一体化压铸的黎明前时刻

本文由【万点】原创

作者/在雨中

编辑/成宇

2020年的时候,在特斯拉的超级工厂生产线上,多台印有IDRA(意德拉)标志的压铸机出现在生产线上。

一体化压铸的黎明前时刻

特斯拉车间一体化压铸机(图片来源:网易新闻)

这可是一个大家伙。这台机器之大,长19.5米、高5.3米,大到足有一个篮球场大小,论重量,也相当于一架F22战斗机的常规重量。论用途,是一个用于高端制造的机器装备,是一台用于特斯拉ModelY车型的6000吨级一体化压铸机。

因为这种一体化压铸机的启用,让马斯克得意了好一阵子,并对外扬言:因为一体化压铸技术的使用,ModelY的后地板生产成本明显的降低了40%

具体而言,这个部件的制造上,对于普通的车企而言,需要通过冲压加焊接的方式,用上2个小时才能将近70个零部件制造完毕。而特斯拉,搞定这个环节只需要简单的2分钟时间。

这种一体化压铸机的生产厂家,在香港上市的力劲科技,也因为进入特斯拉的设备供应商名单,一年当中股价暴涨了20倍。

时隔三年,目前国内头部新能源汽车在多个场合都提到一体化压铸技术,可见技术之必需。至于是不是各界期盼的新赛道,需要从汽车工业的铸造历程和现有产业格局,深入的聊一聊。

何为一体化压铸?

探讨一体化压铸这项工艺,需要复盘两个基础性问题:一是什么是压铸?二是压铸之外的汽车制造工艺有哪些?

一般而言,涉及到我们家庭生活中金属制品,例如一把勺子、一个保温杯、一把扳手乃至一个金属储物箱,会用到下面四种加工工艺:

锻造工艺:铸造方式得到的制成品优点是成型快、操作简单,但在强度和质量方面还是有一些差距的。而锻造,就是通过加热工件后通过敲击或者其他外界压力的方式,使得工件达到预期的形状。比如耳熟能详的铁匠铺打铁工艺。

铸造工艺:简单的说,就是通过高温将生铁等金属融化成液体,再倒进准备好的模具当中。比如在20年以前的农村地区,走街串巷的手艺人,利用铝制的健力宝易拉罐铸造铝锅,使用的就是这种古老而又传统的铸造技术。

一体化压铸的黎明前时刻

铸造工艺

冲压工艺:通过大吨位的压力机,再配合一定形状的模具,将金属材料硬生生的压成所需的产品,比如餐厅所用的不锈钢餐盘,就是这种冲压工艺的产物。这种工艺路线的好处在于,生产效率极高、标准化程度较高。

压铸工艺:从上面介绍的三种工艺当中,比较有特点的是铸造和冲压这两种工艺。而将二者的优点充分融合起来,出现的新工艺就是压铸工艺。简单粗暴的说,就是先把融化的液体倒进模具当中,再使用外界压力压一下,这样一来,是不是得到的制品更加有型和牢固。

同样是玩铁的,技术的不同,对应的应用也是不同的。可不要小看了这种压铸工艺路线,在制备精密产品方面可是起了很大作用的。但是,可以肯定的是,无论上面那种工艺,都不是一个新鲜的东西。

当然了,现代工业体系中,数控机床出现以后,可以直接切削各种精密部件,但往往适用于小型化的工件。

要想把一堆堆的钢铁或者合金变成一辆汽车,使用最多的就是前面提到的几种工艺,其中,最为常用三种技术:冲压、铸造、焊接。

对于一辆汽车而言,涉及到钢材加工这一块主要是车身。而一辆车的核心架构市有前后梁、立柱等构成,也就是俗称的“四梁六柱”

一体化压铸的黎明前时刻汽车车身结构图

这些车身结构,通常是经过冲压工艺,将钢材压制成特定的形状,再通过机器人完成大大小小近万个焊接点,像拼积木一样拼接完毕。对于一些特殊部分,例如底盘部分的个别需要高强度的零件,则通过压铸来完成。

对于主流车厂而言,一般为了节约制造成本,超高强度钢材的部分只有两侧和前部,其他部分多是根据需求选择更经济的材料,这就导致发生严重追尾时,“受害车”往往比肇事车辆伤得重。

特斯拉采用的是一体化压铸技术,就是采用大吨位压铸机,将压铸的工艺运用在大型工件的制造上。事实上,马斯克所说的是如下图所示的标记部分的汽车后地板,具体位置在后排座椅下面,也就是后排乘客的屁股下面。

一体化压铸的黎明前时刻

特斯拉后地板一体压铸结构图

由于这个位置的结构主要是用来收纳放置物品的,并不是全车安全部分的主要结构,所以率先在后地板采取一体化压铸进行试用。

当然了,至于其他部位,通过一个一体化压铸机的应用,组合几套对应的模具,三下五除二的压出一台车的车身,至少在目前来看还是个远期目标。

一体化压铸的荣光再现

通过前面的讲述可以发现,压铸这种工艺并不是一个新生事物,无论是理论还是实践都有着相当长的发展史,但为何在新能源汽车上频繁提到,而且国内的新势力们也都跃跃欲试呢?

说来也很是巧合,当初特斯拉的一体化压铸源于马斯克的一次异想天开。

马斯克的书桌上摆放着一台玩具汽车模型,而这辆玩具模型就是采用一体化压铸整体压出来的。源于这两玩具车的灵感,马斯克想象着能不能将玩具汽车放大,通过一体化压铸的方式得到一辆真实的汽车,这才给力劲科技旗下的IDRA下了订单,于是出现了文章开头提到那种神奇与疯狂。

这种一体化压铸工艺的应用,直接带来了两种效果:效率的提高与成本的降低。

而作为在这两个方面都进行颠覆的新能源车企来说,既需要在每个毛孔里的最大化的压缩成本,有需要应对产能和供应链问题。而一体化压铸,无疑是一个好的选择。

既然一体化压铸有这么的优势,而且作为一种老的工艺,为什么传统车企没有大规模采用?

究其原因在于:在百年汽车工业当中,通过工艺的磨练和供应链的完善,存在一个汽车制造业的不可能三角问题。

一体化压铸的黎明前时刻

汽车制造的不可能三角模型

简单的说,对于大部分燃油车制造商而言,在整车的生产效率、成本和质量三个方面上存在矛盾的地方。

一般的现实逻辑是:汽车厂商要追求以质量为底线,进而提升制造效率,再通过流程标准化和规模化,以及供应链管理来实现成本最优和利益最大的目标。

在这个过程当中,已经形成了稳定且经过各家认证的供应链环节。一体化压铸看上去高大威猛,实际操作过程更加难以控制,并没有传统的冲压路线来的成熟和便捷。

实际上,在特斯拉全球四大工厂中,使用6000吨级别的一体化压铸机,上海和柏林工厂分别拥有三台,加州工厂和德州工厂各一台。无论在规模上还是产品上,都只是一个探索性的开始。

但总体上来说,这也是特斯拉在汽车结构上对大型零部件制造的一种开先河的尝试,已经呈现出一种后浪掀翻前浪的架势。如果真的像马斯克设想的那样,就像制造玩具汽车一样,使用大型一体化压铸机,分分钟压出一个车头和一个车尾,再焊接在前后地板上,也是对汽车工业流程的一种颠覆。

由于燃油车的车身结构件起支撑、抗冲击的作用,质量直接关系到车身承载能力。因此,结构件对强度、延伸率和可焊接性能都有较高的要求。再加之前文提到的汽车工业产业链和供应链因素,使得一体化压铸并没有得到很好的应用。

对于渗透率快速上升的新能源汽车来说,有两个“新”字再加速一体化压铸这一产业的崛起。

首先,是新结构。新能源汽车特别是纯电动类型的车型,由于没有了发动机和变速箱这些核心部件,而增加了电机、电池包这一关键性东西。这样一来,电机、电池包的外壳就成了一个非常重要的制造环节。

例如集成了更多功能的电机壳体,也从独立式走向集成式设计:减速器、电机和电控三大件壳体一体化。对于电池包而言,应用高强度的一体成型的外壳,这些新零部件的出现,对于一体化压铸这种既可以满足实践需求又可以满足规模效应的路线来说,都是占尽了先机。

一体化压铸的黎明前时刻

锂电池一体化压铸壳体

其次,是新重量。无论是纯电动还是混动车型,都需要携带一个很大的锂电池包,导致整车的重量明显提高,也成为制约续航里程的重要因素。所以长期以来,追求新能源汽车的轻量化始终是个现实课题。

从主销电动车看,低配的B级纯电动汽车整备质量约在1900kg-2000kg之间,而同级别燃油车的整备质量约为1400kg-1500kg,平均重约500kg

一体化压铸的黎明前时刻

部分新能源汽车与燃油车重量比较

增加的重量主要来自于电池包,再加上车身结构的调整,使用铝合金材料进行制造,以及使用一体化结构件是一个很现实的选择。这样一来,无疑是加速了大吨位一体化压铸时代的到来。

新赛道的开局与奔跑

国内新能源汽车的崛起是产业链与供应链的协同效应,一体化压铸也不例外,分别在下游制造和上游设备两个环节完成了跃迁。

2003年的时候,宁波的上市公司旭升股份下决心打入特斯拉的供应链,采取一次性压铸成型的方式加工了锂电池外壳,赢得了特斯拉的芳心,拉开了本土企业一体化压铸的序幕。在旭升股分的招股说明书当中,用了将近万字来阐述这一过程的实现。可见此工艺的重要性。

从一个锂电池外壳开始,到文章开头所说的力劲科技,本土企业顺势进入到一体化压铸的上游——生产设备。

IDRA原本是意大利一家老字号企业,早在40年代就因为从事压铸机制造而在全球得名。08年经济危机以后,这家企业经营不善,力劲科技趁势拿下了这家企业,完成了对大型压铸机制造的垄断,更是创下了6000吨级的世界记录,也因此顺势卡位压铸高端装备制造领域。

20215月份,上市公司文灿股份也悄悄的进军大吨位压铸行业。与旭升股份不同的是,文灿的产品相比旭升股份体量更大。于是一口气签了上游力劲科技7套大型一体化压铸机,这样一来,对于车门等大型结构件具备了制造能力。

这样一来,长期充当小而散的二三级零部件供应商们,有望凭借着车身大件的一次成型压铸,晋升一级供应商,成为一个小型的“富士康”。

追踪国内一体化压铸产业链上的企业,可以从下面几个维度来透视:

首先,看上游压铸机。2021年起2000吨以上大型压铸机将呈现爆发式增长或将供不应求。全球压铸机龙头力劲科技和国内压铸机第二名的伊之密是值得关注的。

其次,看中游制造商。由于压铸行业的重资产门槛,在材料、产品、模具、工艺上较为领先的文灿股份实现二级供应商到一级供应商的角色升级,这种路径不是没有可能的。

特别是文灿与力劲的9钱吨级一体化压铸单元合同签订以后,使得其已经成为全球拥有最大吨位压铸单元的制造商,在一体化车身制造方面看点还是比较多的。

另外,立志要打一场铸造产业翻身仗的本土企业们,专注高压铸铝工艺的旭升股份,以及雨刮器等小型工件龙头爱柯迪、广东鸿图都在正军备战。由此一来,一场由特斯拉充当先锋,力劲科技提供军火,文灿科技、旭升股分、爱柯迪任攻坚大将的铸造行业之战已经拉开。

就目前而言,国内的新能源汽车涉及到铝制结构件的品类繁多,每个零部件的产品特点也差异较大,使得整个铝合金压铸行业呈现出小而散的格局。但是想一想,如果能够大规模采用一体化压铸技术后,可以在场地方面节约30%,在成本上降低40%,前景可想而知。

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