蓋世汽車研究院：一體化壓鑄推動汽車輕量化

汽車新能源研究

2023年6月6日 09:56

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當今，汽車制造業正朝著更輕、更高效、更可持續的方向發展。在這一輕量化的趨勢中，車身一體化壓鑄技術成為了一項引人注目的創新。通過將多個鋁合金零部件整合為一個無縫結構，一體化壓鑄技術不僅減輕了整車重量，還提高了結構強度和安全性能。它不僅在汽車行業取得了顯著的進展，而且正在改變著整個行業的制造方式和設計理念。

本報告得到的核心觀點有：

當下汽車輕量化的發展推動鋁合金材料需求提升，但連接工藝及結構件性能制約鋁合金材料在汽車中的應用。真空高壓鑄造技術是鋁合金車身結構件生產最優選，采用超高真空高壓壓鑄工藝的一體化壓鑄，能夠實現多個鋁合金零件的一體化成型；

一體化壓鑄由于高度集成，免去了“沖焊”環節，與傳統制造相比，一體化壓鑄在制造成本、人工成本等方面更低，同時縮短了車型的開發周期，提升了生產效率和原材料回收利用率，應用范圍也從傳統結構件（減震塔、前后縱梁）發展到下車體（后底板、前機艙、前底板），最后到白車身；

一體化壓鑄的產業鏈上游包含材料、設備、模具供應商，中游包括各類壓鑄件零部件廠商（第三方和主機廠自研），下游應用包括國內外的主機廠，上游技術壁壘主要包括以下幾點：

1）材料：免熱處理合金是一體化壓鑄的基礎，有助于提高一體化壓鑄的良品率，從而降低成本，免熱處理合金主要分為鋁硅及鋁鎂兩大系列，鋁硅系列是當前主流。

2）設備：大噸位壓鑄機有助于壓鑄件結構和尺寸的進一步突破，是行業未來的發展方向。小鵬G6前后一體式鋁壓鑄是目前行業內最先進的車身技術，最大壓鑄力可達12,000噸。

3）模具：一體化壓鑄技術對模具的尺寸、密封性等都有著較高的要求，同時開發周期長、開發成本高，行業競爭格局集中，主要包括廣州型腔、寧波賽維達等公司。

特斯拉在2020年率先應用一體化壓鑄后底板，國內蔚來、小鵬、吉利等車企率先實現了一體化壓鑄的量產，國外車企將在2025年實現量產。一體化壓鑄工藝作為未來重要的發展趨勢，企業正在加速進行布局，預計2025年國內一體化壓鑄件市場規模將接近300億元，年均復合增長率達176%。

在雙碳背景下，輕量化是汽車行業的發展趨勢。根據相關數據顯示，汽車整備質量每減少 100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6L。《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》的發布也對汽車油耗及輕量化系數提出了嚴格要求。2035年對于傳統能源乘用車和純電動乘用車的輕量化系數分別相比2019年的基數下降25%和35%。

汽車輕量化的技術路徑主要包括零部件輕量化、電器輕量化和車身輕量化。其中，車身輕量化主要從材料、結構、工藝三方面改進，當前的主要輕量化措施是采用輕質材料。鋁合金材料具有輕質、抗拉強度高、回收性好、耐腐蝕、可塑性強、工藝相對成熟等特點，材料密度顯著低于高強度鋼，成本及工藝難度優于鎂合金和碳纖維，是當前技術工藝下最具性價比及可行性的輕量化材料。

目前鋁合金已廣泛應用于轉向節、控制臂、副車架、電機殼、電池盒等部件，但鋁合金車身的制造工藝復雜度遠超鋼制車身，需要多種連接技術進行組合，大大提升了生產的難度和整車的制造成本。

鋁合金零部件的主要成型工藝包含了鑄造、鍛造和擠壓。壓力鑄造主要分為高壓鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造等。其中，低壓鑄造與差壓鑄造多用底盤區域，而高壓鑄造因加工效率高，加工零部件壁厚小等特點，在車身中的運用越來越多，是未來的發展方向。真空高壓鑄造能有效消除高壓鑄造工藝下的氣孔現象，同時塑形更為精準，是鋁合金車身結構件生產最優選，一體化壓鑄采用超高真空高壓壓鑄工藝，能夠實現多個鋁合金零件的一體化成型。

汽車傳統制造工藝主要由“沖壓、焊接、涂裝、總裝”四大環節組成，一體化壓鑄免去了“沖焊”環節，彌補了鋁合金結構件在傳統汽車生產工藝下的一些弊端，同時在成本、效率、精度、安全性及輕量化方面帶來了更多優勢。

一體化壓鑄從傳統結構件（減震塔、前后縱梁）發展到下車體（后底板、前機艙、前底板），最后到白車身，對應單車價值量和壓鑄機的噸位也在持續提升。特斯拉于2016年開發出了用于一體式壓鑄技術的鋁合金配方，2019年提出“一體鑄造”技術，2020年的特斯拉電池日發布會上，馬斯克稱特斯拉ModelY將采用一體壓鑄生產車身后底板總成。目前特斯拉的一體化壓鑄后底板與前機艙已實現量，一體化下車體即將量產，未來向前后車身一體化+CTC方向發展。