汽车行业专题报告:轻量化势在必行一体压铸点燃热潮

  节能减排政策设置紧迫,倒逼车企加快轻量化以降本提效。我们大家都认为总的来看,当前我国环保政策对乘用车的油耗和轻量化系数规定要求较高,路线%,在轻量化上要求到2025年内燃机的设计优化、材料选择和零件数量减少带来的燃油车重量减少将达到10%,到2035年将达到25%,而纯电动汽车的重量减少率将更高,到2025年底将达到15%,到2035年底将达到35%。新能源车由于增加了三电系统导致整车较燃油车增重了200kg-300kg,政策对电动车的轻量化系数减少率的要求比燃油车更高,因此电动车有更强的轻量化需求。

  新能源车存在较大的里程焦虑问题,轻量化需求更为迫切。根据罗兰贝格2022年的调研结果,里程焦虑仍是影响消费者购买电动车的首要原因。轻量化通过降低整车重量,可全面降低能耗和提升续航,若新能源车减重100kg,续航里程将提升10%-11%,同时降低20%的电池成本和日常损耗成本。我们认为,在新能源车补贴政策退坡、补贴对续航里程门槛逐渐提升、终端用户里程焦虑较重的趋势下,新能源车的轻量化需求更为迫切。

  汽车轻量化应用优势显著,解决汽车能源消耗+续航焦虑+提高性能的痛点需求。我们认为轻量化兼顾提升续航和汽车性能,迎合了驾驶舒适性/安全性/经济性的要求,在需求端刺激下有望打开市场广阔空间。电动车质量比燃油车高100-300kg,将消耗更大比例的能量用于负荷自重,而每减重10kg可提升2.5km的续航,并可降低20%的电池成本和日常损耗成本。同时轻量化显著优化了汽车操作性能及安全性能,并缩短了汽车开发时间。整车开发需针对噪声、振动与声振粗糙度等NVH问题优化设计,而铝合金零件较钢制零件降低了汽车对减震消音部件的要求,从而缩短了因针对NVH问题的调试时间。我们以铝合金轻量化为例,在能耗方面,单车使用60kg铝,可降低0.69L/100km的油耗,降低0.75Kwh/100km的电耗。

  铝合金性能优越且工艺成熟,应用性价比、量产难度、性能表现的综合表现好,中短期具有大规模使用可能性。汽车轻量化手段包括结构优化设计、制造工艺优化、轻量化材料应用,应用轻量化材料实现减重的同时兼顾了汽车综合性能的稳定,目前为主流方案。而综合考虑性价比、技术工艺、性能表现等因素,铝合金在现阶段的可行度最高,是当前最成熟、最多应用的方案。较其他材料,铝合金性能优越,减重效果好,且成本适中,在做到同等减重效果情况下,单位成本最低。同时其轻质高强,成型性强,通过挤压成型即可满足复杂架构的一次成型,符合量产需要,中短期看具备大规模使用的条件。路线年车辆整备质量最终将实现较2015年分别减重10%/20%/35%,路线年燃油乘用车轻量化系数降低10%/18%/25%、纯电动乘用车轻量化系数降低15%/25%/35%,技术方案变化不大。轻量化主要减重手段是使用轻量化材料,具体而言,先重点发展超高强钢技术,再重点发展铝合金技术、实现铝合金零件的批量生产和产业化应用,远期重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术并实现大范围应用。

  连接技术混用带来产品成本增加和效率降低,限制了铝合金在汽车的应用范围。铝合金是目前性价比较优的汽车轻量化材料,其较普通钢材可达到40%的减重率且生产工艺较成熟,根据赛瑞研究,2020年铝合金在汽车轻量化市场的占比在65%左右。但由于当前汽车材料连接工艺以冲压+机器人焊接为主,与钢材料相比,铝材料存在导热系数大易导致焊缝性能下降、合金表面氧化层污染电极、热膨胀系数高导致零件变形大等问题,制造端的冲焊工艺较困难且拼接效率低,进而导致其连接成本为钢制车身的2-3倍。同时,随着钢、镁铝合金、碳纤维等多种材料在汽车上加速应用,材料连接工艺更为复杂,一方面加大了设备投入、增加了生产成本,一方面大量的焊接、铆接和胶接工艺大幅增加了作业时间、降低生产效率,使得减重性能更好的全铝车身在现有冲压+机器人焊接的工艺模式下难以普及。以第四代奥迪A8车身为例,其使用铝合金白车身较钢制车身降重了近30%,但需要包括点焊、激光焊、涡流焊、铆接、自切削螺钉联接、卷边等14种连接工艺,其激光焊接焊缝4.75米、包边22.01米、胶接152.94米、MIG焊点5892个、铆接2976个等,工艺复杂度远高于电阻焊为主的钢制白车身,整体工艺成本较高。

  一体化压铸突破铝合金连接工艺限制,加速汽车轻量化发展进程。汽车制造的传统工艺分为冲压-焊装-涂装-总装四步骤,其中车身需要将各车身冲压零件焊接为发动机舱、侧围、前后底板、顶盖等分总成线,再最后合装为主焊生产线,而一体化压铸技术通过一次高压压铸成型,合并了冲压和焊装环节,将除了外覆盖件和部分悬架件以外的白车身一次压铸为大型零件。我们认为,一体化压铸工艺本质上革新了汽车轻量化工艺和材料使用,首先在制造工艺上,一体化压铸合并冲压和焊装工艺,显著简化生产流程、提高生产效率,我们看好其他主机厂在特斯拉的示范作用下不断引进一体压铸工艺,合并传统的冲压焊装工艺。其次在材料使用上,钢板易于冲压和焊装,过去广泛应用于传统的汽车制造中,铝合金是压铸的主要材质,随着一体化压铸的逐步引进,我们看好其突破材料连接工艺的限制,加速在汽车轻量化中的应用。

  梳理当前各大车企的轻量化布局看,轻量化产业主要由特斯拉引领、造车新势力紧跟、传统车企加大力度布局,合力推进轻量化的产业化进程。

  1)特斯拉:作为新能源车头部持续加码新能源车轻量化,电池包和车身轻量化为重点。以Model3为例,其轻量化从电池包开始逐步拓展到车身、底盘、电子电器,整车轻量化指数在竞品中较突出。具体措施包括,采用高集成化的E平台、提升电池密度减少电芯数量、优化电池连接工艺来减少铝片用量、采用大模组设计减少组件连接件、优化电池包箱体结构、使用钢铝结合的车身、使用全铝线束、开发一体化压铸车身结构件等。

  2)造车新势力:蔚来主攻全铝车身,小鹏发力电池车身一体化技术。蔚来ET5参数图片)对车身后地板使用一体化压铸工艺,后纵梁的吸能盒、轮拱等易损部位保留了单独零件设计,车身后地板减重30%;定位于豪华纯电中大型轿车的ET7采用了超高强度钢铝混合白车身,包含42%的铝/57%的钢/1%的复合材料,白车身重量约420kg,占车重1/6;ES8采用了全铝车身+7种先进连接技术,白车身仅重335kg,减重40%,底盘/悬挂/轮毂/刹车系统/电池组外壳也为全铝材质。小鹏23年发布扶摇架构采用电池车身一体化技术,节省5%的垂向车内空间。

  3)传统车企:积极布局新能源车轻量化。如大众在其全新新能源车平台MEB中使用全新车身,把电池和电机融入了车身底架,电池壳采用铝合金;比亚迪在其e平台集成了电机电控,实现了车身重量下降25%、功率密度提升20%。

  汽车轻量化的产业化途径包括材料应用、结构设计和制造工艺,材料轻量化路线是当前的主流技术方案。具体而言,材料应用旨在开发高强度钢、铝合金、镁合金以及复合新材料,目前主要在不同汽车部件应用不同轻量化材料,往后看随着工艺突破和材料成本降低,有望实现从铝合金到镁合金的应用拓展。结构设计轻量化主要为开发全新汽车架构、使零部件薄壁化/中空化/小型化/复合化、优化车身的空间结构或创新车身的造型。制造工艺轻量化旨在优化材料的成型工艺,在实际应用中一般结合轻量化材料的特性来选择合适的工艺。

  全球各国轻量化路径各有侧重,我国材料、结构、工艺三路径并行。美国的汽车轻量化路线以材料进步驱动为主,不断提高材料的应用性价比和性能;欧洲轻量化路线重在应用多元化轻量化材料,主要发展先进钢铁材料、轻金属镁铝、碳纤维强化复合材料,并围绕材料进行制造工艺和结构设计优化;日本轻量化重在突破材料和工艺的基础性研究,积极推进轻量化材料的实用化;我国的轻量化思路为重点发展高强度钢、铝、复合材料,协同发展材料开发、结构设计、工艺优化来实现轻量化。

  钢铁在车内应用超50%,为轻量化材料的主要替代对象。汽车主要材料为钢材,应用占比55%,其次是铸铁,应用占比12%。钢铁制造技术成熟、成本低、强度高且耐磨性好,但密度较高,为轻量化材料的主要替代对象。

  目前汽车轻量化材料主要包括超高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料(CFRP)等,已得到产业化应用,轻量化效果良好。奇瑞的纯电微型车小蚂蚁采用全铝空间结构和全复合材料外覆盖件,且在车身应用了93%+的高强度镁铝合金,其全铝车身较传统汽车减重了40%且刚性提高了60%+;大众宝来车型利用轻量化材料减重了104.2kg;某车型的外饰件采用轻量化材料减重,合计减重61kg+。

  1)高强度钢板的抗拉强度和屈服强度性能高,主要应用于关键结构件中。其具有高抗拉强度和高屈服强度的特性,可以在打薄钢板、减少车身重量的基础上保持性能不减,近年来主要应用在AB柱、地板、门槛等车辆的关键结构件中,如宝马在部分车型的中通道、地板、B柱、车门防撞杆应用了高强度钢;凯迪拉克在部分车型的AB柱内板、地板中通道、横梁等关键部件应用了先进的高强钢,使钢制下车体结构相较原铝制车体减重了6kg。

  2)铝合金耐腐蚀、耐磨性强,应用由内部零件罩体向全铝车身过渡。其密度小、强度及刚度高、弹性和抗冲击性能良好、有优异的耐腐蚀性和耐磨性,是汽车轻量化的理想材料。铝合金初期用于汽车发动机罩和行李箱盖,现已应用到全铝车身和新能源车电池外壳,2021年国外已可达车身80%以上的铝合金和铝复合材料应用。

  3)镁合金抗弯强度和隔音性能好,车体结构件和零件中均有应用。弯曲刚度不变下,镁代替钢可减重60-70%。目前欧洲研发并使用的镁合金车用零部件超过60种,单车镁合金用量在9.3-20.3kg,北美的镁合金汽车零部件超过100种,用量5.8-26.3kg,而国内研发并使用的镁合金汽零仅20余种,技术水平还有较大提升空间。此外受制于加工成本和技术工艺,镁合金量产条件不充分,目前商业应用的平均单车中用镁量不足1kg,个别车型的发动机罩盖、转向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳上有应用。

  4)车用碳纤维复合材料性能强但成本高,目前多用于赛车等领域。碳纤维的复合材料质量轻(不及钢材料的1/5)、强度高(5倍钢强度)、耐高温和耐腐蚀性能好,综合性能强于原有材料性能的总和,且可满足不同的车用部件要求,是理想的汽车轻量化材料,宝马i8车型使用了全碳纤维的座舱,采用了类似F1赛车的设计。但限制于加工成本和原材料价格较高,主要在赛车、超跑等豪华车型有小批量应用,随着制造成本的下降,已逐渐向汽车车身、底盘、轮毂等部件渗透。

  远期看,随着镁合金加工技术成熟、生产成本降低,轻量化效果更优的镁合金未来或得更多应用。镁的密度为铝的2/3、钢的1/5,是目前较轻的金属结构材料,车身/动力总成/底盘/内饰使用镁合金替代铝材最高可减重约50%。往后看我们认为,高性能镁合金加工工艺的日趋成熟或降低镁合金的生产成本,同时现有镁合金铸件应用范围与铝合金铸件的重叠度不断扩大,远期看镁合金有望替代铝合金成为重要的汽车轻量化材料。

  车用铝合金具有多种加工工艺,铸铝为汽车主流铝合金材料。铸造铝合金成品质量稳定、适合大批量生产,主要用于变速器、发动机气缸盖、发动机气缸体、轮毂、摇臂、制动盘等汽车构件制造。轧制材、挤压材、锻压材属于变形铝合金,成品质量稳定、强度较高、塑性较高、成分性能比较均匀、内部组织紧密,应用于车门、轮毂罩、热交换器、保险杠、座位、行李箱、保护罩、消声罩等汽车结构件、悬挂件、装饰件制造。根据2017年《铝合金在新能源汽车工业的应用现状及展望》,各类铝合金在汽车上使用比例大致为铸铝77%,轧制材10%,挤压材10%,锻压材3%。

  高压压铸是未来铝合金工艺的主流方向,部分零部件可用多种工艺生产。铸造工艺可按金属液的浇注技术分为重力铸造和压力铸造。重力铸造是指金属液在重力效果下导入铸型的技术,压力铸造是指金属液在压力作用下导入铸型的技术。压力铸造中,低压铸造与差压铸造多用于发动机、底盘区域,而高压铸造因效率高、加工零件壁厚小,在汽车车身中运用逐渐广泛,是未来的重要方向。此外,部分汽零也可用多种工艺生产,如电池壳原用挤出件,在CTC结构下一体化压铸电池壳或将替代挤出工艺;底盘和轮毂的锻造件多用于中高端车型,而铸造件的壁垒低且成本低,部分中低端车型应用底盘和轮毂铸造件。

  铝合金凭借优秀的性价比优势用量快速渗透,单车用铝量呈增长趋势。目前铝合金件在汽车中的应用已覆盖电池箱体、液冷板、汽车前后防撞梁、减震件、新能源汽车电器支架、CCB仪表盘支架等,根据国际铝协,2016-2019年我国乘用车市场中,燃油车、纯电车、混动车单车用铝量的增幅分别为15.7%、33.6%、28.1%,其中纯电动汽车单车用铝量增速明显高于传统燃油车,且根据DuckerFrontier数据,纯电车的用铝量一般比燃油车高101kg,主要系电车虽节省了内燃机动力总成的用铝部件、传动系统和变速器中的用铝部件(该部分零件单车铝用量约62kg,且多为铸造材),但电车的电池外壳、电力牵引系统、车身和开闭件等部件需要额外用铝约163kg,该部分铸造材占比不到30%,以铝型材为主。往后看单车用铝量有较大增长空间,根据中国汽车工程学会2017年编制的《节能与新能源汽车发展技术路线》,我国汽车轻量化计划于2025年、2030年单车重量分别较2015达到年减重20%、35%的目标,乘用车单车用铝量分别达到250kg和350kg。路线则细化了车型轻量化要求,指出2025/2030/2035年燃油乘用车轻量化系数降低10%/18%/25%、纯电动乘用车轻量化系数降低15%/25%/35%。

  较海外相比,我国单车用铝量仍有较大的提升空间,有望随新能源车发展快速提高。根据国际铝业协会数据,2020年国内传统乘用车单车用铝量约138.6kg,纯电和混动车的单车用铝量分别为157.9kg和198.1kg,而根据DuckerFrontier,2020年北美非纯电车的单车用铝量为206kg,纯电车的单车用铝量为292kg,对标海外单车用铝量水平,我国仍有较大的提升空间。

  单车用铝渗透路径或遵循底盘先行渗透、车身快速推广。考虑到簧下质量(如底盘)减重性价比远高于簧上质量(如车身),且车身轻量化由于耗材量大、成本高、工艺难等限制,短时间内渗透率较难快速提升,我们认为我国汽车单车用铝量扩张或遵循底盘先行渗透、车身加速推广的路径。底盘结构件上,目前我国主流车型开始在底盘领域加速铝合金材料的应用,新能源轿车如比亚迪汉、Model3、埃安AionS、小鹏P7已在底盘结构件应用铸铝件,新能源SUV中底盘结构件的铝材料应用更广泛,如ModelY、比亚迪唐理想ONE、极氪001、蔚来ES6等主流车型。

  车身结构件上,铝制车身轻量化效果明显,应用在新能源车兼顾提升续航和经济性,往后看有望随新能源车发展加速推广。传统燃油车方面,奥迪A8通过铝板材替代钢板材、用铝压铸件作为接头结构(铝材料在白车身材料的占比达58%),取得了显著的轻量化效果,其轻量化系数为1.31,略优于宝马7系的1.53和奔驰S的1.73,白车身质量为282kg,低于宝马7系13%(323kg)、并低于奔驰S22%(362kg)。新能源车方面,整备质量每降低100kg,NEDC工况百公里耗电量可下降5.5%、续航里程提升7.97km、电池容量节省0.885kW/h,分车型来看,A级车和C级车的续航里程可增加12.3km和13.0km。若整备质量不变,动力电池以外的部件每降重10kg,并将质量分给动力电池,动力电池能量密度按138Wh/kg计,A级车和C级车的续航里程可增加12.5km和9.3km。就铝制车身轻量化效果而言,据我们测算新能源车采用铝制车身较普通钢制车身可减重40%,用材成本增加1855元,假设每减重100kg可减少1.1kWh电量下,采用铝制车身可减少动力电池成本2368元,则铝制车身综合节省成本513元。综上,铝制车身对新能源车的轻量化效果明显,且有较强的综合经济性,我们看好其随新能源车渗透加速应用。

  结构轻量化是通过采用先进的优化设计方法和技术手段,使整车各系统合理布局达到轻量化,主要围绕零部件小型化、薄壁化、精简化、中空化、冗余度处理等设计方法,分为车身结构优化设计和汽车实体结构布局设计2种思路,按照设计变量和优化问题的不同,又可以分为拓扑优化、尺寸优化、形状优化、形貌优化4种手段。如神龙汽车变更了其车型的三角臂结构,减重了近50%,制造能耗降低了65%。

  拓扑优化为目前汽车主要结构优化方案。汽车结构优化设计经历了:尺寸优化、形状优化、拓扑优化、多学科设计优化等阶段,目前采用最多是拓扑优化,其在给定负荷情况、约束条件和性能指标的情况下,优化指定区域的材料,其精确性较高。尺寸优化及形状优化可以拓扑优化的基础上,进一步调整局部的材料分布、形状、形貌等详细设计,以获得最终的结构方案。

  未来结构优化技术方案将向多学科优化发展。现代工程发展迅速,各个工程系统规模逐步扩大,系统间交互紧密,传统的优化方法已经不再能满足对工程领域发展的需求,多学科设计优化由此发展。它主要是指掌握各系统相互间的协调机制,优化复杂系统设计以寻求整个工程系统最优解的耦合系统设计方法,目前尺寸优化、形状优化以及连续体拓扑优化日趋成熟。在多目标、多学科、离散结构的优化还要进一步研究,包括遗传算法、量子粒子群算法等算法进行改进,以便结构优化技术的发展。

  轻量化工艺是实现材料选择及结构设计的纽带,也是实现轻量化的必由之路。制造工艺轻量化在一定程度上直接决定轻量化能否实现。目前汽车轻量化相关的工艺技术主要有热冲压成形、液压成形、激光焊接、一体化压铸等。热冲压主要用于钢铁材料加工,产生零件强度高。热冲压成形工艺是基于高强钢冷冲压成型存在的问题而发展出的板材成型技术,将热冲压成形用钢加热至奥氏体化,在奥氏体温度区间保温一段时间后,快速转移至热冲压模具中进行成形和淬火,最终零件组织一般为完全的马氏体组织,热冲压成形工艺结合了冲压和热处理过程,奥氏体组织塑性好、变抗力小,在零件成形后奥氏体变为马氏体,零部件回弹小、强度高。目前,成形件主要应用在汽车安全部件上,如车门防撞梁、B柱加强板地板纵梁、门槛梁等零部件。由于热成型工艺技术有轻量化、高强度的优势,已在汽车工业有广泛应用。

  液压成形减少焊接工序,主要应用于汽车管类零部件。其通过对管形件内腔施加液压力,使其在模具型腔内发生塑性变形,从而得到所需形状,与冲压成形零部件相比,液压成形件可以直接得到具有封闭内腔结构的零部件,减少了焊接工序,可以达到减少零部件数量的效果,同时能提高零件强度和刚度,轻量化效果明显,目前主要应用于前后悬架、副车架、门槛梁、防撞梁等管类零部件。

  激光焊接节约成本,且轻量化效果明显。轻量化连接技术包括铆接、中频电阻点焊、MIG焊、搅拌摩擦焊等,其中激光焊接采用先进的激光技术及设备,将一定数量的不同材质、厚度、涂层的钢材、铝合金等材料通过自动拼合和焊接组成一块整体板材,通过冲压制造成为零部件。激光拼焊技术在汽车车身上的应用,包括拼焊板板材、冲压成形、激光三维切割、激光焊接分总成、总装白车身零部件加工及总成和在线检测,可节省样车和模具、夹具的费用,生产周期缩短,白车车身质量减少20%,同时焊点数量减少,白车身刚度、强度显著提高。

  一体化压铸替代冲压和焊装工序,促进制造工艺变革。传统汽车制造有四大工艺为冲压、焊装、涂装和总装。冲压为首要步骤,运用中小型压力机和模具,将板材等原材料加工为所需形状和尺寸的冲压零部件;焊装是利用多个焊接机器人或工人将冲压零部件焊接为分总成,再焊接为白车身;涂装包括涂装前对被涂物表面的处理、涂布工艺和干燥三个工序;总装是将白车身、动力总成、电控系统、内外饰等零部件装配成整车。一体化压铸通过将原本设计中需要组装的多个独立的零件经重新设计,并使用超大型压铸机一次压铸成型,直接获得完整的零部件。一体化压铸给压铸界带来一场变革,包含着压铸机制造、压铸材料和压铸模制造变化,给超大型压铸模制造产业链带来了新机遇。

  底盘轻量化性价比优势突出且技术难度较低,有更高的经济接受度。我们认为汽车轻量化的市场空间大小取决于轻量化部件的综合经济性、以及方案是否被主机厂所接受。底盘在传统汽车重量的占比达27%,仅次于白车身和动力总成,且底盘系统零件大多处于簧下,承载着70%的车体重量,根据簧下质量原理,簧下零件的减重后效果为簧上零件的5-15倍,因此对底盘零件进行减重,可对整车的续航里程、加速、制动、操稳等产生更加积极的影响。叠加相关轻量化技术和工艺更成熟,成本更低,底盘轻量化性价比高于车身/动力系统/内外饰/三电系统等其他部件,从而有更高的接受度。

  底盘部件减重成本系数低于汽车部件减重的平均成本系数。从轻量化成本来看,根据LotusEngineering的成本分析,底盘部件的减重成本系数为0.95,低于其他汽车部件的平均成本系数1.00。从轻量化效益来看,据我们测算,由于簧下质量轻量化的效果更显著,铝制底盘转向节较钢制件可节省燃油车百公里油耗0.61L、节省电车百公里电耗39.07W,而铝制车身结构件较钢制件可节省燃油车百公里油耗0.38L、节省电车百公里电耗35.23W。综合减重的成本和效益来看,底盘轻量化的经济性显著高于大多数其他部件。

  底盘轻量化侧重于支撑类产品的铝合金替代钢材,与动力系统相比底盘的铝合金渗透仍是蓝海市场。底盘系统部件多为安保件,对轻量化零部件的要求比较高,其轻量化路径逐步由传统的钢制底盘,向高强钢底盘、钢铝混合底盘、多材料底盘等方向发展,目前主流路径是采用铝合金底盘部件,同时在底盘工艺中需最大限度使用热成型、液压成型等工艺,配合轻量化材料实现减重。从铝合金渗透看,动力系统铝合金渗透高达90%,底盘渗透率较低,其中底盘的壳体类铝合金压铸方案较为成熟且成本较低(如转向器和差速器壳体),而底盘的支撑类产品由于直接受力,轻量化渗透率低于壳体类,因此底盘轻量化更侧重于转向节、副车架、制动卡钳、控制臂、轮毂等支撑类产品。

  根据中国产业信息网,2020年转向节/副车架/制动卡钳/控制臂的铝合金渗透率为15/8/40/5%,副车架、转向节、控制臂的铝合金应用存在比较大潜力:

  1)转向节可通过结构设计拓扑优化实现轻量化,或采用铸铝、锻铝实现轻量化,目前国内转向节使用材料主要有铸铁、锻钢和铝合金,未来铝合金渗透率有望上升。

  2)铝合金副车架主要有四种形式,包括挤压铝型材副车架、液压成形铝合金副车架、铸造铝合金副车架、铸造+铝合金型材拼焊副车架等。铝合金副车架较钢制减重40%左右,目前国内中高端纯纯电动汽车,半数以上的副车架采用铝合金材质。

  3)控制臂可采用锻造或挤压铝合金。传统钢制控制臂一般采用高扩孔钢冲压焊接而成,中高端新能源汽车型采用锻造铝合金控制臂,可减重30%左右,质量仅为2-3kg,也有部分车型采用挤压铸造铝合金控制臂,其铸造缺陷少,组织致密,力学性能接近锻造零件水平,且成本比锻造低。经我们测算,底盘部件中,转向节的轻量化效果最高,且每千克减重成本仅为13元,性价比显著优于其他部件,更易被主机厂接受,或有更大的发展潜力。

  当前底盘铝制零部件渗透率较低,存在较大发展空间。当前汽车底盘系统用铝渗透率较低,根据国际铝协,2018年燃油车/纯电车底盘和悬架用铝量渗透率分别在25%/19%,2025年有望升至70%/45%。其中底盘各零件的铝制渗透率也较低,2020年国内铝合金的副车架/转向节/制动卡钳/控制臂渗透率分别为8%/15%/40%/5%。同时从下游客户来看,目前豪华品牌和中高端合资车型的铝合金轻量化零件渗透率较高,普通合资和自主品牌的渗透较低。目前已有多家新能源厂商积极应用铝合金材料,我们大家都认为底盘轻量化经济性优势显著,更易成为主机厂的首选方案,往后看,随着轻量化需求提升和技术升级,底盘轻量化渗透有望加速,并逐步向中低端车型渗透。同时,铝制部件单车价值量高于钢制件,底盘主要部件采用铝合金有望显著提高单车价值量,据我们测算,铝制底盘单车价值量可达3400元,较钢制底盘的增量达1230-1460元。

  三电系统为轻量化的纯增量赛道,电池盒轻量化为重点方案。三电系统占新能源车50%的成本以及30%左右的重量,为轻量化的重点方向,其轻量化路径主要针对价值量占比较高的电池和电驱,其中电池轻量化主要为电池箱体和结构件采用轻量化材料,并向CTC一体化压铸电池的结构优化方案方向发展;电驱系统轻量化方案主要为采用多合一或三合一的集成化方案。

  我们大家都认为,电池盒轻量化方案的发展空间或更大,主要系电池的价值量占比较高(整车成本的38%),且电池箱体占新能源车整备质量的18-30%,部分长续航车型如雪佛兰Bolt、特斯拉Model3的电池箱体质量占比在26%+。电池系统由电芯、箱体、结构件构成,在保证电芯安全性不变下,电池系统轻量化较直接的方法为增大电芯能量密度和减轻电芯质量,考虑到当前电池能量密度已较高,电池箱体和结构件轻量化成为提升电池效率成为重要方向。

  1)电池包壳体上盖主要材质有冲压钢板、冲压铝板、SMC、碳纤维等复合材料,电池箱上盖早期使用冲压钢板,后发展为铝板和SMC复合材料,铝板可减重20-30%,SMC减重效果与铝板相当,且可制造较大深度的上盖,使得整箱的质量下降。蔚来ES8,小鹏G3电池包壳体上盖采用1.5-2mm的冲压铝板制造电池包壳体上盖可实现20-30%的轻量化效果。

  2)下壳体轻量化材料一般以铝合金为主。以钢材为主的下箱体采用冲压+焊接工艺成型,成本低但质量大,NissanLeaf早期电动车有应用,目前使用较少;下箱体铝合金材料包括挤压、冲压和铸造铝合金,铝压铸电池箱体尺寸较小,一般用于PHEV;目前国内车企普遍采用挤压铝型材制造电池包,如蔚来ES8和小鹏G3纯电动汽车电池包下壳体等,较钢制下壳体能实现减重30%以上;采用冲压铝板焊接工艺的电池包壳体主要有宝马i3、特斯拉ModelS、ModelY等。综合来看,有性价比的电池盒轻量化方案为挤出铝型材下壳体+SMC上盖,往后随着碳纤维和镁合金材料价格降低,方案有望进一步优化。

  三电系统轻量化方案的单车价值量达4000-5000元。新能源纯电动汽车三电系统包括电池、电驱动、电控,三电系统质量占整车质量的30%左右,是整车质量最大的系统。目前对三电系统的轻量化一般从电池壳、电机壳、电控壳铝合金应用,三电系统铝合金轻量化单车价值量为4000-5000元。

  无模组电池包为电池模组结构优化的主要途径,有效降低质量并提高能量密度。目前在三元锂和磷酸铁锂的电池体系下,靠电芯提升能量密度的空间有限,而市场对能量密度提升的需求却非常迫切。无模组电池包(CTP)通过结构优化产生,宁德时代、蜂巢、比亚迪等纷纷推出了无模组电池包。宁德时代无模组电池包的多个单体直接分布于电池箱体中,取消了电芯单元的壳体,并在电芯之间增加传感器,以监控是否存在挤压。该方案的体积利用率提升了20%,零件数量减少了40%,电池能量密度提升了10%-15%,采用三元锂电的能量密度可达200W·h/kg以上。比亚迪推出的刀片电池也是采用无模组方案,取消了电池包内部的横梁、纵梁等结构,将单体电芯垂直插入电池包内,长条的单体电芯起到了支撑和加强作用。通过刀片电池的应用,电池包的体积利用率提升了50%,采用磷酸铁锂的电池包能量密度提升到了140W·h/kg。无模组电池包单车价值增量超1000元。通过无模组电池包的应用,可以大幅提升电池包的体积利用率,体积利用率可以提升20%-50%,另外可以降低模组壳体的质量,从而使电池包能量密度提升10%-20%。电池盒单车价值量由前期的非CTP方案下的2000元左右提升至3000-4000元,单车价值量增长50%-100%。

  车身结构件为大潜力轻量化赛道,为轻量化的重要对象。白车身构成30%的整车重量和15%-20%的成本,有较大轻量化市场空间。由于车身有强度要求、当前轻量化材料如铝合金在价格和加工技术上有限制(全铝车身需多种连接加工工艺),现阶段的白车身主要用热成型等超高强度钢材和轻量化工艺实现减重。具体而言,在材料上,当前白车身主流方案是“普钢+高强度钢+热成型钢”等不同钢材复合连接,热成型钢一般用在车身前后保险杠、AB柱、中通道等重要安全结构件;在工艺上,主要采用热成型技术、激光拼焊、液压成型等轻量化制造工艺,在保证安全性下实现减重。

  材料上,全铝车身为发展方向,车身铝合金渗透率仍处低位,单车价值量有显著提高。根据文灿股份公告,铝合金在燃油车/电动车车身结构件的渗透率为3%/8%,有较大提升空间。近年来国内车企积极探索车身轻量化技术,如采用全铝车身、碳纤维覆盖件和全铝骨架、上钢下铝车身等,目前已有部分车型采用了全铝车身设计,如奥迪A8、R8、劳斯莱斯幻影、奔驰SLS、本田NSX、捷豹XFL、蔚来ES8等。蔚来汽车的车身用铝比例高达96.4%,是国内首个独立研发量产的轻量化全铝车身。同时铝合金也广泛应用于车身的前地板、后地板、左右纵梁等,铝合金车身独立部件的单车价值量合计可达18000元,较钢制部件的增量为10200元。

  结构上,车身轻量化采用多种结构优化方案,以减轻重量并提升刚度。车身结构设计在概念设计阶段需要借助拓扑优化手段,用于确定车身主体框架设计。福特探险者通过拓扑优化手段完成了车身的概念设计数据,通过拓扑优化和平台路径的设计,实现燃油车、燃料电池车、插电混动车共用的柔性车身平台。也可以通过增加平衡杆、加强梁、连接支架、环状结构等可以提升车身整体刚度,从而降低车身轻量化系数。还可以通过形状优化、尺寸优化等手段,对车身结构进行轻量化设计,达到减重和刚度提升的目的。

  工艺上,一体化压铸突破全铝车身制造工艺限制,掀起车身轻量化革命。一体化压铸是将白车身上多个零件的复杂结构变为用压铸工艺只使用一个零件的新型制造技术。目前除外覆盖件外,其他所有结构件和组件焊接环节通常交由零配件供应商生产,整车厂则负责将结构件或组件与其自产的外覆盖件一起焊装为白车身。随着一体压铸技术的发展,未来整车除外覆盖件需要冲压外,其余车身、四门、后盖结构件的冲压和焊接环节均可被压铸工艺替代。一体化压铸目前处于行业酝酿期,由于兼具降本、轻量化以及快速提升生产效率的优势,在特斯拉引领下行业正在掀起一体化压铸工艺革命。

  一体化压铸车身结构件的单车价值量有望达到10000元。目前一体化压铸主要应用于后地板、前地板等部位。随着更大吨位压铸机的问世,未来一体化压铸有望延伸到下车身总成、上车体一体化甚至白车身的一体化大铸件。参考2022年文灿股份营业成本构成,我们按照20元/kg的铝合金材料和61%的材料成本占比来测算汽车一体化压铸件价格,后地板、前地板的保守单车价格为2000元、2000元,考虑到部分企业在应用CTC技术,将电池盖覆盖到一体化中,所以整个车体总成单车价值量或在10000元以上,是汽车轻量化价值量占比较高的部分。综上分析,我们大家都认为汽车轻量化零部件更有潜力的赛道为车身,主要系车身部件过去由于连接工艺限制,铝合金渗透率不及其他部件,且一体化压铸应用加速推广后,单车价值量有明显提升(白车身轻量化ASP增量在1万元以上,高于三电系统轻量化ASP增量的4000-5000元,以及高于轻量化底盘的1230-1460元),有较大的发展潜力。

  一体化压铸概念出现较早,率先由特斯拉和新势力车企推广。一体化压铸概念出现较早,2018年凯迪拉克CT6使用了较大型的铝合金压铸件,将车身零部件从227件减少到31件,车身骨架部件数量减少了20%,实现减重99公斤。市场关注为何一体化压铸概念出现较早,但并未由传统车企推广开来,而是由特斯拉和新势力率先落地发展,我们认为原因主要在于:

  1)充足的量产交付能力为新能源车企的发展痛点之一,一体化压铸有效加速生产节拍、提高生产效率,且可降低汽车综合制造成本,契合新能源车企的诉求。

  2)特斯拉的引领起到了良好的头部示范效应,新势力车企跟进加速了产业进程。

  3)组织架构差异是一体化压铸能在新能源车企中快速推广的重要原因,以特斯拉与新势力为代表的新能源车企的组织架构更为扁平高效,在一体化压铸的降本增效驱动下,新能源车企有能力与动力革新传统、较为封闭的汽车供应链体系,推动汽车制造的工艺端与材料端的创新。

  我们认为,一体化压铸提高生产效率、降造成本的核心优势契合新能源车的生产需求,短期看,电车竞争趋向同质化,软件逐步成为核心竞争力,车企有动力推动一体化压铸以实现硬件的标准生产以及车型的高效扩产迭代。往后看,随着相关产业的产能释放,一体化压铸或释放可观规模效益,降低车企综合制造成本,降本优势或成为其远期发展驱动力。一体化压铸显著缩短汽车生产周期并提升量产效率,弥补传统生产方式短板。我们认为传统汽车生产方式在当前智能电动车要求提升效率、车型快速迭代的趋势下存在限制:

  1)生产周期较长。由于传统的汽车生产工艺对零部件的公差有较严格控制要求,车身结构件一般需进行长达6个月的MB1、MB2、MB3三轮匹配才可固定生产标准。

  2)仓储土地成本较高,主要系传统汽车白车身的零部件一般可达300-500个,导致仓储管理成本较高。

  3)焊接环节制造成本高。传统车身制造工艺以冲压+焊接为主,焊装车间的员工人数仅次于总装车间,且其设备数为冲压、涂装、总装三大车间总和的数十倍。

  4)原材料回收率一般。传统白车身各零件的材料种类和型号难统一,导致材料回收率仅约70%。

  一体化压铸工艺显著弥补了传统冲压+焊装工艺的短板,具备更高的生产效益。特斯拉使用一体化压铸后交付能力得到明显提升,应用了一体压铸后底板总成的ModelY零件较Model3减少了79个,焊点由700-800个减少至50个,下车体总成重量降低30%,制造成本因此减少40%。同时由于应用了免热处理铝合金材料节省了热处理工艺流程,ModelY的后地板制造时间从1-2小时缩减至3-5分钟,整体匹配调试周期由3轮缩短至1-2轮,节省了3-4个月时间。据我们测算,若最终实现白车身一体化压铸,新车量产周期预计可以缩短7-11个月时间,考虑电池成本则可合计节省3617元经济成本。

  1)在制造成本方面,若压铸零件的应用进一步扩大,白车身全部采用一体式压铸工艺,则全铝压铸白车身的重量在240kg左右。根据文灿股份数据,按铝合金供应价格35元/kg计算,白车身的理论成本在8400元/台左右,而同级别钢制车身的重量在400kg,按钢材供应价格为18元/kg计算,焊接制造成本在7200元/台左右,同时钢铝混合车身造价在15000-20000元/台左右,全铝焊接白车身的制造成本在30000元/台左右。

  2)在设备投入成本方面,按照直线万辆车计算一体式压铸和传统冲焊工艺的设备投入,若整车全部采用一体压铸工艺,压铸机+辅机+模具的总投资约7.1亿元,考虑夹具检具的费用,单车摊销成本1836元。而传统工艺中整车冲压工厂需采购大型压力机组连续冲压外覆盖件,上下料环节采用自动化机器人实现,总设备投入约1.9亿元(供应商冲压制造车身内部构件,一般采购小型压力机和中小型机器实现,设备投入约1.3亿元);整车焊装厂的白车身焊接线台以上的大型工业机器人多工位连续焊接,设备投入约1.7亿元(供应商焊接厂主要将冲压成型的车身结构件小件焊接成组件或分总成,设备投入约0.3亿元),考虑模具夹具检具的费用,单车摊销成本1392元。

  3)压铸件的定价模式为材料成本+加工成本。铝合金焊接工艺复杂,加工成本高,使用一体压铸技术后,随免热材料应用以及处理工艺简化,加工成本会降低,我们假设钢制白车身材料成本占比70%,加工成本占比30%,而全铝一体压铸车身加工成本降低70%。

  综上测算,钢制车身售价在12274元左右,全铝白车身在11341元左右,采用一体化压铸计划使得整车厂白车身的综合成本减少了8%,若再考虑到一体压铸车身可减重160kg提升续航降低电池成本、工厂占地面积可减少30%等,车厂成本可进一步降低:

  1)新能源车整备质量每降低100kg,电池容量节省近1.1kW/h,我们以普通电车电池容量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1.76kWh。以目前磷酸铁锂电池pack成本1500元/kWh计算,则单车成本可降低2640元。

  2)根据文灿股份数据,单位产能占地面积为3.8㎡/吨,单位建筑造价为2280元/㎡,则使用一体化压铸可节省单车的土地成本442元。综上,在不考虑材料回收率从70%提高到95%+的情况下,一体化压铸全铝白车身的综合成本在8259元,实际可降本33%。

  一体化压铸使得车身制造精度可控,有望随智能汽车发展扩大应用。传统汽车对车身精度的管控采用2毫米工程,即车身制造综合误差指数CII为2毫米,汽车车身的尺寸精度要求达到1毫米公差范围内。但对于智能驾驶汽车领域,汽车需装配激光雷达、毫米波雷达等高精度测量设备进行探测和感知路况,为了保证感知层测量的安全性,感知类测量设备对于偏航角、俯仰角、滚转角等安装精度有较高的要求,传统的2毫米公差要求难以满足自动驾驶智能设备的安装需求。反观一体化压铸零件,一方面压铸工艺的加工精度高于冲压,一体化压铸能将车身匹配的尺寸链环缩短至两到三环,通过减少车身精度的影响因素从而大幅提高车身精度的可控性。一方面采用一体化压铸+数控加工的方式则可将整车精度提升至微米级别,我们看好一体化压铸随自动驾驶发展加速应用进程。

  特斯拉引领一体化压铸潮流,处于产业领先地位。一体化压铸车身是较理想的汽车轻量化技术路径,由于压铸件体积越大工艺壁垒越高、前期资金投入更大、需要全产业链配合,因此直到2020年9月特斯拉通过自研突破一体压铸技术、在ModelY应用一体化压铸后地板开启先河后,各新能源车企跟进布局,一体化压铸发展的确定性得以逐渐明朗。材料、设备、工艺逐个突破,分部位实现下车体一体化压铸。从特斯拉的产业化进程来看,其对一体化压铸布局从材料端出发,先实现技术和材料的专利突破,再引入大吨位压铸设备做好产能准备,继而针对下车体分部位布局一体化压铸,逐步实现白车身的一体化铸造。2H19-2H20特斯拉先后公布专利“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”专利以及免热处理铝合金专利,并着手布局大吨位压铸机的引入,为实现一体化压铸产业化做好材料工艺和产能准备。后特斯拉再从后底板出发,逐步向下车体其他部件渗透一体化压铸应用。2020年9月特斯拉宣布计划在ModelY的后底板应用一体化压铸工艺,和Model3相比,特斯拉将该区域的70个零件精简为1个零件。2022年4月,特斯拉在德州奥斯汀工厂生产的ModelY成功将前后地板由171个零部件简化为2个零部件,减少了超过1600个焊点,一体化压铸产业化进程成功拓展至前地板。同时特斯拉将一体化压铸工艺从ModelY延伸至皮卡Cybertruck上,根据媒体tesmanian,特斯拉美国德州工厂用于生产Cybertruck的一体化压铸设备GigaPress在2023年1月已开始安装,预计2023年中期试生产、年底实现量产交付。

  用CTC技术将电池包集成到下车体总成,形成车身与三电结合的新型一体化压铸工艺。针对三电系统较传统汽车额外增加的重量,特斯拉将电池包上盖和汽车中地板合二为一进行一体化压铸以实现减重。特斯拉ModelY4680的CTC版本计划用2-3个大型压铸件替换由370个零件组成的下车体总成,从而可实现减重10%,续航里程增加14%的轻量化效果。

  各方积极地推进一体化压铸产业化进程,发展方向的可预见性逐渐明朗。从产业进度来看,目前产业由特斯拉引领发展,新势力车企蔚小理加速布局,赛力斯、小米、高合跟进,国际品牌车企如沃尔沃、大众、奔驰、福特等以及自主品牌如长城、长安、一汽、吉利、东风等开始加码。具体而言,考虑到特斯拉ModelY前地板2023年良率爬坡、Cybertruck计划应用前后地板;蔚来ET5已运用一体化后地板、改款ES8或用一体化提升集成度;小鹏G6搭载扶摇架构亮相2023年上海车展,采用前后一体化压铸车身结构;理想新纯电平台及新车型或采用一体化压铸;奇瑞、长安、一汽等传统车企均有不同程度规划布局。考虑各主机厂引入大吨位压铸设备以及车型计划上市的时间,我们大家都认为2024年或为一体化压铸车型的上市高潮。

  政策定调发展方向,看好一体化压铸产业化节奏加快,带动单车价值量增加。2023年工业和信息化部、国家发改委、生态环境部在《关于推动铸造和锻压行业高质量发展的指导意见》中明确,到2025年包括一体化压铸、轻质高强合金轻量化在内的先进铸造锻压工艺技术实现产业化应用,重点领域高端铸件、锻件产品取得突破,到2035年行业总体水平进入国际先进行列。我们大家都认为一体化压铸行业趋势明确,从特斯拉最早应用一体化压铸后地板于ModelY车型开始,近两年国内新势力车厂快速跟进,随后部分传统车企也进行不同程度的布局或规划,叠加政策定调了发展方向,看好一体化压铸产业化节奏不断提速。往后看,随着集成大件减少冲压、焊接工艺、零部件逐渐大型化,我们预计2025年前产业可逐步完成后地板、前机舱、前地板一体化压铸,单车价值量有望随之增加。同时随技术成熟及成本平衡,我们大家都认为未来一体化压铸有望下探至A00级车型,进一步打开行业空间。

  一体化压铸有望带动铝铸件可观增长,预计21-25年产业空间CAGR达104%

  一体化压铸有望带动铝铸件使用量的大幅增长。据国际铝协估计,2020年我国纯电车单车用铝量为173kg,而工信部发布的《节能与新能源汽车技术路线年单车用铝量应分别超过250kg、350kg,单车用铝仍有较大提升空间。我们认为,随着产业进程推进,一体化压铸有望带动铝铸件使用量的大幅增长。ModelY后车身底板一体化铝合金铸件重约66Kg,较尺寸更小的Model3减重约10-20Kg。未来整个下车体总成一体化压铸后,铝合金压铸件的用量将更大。目前欧洲乘用车和北美轻型车铝合金铸件的单车用量分别为116.0Kg和135.6Kg,单车用铝量分别为179.2Kg和208.2Kg,简单以后底板带来的66Kg铝合金增量计算,仅后底板一体化铸件一项将使铝合金压铸件单车用量增长49%-57%左右,单车用铝量增加37%-61%。

  材料+设备+模具+工艺四竞争壁垒缺一不可,压铸环节构成核心know-how

  从产业链构成来看,一体化压铸产业链条相对较简单,上游由免热处理铝合金材料厂商、压铸机和压铸模具厂商组成,中游为第三方压铸厂和自建压铸件产线的主机厂,下游为外购压铸件的主机厂。当前跟进特斯拉一体化压铸布局的主机厂一般有两种商业模式,一种是购置压铸岛产线自制,另一种是和第三方压铸厂合作,我们认为,随着行业需求增加,部分整车厂或将自购压铸机试生产,更多压铸厂商或购入大吨位压铸机跟进布局一体化压铸,从而逐步扩大产业规模。具体到产业链环节的投资机会,我们认为压铸环节的产业空间增速相对较快且压铸工艺环节直接影响产品良率,构成产业核心know-how,或有更大的投资前景。

  免热铝合金兼顾机械性能与性价比优势,或成为一体铸造件的刚需材料。传统车身压铸结构件应用较为成熟的铝合金材料为AISi10MnMg合金,其铸造过程需热处理来提高机械性能,而热处理会导致压铸件变形和表面起泡,尤其是对于大型压铸件和一体化压铸件来说,热处理提高了零部件的矫正难度和铸件报废率,并延长整个工艺流程。出于经济性考虑,我们认为AISi10MnMg合金不适用于一体化压铸件。相比之下,免热处理铝合金材料不需要进行热处理即可达到要求的机械性能,具有较高的性价比和良品率,且可缩短工艺流程,为一体化压铸的理想材料。

  材料配方和专利为免热处理铝合金的核心竞争壁垒,构筑产业有较高的客户粘性和进入门槛。免热处理铝合金的设计思路是以铝为基础金属元素,控制硅、镁、铁、铜、锰、锌等元素的含量和配比关系,不同合金元素的加入会直接影响铝合金的机械性能。对于一体化压铸件来说,铝合金的机械性能要求更高,复杂的材料配方大幅提升了厂商进入一体化压铸市场的技术门槛,已掌握合金原料配方和专利的企业更具优势。同时材料的专利会锁定铝合金材料配方,包括重要元素的种类和含量,也为材料厂商的重要竞争点。我们认为配方和专利构筑了材料端产业的较高进入壁垒,免热处理铝合金是一体化压铸的重要环节,涉及零件、模具设计以及后续工艺优化等环节,为避免专利纠纷,整车厂一般会指定材料厂商,并更倾向于选择有专利保护的厂商,因此材料专利一般为主机厂与材料厂商合作的前提。同时已授权专利厂商会对新进入者形成较大阻碍,后来者即使在现有专利基础上进行元素微调也可能属于专利侵权。

  特斯拉一体化压铸件带领压铸机行业实现大型化突破。我们认为设备端的竞争壁垒在于:

  1)高技术门槛。一体化压铸件对压铸设备的锁模力提出更高的新要求,由于压铸机的锁模单元需要提供足够的锁模力以确保合金溶液注入模具时模具不被撑开,因此越大型的压铸机要求越大的锁模力。特斯拉布局一体化压铸之前,业内压铸机最大锁模力在4400吨,而压铸机的锁模力每提升500吨一般需要1-2年,我们认为锁模力为产业的重要竞争壁垒,有较大吨位的压铸机厂商更有先发优势。同时,由于一体化压铸件为多个零部件压铸而成,降低了汽车零部件的通用性,压铸设备需主机厂与压铸商定制开发,如特斯拉与全球知名压铸厂商IDRAGroup合作开发大型一体化压铸机GigaPress。我们认为,压铸设备的高度定制化属性使得产业有较高的定制开发技术壁垒。

  2)高资金储备要求。主机厂布局一体化压铸需设立压铸岛,其由压铸机、模具、其他周边配合设备构成,具有较高的价值量,同时由于一体化压铸技术对压铸机性能要求比较高,有较高的研发成本,根据力劲集团,其研发大吨位压铸设备的设备投入约8000万元。我们大家都认为,资本能力为压铸设备产业的重要竞争壁垒,且要求厂商有能力规模化生产以分摊较高投资成本。

  3、模具端:产业链关键壁垒环节,可靠性直接影响产品良率,有较高的生产壁垒

  压铸模具的可靠性对一体化压铸良品率影响至关重要,有较高的技术难度。压铸技术是一种通过将铝液在高速高压下射入紧缩的模具空腔内结晶凝固的方法来生产铝合金件的工艺。压铸工程中模具的可靠性对于压铸件的良品率至关重要,具体而言,压铸模具的质量决定了铸件的形状和尺寸公差级别,浇注系统决定了金属液的填充情况,而模具的强度限制则决定了最大压射比压等。随着压铸模具的不断升级,模具的制造难度也在逐渐增加。模具的精度越高,就需要更复杂的热平衡设计、更高难度的机械加工和更多的脱模设计考虑因素,技术难度也就越大。

  模具环节定制化水平高,模具厂商与Tier1合作共进,目前一体化压铸件良品率参差不齐,头部模具厂有望强者恒强。由于当前超大型模具技术壁垒较高,较少模具厂商具有超大型一体化模具生产能力,近乎所有Tier1厂商采用外购模具模式,因此当前模具市场呈现高端缺乏、低端竞争激烈的格局,同时大型一体模具市场的集中度更高,目前我国中高端模具厂商主要有赛维达、广东型腔、臻至等,旭升股份从模具起家,也具有模具设计能力,在2022年10月战略投资科佳模架后,模具设计能跟市面上的大型压铸机的吨位进行匹配。我们大家都认为,一体化压铸件需要设备、模具、材料等产业配合,要求极强的产业know-how积累,其中模具结构复杂、大型化生产能力稀缺、且具有强定制化水平,大型压铸模具市场有更强的竞争壁垒,当前模具厂商与Tier1合作为主要商业模式,头部有望受益产业链扩张,得以迅速成长。

  压铸工艺直接决定良品率和产量,构成压铸厂核心竞争壁垒。我们大家都认为压铸工艺是压铸厂的核心竞争壁垒,其融合了免热处理铝合金、大型压铸模具、大吨位压铸机三个关键产业环节,同时调整到最优压铸工艺参数是保证产品良率和发挥产线最大产能利用率的关键,需要综合考验厂商的加工工艺水平和长期积累的行业know-how。同时,一体化压铸件尺寸大、结构复杂,需要成熟的超高真空压铸工艺替代普通的高压压铸工艺,目前仅有少数头部压铸厂对于超高真空压铸工艺有一定积累,但由于一体化压铸过程面临更复杂多变的操作环境,对于调整到最优的工艺参数仍需要厂商有较深的know-how积累。

  软件能力或有力补充压铸厂的一体化压铸工艺know-how。我们大家都认为,实际压铸过程面临复杂多变的作业环境,模拟仿真分析或有效补充第三方压铸厂的工艺know-how能力。压铸前进行的仿真模拟分析可充分预测压铸过程中可能发生的缺陷,并对工艺设计做出相应改良措施,有望提高产品良品率、加快生产节拍。我们大家都认为,一体化压铸产业方兴未艾,压铸厂对大型一体化压铸件的工艺积累尚且不足,往后看,具备强大软件分析能力的压铸厂可结合模拟仿真结果与实际工艺经验,有望快速补充行业know-how短板,调整到相对最优的工艺参数。

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