汽车行业一体压铸研究报告一体铸造大势所趋自主品牌大有可为

汽车行业一体压铸研究报告-一体铸造大势所趋自主品牌大有可为特斯拉引领行业趋势，一体铸造蔚然成风特斯拉开创一体铸造技术先河特斯拉

2019年提出“一体铸造”技术，计划在ModelY上应用。2019年7月，特斯拉发布新专利“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”，提出了一种车架一体铸造技术和相关的铸造机器设计。该技术将通过多向压铸机、车辆覆盖件模具和几个可以相对于覆盖件模具平移的凸压模具，实现对汽车白车身的铸造成型。此类凸压模具会分别移动至铸造机中央的铸造区，负责不同部件的铸造，在一台机器上完成绝大部分车架的铸造工作。同年，特斯拉CEO埃隆马斯克在特斯拉电池日上表示，特斯拉的ModelY车型白车身将转向铝铸件设计。“当我们引入大型铸造机之后，就可将70个部件变成1个，机器人无需将这么多部件组装在一起，从而大大减少成本。”2020年，一体铸造技术在ModelY上开始应用。2020年，特斯拉开始与压铸设备商意大利意德拉合作，使用6000吨级压铸单元GigaPress，采用一体成型压铸的方式生产ModelY白车身后地板总成。根据2020年特斯拉电池日发布的信息，ModelY的后地板通过应用一体压铸技术，将原先通过冲压等工艺生产的80个零件集成为1个铸造零件，制造成本能够降低40%。同时，特斯拉公布了下一代白车身设计方案，整车地板总成将由2~3个大型压铸件组装而成，电池包采用了structuralpack的设计理念，使得整个白车身具有更高的强度和刚度。ModelY一体压铸前舱落地柏林工厂，Cybertruck后地板亦将应用。2021年5月17日，德国压铸专家阿克塞尔·图尔克（AxelTurck）在推特分享了一体压铸前机舱试制零件，提到特斯拉

ModelY车型未来将应用一体铸造技术生产更多的零件。10月，特斯拉于柏林工厂开放日上对公众展示了一体压铸机模具、一体压铸ModelY前机舱，结构电池包（structuralpack）等核心技术方案，表明未来柏林工厂生产车型将全面使用“一体压铸”工艺。在2020年四季度业绩电话会议上，马斯克表示新一代皮卡Cybertruck的后地板将也会应用一体化压铸技术，且将使用更大吨位的8000T压铸机进行生产。在2022年一季度财报中，特斯拉汽车业务毛利率32.9%，整体毛利率19.2%，均创下历史新高，其中就有一体铸造技术带来的贡献。自主新势力奋起直追，积极拥抱行业变革国内新势力中，蔚来

ET5率先应用一体铸造技术，轻量化、安全性领先。2021年10月，蔚来汽车宣布成功验证开发了可用于制造大型压铸件的免热处理材料，将会应用在蔚来第二代平台车型上。新材料避免了传统压铸件在热处理过程中引起的尺寸变形及表面缺陷。2021年12月，蔚来在ET5发布会上正式宣布将开始采用一体铸造工艺，ET5将使用超高强度钢铝混合车身，使车身后地板重量降低30%，后备箱空间增加7L，整车抗扭刚度高达34000N·m/deg。小鹏汽车一体压铸技术已在规划当中，计划自建产能。在小鹏2021年业绩发布会上，董事长何小鹏宣布将于2023年发布两个新平台及其首款车型，并将使用超大一体化压铸新工艺。根据武汉当地媒体沌口之声，2021年7月小鹏正式启动武汉项目，将建设一系列工艺车间，年总产能约10万辆。根据武汉经济技术开发区（汉南区）自然资源和规划局，2021年10月，小鹏已正式申报“小鹏汽车武汉产业基地项目”规划建筑方案，预计今年10月投产，其中包括一体化压铸工艺车间。小鹏汽车武汉工厂还将引进一套以上超大型压铸岛及自动化生产线。高合汽车在一体铸造材料、制造端推进领先。2021年12月，高合汽车与上海交通大学轻合金国家工程中心展开战略合作，共同研发TechCast™超大铸件用低碳铝合金材料，该材料流动性高于同级别材料15%以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。2月25日，高合汽车与拓普集团合作开发的7200T一体化超大压铸后舱成功下线。该部件应用了上海交大的合金材料，实现了15%~20%的减重与工艺复杂度的大幅降低，整个开发周期也缩短了1/3。截至成功下线时，该压铸机是汽车零部件领域已知最大的一体化铝合金压铸件，未来也将应用于高合各类车型中。传统车企不甘示弱，加速跟进一体铸造大众计划于SSP平台开始应用一体压铸，样件已于卡塞尔工厂下线。大众现有的大部分电动车型均是基于MEB平台打造，而新一代电动汽车平台SSP无论从软件还是硬件架构上都将提供更好的可拓展性，Trinity车型则是基于SSP平台打造的首批车型之一。奔驰发布一体化压铸成果，性能提升显著。2022年1月，奔驰发布全新概念车VISIONEQXX。车身的后部及前部减震塔顶应用了和特斯拉同样的仿生工程结构部件，整个车身由3块组成：前后分别有一块一体压铸铝合金铸件，中间有一套结构电池组。这样的设计有望减轻车身15-20%的重量。在这一设计的助力下，VISIONEQXX能耗达到10kw·h/百公里以下，实际用电里程超过1000km。变革推动行业扩容，自主有望实现领先高压铸造是铝合金材料最高效的成型方法高压铸造（压铸）是将熔化状态金属在模具内加压冷却成型的精密铸造方法。金属制品主要采用机床铣削、钣金成型焊接、铸造三种工艺生产。其中铸造主要生产内部结构复杂，难以用钣金成型或机床铣削不具有经济性的零件。铸造主要分为砂型铸造和特种铸造两类，压铸属于特种铸造范畴。压铸全称高压铸造，是一种将金属熔液压入钢制模具内施以高压并冷却成型的一种精密铸造法。压铸适合铸造结构复杂、薄壁、精度要求较高、熔点比钢低的金属零件（铝、锌、铜等）。作为一种几乎无切削的近净成形金属热加工成型技术，其产品具有精密、质轻、美观等诸多优点，广泛应用于汽车、家电、航空、机械等诸多行业。高压铸造是批量生产铝合金铸件的最高效生产方式。与采用石英砂做铸造模具的重力铸造相比，高压铸造具有以下优势：1、模具可以反复利用；2、通过模具内的冷却系统可以实现快速成型并实现连续生产；3、冷却中对熔融金属施加压力保证零件具备更好的应力强度；4、金属模具内部尺寸精确，可做到精密铸造。压铸虽然高效，但因模具材料均为钢制，因此只能制造熔点比钢低的金属。目前高压铸造行业所使用的基材主要是铝/镁/锌/铜等合金材料，其中铝合金的应用最为广泛。钢材因熔点加高，因此只能采用每次需要破拆石英砂模具的重力铸造，效率较低。与高压铸造相近的是低压铸造，低腰铸造同样采用可循环的钢制模具，但低压铸造压射压力仅在1~5MPa，远低于高压铸造的300~600MPa水平。低压铸造适合生产壁厚较厚的铸造铝/镁/锌/铜合金等材料的零件，例如汽车轮毂、皮带轮等。虽然低压铸造设备结构简单投资相对较低，但其生产效率和零件强度低于高压铸造，所以在产品适合采用高压铸造且需要大规模批量生产情况下，高压铸造是铝/镁合金等铸件的最高效生产方式。压铸机和压铸模具是压铸生产的核心设备，结合周边配套设备即为压铸岛单元。压铸机就是用于压铸零件生产的机器。压铸机相对标准化，通过安装不同的压铸模具可实现多种形状压铸零件的生产。当压铸生产时，现将熔融的液态铝合金倒入压铸机的压射机构内，压射机构将铝液推入模具内并加压成型，通过模具内的冷却系统将铝合金零件快速冷却至固态，最后模具打开由机器人取出零件、清理喷涂脱模剂再进行下一个循环生产。压铸生产温度高、烟气多、噪声大，业内通常采用自动化生产。压铸机周边需要配套熔炼炉、机边炉、取件和清理喷雾机器人、切边设备、机加工机床、检测设备、冷却系统、排气系统等，上述周边设备与压铸机、压铸模具组合在一起的压铸生产单元即为压铸岛。减重需求促使车身采用铝合金替代钢材，压铸铝件逐渐应用于车身结构件。受制于压铸机规格，传统压铸生产零部件尺寸通常在600mm以内，以汽车零部件、电机外壳、手机机壳、消费品金属件为主。过去十年间，压铸机最大规格在锁模力5000吨以内，需求主要用于生产商用车变速箱外壳和乘用车发动机缸体。新能源车普及和燃油车减排趋势使车身结构件铝代钢减重需求日益增加。大众、宝马等德系厂商已逐步在白车身复杂结构处采用压铸铝合金件替代传统钣金焊接件，压铸车身结构件尺寸逐渐增大。一体铸造技术有望颠覆汽车的制造方式一体压铸工艺是汽车制程中的颠覆性技术，压铸机有望成为汽车制造领域的核心装备。从上世纪初焊接技术逐步成熟以来，汽车车体制造工艺均以钣金冲压+焊接为主。上世纪70年代以前，汽车车体焊接主要由人工作业完成。1970年代数控技术逐步成熟，工业机器人诞生，最早应用于汽车焊接工艺。过去50年间，汽车车身制造工艺始终以钣金冲压+机器人焊接为主。本次特斯拉一体压铸技术有望使汽车车体制造工艺发生重大变革，压铸机有望取代焊接机器人成为造车核心装备。“一体压铸”简化车身制造工艺流程，整合供应链环节。一体压铸工艺将取代传统车身结构件的组件冲压和焊接环节，特斯拉称其新一代全压铸底盘可减少370个零件，车门和前后两盖结构件也同样可用压铸工艺，零件数量锐减，车体制造流程大幅简化。同时，整车厂内原先复杂的机器人白车身焊接线也被大幅简化，仅需要将若干车身压铸组件和外覆盖件组装焊接即可。车体制造管理流程和所需人力也相应降低。车身重量减轻，减少电池装机量，电池降本是钢换铝式车身材料增加成本的6.6倍。特斯拉新一代一体压铸底盘有望降低10%车重，对应续航里程增加14%。以普通电动车电池容量80kwh为例，若采用一体压铸车身减重并保持续航里程不变，则电池容量可减少约10kwh。按照磷酸铁锂电池pack成本800元/kwh计算，则可降低成本8000元。一体压铸工艺可大幅减少涂胶工艺环节。涂胶是传统焊接白车身重要工艺部分，通常由机器人完成涂胶工艺。因点焊使钢板间存在缝隙，传统白车身涂胶主要起到密封防水、增加车体强度、降低钣金件间的摩擦和震动的作用。改为一体压铸车体后，零件面积大幅增加，不再需要繁琐的涂胶环节弥补焊接钣金件间的缝隙，生产流程再次简化。压铸废品、流道等可再次熔炼，材料利用率超90%，远高于冲压。传统冲压-焊接工艺，通常板材利用率仅为60%~70%，冲压剩余边料只得按废旧金属出售。而改为一体压铸后，因压铸时可反复熔炼，因此废品、压铸流道、边料等废料可返回熔炼炉再次利用。压铸工艺对材料利用率在90%以上，远高于冲压工艺，再次降低生产商成本。车身生产车间占地面积减少30%以上。相较于300多台机器人组成的白车身焊接线，一体压铸工艺采用的压铸岛占地面积更小。特斯拉采用压铸工艺的新工厂占地面积节省35%。同时因生产流程简化，原先由零部件厂供应的组件冲压、组件焊接环节取消，相关场地同时不再需要，更进一步降低全产业链的用地面积。部件端：压铸结构件渗透加速，潜在百倍成长空间一体压铸技术带来行业百倍以上成长空间铝高压铸造工艺已较多应用于车身结构件。铝合金铸造性能好，被广泛用于结构复杂的零件和壳体，如发动机机体、副车架、白车身和转向节等。铝压铸件相比铸钢和铸铁件具有密度低、比强度高等诸多优点。在同等排量的发动机中，全铝发动机相比普通发动机能够减轻20公斤。在汽车白车身系统上，一个整体铸造的车身结构件，如铝制减震塔

（shocktower）或后纵梁（rearrail）等零部件，能够替代5-10个冲压零部件，重量更轻，且节省了焊接成本。铝压铸结构件成本较高，主要应用于豪华品牌车型。铝压铸结构件虽然比强度高、生产效率高、集成优势强，但是由于铝合金成本远高于钢，且高压压铸设备价格昂贵，因此小尺寸的铝压铸结构件成本显著高于钢冲压焊接结构件。当前应用铝压铸结构件的多为35万元以上的豪华品牌车型，平均单车价值不到3000元。以凯迪拉克CT6为例，车身上前减震他、前翼子板支架、扭转盒等零件均采用铝合金高压铸造工艺生产，单车价值约为2750元。压铸车身结构件行业多由乔治费歇尔、麦格纳等外资主导，国内文灿、鸿图等也有配套。海外高压铸造供应商起步早，因此产品、技术和客户覆盖上普遍领先于国内企业。从