小米汽車帶火的一體化壓鑄,能使生産效率提高79倍?

車百智庫 2024-04-23 17:46:25

小米SU7最近大火,離不開小米優異的營銷。而在小米營銷中,一體化壓鑄技術是一個重要的亮點。

小米汽車的大多數營銷視頻中,其全棧自研的9100噸一體化壓鑄機都得到了詳細介紹。僅在微信視頻號上,雷軍關于壓鑄機的一條視頻獲得的點贊、轉發和收藏都達到10萬加,且評論超5萬個。

依靠小米SU7的賣力宣傳,一體化壓鑄,這個原本僅僅屬于汽車行業細分到制造領域的話題,已經變得人盡皆知。

新能源汽車的一體化壓鑄技術源自特斯拉,甯德時代、蔚小理、沃爾沃、奔馳、福特、大衆等企業也紛紛跟隨上馬一體化壓鑄,目前連日産等日企也開始使用該技術,足見該技術之火爆。

中國電動汽車百人會一直在關注一體化壓鑄技術。2023年,中國百人會副理事長兼秘書長張永偉在調研特斯拉上海超級工廠時表示,汽車生産工藝的定義應該發生改變,而且必須發生改變。他在談到汽車新生産方式的平台組裝模式時,也表示一體化壓鑄技術就是重要的模塊化。

關于一體化壓鑄技術的優勢與未來趨勢,車百智庫近期發布的研報《全球及我國新能源及智能網聯汽車産業趨勢》(下簡稱“車百智庫研報”)中,有專章對其進行介紹。

車百智庫研報認爲,一體化壓鑄技術的應用,顛覆了傳統汽車制造工藝,通過集成化制造能夠實現汽車輕量化、節約成本、提高效率、縮短供應鏈、提升制造規模。CTC+一體化壓鑄成爲全行業共同確認的趨勢。

更爲關鍵的是,我國已經具備一體化壓鑄産業基礎,未來在産業界、資本界的共同推動下,有望進一步實現新能源汽車一體化壓鑄全産業鏈的國産化。

何爲一體化壓鑄?

近期,除了雷軍在介紹小米汽車的時候格外贊揚了一體化壓鑄,主持人撒貝甯應邀探訪小米汽車生産工廠時,也用大段篇幅介紹了小米一體化壓鑄。據介紹,小米的壓鑄島集群十分壯觀,有兩個籃球場大小。

小米汽車的一體化壓鑄技術來自小米自研。2024年1月,小米舉辦第五屆小米百萬美金年度技術大獎頒獎儀式,其自研的“一體化大壓鑄技術”獲得了2023年小米百萬美金技術大獎。據悉,小米的超級一體化大壓鑄達到9100噸,不僅比特斯拉上海超級工廠的6000噸要大,還比特斯拉在美國最先進的9000噸一體化壓鑄大100噸。

一體化壓鑄技術是指利用大噸位壓鑄機將多個零部件一次壓鑄成型,具體的工藝是將熔融狀態的金屬,倒入模具中,使之迅速填充,從而冷卻成形爲整體的零部件。一體化壓鑄的優點十分明確,可以使多個零部件一次壓鑄成型,大幅降低零件數量,避免複雜的連接工藝,減少工序流程,進而降低成本。

雖然新能源汽車的一體化壓鑄目前才聞名于世,但該技術其實早就存在,只是此前的一體化壓鑄技術由于工藝限制,通常只會用于小體積、造型相對簡單的零部件。用一體化壓鑄技術來制造汽車的生産工藝源自特斯拉,這使汽車制造水平産生了質的飛躍。

2019年7月,特斯拉發布新專利“汽車車架的多向車身一體成型鑄造機和相關鑄造方法”,該方法將一套固定的模具放置在中心,四套可移動的模具放置在四個不同方向,熔融狀態的鋁合金分別從四個可移動模具上的澆注口壓入模具空腔,鋁合金在空腔內流動、彙合,最終形成了大型的一體式壓鑄結構零件。

在此之前,特斯拉還從蘋果挖來頂級鋁合金專家Charles Kuehmann,由該專家組成的團隊開發出用于一體式壓鑄技術的鋁合金配方,而使特斯拉的鋁合金壓鑄零件穩定性更優。

特斯拉的一體化壓鑄工藝一開始應用于美國德州的超級工廠。譬如,Model Y的生産中,就使用了6000噸級的一體式壓鑄機。通過新技術,Model 3上原本超過70個白車身後地板零件,被壓縮爲2個零件,從而使原本1-2個小時的工時被壓縮至最短45秒,制造成本也降低40%。

提高生産效率

坊間傳言,馬斯克首創新能源汽車一體化壓鑄工藝的靈感,來自Model S玩具模型車底壓鑄而成的整塊金屬,他認爲可以將類似的技術應用到車身制造上。

想法簡單,實踐起來卻十分困難。其一,相較于其他零件,新能源汽車的車身體積龐大,所需的壓鑄機也必須同樣巨大。不僅當時不存在如此大的壓鑄機,就是制造這樣的壓鑄機,對鎖模力的要求很高,在當時也是無法完成的,必須進行研發。其二,相比玩具模型車的底板,新能源汽車的車身結構更加複雜。新能源汽車的一體化壓鑄是將熔融的金屬倒入模具,冷卻成型的,而複雜的車身結構,使得壓鑄時極有可能出現“缺胳膊少腿”現象。

最終,在特斯拉研發團隊的不懈努力下,一體化壓鑄技術率先在Model Y車型上落地,不僅降低了成本,增加了效率,而且一體化壓鑄工藝的底板在遭遇碰撞時,不會因爲存在焊點、焊縫遭受沖擊而導致車體被撕裂的情況出現,極大提升了車輛的安全性。此外,一體化壓鑄技術還可以有效降低噪音和振動,提高車輛的駕駛舒適性。

此後,蔚來、小鵬、理想、問界、極氪等造車勢力紛紛入局,陸續推出新款車型,試圖通過一體化壓鑄“彎道超車”。車百智庫研報表示,CTC+一體化壓鑄已經成爲全行業共同確認的趨勢。

據車百智庫研報,一體化壓鑄技術應用顛覆了傳統汽車制造工藝,通過集成化制造,能夠實現汽車輕量化、節約成本、縮短供應鏈、提升制造規模。業內人士認爲,相較于降低成本等,一體化壓鑄更重要的優勢是——提高效率。

具體來看,一體化壓鑄技術全周期成本並不低,因爲該技術的起始投資很高,除了要投資壓鑄機之外,還要采購壓鑄模具、熔煉爐、噴塗設備、拾取設備、冷卻設備、修邊機、高真空設備等等,這些采購價格都很高。據中金證券測算,同樣年産10萬輛車,采用傳統沖壓-焊接工藝時,沖壓+焊接環節的設備總投資約5.2億;全部采用一體化壓鑄工藝,相對應環節設備總投資爲7.1億。小鵬汽車黃埔工廠的工作人員也曾對媒體透露,小鵬所采購的大型壓鑄機,需要通過5年時間分攤其采購及運營成本。

也因此,2022年,理想汽車CEO李想在軒轅之學巨浪班授課中分析特斯拉一體化壓鑄技術時,明確表示“特斯拉爲什麽要做一體式鑄造的車身?不是爲了降低成本,而是爲了提升生産效率。”

據李想分析,成本和效率不是一個概念,效率是怎麽在最短時間內提供足夠多的産能,這是特斯拉更關注的事情。如李想所言,2019年左右,特斯拉不愁銷售,但産能受限,有些車型的消費者等待時間達到了一年半,而高效的一體化壓鑄技術也在這之後進入特斯拉超級工廠。

在具體生産實踐中,有業內人士給出一體化壓鑄技術的具體數據:一體壓鑄機一次壓鑄加工僅耗時80至90秒,每小時能完成40至45個鑄件;而傳統工藝沖壓焊接成一個完整部件至少需要2個小時。而且生産流程的簡化,也帶來人力消耗的降低,最高可降低90%的技術工人需求。

那麽,新能源汽車一體化壓鑄,具體能提效多少?

頭豹研究所、民生證券的報告顯示,從行業角度看,相較于傳統汽車制造,一體化壓鑄技術的生産效率提高了約79倍,而且,一體化壓鑄可使車型開發周期縮短1/3。車百智庫研報舉例表示,極氪基于一體化壓鑄技術建立了全球首個大型一體化壓鑄L4級智慧産線,綜合效率提高了30%以上,廢品率降低了20%,能耗降低10

全産業鏈國産化

當年,特斯拉要實踐一體化壓鑄的技術時,市場上的壓鑄機制造商很難滿足要求。這時候,是中國的機械制造商給予特斯拉以支持。力勁集團在壓鑄行業擁有沉澱和經驗積累,得以與特斯拉合作開發超大型壓鑄機。

近些年,各大壓鑄機制造商也紛紛開始投入研發和生産超大型壓鑄機,瑞士布勒、海天金屬、伊之密等均開始布局這一賽道。不過,力勁集團作爲第一個吃螃蟹的人,已經成爲目前全球唯一量産超大型壓鑄機的制造商,該公司的壓鑄機在中國市場的占有率已超過56%,超大型壓鑄機在全球占有率超過90%。

一體化壓鑄産業鏈十分清晰,上遊主要爲材料端免熱合金生産廠家、壓鑄機制造廠商與模具設計制造商,中遊爲壓鑄廠商,下遊爲整機廠。

基于蓬勃發展的工業基礎,我國的一體化壓鑄産業鏈發展十分快速。據車百智庫研報,我國已基本具備了從原材料、到材料熱處理、再到模具設計制造的一體化壓鑄産業鏈基礎。譬如,撫順鋼廠憑借在航空、軍工領域的技術積累與設備優勢,在模具鋼領域同樣具有競爭力;馬氏體公司成功開發出快冷不開裂技術、柔性氮化工藝等熱處理、表面處理領域的領先技術;甯波賽維達參與完成全球首個一體化壓鑄項目的研發和交付,目前正與合作夥伴共同研發12000噸-20000噸一體式車身結構件模具。目前,國內資本市場也開始關注一體化壓鑄賽道,未來在産業界、資本界的共同推動下,有望進一步實現我國一體化壓鑄全産業鏈的國産化。

2024年,一體化壓鑄車型將迎來上市熱潮,行業滲透率有望快速提升。天風證券預測,到2025年,一體化壓鑄工藝滲透率有望達到20%。而財信證券等相關機構的預測,2025年我國新能源汽車一體化壓鑄市場規模將達到258億元,而一體化壓鑄市場規模將達到389億元。長期來看,一體化壓鑄行業將可能形成千億市場規模。

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