦伯螺丝刀系统公司（机器人螺丝刀设备）。
汇编始于9月中旬，每小时30个单位的初始速度。但是，该工厂最近完全升至每小时60个单位。而且，福特刚刚完成其堪萨斯城装配厂，该工厂也建造了F-150。
组装的创新
传统上，由于连接问题，汽车工程师一直回避使用铝。但是，新的组装技术，如自穿孔铆钉和流钻螺钉，正在改变这种态度。
自刺穿铆钉已经存在超过15年，已成功用于组装各种产品。但是，新的FORD F-150代表了加入过程的第一宽尺寸应用。
与传统铆接不同，自穿孔技术不需要预先钻或冲孔。在被插入时，铆钉会自己钻一个洞。紧固件在一个操作中刺穿并紧固，简化组装和降低成本，同时提供强度可靠的关节。
自穿孔铆钉也模仿了点焊的结果和质量，没有许多风险，如有毒气体、火花和噪音。静态拉伸强度和剥离强度与点焊相同，但疲劳寿命是点焊的两倍。
与点焊不同，自穿孔铆钉不产生热量。他们消除了与点焊纯铝和铝合金有关的热问题，铝和铝合金在800摄氏度以下熔化。
当易于进入连接表面的后侧时，自刺穿铆钉用于构建F-150的铝制身体和货物盒。迪尔伯斯卡车厂采用机器人安装的设备，铆钉设定器和模具安装在C框架中。
“自穿孔铆钉是一项经过验证的技术，”Ketelhut说。“机器人使用电动伺服，所以焊接过程比点焊安静得多。它也更容易取样、检查和验证质量。”过程监控可与自穿孔技术相结合，以验证所创建的每个接头都是高质量的。
“铝连接比钢连接需要更多的过程控制，”Ketelhut指出。“我们使用机器人视觉检测系统来自动检测
确认每个车身大约80个点的尺寸。”
根据要固定的堆叠厚度，使用几种类型的自刺穿铆钉用于构建新的F-150。FORD的装配线使用胶带喂铆钉，这些铆钉在可重复使用的塑料线轴上提供，每个塑料线轴都持有几千个紧固件。
虽然铆接是用于构建F-150铝体的主要连接方法，但其他一些组装工艺起到重要作用。例如，当进入面板背面或仅进入一侧时，使用具有用于耐腐蚀性耐腐蚀性的锌涂层的钢流量钻螺钉。在新F-150上的约15％的组合中，在整个身体中使用加入方法。
欧洲汽车制造商已经使用了欧洲汽车制造商在低批量应用中超过15年。该过程使没有C框架的单面组装，并且不需要柜台。
流钻螺丝是自穿孔和挤压的紧固件
同时钻穿并连接两到四张铝板。当螺旋高速旋转时，它锋利的尖端加热并将金属推到一边。
流动钻螺杆安装是一项六步工艺：加热，穿透，穿过成型，螺纹成型，全线接合和最终收紧。一旦紧固过程完成，并且关节温度正常化，围绕紧固件围绕紧固件合同以产生甚至具有高剪切，拉出和剥离阻力的甚至更强大的结构粘合。
螺杆头下方的凹陷区域允许一些挤出材料在成型过程中收集在那里。当形成孔时，该材料形成在螺纹孔顶部的薄唇唇中。
大多数挤出材料进入底板的背面，在那里它有助于螺纹接合并用作柜台螺母。螺杆可以产生最多三倍的原始表面的厚度的牵针。
Ketelhut说:“除了单侧连接外，流钻螺丝使我们能够使用各种堆叠的金属，例如从厚到薄再到厚。“它给了我们更多的设计自由，而不仅仅是使用铆钉。我们在整个装配过程中都使用它，包括车身底部、框架、车身侧面和货箱。”
迪尔伯斯卡车厂采用自动螺丝刀。传感器和控制算法确保每个流钻螺钉都有一致的力，扭矩和深度插入。
在组装过程中，螺丝通过接收管自动吹入夹头钳口。钳口暂时抓住螺丝，直到它被一个下降的螺丝驱动主轴推下，开始安装。
福特采用了一种步进系统，允许快速循环速度。在将紧固件放入料斗后，通过气动步进系统将其提升出锅。定位不正确的螺丝通过小气流自动弹回料斗区域。这可以防止在工具或擒纵装置上发生任何卡住。
在内联工具轨道的末端，在缓冲区域中取出定向螺钉，直到光学传感器看到最大水平并关闭轨道振动和步进动作。然后，擒纵人一次拼接并吹到一个螺钉，按需按需向遥控器主轴向下旋转。
虽然大多数关注都集中在新的加入过程中，例如流动钻螺钉，但福特工程师也转向了一些旧学校装配技术，如铆接，以构建铝合金F-150。
“有”在独立压力机和机器人带枪中的各种应用，“Tox-Pressotechnik LLC北美销售经理Troy Waldherr说。“我们加入的零件位于封闭件，底层，框架和身体侧。
“当您在一级供应商提供的零件中添加时，每辆卡车有150至200〜200〜200〜200〜200岁，”Waldherr。“我们的优势是不需要零件馈线（用于铆钉）来形成我们的关节，这降低了投资和每辆车部件成本的重量和成本。”
铝合金F-150还使用三倍的粘合剂作为以前的型号。在整个身体中使用超过350英尺的结构粘合剂来补充铆钉和螺钉。环氧树脂还阻止了噪音和水分。
激光焊接用于组装新F-150的屋顶。“它的边缘从前面焊接，”Ketelhut说。“激光焊接允许单面连接，它快速，清洁可靠。”
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