汽車行業(yè)一體壓鑄研究報告一體鑄造大勢所趨自主品牌大有可為

汽車行業(yè)一體壓鑄研究報告-一體鑄造大勢所趨自主品牌大有可為特斯拉引領行業(yè)趨勢，一體鑄造蔚然成風特斯拉開創(chuàng)一體鑄造技術先河特斯拉

2019年提出“一體鑄造”技術，計劃在ModelY上應用。2019年7月，特斯拉發(fā)布新專利“汽車車架的多向車身一體成型鑄造機和相關鑄造方法”，提出了一種車架一體鑄造技術和相關的鑄造機器設計。該技術將通過多向壓鑄機、車輛覆蓋件模具和幾個可以相對于覆蓋件模具平移的凸壓模具，實現(xiàn)對汽車白車身的鑄造成型。此類凸壓模具會分別移動至鑄造機中央的鑄造區(qū)，負責不同部件的鑄造，在一臺機器上完成絕大部分車架的鑄造工作。同年，特斯拉CEO埃隆馬斯克在特斯拉電池日上表示，特斯拉的ModelY車型白車身將轉向鋁鑄件設計?！爱斘覀円氪笮丸T造機之后，就可將70個部件變成1個，機器人無需將這么多部件組裝在一起，從而大大減少成本?！?020年，一體鑄造技術在ModelY上開始應用。2020年，特斯拉開始與壓鑄設備商意大利意德拉合作，使用6000噸級壓鑄單元GigaPress，采用一體成型壓鑄的方式生產(chǎn)ModelY白車身后地板總成。根據(jù)2020年特斯拉電池日發(fā)布的信息，ModelY的后地板通過應用一體壓鑄技術，將原先通過沖壓等工藝生產(chǎn)的80個零件集成為1個鑄造零件，制造成本能夠降低40%。同時，特斯拉公布了下一代白車身設計方案，整車地板總成將由2~3個大型壓鑄件組裝而成，電池包采用了structuralpack的設計理念，使得整個白車身具有更高的強度和剛度。ModelY一體壓鑄前艙落地柏林工廠，Cybertruck后地板亦將應用。2021年5月17日，德國壓鑄專家阿克塞爾·圖爾克（AxelTurck）在推特分享了一體壓鑄前機艙試制零件，提到特斯拉

ModelY車型未來將應用一體鑄造技術生產(chǎn)更多的零件。10月，特斯拉于柏林工廠開放日上對公眾展示了一體壓鑄機模具、一體壓鑄ModelY前機艙，結構電池包（structuralpack）等核心技術方案，表明未來柏林工廠生產(chǎn)車型將全面使用“一體壓鑄”工藝。在2020年四季度業(yè)績電話會議上，馬斯克表示新一代皮卡Cybertruck的后地板將也會應用一體化壓鑄技術，且將使用更大噸位的8000T壓鑄機進行生產(chǎn)。在2022年一季度財報中，特斯拉汽車業(yè)務毛利率32.9%，整體毛利率19.2%，均創(chuàng)下歷史新高，其中就有一體鑄造技術帶來的貢獻。自主新勢力奮起直追，積極擁抱行業(yè)變革國內(nèi)新勢力中，蔚來

ET5率先應用一體鑄造技術，輕量化、安全性領先。2021年10月，蔚來汽車宣布成功驗證開發(fā)了可用于制造大型壓鑄件的免熱處理材料，將會應用在蔚來第二代平臺車型上。新材料避免了傳統(tǒng)壓鑄件在熱處理過程中引起的尺寸變形及表面缺陷。2021年12月，蔚來在ET5發(fā)布會上正式宣布將開始采用一體鑄造工藝，ET5將使用超高強度鋼鋁混合車身，使車身后地板重量降低30%，后備箱空間增加7L，整車抗扭剛度高達34000N·m/deg。小鵬汽車一體壓鑄技術已在規(guī)劃當中，計劃自建產(chǎn)能。在小鵬2021年業(yè)績發(fā)布會上，董事長何小鵬宣布將于2023年發(fā)布兩個新平臺及其首款車型，并將使用超大一體化壓鑄新工藝。根據(jù)武漢當?shù)孛襟w沌口之聲，2021年7月小鵬正式啟動武漢項目，將建設一系列工藝車間，年總產(chǎn)能約10萬輛。根據(jù)武漢經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)（漢南區(qū)）自然資源和規(guī)劃局，2021年10月，小鵬已正式申報“小鵬汽車武漢產(chǎn)業(yè)基地項目”規(guī)劃建筑方案，預計今年10月投產(chǎn)，其中包括一體化壓鑄工藝車間。小鵬汽車武漢工廠還將引進一套以上超大型壓鑄島及自動化生產(chǎn)線。高合汽車在一體鑄造材料、制造端推進領先。2021年12月，高合汽車與上海交通大學輕合金國家工程中心展開戰(zhàn)略合作，共同研發(fā)TechCast?超大鑄件用低碳鋁合金材料，該材料流動性高于同級別材料15%以上、強塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達到更高維度。2月25日，高合汽車與拓普集團合作開發(fā)的7200T一體化超大壓鑄后艙成功下線。該部件應用了上海交大的合金材料，實現(xiàn)了15%~20%的減重與工藝復雜度的大幅降低，整個開發(fā)周期也縮短了1/3。截至成功下線時，該壓鑄機是汽車零部件領域已知最大的一體化鋁合金壓鑄件，未來也將應用于高合各類車型中。傳統(tǒng)車企不甘示弱，加速跟進一體鑄造大眾計劃于SSP平臺開始應用一體壓鑄，樣件已于卡塞爾工廠下線。大眾現(xiàn)有的大部分電動車型均是基于MEB平臺打造，而新一代電動汽車平臺SSP無論從軟件還是硬件架構上都將提供更好的可拓展性，Trinity車型則是基于SSP平臺打造的首批車型之一。奔馳發(fā)布一體化壓鑄成果，性能提升顯著。2022年1月，奔馳發(fā)布全新概念車VISIONEQXX。車身的后部及前部減震塔頂應用了和特斯拉同樣的仿生工程結構部件，整個車身由3塊組成：前后分別有一塊一體壓鑄鋁合金鑄件，中間有一套結構電池組。這樣的設計有望減輕車身15-20%的重量。在這一設計的助力下，VISIONEQXX能耗達到10kw·h/百公里以下，實際用電里程超過1000km。變革推動行業(yè)擴容，自主有望實現(xiàn)領先高壓鑄造是鋁合金材料最高效的成型方法高壓鑄造（壓鑄）是將熔化狀態(tài)金屬在模具內(nèi)加壓冷卻成型的精密鑄造方法。金屬制品主要采用機床銑削、鈑金成型焊接、鑄造三種工藝生產(chǎn)。其中鑄造主要生產(chǎn)內(nèi)部結構復雜，難以用鈑金成型或機床銑削不具有經(jīng)濟性的零件。鑄造主要分為砂型鑄造和特種鑄造兩類，壓鑄屬于特種鑄造范疇。壓鑄全稱高壓鑄造，是一種將金屬熔液壓入鋼制模具內(nèi)施以高壓并冷卻成型的一種精密鑄造法。壓鑄適合鑄造結構復雜、薄壁、精度要求較高、熔點比鋼低的金屬零件（鋁、鋅、銅等）。作為一種幾乎無切削的近凈成形金屬熱加工成型技術，其產(chǎn)品具有精密、質(zhì)輕、美觀等諸多優(yōu)點，廣泛應用于汽車、家電、航空、機械等諸多行業(yè)。高壓鑄造是批量生產(chǎn)鋁合金鑄件的最高效生產(chǎn)方式。與采用石英砂做鑄造模具的重力鑄造相比，高壓鑄造具有以下優(yōu)勢：1、模具可以反復利用；2、通過模具內(nèi)的冷卻系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速成型并實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)；3、冷卻中對熔融金屬施加壓力保證零件具備更好的應力強度；4、金屬模具內(nèi)部尺寸精確，可做到精密鑄造。壓鑄雖然高效，但因模具材料均為鋼制，因此只能制造熔點比鋼低的金屬。目前高壓鑄造行業(yè)所使用的基材主要是鋁/鎂/鋅/銅等合金材料，其中鋁合金的應用最為廣泛。鋼材因熔點加高，因此只能采用每次需要破拆石英砂模具的重力鑄造，效率較低。與高壓鑄造相近的是低壓鑄造，低腰鑄造同樣采用可循環(huán)的鋼制模具，但低壓鑄造壓射壓力僅在1~5MPa，遠低于高壓鑄造的300~600MPa水平。低壓鑄造適合生產(chǎn)壁厚較厚的鑄造鋁/鎂/鋅/銅合金等材料的零件，例如汽車輪轂、皮帶輪等。雖然低壓鑄造設備結構簡單投資相對較低，但其生產(chǎn)效率和零件強度低于高壓鑄造，所以在產(chǎn)品適合采用高壓鑄造且需要大規(guī)模批量生產(chǎn)情況下，高壓鑄造是鋁/鎂合金等鑄件的最高效生產(chǎn)方式。壓鑄機和壓鑄模具是壓鑄生產(chǎn)的核心設備，結合周邊配套設備即為壓鑄島單元。壓鑄機就是用于壓鑄零件生產(chǎn)的機器。壓鑄機相對標準化，通過安裝不同的壓鑄模具可實現(xiàn)多種形狀壓鑄零件的生產(chǎn)。當壓鑄生產(chǎn)時，現(xiàn)將熔融的液態(tài)鋁合金倒入壓鑄機的壓射機構內(nèi)，壓射機構將鋁液推入模具內(nèi)并加壓成型，通過模具內(nèi)的冷卻系統(tǒng)將鋁合金零件快速冷卻至固態(tài)，最后模具打開由機器人取出零件、清理噴涂脫模劑再進行下一個循環(huán)生產(chǎn)。壓鑄生產(chǎn)溫度高、煙氣多、噪聲大，業(yè)內(nèi)通常采用自動化生產(chǎn)。壓鑄機周邊需要配套熔煉爐、機邊爐、取件和清理噴霧機器人、切邊設備、機加工機床、檢測設備、冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等，上述周邊設備與壓鑄機、壓鑄模具組合在一起的壓鑄生產(chǎn)單元即為壓鑄島。減重需求促使車身采用鋁合金替代鋼材，壓鑄鋁件逐漸應用于車身結構件。受制于壓鑄機規(guī)格，傳統(tǒng)壓鑄生產(chǎn)零部件尺寸通常在600mm以內(nèi)，以汽車零部件、電機外殼、手機機殼、消費品金屬件為主。過去十年間，壓鑄機最大規(guī)格在鎖模力5000噸以內(nèi)，需求主要用于生產(chǎn)商用車變速箱外殼和乘用車發(fā)動機缸體。新能源車普及和燃油車減排趨勢使車身結構件鋁代鋼減重需求日益增加。大眾、寶馬等德系廠商已逐步在白車身復雜結構處采用壓鑄鋁合金件替代傳統(tǒng)鈑金焊接件，壓鑄車身結構件尺寸逐漸增大。一體鑄造技術有望顛覆汽車的制造方式一體壓鑄工藝是汽車制程中的顛覆性技術，壓鑄機有望成為汽車制造領域的核心裝備。從上世紀初焊接技術逐步成熟以來，汽車車體制造工藝均以鈑金沖壓+焊接為主。上世紀70年代以前，汽車車體焊接主要由人工作業(yè)完成。1970年代數(shù)控技術逐步成熟，工業(yè)機器人誕生，最早應用于汽車焊接工藝。過去50年間，汽車車身制造工藝始終以鈑金沖壓+機器人焊接為主。本次特斯拉一體壓鑄技術有望使汽車車體制造工藝發(fā)生重大變革，壓鑄機有望取代焊接機器人成為造車核心裝備。“一體壓鑄”簡化車身制造工藝流程，整合供應鏈環(huán)節(jié)。一體壓鑄工藝將取代傳統(tǒng)車身結構件的組件沖壓和焊接環(huán)節(jié)，特斯拉稱其新一代全壓鑄底盤可減少370個零件，車門和前后兩蓋結構件也同樣可用壓鑄工藝，零件數(shù)量銳減，車體制造流程大幅簡化。同時，整車廠內(nèi)原先復雜的機器人白車身焊接線也被大幅簡化，僅需要將若干車身壓鑄組件和外覆蓋件組裝焊接即可。車體制造管理流程和所需人力也相應降低。車身重量減輕，減少電池裝機量，電池降本是鋼換鋁式車身材料增加成本的6.6倍。特斯拉新一代一體壓鑄底盤有望降低10%車重，對應續(xù)航里程增加14%。以普通電動車電池容量80kwh為例，若采用一體壓鑄車身減重并保持續(xù)航里程不變，則電池容量可減少約10kwh。按照磷酸鐵鋰電池pack成本800元/kwh計算，則可降低成本8000元。一體壓鑄工藝可大幅減少涂膠工藝環(huán)節(jié)。涂膠是傳統(tǒng)焊接白車身重要工藝部分，通常由機器人完成涂膠工藝。因點焊使鋼板間存在縫隙，傳統(tǒng)白車身涂膠主要起到密封防水、增加車體強度、降低鈑金件間的摩擦和震動的作用。改為一體壓鑄車體后，零件面積大幅增加，不再需要繁瑣的涂膠環(huán)節(jié)彌補焊接鈑金件間的縫隙，生產(chǎn)流程再次簡化。壓鑄廢品、流道等可再次熔煉，材料利用率超90%，遠高于沖壓。傳統(tǒng)沖壓-焊接工藝，通常板材利用率僅為60%~70%，沖壓剩余邊料只得按廢舊金屬出售。而改為一體壓鑄后，因壓鑄時可反復熔煉，因此廢品、壓鑄流道、邊料等廢料可返回熔煉爐再次利用。壓鑄工藝對材料利用率在90%以上，遠高于沖壓工藝，再次降低生產(chǎn)商成本。車身生產(chǎn)車間占地面積減少30%以上。相較于300多臺機器人組成的白車身焊接線，一體壓鑄工藝采用的壓鑄島占地面積更小。特斯拉采用壓鑄工藝的新工廠占地面積節(jié)省35%。同時因生產(chǎn)流程簡化，原先由零部件廠供應的組件沖壓、組件焊接環(huán)節(jié)取消，相關場地同時不再需要，更進一步降低全產(chǎn)業(yè)鏈的用地面積。部件端：壓鑄結構件滲透加速，潛在百倍成長空間一體壓鑄技術帶來行業(yè)百倍以上成長空間鋁高壓鑄造工藝已較多應用于車身結構件。鋁合金鑄造性能好，被廣泛用于結構復雜的零件和殼體，如發(fā)動機機體、副車架、白車身和轉向節(jié)等。鋁壓鑄件相比鑄鋼和鑄鐵件具有密度低、比強度高等諸多優(yōu)點。在同等排量的發(fā)動機中，全鋁發(fā)動機相比普通發(fā)動機能夠減輕20公斤。在汽車白車身系統(tǒng)上，一個整體鑄造的車身結構件，如鋁制減震塔

（shocktower）或后縱梁（rearrail）等零部件，能夠替代5-10個沖壓零部件，重量更輕，且節(jié)省了焊接成本。鋁壓鑄結構件成本較高，主要應用于豪華品牌車型。鋁壓鑄結構件雖然比強度高、生產(chǎn)效率高、集成優(yōu)勢強，但是由于鋁合金成本遠高于鋼，且高壓壓鑄設備價格昂貴，因此小尺寸的鋁壓鑄結構件成本顯著高于鋼沖壓焊接結構件。當前應用鋁壓鑄結構件的多為35萬元以上的豪華品牌車型，平均單車價值不到3000元。以凱迪拉克CT6為例，車身上前減震他、前翼子板支架、扭轉盒等零件均采用鋁合金高壓鑄造工藝生產(chǎn)，單車價值約為2750元。壓鑄車身結構件行業(yè)多由喬治費歇爾、麥格納等外資主導，國內(nèi)文燦、鴻圖等也有配套。海外高壓鑄造供應商起步早，因此產(chǎn)品、技術和客戶覆蓋上普遍領先于國內(nèi)企業(yè)。從