汽车行业一体化压铸专题铝压铸向大型化、一体化发展

汽车行业一体化压铸专题-铝压铸向大型化、一体化发展1整车：降本增效，特斯拉引领白车身压铸一体化白车身：特斯拉引领，制造工艺向一体压铸发展汽车车身是指车身覆盖件焊接或铆接在车身骨架上形成的完整壳体，由车身焊接总成（白车身）及其附件组成，一个完整的白车身主要包括前围总成、侧围总成、地板总成，顶盖总成、后围总成及四门两盖组成。传统汽车制造工艺分为冲压、焊装、涂装、总装四个环节。（1）冲压：冲压车间利用不同的压机，完成车门、左右侧围、机舱盖、前后底板、顶盖、后背门及各种冲压小件的制造。（2）焊接：焊装车间负责将冲压完成的车身围件焊接在一起，完成白车身的制造。（2）涂装：涂装又称油漆车间，是对白车身附以各种防腐工艺，并喷涂上漂亮的色漆、清漆，以达到上色和表面防护的作用。（4）总装：是将车身上各种零部件及系统安装在车身上组装成一台完整的汽车，并进行点检、路试等一系列测试，最终下线成为合格商品车。一体压铸将冲压和焊装合并，简化了白车身的制造过程。特斯拉在ModelY的制造中革命性地一体压铸了车身的整个后底板，大大减少了所需的焊接工序。此一体压铸零件包含了整车左右侧的后轮罩内板、后纵梁、底板连接板、梁内加强板等零件，型面、截面的变化以及料厚的变化都比较剧烈，相比传统车企量产的单体压铸结构零件难度增加很多。ModelY的白车身后部，几乎没有肉眼可见的焊接痕迹，大幅的提升了车身结构的稳定性。一体压铸技术大量节省了生产线成本和基础设施成本。Model3后底板有70多个零部件，利用一体压铸技术，特斯拉将其整合为ModelY上的2个大件，焊点由大约700-800个减少到50个。由于生产零部件需要各种模具、机器臂、夹具，组装零部件则需要不同的生产线，因此零部件的大量减少必然能显著降低模具成本和组装成本。同时，一台压铸机占地仅100平方米，根据埃隆-马斯克所述，采用大型压铸机后，特斯拉工厂的占地面积减少了30%，基础设施成本大幅降低。根据特斯拉官方的数据，一体压铸技术预计将给ModelY节省约20%的制造成本。一体压铸技术显著降低生产的时间成本和人力成本。一体压铸机一次压铸加工的时间仅为80-90秒，每小时能完成40-45个铸件，一天能生产1000个铸件；

而传统工艺冲压焊接成一个部件至少需要两个小时，一体压铸的生产效率明显更高。同时，由于应用了新的合金材料，压铸件的表面粗糙度可达Ra0.8-3.2μm，足够光滑，基本不用再进行机加工。一体压铸显著减少了生产的时间成本。国内平均每个焊装车间配备200-300名生产线工人，采用一体压铸技术后，基于生产流程的简化，所需的技术工人至少能缩减到原来的十分之一。生产的人力成本被大大降低。一体压铸技术将造车精度级别提高至微米级别。在自动驾驶领域，车辆需要通过激光雷达、毫米波雷达、高清摄像头等高精度测量设备探测和感知路况，这些设备对于偏航角、俯仰角、滚转角的安装精度有着极为苛刻的要求。传统车身制造工艺的“2mm工程”无法满足自动驾驶设备的安装需求。一体压铸以整体性部件代替冲压和焊接的多个车身围件，可以有效避免大量零件焊接时的误差累计。压铸零件将车身匹配的尺寸链缩短至两到三环，尺寸链环越少，车身精度的影响因素越少，车身精度的实现和稳定性也越好。加之数控加工技术，特斯拉将整车精度提升至微米级别。2021年5月18日，马斯克发布推特称：“下一代ModelY车型的精度，将以微米为单位，而不再是毫米”。一体压铸技术显著提高原材料回收利用率。传统制造工艺下，白车身用料复杂，原材料回收利用率低。以宝马7系为例，其用料既有传统的钢，又有用量越来越大的铝合金，更有性能闪耀的碳纤维。由于在制造白车身时混合使用多种材料，因此每一个零件的种类（钢、铝）、牌号、金属元素的含量都不一样，报废后的整车白车身只能作为炼钢炼铝的原材料，而无法直接整体回炉后制造新的产品。一体压铸只使用一种材料，全铝车身的材料回收利用率可以达到95%以上。由于一体式压铸零部件是由金属液一次充型完成的，因此其材料单一，回收时可直接将废料融化制造其他产品，保证了白车身制造过程中极高的原材料回收利用率。一体压铸技术将车型开发周期缩短为1/3。传统汽车制造中零部件众多，匹配管控耗时长，开发周期长达6个月。在传统汽车制造中，针对车身、内外饰、电器等专业的外观类零件，需要经过MB1、MB2、MB3三轮综合匹配，才能将零件固化稳定在公差要求范围之内。这项工作在整车开发流程中需要耗费近6个月时间，属于周期长、工作量大、重复性高的工作。一体压铸下，零部件的减少带来物流的简化和匹配难度的降低，开发周期缩短为1-2个月。一体压铸将主机厂内的冲压、焊装车间和主机厂外的供应商零部件生产场地全部替换，上游、中游、下游的所有业务全部被压铸单件的管控取代，这大大降低了白车身的匹配难度。MB匹配中车身所需要的周期缩短至1-2轮，可以节省3-4个月的开发周期。若内外饰、电器等零件匹配能提前固化，车型迭代速度有望进一步提升。特斯拉将继续引领车身压铸一体化随着一体压铸技术的进一步完善成熟，特斯拉的生产效率会持续提升。根据特斯拉早前申请的压铸机专利显示，未来特斯拉的车身将由5块压铸大件组成、底盘将由3块压铸件组成，一辆车仅8块构件，预期将降低40%的生产成本，生产效率必将持续提升。一体压铸应用范围有望延伸，新能源应用趋势强按照白车身3000个焊接当量计算，白车身连接装配工艺成本相对于钢制车身的增量为1200-1800元／台，而传统钢制车身的焊装成本不超过1000元／台，铝制白车身的焊装成本是钢制白车身的3倍，原材料成本是钢车身的4-5倍，成本是制约铝合金应用的重要原因。一体压铸在降低原材料用量的同时，节省了焊装成本。前中后底板有望3-5年内实现一体化压铸。市场上目前采用一体化压铸工艺的主要是后底板，特斯拉已生产出一体化压铸的前底板。据业内专家估计，未来中底板也能有望能实现一体式压铸，大概还需要2-3年的时间，主要取决于CTC技术的实现。中底板需要的压铸吨位比前后底板要更大一点，前后底板批量生产之后再考虑中底板，有望在未来3-5年将前中后底板一次做起来。前中后底板是整个白车身最核心的部分，A柱、B柱应用一体化压铸工预计时间会更长一点。整个白车身一体化压铸关键在于前中后底板能不能连起来。一体压铸将扩展至白车身、四门、后盖等。当前汽车用铝主要集中在驱动系统、变速箱、传动系统、制动系统等位置，随着技术的进一步提升，应用范围将逐渐延伸至引擎盖、挡泥板、车门、后车厢、车顶、整车身等现以钢铸件为主的大型部位，渗透率进一步提高。汽车用铝在汽车行业主要以压铸、挤压和压延三种形态投入使用，其中压铸件用量占比约80%。未来，一体压铸工艺将主要取代白车身、四门、后盖结构件的冲压和焊接环节，适用范围和占比均有望提高。新能源领域一体压铸有望拓展至车身结构件、新能源电池包、副车架。1）普通压铸的缺陷难以控制，在前期一般在车身中运用在减震塔、ABC柱接头、纵梁连接处等接头部位。随着材料升级、工艺优化、设备智能化大型化的发展及大型压铸模具的技术成熟，以特斯拉为代表的理念先进企业正在越来越多地尝试将车身的零件进行合并，由冲压+焊接工艺改成一体压铸成型的工艺。2）针对车身结构件的一体式压铸并非一体式压铸的主要方向，该工艺现在更多运用在底盘、电池包等本身结构或者零件小一些的部位，采用一体式压铸的方式可以提升强力性、提高效率、降低成本。3）目前新能源车最有可能用一体化压铸的一些零部件，一是车身结构件，如特斯拉ModelY车型一体式压铸后车体的案例；二是新能源车的电池包，为电池包形状相对比较规则，采用一体式压铸比起普通压铸效果会高一些，成本会低一些；三是副车架等，2015年北美汽车工业协会报告指出,铝合金在副车架上的应用在未来几年内将会大幅提升，存在一体式压铸的可能性。电动智能时代，车型迭代加速，车身一体压铸大势所趋传统汽车的车型迭代以硬件迭代为主，生命周期一般为5年。传统燃油车属于机械集合体范畴，汽车产品大多是“交付即终点”，车厂一般不会对已交付的产品进行升级。传统汽车的升级迭代大多仅针对于新出厂的产品，且一般要等到改款期或换代期，迭代时主要考虑：动力总成、造型设计和底盘系统。电动智能时代，汽车成为可迭代升级的新智能终端，迭代周期缩短至一年一次。智能化时代，芯片、传感器、电子电器相关的零部件越来越多，汽车不再是“交付即终点”的产品，而是逐渐智能、开始具备可升级的能力，成为可持续迭代升级的新智能终端。智能电动汽车在迭代更新时主要关注：电动力总成、智能座舱和自动驾驶。电动智能时代，品牌的产品差异化至关重要，产品需具备持续进化的能力。智能时代，产品差异化决定了品牌的竞争力，因此各品牌都重点强调数据的积累和功能的迭代。在未来，汽车产品将从静态转向动态，在其完整的生命周期中不断进化，形成动态学习的过程，品牌也将基于此建立新的技术壁垒。软件端：特斯拉早已具备整车OTA功能。OTA具备三大基础功能：潜在问题改善、全新功能导入和交互界面逻辑优化。通过OTA功能，可以实现车载娱乐系统、应用程序的升级，还可以对ECU进行软件更新，包括电池管理系统、电驱控制单元、整车控制单元等。OTA功能的成熟将加大软件端的迭代速度。硬件端：一体压铸硬件标准化程度更高、开发周期更短，适应电动智能时代的特性。一方面，一体压铸技术可以通过精度控制，提升硬件标准化程度；另一方面，一体压铸技术可以缩短车型开发周期，将开发流程从6个月压缩至2-3个月。因此，一体压铸能加快硬件端的迭代速度，使其与软件端更新匹配，符合电动智能时代的趋势。2零部件：铝压铸件向大型化、一体化发展汽车在轻量化设计需求的驱动下，关键零部件朝着薄壁、高性能、大型化等方向发展，压铸技术在汽车中的运用从小件逐步往高压压铸、大型化、一体化的大件发展。未来，随着铝合金材料应用技术的进一步提升，其在汽车领域的应用范围将逐渐延伸至引擎盖、挡泥板、车门、后车厢、车顶、整车身等现以钢铸件为主的大型部位。轻量化大势所趋，单车用铝量提高工信部发布的平均油耗目标逐年降低，迫使汽车厂商进行轻量化改革。根据国家工信部发布的平均油耗目标，2020年的目标为5升/百公里，相比2015年的6.9升/百公里，降幅较大，要求越来越高。轻量化作为汽车节能的关键技术之一，有显著的节能效果。据实验，汽油乘用车减重10%可以减少3.3%的油耗，减重15%可以减少5%的油耗；柴油乘用车则可以分别相应减少3.9%和5.9%的油耗；电动车（包括插电式混合动力车）也可以分别相应减少6.3%和9.5%的电能消耗。铝合金是轻量化的最佳解决材料。根据初步测算，铝合金用量达到250kg相当于减少了500kg的汽车用钢量。对于一辆1.5t的乘用车，则相当于在现有水平上减少了30%左右的重量，将燃油效率提高了20%以上，效果显著。根据中国汽车工程学会规划，车辆整备质量在未来将快速降低，单车用铝量快速上涨。根据中国汽车工程学会，2020年车辆整备质量相较2015年将减重10%，单车用铝量达到190kg；2025年车辆整备质量相较2015年将减重20%，单车用铝量不低于250kg；2030年车辆整备质量相较2015年将减重35%，单车用铝量不低于350kg。新能源电动车为了减重以提高续