汽車一體化壓鑄指的是通過大噸位壓鑄機,將多個單獨、分散的鋁合金零部件高度集成,再一次成型為1-2個大型鋁鑄件。
2019年,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(guān)鑄造方法”,正式提出“一體化壓鑄”概念。
2020年,特斯拉開始與壓鑄設(shè)備商意德拉合作,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白車身后底板總成,以沖壓—焊接為主導的整車制造工藝自此被徹底顛覆。
目前車身上可以應(yīng)用一體化壓鑄的主要為后底板、前艙件和CD柱。
未來一體化壓鑄應(yīng)用部件將由后地板逐步延伸至前車身下部、中地板、車門框架、副車架、下車體總成、A柱及B柱、座椅骨架及整個白車身。
一體化壓鑄滲透率和新能源汽車滲透率雙提升下,國內(nèi)和全球一體化壓鑄市場有望迎來爆發(fā)。
EV Tank預(yù)計2030年全球一體化壓鑄市場規(guī)模有望達到8396.6億元。
一體化壓鑄零部件價值量明顯提升:
一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈
一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈上游為大型壓鑄機、模具和免熱合金材料,產(chǎn)業(yè)鏈中游為鑄件廠商,下游是以特斯拉為代表的整車廠。
設(shè)備、材料、模具、工藝構(gòu)筑一體化壓鑄行業(yè)壁壘。
大型壓鑄機
目前壓鑄機下游主要應(yīng)用領(lǐng)域是汽車、家電、3C、機電和建材等領(lǐng)域,汽車領(lǐng)域占據(jù)需求的大頭。
其中一體化壓鑄所需的超大噸位壓鑄機,根據(jù)車企的當前規(guī)劃情況來看,噸位至少需要在6000T以上,而全球6000T以上的壓鑄機主要玩家有瑞士布勒、力勁科技、意德拉(力勁科技全資子公司)、伊之密、海天金屬等。
目前,特斯拉四大工廠共計部署15臺以上大型壓鑄機,其中上海工廠在裝配5臺大型壓鑄機,用于ModelY后地板生產(chǎn)的基礎(chǔ)上,繼續(xù)加速部署更多大型壓鑄機。德州工廠共計裝配6臺大型壓鑄機,覆蓋ModelY&Cybertruck。特斯拉四大工廠對應(yīng)一體化壓鑄年產(chǎn)能已達到150萬件左右。
大噸位壓鑄機玩家少,門檻高,主要在于以下幾點:
1)生產(chǎn)制造壁壘。超大型壓鑄機單個零件重量就達到幾十噸,還需要耐高溫,因此壓鑄機廠需要自己具備制造大型零部件的能力。
2)資金壁壘。一臺大噸位壓鑄機動輒幾千萬的售價,需要大量的硬軟件設(shè)施和研發(fā)投入。
3)經(jīng)驗壁壘。下游壓鑄廠和主機廠對于一體化壓鑄設(shè)備的使用經(jīng)驗不足,通常希望能得到成熟壓鑄機廠的指導。
未來9000T以上+兩板機+冷室壓鑄機為設(shè)備行業(yè)發(fā)展趨勢。
材料配方
一體化壓鑄需要使用免熱處理鋁材。
Al-Si系免熱處理材料為行業(yè)最佳選擇。
特斯拉自研Al-Si系免熱鋁合金材料,適配一體化壓鑄工藝實現(xiàn)量產(chǎn)。
Al-Si系免熱鋁合金材料能夠避免熱處理導致大尺寸壓鑄件形變的問題,同時在綜合成本、鑄造性能、供應(yīng)商資源等方面更具優(yōu)勢。
國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)制造的鋁壓鑄結(jié)構(gòu)件通常需要熱處理來滿足產(chǎn)品的機械性能和加工需求。
而對于大型一體化鋁壓鑄件,由于體型較大,無法進行熱處理(熱處理會使鋁壓鑄件產(chǎn)生微小形變,對于大型壓鑄件形變會進一步放大,致使產(chǎn)品不滿足車輛要求),因此必須使用免熱處理材料。
目前,國內(nèi)廠商陸續(xù)通過專利授權(quán)+自主研發(fā)+校企合作方式跟進,國產(chǎn)化進程提速。
全球免熱處理鋁材配方以美國鋁業(yè)和德國萊茵菲爾德等歐美企業(yè)占優(yōu),近幾年國內(nèi)企業(yè)也逐步在研發(fā)和開拓免熱處理鋁材配方,其中上海交大、帥翼馳集團、立中集團、永茂泰等走在行業(yè)前列。
壓鑄模具
一體化壓鑄模具溫場變化復雜,各部位溫度分布不均勻,加劇模具熱平衡控制難度。
CAD-CAE-CAM能夠提高模具設(shè)計精度,提升模具良率和壽命。一體化壓鑄模具單套成本1000萬以上,開發(fā)周期150-180天,定制化要求提升,中游廠商依賴于外采。
鋁合金壓鑄件的制造過程中均需要使用模具,對于大噸位一體化壓鑄件而言,一體化壓鑄模具在重量和體積上較普通鋁合金模具要大上許多,且對于模具的精度和質(zhì)量要求更嚴。
一體化壓鑄模具制造難,入局玩家少。國內(nèi)只有少數(shù)廠商具備生產(chǎn)能力,主要有廣州型腔、寧波賽維達、寧波臻至、寧波合力等模具廠。
特斯拉開啟設(shè)備9000T時代,模具供應(yīng)商超前配備12000T-20000T研發(fā)能力。
壓鑄工藝
超高真空高壓壓鑄為工藝最佳選擇。一體化壓鑄填充流程長,需要采用高壓、高速充型,但這種工藝易在壓室或型腔中形成氣體滯留,以氣孔的形式存在于鑄件中,導致鑄件無法進行后續(xù)組裝。超高真空高壓壓鑄技術(shù)能夠在運用高壓壓鑄技術(shù)的同時,提供一體化壓鑄所需的30mbar以下真空環(huán)境,能夠避免出現(xiàn)填充不足、壓鑄缺陷等問題,從而保證產(chǎn)品良率。
一體化壓鑄市場格局
一體化壓鑄入局玩家較多,競爭相對激烈。
產(chǎn)業(yè)趨勢吸引了眾多第三方壓鑄公司以及原來從事沖壓業(yè)務(wù)的公司競相布局。
壓鑄公司主要有拓普集團、廣東鴻圖、文燦股份、旭升集團、愛科迪、多利科技、重慶美利信等。
國內(nèi)上市公司布局大型一體化壓鑄業(yè)務(wù)一覽:
憑借其突出性能優(yōu)勢,眾多車企都紛紛通過自制或者OEM的形式加入一體化壓鑄的浪潮中。
一體化壓鑄件的制造商主要有整車廠和零部件兩方勢力,目前除特斯拉外,大多數(shù)整車廠在當下不具備單獨研發(fā)的能力,因此國內(nèi)多是整車廠委托壓鑄廠進行生產(chǎn)或者整車廠與壓鑄廠共同研發(fā)生產(chǎn)。
根據(jù)廣發(fā)電新小組統(tǒng)計:特斯拉后地板一體化壓鑄率先量產(chǎn),車身前艙一體化壓鑄總成開始試驗;蔚來攜手文燦股份進行一體化壓鑄后地板、后副車架研發(fā);小鵬與廣東鴻圖合作,加速布局一體化壓鑄;高合汽車與拓普集團合作的一體化壓鑄車身后艙于2022年正式下線;極氪MPV009,采用了一體化壓鑄后底板,于2022年11月開始量產(chǎn)。