高端鋁合金一體化壓鑄技術(shù)概述

透視產(chǎn)業(yè)化路徑：材料應(yīng)用為主，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化為輔

汽車輕量化的產(chǎn)業(yè)化途徑包括材料應(yīng)用、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝，材料輕量化路線是當(dāng)前的 主流技術(shù)方案。具體而言，材料應(yīng)用旨在開發(fā)高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金以及復(fù)合新材料， 目前主要在不同汽車部件應(yīng)用不同輕量化材料，往后看隨著工藝突破和材料成本降低，有 望實(shí)現(xiàn)從鋁合金到鎂合金的應(yīng)用拓展。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化主要為開發(fā)全新汽車架構(gòu)、使零部 件薄壁化/中空化/小型化/復(fù)合化、優(yōu)化車身的空間結(jié)構(gòu)或創(chuàng)新車身的造型。制造工藝輕量化 旨在優(yōu)化材料的成型工藝，在實(shí)際應(yīng)用中一般結(jié)合輕量化材料的特性來選擇合適的工藝。

全球各國輕量化路徑各有側(cè)重，我國材料、結(jié)構(gòu)、工藝三路徑并行。美國的汽車輕量化路 線以材料進(jìn)步驅(qū)動(dòng)為主，不斷提高材料的應(yīng)用性價(jià)比和性能；歐洲輕量化路線重在應(yīng)用多 元化輕量化材料，主要發(fā)展先進(jìn)鋼鐵材料、輕金屬鎂鋁、碳纖維強(qiáng)化復(fù)合材料，并圍繞材 料進(jìn)行制造工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化；日本輕量化重在突破材料和工藝的基礎(chǔ)性研究，積極推 進(jìn)輕量化材料的實(shí)用化；我國的輕量化思路為重點(diǎn)發(fā)展高強(qiáng)度鋼、鋁、復(fù)合材料，協(xié)同發(fā) 展材料開發(fā)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)輕量化。

輕量化材料應(yīng)用：工藝和結(jié)構(gòu)輕量化的基石，鋁合金為核心應(yīng)用方向

鋼鐵在車內(nèi)應(yīng)用超 50%，為輕量化材料的主要替代對象。汽車主要材料為鋼材，應(yīng)用占比 55%，其次是鑄鐵，應(yīng)用占比 12%。鋼鐵制造技術(shù)成熟、成本低、強(qiáng)度高且耐磨性好，但 密度較高，為輕量化材料的主要替代對象。

目前汽車輕量化材料主要包括超高強(qiáng)度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維復(fù)合材料(CFRP)等， 已得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，輕量化效果良好。奇瑞的純電微型車小螞蟻采用全鋁空間結(jié)構(gòu)和全復(fù) 合材料外覆蓋件，且在車身應(yīng)用了 93%+的高強(qiáng)度鎂鋁合金，其全鋁車身較傳統(tǒng)汽車減重了 40%且剛性提高了 60%+；大眾寶來車型利用輕量化材料減重了 104.2kg；某車型的外飾件 采用輕量化材料減重，合計(jì)減重 61kg+。

（1）高強(qiáng)度鋼板的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度性能高，主要應(yīng)用于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件中。其具有高抗拉 強(qiáng)度和高屈服強(qiáng)度的特性，可以在打薄鋼板、減少車身重量的基礎(chǔ)上保持性能不減，近年 來主要應(yīng)用在 AB 柱、地板、門檻等車輛的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件中，如寶馬在部分車型的中通道、地 板、B 柱、車門防撞桿應(yīng)用了高強(qiáng)度鋼；凱迪拉克在部分車型的 AB 柱內(nèi)板、地板中通道、 橫梁等關(guān)鍵部件應(yīng)用了先進(jìn)的高強(qiáng)鋼，使鋼制下車體結(jié)構(gòu)相較原鋁制車體減重了 6kg。

（2）鋁合金耐腐蝕、耐磨性強(qiáng)，應(yīng)用由內(nèi)部零件罩體向全鋁車身過渡。其密度小、強(qiáng)度及 剛度高、彈性和抗沖擊性能良好、有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐磨性，是汽車輕量化的理想材料。 鋁合金初期用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩和行李箱蓋，現(xiàn)已應(yīng)用到全鋁車身和新能源車電池外殼，2021 年國外已可達(dá)車身 80%以上的鋁合金和鋁復(fù)合材料應(yīng)用。

（3）鎂合金抗彎強(qiáng)度和隔音性能好，車體結(jié)構(gòu)件和零件中均有應(yīng)用。彎曲剛度不變下，鎂 代替鋼可減重 60-70%。目前歐洲研發(fā)并使用的鎂合金車用零部件超過 60 種，單車鎂合金 用量在 9.3-20.3kg，北美的鎂合金汽車零部件超過 100 種，用量 5.8-26.3kg，而國內(nèi)研發(fā) 并使用的鎂合金汽零僅 20 余種，技術(shù)水平還有較大提升空間。此外受制于加工成本和技術(shù) 工藝，鎂合金量產(chǎn)條件不充分，目前商業(yè)應(yīng)用的平均單車中用鎂量不足 1kg，個(gè)別車型的發(fā) 動(dòng)機(jī)罩蓋、轉(zhuǎn)向盤、座椅支架、車內(nèi)門板、變速器外殼上有應(yīng)用。

（4）車用碳纖維復(fù)合材料性能強(qiáng)但成本高，目前多用于賽車等領(lǐng)域。碳纖維的復(fù)合材料質(zhì) 量輕(不及鋼材料的 1/5)、強(qiáng)度高(5 倍鋼強(qiáng)度)、耐高溫和耐腐蝕性能好，綜合性能強(qiáng)于原有 材料性能的總和，且可滿足不同的車用部件要求，是理想的汽車輕量化材料，寶馬 i8 車型 使用了全碳纖維的座艙，采用了類似F1賽車的設(shè)計(jì)。但限制于加工成本和原材料價(jià)格較高， 主要在賽車、超跑等豪華車型有小批量應(yīng)用，隨著制造成本的下降，已逐漸向汽車車身、 底盤、輪轂等部件滲透。

遠(yuǎn)期看，隨著鎂合金加工技術(shù)成熟、生產(chǎn)成本降低，輕量化效果更優(yōu)的鎂合金未來或得更 多應(yīng)用。鎂的密度為鋁的 2/3、鋼的 1/5，是目前較輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，車身/動(dòng)力總成/底盤 /內(nèi)飾使用鎂合金替代鋁材最高可減重約 50%。往后看我們認(rèn)為，高性能鎂合金加工工藝的 日趨成熟或降低鎂合金的生產(chǎn)成本，同時(shí)現(xiàn)有鎂合金鑄件應(yīng)用范圍與鋁合金鑄件的重疊度 不斷擴(kuò)大，遠(yuǎn)期看鎂合金有望替代鋁合金成為重要的汽車輕量化材料。

車用鋁合金具有多種加工工藝，鑄鋁為汽車主流鋁合金材料。鑄造鋁合金成品質(zhì)量穩(wěn)定、 適合大批量生產(chǎn)，主要用于變速器、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋、發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸體、輪轂、搖臂、制動(dòng)盤 等汽車構(gòu)件制造。軋制材、擠壓材、鍛壓材屬于變形鋁合金，成品質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度較高、 塑性較高、成分性能比較均勻、內(nèi)部組織緊密，應(yīng)用于車門、輪轂罩、熱交換器、保險(xiǎn)杠、 座位、行李箱、保護(hù)罩、消聲罩等汽車結(jié)構(gòu)件、懸掛件、裝飾件制造。根據(jù) 2017 年《鋁合 金在新能源汽車工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望》，各類鋁合金在汽車上使用比例大致為鑄鋁 77%， 軋制材 10%，擠壓材 10%，鍛壓材 3%。

高壓壓鑄是未來鋁合金工藝的主流方向，部分零部件可用多種工藝生產(chǎn)。鑄造工藝可按金 屬液的澆注技術(shù)分為重力鑄造和壓力鑄造。重力鑄造是指金屬液在重力效果下導(dǎo)入鑄型的 技術(shù)，壓力鑄造是指金屬液在壓力作用下導(dǎo)入鑄型的技術(shù)。壓力鑄造中，低壓鑄造與差壓 鑄造多用于發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤區(qū)域，而高壓鑄造因效率高、加工零件壁厚小，在汽車車身中運(yùn) 用逐漸廣泛，是未來的重要方向。此外，部分汽零也可用多種工藝生產(chǎn)，如電池殼原用擠 出件，在 CTC 結(jié)構(gòu)下一體化壓鑄電池殼或?qū)⑻娲鷶D出工藝；底盤和輪轂的鍛造件多用于中 高端車型，而鑄造件的壁壘低且成本低，部分中低端車型應(yīng)用底盤和輪轂鑄造件。

鋁合金憑借優(yōu)秀的性價(jià)比優(yōu)勢用量快速滲透，單車用鋁量呈增長趨勢。目前鋁合金件在汽 車中的應(yīng)用已覆蓋電池箱體、液冷板、汽車前后防撞梁、減震件、新能源汽車電器支架、 CCB 儀表盤支架等，根據(jù)國際鋁協(xié)，2016-2019 年我國乘用車市場中，燃油車、純電車、 混動(dòng)車單車用鋁量的增幅分別為 15.7%、33.6%、28.1%，其中純電動(dòng)汽車單車用鋁量增速 明顯高于傳統(tǒng)燃油車，且根據(jù) DuckerFrontier 數(shù)據(jù)，純電車的用鋁量一般比燃油車高 101kg， 主要系電車雖節(jié)省了內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力總成的用鋁部件、傳動(dòng)系統(tǒng)和變速器中的用鋁部件（該部 分零件單車鋁用量約 62kg，且多為鑄造材），但電車的電池外殼、電力牽引系統(tǒng)、車身和開 閉件等部件需要額外用鋁約 163kg，該部分鑄造材占比不到 30%，以鋁型材為主。 往后看單車用鋁量有較大增長空間，根據(jù)中國汽車工程學(xué)會(huì) 2017 年編制的《節(jié)能與新能源 汽車發(fā)展技術(shù)路線圖 1.0》，我國汽車輕量化計(jì)劃于 2025 年、2030 年單車重量分別較 2015 達(dá)到年減重 20%、35%的目標(biāo)，乘用車單車用鋁量分別達(dá)到 250kg 和 350kg。路線 2.0 則 細(xì)化了車型輕量化 要求， 指 出 2025/2030/2035 年燃油乘用車輕量化系數(shù)降低 10%/18%/25%、純電動(dòng)乘用車輕量化系數(shù)降低 15%/25%/35%。

較海外相比，我國單車用鋁量仍有較大的提升空間，有望隨新能源車發(fā)展快速提高。根據(jù) 國際鋁業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2020 年國內(nèi)傳統(tǒng)乘用車單車用鋁量約 138.6kg，純電和混動(dòng)車的單車 用鋁量分別為 157.9kg 和 198.1kg，而根據(jù) Ducker Frontier，2020 年北美非純電車的單車 用鋁量為 206kg，純電車的單車用鋁量為 292kg，對標(biāo)海外單車用鋁量水平，我國仍有較 大的提升空間。

單車用鋁滲透路徑或遵循底盤先行滲透、車身快速推廣?？紤]到簧下質(zhì)量（如底盤）減重 性價(jià)比遠(yuǎn)高于簧上質(zhì)量（如車身），且車身輕量化由于耗材量大、成本高、工藝難等限制， 短時(shí)間內(nèi)滲透率較難快速提升，我們認(rèn)為我國汽車單車用鋁量擴(kuò)張或遵循底盤先行滲透、 車身加速推廣的路徑。底盤結(jié)構(gòu)件上，目前我國主流車型開始在底盤領(lǐng)域加速鋁合金材料 的應(yīng)用，新能源轎車如比亞迪漢、Model 3、埃安 AionS、小鵬 P7 已在底盤結(jié)構(gòu)件應(yīng)用鑄 鋁件，新能源 SUV 中底盤結(jié)構(gòu)件的鋁材料應(yīng)用更廣泛，如 Model Y、比亞迪唐、理想 ONE、 極氪 001、蔚來 ES6 等主流車型。

車身結(jié)構(gòu)件上，鋁制車身輕量化效果明顯，應(yīng)用在新能源車兼顧提升續(xù)航和經(jīng)濟(jì)性，往后 看有望隨新能源車發(fā)展加速推廣。傳統(tǒng)燃油車方面，奧迪 A8 通過鋁板材替代鋼板材、用鋁 壓鑄件作為接頭結(jié)構(gòu)（鋁材料在白車身材料的占比達(dá) 58%），取得了顯著的輕量化效果，其 輕量化系數(shù)為 1.31，略優(yōu)于寶馬 7 系的 1.53 和奔馳 S 的 1.73，白車身質(zhì)量為 282kg，低 于寶馬 7 系 13%（323kg）、并低于奔馳 S 22%（362kg）。 新能源車方面，整備質(zhì)量每降低 100kg，NEDC 工況百公里耗電量可下降 5.5%、續(xù)航里程 提升 7.97km、電池容量節(jié)省 0.885kW/h，分車型來看，A 級車和 C 級車的續(xù)航里程可增加 12.3km 和 13.0km。若整備質(zhì)量不變，動(dòng)力電池以外的部件每降重 10kg，并將質(zhì)量分給動(dòng) 力電池，動(dòng)力電池能量密度按 138Wh/kg 計(jì)，A 級車和 C 級車的續(xù)航里程可增加 12.5km 和 9.3km。就鋁制車身輕量化效果而言，據(jù)我們測算新能源車采用鋁制車身較普通鋼制車身可 減重 40%，用材成本增加 1855 元，假設(shè)每減重 100kg 可減少 1.1kWh 電量下，采用鋁制 車身可減少動(dòng)力電池成本 2368 元，則鋁制車身綜合節(jié)省成本 513 元。綜上，鋁制車身對新 能源車的輕量化效果明顯，且有較強(qiáng)的綜合經(jīng)濟(jì)性，我們看好其隨新能源車滲透加速應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)輕量化：拓?fù)鋬?yōu)化是主流，多學(xué)科優(yōu)化是發(fā)展方向

結(jié)構(gòu)輕量化是通過采用先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段，使整車各系統(tǒng)合理布局達(dá)到輕量 化，主要圍繞零部件小型化、薄壁化、精簡化、中空化、冗余度處理等設(shè)計(jì)方法，分為車 身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和汽車實(shí)體結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì) 2 種思路，按照設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化問題的不同，又 可以分為拓?fù)鋬?yōu)化、尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、形貌優(yōu)化 4 種手段。如神龍汽車變更了其車型 的三角臂結(jié)構(gòu)，減重了近 50%，制造能耗降低了 65%。

拓?fù)鋬?yōu)化為目前汽車主要結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。汽車結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)經(jīng)歷了：尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化、 拓?fù)鋬?yōu)化、多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化等階段，目前采用最多是拓?fù)鋬?yōu)化，其在給定負(fù)荷情況、約束 條件和性能指標(biāo)的情況下,優(yōu)化指定區(qū)域的材料,其精確性較高。尺寸優(yōu)化及形狀優(yōu)化可以拓 撲優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)整局部的材料分布、形狀、形貌等詳細(xì)設(shè)計(jì)，以獲得最終的結(jié) 構(gòu)方案。

未來結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)方案將向多學(xué)科優(yōu)化發(fā)展。現(xiàn)代工程發(fā)展迅速，各個(gè)工程系統(tǒng)規(guī)模逐步 擴(kuò)大，系統(tǒng)間交互緊密，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法已經(jīng)不再能滿足對工程領(lǐng)域發(fā)展的需求，多學(xué)科 設(shè)計(jì)優(yōu)化由此發(fā)展。它主要是指掌握各系統(tǒng)相互間的協(xié)調(diào)機(jī)制，優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)以尋求 整個(gè)工程系統(tǒng)最優(yōu)解的耦合系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，目前尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化以及連續(xù)體拓?fù)鋬?yōu)化 日趨成熟。在多目標(biāo)、多學(xué)科、離散結(jié)構(gòu)的優(yōu)化還要進(jìn)一步研究，包括遺傳算法、量子粒 子群算法等算法進(jìn)行改進(jìn)，以便結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展。

制造工藝輕量化：熱成型工藝應(yīng)用較廣，一體化壓鑄革新制造工藝

輕量化工藝是實(shí)現(xiàn)材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的紐帶，也是實(shí)現(xiàn)輕量化的必由之路。制造工藝輕 量化在一定程度上直接決定輕量化能否實(shí)現(xiàn)。目前汽車輕量化相關(guān)的工藝技術(shù)主要有熱沖 壓成形、液壓成形、激光焊接、一體化壓鑄等。 熱沖壓主要用于鋼鐵材料加工，產(chǎn)生零件強(qiáng)度高。熱沖壓成形工藝是基于高強(qiáng)鋼冷沖壓成 型存在的問題而發(fā)展出的板材成型技術(shù)，將熱沖壓成形用鋼加熱至奧氏體化，在奧氏體溫 度區(qū)間保溫一段時(shí)間后，快速轉(zhuǎn)移至熱沖壓模具中進(jìn)行成形和淬火，最終零件組織一般為 完全的馬氏體組織，熱沖壓成形工藝結(jié)合了沖壓和熱處理過程，奧氏體組織塑性好、變抗 力小，在零件成形后奧氏體變?yōu)轳R氏體，零部件回彈小、強(qiáng)度高。目前，成形件主要應(yīng)用 在汽車安全部件上，如車門防撞梁、B 柱加強(qiáng)板地板縱梁、門檻梁等零部件。由于熱成型工 藝技術(shù)有輕量化、高強(qiáng)度的優(yōu)勢，已在汽車工業(yè)有廣泛應(yīng)用。

液壓成形減少焊接工序，主要應(yīng)用于汽車管類零部件。其通過對管形件內(nèi)腔施加液壓力， 使其在模具型腔內(nèi)發(fā)生塑性變形，從而得到所需形狀，與沖壓成形零部件相比，液壓成形 件可以直接得到具有封閉內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的零部件，減少了焊接工序，可以達(dá)到減少零部件數(shù)量 的效果，同時(shí)能提高零件強(qiáng)度和剛度，輕量化效果明顯，目前主要應(yīng)用于前后懸架、副車 架、門檻梁、防撞梁等管類零部件。

激光焊接節(jié)約成本，且輕量化效果明顯。輕量化連接技術(shù)包括鉚接、中頻電阻點(diǎn)焊、MIG 焊、攪拌摩擦焊等，其中激光焊接采用先進(jìn)的激光技術(shù)及設(shè)備，將一定數(shù)量的不同材質(zhì)、 厚度、涂層的鋼材、鋁合金等材料通過自動(dòng)拼合和焊接組成一塊整體板材，通過沖壓制造 成為零部件。激光拼焊技術(shù)在汽車車身上的應(yīng)用，包括拼焊板板材、沖壓成形、激光三維 切割、激光焊接分總成、總裝白車身零部件加工及總成和在線檢測，可節(jié)省樣車和模具、 夾具的費(fèi)用，生產(chǎn)周期縮短，白車車身質(zhì)量減少 20%，同時(shí)焊點(diǎn)數(shù)量減少，白車身剛度、 強(qiáng)度顯著提高。

一體化壓鑄替代沖壓和焊裝工序，促進(jìn)制造工藝變革。傳統(tǒng)汽車制造有四大工藝為沖壓、 焊裝、涂裝和總裝。沖壓為首要步驟，運(yùn)用中小型壓力機(jī)和模具，將板材等原材料加工為 所需形狀和尺寸的沖壓零部件；焊裝是利用多個(gè)焊接機(jī)器人或工人將沖壓零部件焊接為分 總成，再焊接為白車身；涂裝包括涂裝前對被涂物表面的處理、涂布工藝和干燥三個(gè)工序； 總裝是將白車身、動(dòng)力總成、電控系統(tǒng)、內(nèi)外飾等零部件裝配成整車。一體化壓鑄通過將 原本設(shè)計(jì)中需要組裝的多個(gè)獨(dú)立的零件經(jīng)重新設(shè)計(jì)，并使用超大型壓鑄機(jī)一次壓鑄成型， 直接獲得完整的零部件。一體化壓鑄給壓鑄界帶來一場變革，包含著壓鑄機(jī)制造、壓鑄材 料和壓鑄模制造變化，給超大型壓鑄模制造產(chǎn)業(yè)鏈帶來了新機(jī)遇。

解構(gòu)賽道投資點(diǎn)：底盤為主流，三電為純增量，車身空間可期

底盤：主流輕量化賽道，鋁合金仍有較大滲透空間

底盤輕量化性價(jià)比優(yōu)勢突出且技術(shù)難度較低，有更高的經(jīng)濟(jì)接受度。我們認(rèn)為汽車輕量化 的市場空間大小取決于輕量化部件的綜合經(jīng)濟(jì)性、以及方案是否被主機(jī)廠所接受。底盤在 傳統(tǒng)汽車重量的占比達(dá) 27%，僅次于白車身和動(dòng)力總成，且底盤系統(tǒng)零件大多處于簧下， 承載著70%的車體重量，根據(jù)簧下質(zhì)量原理，簧下零件的減重后效果為簧上零件的5-15倍， 因此對底盤零件進(jìn)行減重，可對整車的續(xù)航里程、加速、制動(dòng)、操穩(wěn)等產(chǎn)生更加積極的影 響。疊加相關(guān)輕量化技術(shù)和工藝更成熟，成本更低，底盤輕量化性價(jià)比高于車身/動(dòng)力系統(tǒng)/ 內(nèi)外飾/三電系統(tǒng)等其他部件，從而有更高的接受度。

底盤部件減重成本系數(shù)低于汽車部件減重的平均成本系數(shù)。從輕量化成本來看，根據(jù) Lotus Engineering 的成本分析，底盤部件的減重成本系數(shù)為 0.95，低于其他汽車部件的平均成本 系數(shù) 1.00。從輕量化效益來看，據(jù)我們測算，由于簧下質(zhì)量輕量化的效果更顯著，鋁制底 盤轉(zhuǎn)向節(jié)較鋼制件可節(jié)省燃油車百公里油耗 0.61L、節(jié)省電車百公里電耗 39.07W，而鋁制 車身結(jié)構(gòu)件較鋼制件可節(jié)省燃油車百公里油耗 0.38L、節(jié)省電車百公里電耗 35.23W。綜合 減重的成本和效益來看，底盤輕量化的經(jīng)濟(jì)性顯著高于大多數(shù)其他部件。

底盤輕量化側(cè)重于支撐類產(chǎn)品的鋁合金替代鋼材，與動(dòng)力系統(tǒng)相比底盤的鋁合金滲透仍是 藍(lán)海市場。底盤系統(tǒng)部件多為安保件，對輕量化零部件的要求較高，其輕量化路徑逐步由 傳統(tǒng)的鋼制底盤，向高強(qiáng)鋼底盤、鋼鋁混合底盤、多材料底盤等方向發(fā)展，目前主流路徑 是采用鋁合金底盤部件，同時(shí)在底盤工藝中需最大限度使用熱成型、液壓成型等工藝，配 合輕量化材料實(shí)現(xiàn)減重。從鋁合金滲透看，動(dòng)力系統(tǒng)鋁合金滲透高達(dá) 90%，底盤滲透率較 低，其中底盤的殼體類鋁合金壓鑄方案較為成熟且成本較低（如轉(zhuǎn)向器和差速器殼體），而 底盤的支撐類產(chǎn)品由于直接受力，輕量化滲透率低于殼體類，因此底盤輕量化更側(cè)重于轉(zhuǎn) 向節(jié)、副車架、制動(dòng)卡鉗、控制臂、輪轂等支撐類產(chǎn)品。

根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)，2020 年轉(zhuǎn)向節(jié)/副車架/制動(dòng)卡鉗/控制臂的鋁合金滲透率為 15/8/40/5%，副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)、控制臂的鋁合金應(yīng)用存在較大潛力：（1）轉(zhuǎn)向節(jié)可通過結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化實(shí)現(xiàn)輕量化，或采用鑄鋁、鍛鋁實(shí)現(xiàn)輕量化，目前國內(nèi)轉(zhuǎn)向節(jié)使用材料主 要有鑄鐵、鍛鋼和鋁合金，未來鋁合金滲透率有望上升。（2）鋁合金副車架主要有四種形 式，包括擠壓鋁型材副車架、液壓成形鋁合金副車架、鑄造鋁合金副車架、鑄造+鋁合金型 材拼焊副車架等。鋁合金副車架較鋼制減重 40%左右，目前國內(nèi)中高端純純電動(dòng)汽車，半 數(shù)以上的副車架采用鋁合金材質(zhì)。（3）控制臂可采用鍛造或擠壓鋁合金。傳統(tǒng)鋼制控制臂 一般采用高擴(kuò)孔鋼沖壓焊接而成，中高端新能源汽車型采用鍛造鋁合金控制臂，可減重 30% 左右，質(zhì)量僅為 2-3kg，也有部分車型采用擠壓鑄造鋁合金控制臂，其鑄造缺陷少，組織致 密，力學(xué)性能接近鍛造零件水平，且成本比鍛造低。經(jīng)我們測算，底盤部件中，轉(zhuǎn)向節(jié)的 輕量化效果最高，且每千克減重成本僅為 13 元，性價(jià)比顯著優(yōu)于其他部件，更易被主機(jī)廠 接受，或有更大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

當(dāng)前底盤鋁制零部件滲透率較低，存在較大發(fā)展空間。當(dāng)前汽車底盤系統(tǒng)用鋁滲透率較低， 根據(jù)國際鋁協(xié)，2018 年燃油車/純電車底盤和懸架用鋁量滲透率分別在 25%/19%，2025 年 有望升至 70%/45%。其中底盤各零件的鋁制滲透率也較低，2020 年國內(nèi)鋁合金的副車架/ 轉(zhuǎn)向節(jié)/制動(dòng)卡鉗/控制臂滲透率分別為 8%/15%/40%/5%。同時(shí)從下游客戶來看，目前豪華 品牌和中高端合資車型的鋁合金輕量化零件滲透率較高，普通合資和自主品牌的滲透較低。 目前已有多家新能源廠商積極應(yīng)用鋁合金材料，我們認(rèn)為底盤輕量化經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢顯著，更 易成為主機(jī)廠的首選方案，往后看，隨著輕量化需求提升和技術(shù)升級，底盤輕量化滲透有 望加速，并逐步向中低端車型滲透。同時(shí)，鋁制部件單車價(jià)值量高于鋼制件，底盤主要部 件采用鋁合金有望顯著提高單車價(jià)值量，據(jù)我們測算，鋁制底盤單車價(jià)值量可達(dá) 3400 元， 較鋼制底盤的增量達(dá) 1230-1460 元。

三電系統(tǒng)：增量輕量化賽道，輕質(zhì)材料電池盒+無模組電池為主要手段

三電系統(tǒng)為輕量化的純增量賽道，電池盒輕量化為重點(diǎn)方案。三電系統(tǒng)占新能源車 50%的 成本以及 30%左右的重量，為輕量化的重點(diǎn)方向，其輕量化路徑主要針對價(jià)值量占比較高 的電池和電驅(qū)，其中電池輕量化主要為電池箱體和結(jié)構(gòu)件采用輕量化材料，并向 CTC 一體 化壓鑄電池的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案方向發(fā)展；電驅(qū)系統(tǒng)輕量化方案主要為采用多合一或三合一的 集成化方案。我們認(rèn)為，電池盒輕量化方案的發(fā)展空間或更大，主要系電池的價(jià)值量占比 較高（整車成本的 38%），且電池箱體占新能源車整備質(zhì)量的 18-30%，部分長續(xù)航車型如 雪佛蘭 Bolt、特斯拉 Model3 的電池箱體質(zhì)量占比在 26%+。電池系統(tǒng)由電芯、箱體、結(jié)構(gòu) 件構(gòu)成，在保證電芯安全性不變下，電池系統(tǒng)輕量化較直接的方法為增大電芯能量密度和 減輕電芯質(zhì)量，考慮到當(dāng)前電池能量密度已較高，電池箱體和結(jié)構(gòu)件輕量化成為提升電池 效率成為重要方向。

電池包上蓋采用沖壓鋁合金，下蓋鋁合金工藝多樣。（1）電池包殼體上蓋主要材質(zhì)有沖壓 鋼板、沖壓鋁板、SMC、碳纖維等復(fù)合材料，電池箱上蓋早期使用沖壓鋼板，后發(fā)展為鋁 板和 SMC 復(fù)合材料，鋁板可減重 20-30%，SMC 減重效果與鋁板相當(dāng)，且可制造較大深度 的上蓋，使得整箱的質(zhì)量下降。蔚來 ES8，小鵬 G3 電池包殼體上蓋采用 1.5-2 mm 的沖壓 鋁板制造電池包殼體上蓋可實(shí)現(xiàn) 20-30%的輕量化效果。 （2）下殼體輕量化材料一般以鋁合金為主。以鋼材為主的下箱體采用沖壓+焊接工藝成型， 成本低但質(zhì)量大，Nissan Leaf 早期電動(dòng)車有應(yīng)用，目前使用較少；下箱體鋁合金材料包括 擠壓、沖壓和鑄造鋁合金，鋁壓鑄電池箱體尺寸較小，一般用于 PHEV；目前國內(nèi)車企普 遍采用擠壓鋁型材制造電池包，如蔚來 ES8 和小鵬 G3 純電動(dòng)汽車電池包下殼體等，較鋼 制下殼體能實(shí)現(xiàn)減重 30%以上；采用沖壓鋁板焊接工藝的電池包殼體主要有寶馬 i3、特斯 拉 Model S、Model Y 等。 綜合來看，有性價(jià)比的電池盒輕量化方案為擠出鋁型材下殼體+SMC 上蓋，往后隨著碳纖 維和鎂合金材料價(jià)格降低，方案有望進(jìn)一步優(yōu)化。

三電系統(tǒng)輕量化方案的單車價(jià)值量達(dá) 4000-5000 元。新能源純電動(dòng)汽車三電系統(tǒng)包括電池、 電驅(qū)動(dòng)、電控，三電系統(tǒng)質(zhì)量占整車質(zhì)量的 30%左右，是整車質(zhì)量最大的系統(tǒng)。目前對三 電系統(tǒng)的輕量化一般從電池殼、電機(jī)殼、電控殼鋁合金應(yīng)用，三電系統(tǒng)鋁合金輕量化單車 價(jià)值量為 4000-5000 元。

無模組電池包為電池模組結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要途徑，有效降低質(zhì)量并提高能量密度。目前在三 元鋰和磷酸鐵鋰的電池體系下，靠電芯提升能量密度的空間有限，而市場對能量密度提升 的需求卻非常迫切。無模組電池包（CTP）通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)生，寧德時(shí)代、蜂巢、比亞迪 等紛紛推出了無模組電池包。寧德時(shí)代無模組電池包的多個(gè)單體直接分布于電池箱體中， 取消了電芯單元的殼體，并在電芯之間增加傳感器，以監(jiān)控是否存在擠壓。該方案的體積 利用率提升了 20%，零件數(shù)量減少了 40%，電池能量密度提升了 10%-15% ，采用三元鋰 電的能量密度可達(dá) 200W·h/kg 以上。比亞迪推出的刀片電池也是采用無模組方案，取消了 電池包內(nèi)部的橫梁、縱梁等結(jié)構(gòu)，將單體電芯垂直插入電池包內(nèi)，長條的單體電芯起到了 支撐和加強(qiáng)作用。通過刀片電池的應(yīng)用，電池包的體積利用率提升了 50%，采用磷酸鐵鋰 的電池包能量密度提升到了 140 W·h/kg。 無模組電池包單車價(jià)值增量超 1000 元。通過無模組電池包的應(yīng)用，可以大幅提升電池包的 體積利用率，體積利用率可以提升 20%-50% ，另外可以降低模組殼體的質(zhì)量，從而使電 池包能量密度提升 10%-20%。電池盒單車價(jià)值量由前期的非 CTP 方案下的 2000 元左右提 升至 3000-4000 元，單車價(jià)值量增長 50%-100%。

車身結(jié)構(gòu)件：大潛力輕量化賽道，一體化壓鑄催生空間彈性

車身結(jié)構(gòu)件為大潛力輕量化賽道，為輕量化的重要對象。白車身構(gòu)成 30%的整車重量和 15%-20%的成本，有較大輕量化市場空間。由于車身有強(qiáng)度要求、當(dāng)前輕量化材料如鋁合 金在價(jià)格和加工技術(shù)上有限制（全鋁車身需多種連接加工工藝），現(xiàn)階段的白車身主要用熱 成型等超高強(qiáng)度鋼材和輕量化工藝實(shí)現(xiàn)減重。具體而言，在材料上，當(dāng)前白車身主流方案 是“普鋼+高強(qiáng)度鋼+熱成型鋼”等不同鋼材復(fù)合連接，熱成型鋼一般用在車身前后保險(xiǎn)杠、 AB 柱、中通道等重要安全結(jié)構(gòu)件；在工藝上，主要采用熱成型技術(shù)、激光拼焊、液壓成型 等輕量化制造工藝，在保證安全性下實(shí)現(xiàn)減重。

材料上，全鋁車身為發(fā)展方向，車身鋁合金滲透率仍處低位，單車價(jià)值量有顯著提高。根 據(jù)文燦股份公告，鋁合金在燃油車/電動(dòng)車車身結(jié)構(gòu)件的滲透率為 3%/8%，有較大提升空間。 近年來國內(nèi)車企積極探索車身輕量化技術(shù)，如采用全鋁車身、碳纖維覆蓋件和全鋁骨架、 上鋼下鋁車身等，目前已有部分車型采用了全鋁車身設(shè)計(jì)，如奧迪 A8、R8、勞斯萊斯幻影、 奔馳 SLS、本田 NSX、捷豹 XFL、蔚來 ES8 等。蔚來汽車的車身用鋁比例高達(dá) 96.4%， 是國內(nèi)首個(gè)獨(dú)立研發(fā)量產(chǎn)的輕量化全鋁車身。同時(shí)鋁合金也廣泛應(yīng)用于車身的前地板、后 地板、左右縱梁等，鋁合金車身獨(dú)立部件的單車價(jià)值量合計(jì)可達(dá) 18000 元，較鋼制部件的 增量為 10200 元。

結(jié)構(gòu)上，車身輕量化采用多種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，以減輕重量并提升剛度。車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在概 念設(shè)計(jì)階段需要借助拓?fù)鋬?yōu)化手段，用于確定車身主體框架設(shè)計(jì)。福特探險(xiǎn)者通過拓?fù)鋬?yōu) 化手段完成了車身的概念設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，通過拓?fù)鋬?yōu)化和平臺(tái)路徑的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)燃油車、燃料 電池車、插電混動(dòng)車共用的柔性車身平臺(tái)。也可以通過增加平衡桿、加強(qiáng)梁、連接支架、 環(huán)狀結(jié)構(gòu)等可以提升車身整體剛度，從而降低車身輕量化系數(shù)。還可以通過形狀優(yōu)化、尺 寸優(yōu)化等手段，對車身結(jié)構(gòu)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，達(dá)到減重和剛度提升的目的。

工藝上，一體化壓鑄突破全鋁車身制造工藝限制，掀起車身輕量化革命。一體化壓鑄是將 白車身上多個(gè)零件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)變?yōu)橛脡鸿T工藝只使用一個(gè)零件的新型制造技術(shù)。目前除外 覆蓋件外，其他所有結(jié)構(gòu)件和組件焊接環(huán)節(jié)通常交由零配件供應(yīng)商生產(chǎn)，整車廠則負(fù)責(zé)將 結(jié)構(gòu)件或組件與其自產(chǎn)的外覆蓋件一起焊裝為白車身。隨著一體壓鑄技術(shù)的發(fā)展，未來整 車除外覆蓋件需要沖壓外，其余車身、四門、后蓋結(jié)構(gòu)件的沖壓和焊接環(huán)節(jié)均可被壓鑄工 藝替代。一體化壓鑄目前處于行業(yè)醞釀期，由于兼具降本、輕量化以及快速提升生產(chǎn)效率 的優(yōu)勢，在特斯拉引領(lǐng)下行業(yè)正在掀起一體化壓鑄工藝革命。

高端鋁合金一體化壓鑄技術(shù)概述

1、鋁合金一體化壓鑄現(xiàn)狀

2019年7月，特斯拉發(fā)布新專利“汽車車架的多向車身一體成形鑄造機(jī)和相關(guān)鑄造方法” 。該方法將

一套固定的模具放置在中心，四套可以移動(dòng)的模具放置在四個(gè)不同方向，可移動(dòng)的模具通過液壓設(shè)備分別與中心固定好的模具貼合，共同形成一個(gè)封閉的空腔，鋁合金液分別從四個(gè)移動(dòng)模具上的澆注口壓入模具空腔，鋁合金在空腔內(nèi)流動(dòng)、凝固，最終形成大型的一體式壓鑄結(jié)構(gòu)零件（圖1）。

特斯拉是汽車大型部件鋁合金一體化壓鑄的創(chuàng)始者，在一體化壓鑄上的布局可分為三個(gè)階段，第一階段：Model S/X采用全鋁車身，按傳統(tǒng)的沖壓、焊接工藝進(jìn)行整車開發(fā)；第二階段：ModelY使用6 000 t壓鑄機(jī)生產(chǎn)后地板，將下車體減重10%，制造成本下降40%；第三階段：一體化壓鑄下車體，前、后車身一體化（零件數(shù)量由171減少至2個(gè)，焊點(diǎn)數(shù)量減少超1 600個(gè)）和4 680電芯CTC（將電池包集成到車體，直接與座椅連接），車輛減重10%，續(xù)航里程增加14%，零件減少370個(gè)，成本下降7%，單位投資下降8%，目前已在德州奧斯汀工廠量產(chǎn)。

2020年，特斯拉開始與意大利壓鑄設(shè)備商意德拉合作，使用6 000 t級壓鑄單元Giga Press，采用一體成形壓鑄的方式生產(chǎn)Model Y后地板總成。根據(jù)特斯拉的布局，加州弗里蒙特工廠布置2臺(tái)意大利意德拉IDRA6000 t一體式壓鑄設(shè)備，上海布置三臺(tái)力勁DCC6000系列一體式壓鑄設(shè)備，得州工廠已經(jīng)布置1臺(tái)IDRA 8000 t級壓鑄設(shè)備，柏林工廠規(guī)劃產(chǎn)能50萬輛，將布置8臺(tái)一體式壓鑄設(shè)備。四座工廠，14臺(tái)一體式壓鑄設(shè)備，特斯拉已經(jīng)將一體式壓鑄技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行布局。

大眾計(jì)劃在SSP（Scalable Systems Platform，可擴(kuò)展系統(tǒng)平臺(tái)）平臺(tái)開始應(yīng)用一體壓鑄，根據(jù)Online EV報(bào)道，2022年5月，大眾汽車一體式鋁壓鑄后車身樣件在卡塞爾工廠下線，該樣件采用4 400 t壓鑄機(jī)生產(chǎn)，集成了約30多個(gè)零件，減重約10 kg。Trinity車型則是基于SSP平臺(tái)打造的首批車型之一。

根據(jù)Auto-evolution消息，沃爾沃宣布投資200億瑞典克朗對旗下托斯蘭達(dá)工廠進(jìn)行現(xiàn)代化改造，其中包括一體化壓鑄技術(shù)。也將在托斯蘭達(dá)建立年產(chǎn)能達(dá)5.5萬噸鑄鋁廠，最終計(jì)劃在所有旗下工廠引入一體壓鑄技術(shù)，預(yù)計(jì)在2025年實(shí)現(xiàn)一體壓鑄汽車量產(chǎn)。

2022年1月，奔馳發(fā)布全新概念車VISIONEQXX。車身的后部及前部減震塔頂應(yīng)用了和特斯拉同樣的仿生工程結(jié)構(gòu)部件，整個(gè)車身由3塊組成：前后分別有一塊一體壓鑄鑄件，中間有一套結(jié)構(gòu)電池組。這樣的設(shè)計(jì)可減輕車身15%~20%的重量，VISION EQXX能耗達(dá)到10 kW·h/100 km以下，實(shí)際用電里程超過1 000 km。
國內(nèi)新勢力中，2021年12月，蔚來在ET5發(fā)布會(huì)上宣布將開始采用一體鑄造工藝，ET5使用超高強(qiáng)度鋼鋁混合車身，使車身后地板重量降低30%，后備箱空間增加7 L，整車抗扭剛度高達(dá)34 000 N·m/deg。
在2021年業(yè)績發(fā)布會(huì)上，小鵬汽車宣布將于2023年發(fā)布兩個(gè)新平臺(tái)及其首款車型，并使用超大一體化壓鑄新工藝。小鵬汽車武漢產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目預(yù)計(jì)2022年10月投產(chǎn)，其中包括一體化壓鑄工藝車間。小鵬汽車武漢工廠還將引進(jìn)一套以上超大型壓鑄島及自動(dòng)化生產(chǎn)線。

2022年2月25日，高合汽車與拓普集團(tuán)合作開發(fā)的7200 t一體化超大壓鑄后艙成功下線。該部件應(yīng)用了上海交通大學(xué)的合金材料，實(shí)現(xiàn)了15%~20%的減重，整個(gè)開發(fā)周期縮短了三分之一，該壓鑄機(jī)是汽車零部件領(lǐng)域已知最大的一體化鋁合金壓鑄件。國內(nèi)多家供應(yīng)商加快引入大型壓鑄設(shè)備和免熱處理材料研制的步伐，進(jìn)軍一體化壓鑄行業(yè)。具體情況見表1。

表1 國內(nèi)一體壓鑄規(guī)模

2、一體化壓鑄技術(shù)壁壘

目前一體化壓鑄技術(shù)壁壘主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：大型壓鑄機(jī)，免熱處理鋁合金材料配方、壓鑄模具設(shè)計(jì)、真空壓鑄工藝。
2.1 大型壓鑄機(jī)
大型壓鑄機(jī)行業(yè)進(jìn)入門檻高，對理論、經(jīng)驗(yàn)及制造工藝有很高的要求，同時(shí)，大型壓鑄機(jī)的開發(fā)周期非常長，前期投入大，造價(jià)高（1臺(tái)壓鑄機(jī)平均需要1億元人民幣）。一體化壓鑄要求壓鑄機(jī)鎖模力至少大于6000 t（傳統(tǒng)高壓壓鑄的鎖模力通常在5000 t以下）。2021年10月，瑞士布勒公司推出Carat840/920超大型兩模板壓鑄機(jī)（圖2），鎖模力高達(dá)92000 kN，兩套Carat 840壓鑄島交付沃爾沃公司托斯蘭達(dá)工廠，實(shí)現(xiàn)一體化壓鑄。意大利意德拉IDRA公司（力勁子公司）開發(fā)的OL6200CS壓鑄機(jī)，該壓鑄機(jī)長19.5 m、寬5.9 m、高5.32 m，大小相當(dāng)于一塊羽毛球場地，平臺(tái)的有效尺寸長和寬2.35 m，工作臺(tái)空間可以放下長寬高尺寸在2 m以內(nèi)的任何零件，可以提供最大6218 t的鎖模力。根據(jù)瑞士布勒公司在2011年申請的專利，其能夠?qū)㈣T造模具之間形成空腔，向空腔中注入鋁液，經(jīng)抽真空在模腔中產(chǎn)生負(fù)壓，能夠有效消除鑄造紊流產(chǎn)生的氣孔，有助于提高壓鑄零件的內(nèi)部致密性。國內(nèi)壓鑄機(jī)廠力勁在全球壓鑄機(jī)市場的占有率超過40%，率先開發(fā)出6000 t壓鑄機(jī)（圖3），目前已開發(fā)出12000 t壓鑄機(jī)。海天金屬2021年4月在重慶美利信全球首發(fā)HDC8800 t壓鑄機(jī)，可實(shí)現(xiàn)包括新能源汽車在內(nèi)的車身、底盤等大型結(jié)構(gòu)件一體化。伊之密公司7000 t壓鑄機(jī)也即將總裝。

圖2 布勒Carat8400壓鑄機(jī)

圖3 力勁K6000壓鑄機(jī)

2.2 免熱處理高壓鑄造合金
免熱處理合金是指通過特殊的合金配方，在完成壓鑄成形后，鑄件無需熱處理即可獲得理想的力學(xué)性能，能避免在熱處理（高溫固溶和時(shí)效處理）過程中造成工件變形。截至2021年，國內(nèi)外企業(yè)包括美國美鋁、德國萊茵、特斯拉、上海交大、蔚來汽車、立中集團(tuán)等都在開發(fā)推廣免熱處理材料，免熱處理材料讓一體壓鑄成為可能。
美國鋁業(yè)公司產(chǎn)品為EZCAST系列C611免熱處理AI-Si系壓鑄鋁合金，由美國鋁業(yè)在20世紀(jì)90年代開發(fā)成功，應(yīng)用在奧迪A8的全鋁車身上。帥翼馳集團(tuán)與美國鋁業(yè)簽訂獨(dú)家代理協(xié)議，代理美鋁高強(qiáng)韌免熱處理鑄造鋁合金。此外，德國萊茵金屬公司也開發(fā)出Al-Si系和Al-Mg系免熱處理高強(qiáng)韌合金，如Castasil-37壓鑄鋁合金；加拿大鋁業(yè)公司則開發(fā)有Aural-2和Aural-3等壓鑄鋁合金材料。立中集團(tuán)研發(fā)的LDHM-02免熱處理合金材料已獲得相關(guān)專利，并形成批量供貨。根據(jù)立中集團(tuán)子公司申請中的最新相關(guān)專利《一種高強(qiáng)韌免熱處理鋁合金材料及制備方法》，該公司開發(fā)的鋁合金材料屈服強(qiáng)度達(dá)130 MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到250 MPa，伸長率大于10%，滿足客戶使用需求，立中集團(tuán)已與文燦達(dá)成戰(zhàn)略合作。2021年12月，上海交大輕合金中心與華人運(yùn)通高合汽車達(dá)成戰(zhàn)略合作，全球首發(fā)Tech CastTM超大鑄件用低碳鋁合金，將在高合汽車后續(xù)車型上大批量采用。
免熱處理合金材料成分、工藝復(fù)雜，具備較高的技術(shù)壁壘，其中合金材料成分設(shè)計(jì)是免熱處理合金開發(fā)的核心技術(shù)壁壘。常用壓鑄鋁合金為 Al-Si系、Al-Mg系、Al-Si-Cu系、Al-Si-Mg系，主要成分配比影響合金強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能，同時(shí)影響流動(dòng)性、凝固性等鑄造性能。
SJTU-A-Mg-Si-Mn合金是上海交通大學(xué)開發(fā)的一種免熱處理壓鑄合金，其目的是在保持材料良好韌性的前提下提升屈服強(qiáng)度。目前的Al-Si系和Al-Mg系合金普遍具備中等的強(qiáng)度與韌性，隨著鋁合金壓鑄結(jié)構(gòu)件的集成化與輕量化需求的不斷提升，新型壓鑄合金的開發(fā)應(yīng)朝著提升屈服強(qiáng)度或韌性，同時(shí)具有良好的鑄造流動(dòng)性的方向發(fā)展。
2.3 壓鑄模具
一體化壓鑄對模具強(qiáng)度及韌性要求更高，要求具有抗沖擊韌性和回火穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)熱和抗疲勞性、熱膨脹系數(shù)小、抗高溫氧化性。壓鑄需要高速充型與高速凝固，在壓鑄模溫度、真空度、成形方案、工藝參數(shù)及后處理要求更高。一體壓鑄需要大型的模具，模具更復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)比較困難，模具設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)排氣和集渣系統(tǒng)，需要運(yùn)用CAE仿真技術(shù)模擬充型過程，排氣不暢會(huì)導(dǎo)致零件產(chǎn)生氣孔而廢品。零件壓鑄后冷卻時(shí)，尺寸會(huì)收縮，需要準(zhǔn)確仿真鑄件的冷卻過程，在最后冷卻部位設(shè)置補(bǔ)縮冒口，同時(shí)避免出現(xiàn)熱孤島，否則零件在冷卻收縮過程中會(huì)產(chǎn)生縮孔、疏松和裂紋缺陷。模具設(shè)計(jì)廠家必須具備壓鑄充型模擬分析能力，一體化壓鑄模具國內(nèi)只有幾家能做，比如廣州型腔、寧波臻至、飛旺、北侖賽維達(dá)、象山合力，北侖臻致等。一套模具每年可以支撐6~8萬套產(chǎn)能，每套模具單價(jià)接近1000萬元。國內(nèi)首套6 800 t超大型一體化鋁合金壓鑄模具在鴻圖科技成功試制。模具由廣州型腔模具自主研制，模重超過140 t。廣東鴻圖的汽車底盤一體化結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品，采用自主研發(fā)的高強(qiáng)韌免熱處理鋁合金材料，鑄件尺寸約長1.7 m、寬1.5 m、高0.7 m，澆注重量約100 kg，是目前最大的鋁合金高強(qiáng)度兼顧韌性壓鑄件之一。文燦集團(tuán)首批9 000 t大型一體化后底板壓鑄汽車零部件在天津成功下線，模具由寧波賽維達(dá)提供。目前，賽維達(dá)和合力科技已在研發(fā)12 000~20 000 t一體式車身結(jié)構(gòu)件模具。
2.4 壓鑄工藝
一體化壓鑄實(shí)為真空壓鑄工藝加入高真空控制系統(tǒng)，需要高精度傳感器控制抽真空過程。工藝流程為合模、澆注、真空開啟、型腔抽真空排氣、壓射、開模、取件、噴涂、再次合模等。在壓鑄過程中，由高精度真空傳感器控制真空罐、澆注排氣閥和型腔排氣閥，并通過參數(shù)設(shè)定來觸發(fā)四個(gè)接觸點(diǎn)：澆注真空開始、澆注真空結(jié)束、型腔真空開始和型腔真空結(jié)束。壓鑄的高速充型易導(dǎo)致壓室或型腔中的氣體無法完全排出，氣體卷入金屬液會(huì)以氣孔的形式存在于鑄件中，無法焊接，降低力學(xué)性能，所以一體壓鑄必須配置型腔抽真空系統(tǒng)。壓鑄工藝對生產(chǎn)合格件十分重要，對不同的零件結(jié)構(gòu)，壓鑄工藝參數(shù)需要長時(shí)間調(diào)試和摸索，正確的壓射模式、壓鑄參數(shù)有利于減少鑄件的缺陷，壓鑄中的氣體大多數(shù)來自金屬液在壓室中的預(yù)充填階段，需要反復(fù)優(yōu)化慢壓射參數(shù)，避免金屬液在壓鑄過程中卷入氣體。對于合金熔煉和除氫處理，熔化過程中需要采用高純電解金屬配料以避免金屬雜質(zhì)污染；熔煉時(shí)為防止金屬液氧化及偏析，需要快速熔化，熔化后需要對鋁液除氫、除渣凈化處理，一般通氮?dú)饣驓鍤獬龤洌龤鋾r(shí)間10~15 min，與AlSi10MnMg相當(dāng)，保溫時(shí)間不宜過長，以避免變質(zhì)劑Sr燒損，熔化溫度（730±10） ℃，不得超過780 ℃。澆注方式一般采用底注，避免鑄件夾雜缺陷，脫模劑的噴涂時(shí)間、噴涂角度和范圍、噴涂量、吹氣角度及脫模劑的選型（發(fā)氣量小、揮發(fā)性好）均需要驗(yàn)證，合模前在型腔中不可有殘留水分。壓鑄溫度700~710 ℃，比AlSi10MnMg約高20 ℃。模具需要采用專用模溫機(jī)控制模具溫度，模具溫度一般控制在120~180 ℃。壓鑄過程中要及時(shí)啟動(dòng)抽真空系統(tǒng)，沖頭封住澆注口后立即開始快速抽真空，壓室充滿前必須達(dá)到真空度要求，盡量延長抽真空時(shí)間，真空閥盡可能延遲閉合，抽真空過程對一體化壓鑄零件質(zhì)量至關(guān)重要，抽真空閥基本依賴進(jìn)口。特斯拉最早的一體壓鑄合格率65%~72%，毛利率可達(dá)到30%，2022年2月鑄件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)修改后，合格率達(dá)到80%以上。

鋁合金一體化壓鑄工藝是汽車結(jié)構(gòu)件制造中重大變革技術(shù)，過去50年間，汽車車身制造工藝始終以鈑金沖壓后采用機(jī)器人焊接為主，一體壓鑄技術(shù)使汽車車身制造工藝發(fā)生重大變革，壓鑄機(jī)將取代焊接機(jī)器人成為新能源領(lǐng)域造車的核心裝備。在“雙碳”目標(biāo)推進(jìn)下，一體化壓鑄技術(shù)在生產(chǎn)效率、降本、輕量化等方面優(yōu)勢明顯。鋁合金一體化壓鑄設(shè)計(jì)與制造是一項(xiàng)全方位集成技術(shù)，技術(shù)壁壘高，包括軟件開發(fā)與運(yùn)用、零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、免熱處理材料開發(fā)、壓鑄成形工藝、壓鑄單元能力和大型模具設(shè)計(jì)都需要技術(shù)創(chuàng)新。尤其是模具設(shè)計(jì)與制造除了要考慮鑄造材料的流動(dòng)性、熱平衡、模具壽命、零件成形工藝性與質(zhì)量保證，還要考慮零件后續(xù)加工工藝優(yōu)化等。“一體化壓鑄成型工藝與裝備”已列入國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。隨著新能源汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，將極大帶動(dòng)鋁合金一體化壓鑄技術(shù)的發(fā)展，鋁合金一體化壓鑄將成為新能源車企優(yōu)選的制造工藝。

一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈

一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈的上游為壓鑄機(jī)、材料與模具廠商，中游為鋁合金壓鑄廠， 下游為主機(jī)廠。一體化壓鑄有兩種業(yè)務(wù)模式，一種是自研模式：主機(jī)廠直接采購壓鑄機(jī)、材料和模具等物料，自建工廠生產(chǎn)壓鑄件，代表車企有特斯拉、小鵬和沃爾沃。另一種為采購模式：主機(jī)廠直接向壓鑄廠商采購壓鑄件，由壓鑄廠商采購相關(guān)的物料，生產(chǎn)壓鑄件后交付給主機(jī)廠，代表車企有高合、蔚來、理想。當(dāng)前自研模式的代表企業(yè)特斯拉已經(jīng)開始與壓鑄廠商接觸，長期來看，由于主機(jī)廠自建廠房與產(chǎn)線成本較高，并且汽車銷量可能會(huì)成為產(chǎn)能利用率的壓制因素，因此采 購模式有望成為長期主流。

上游：材料端競爭充分，模具端未上市企業(yè)為主，設(shè)備端力勁科技位居龍頭

1）材料：一體化壓鑄需要免熱處理鋁合金材料

熱處理易致大尺寸壓鑄件形變，免熱處理材料成為重要技術(shù)壁壘。熱處理是保障壓鑄零部件機(jī)械性能的有效途徑，但也易引起汽車零部件尺寸變形及表面缺 陷。一體化壓鑄的大型鋁合金部件對精度要求較高，熱處理過程易引起汽車零部 件尺寸變形及表面缺陷，雖然通過矯正工藝可以改善一定的尺寸精度，但會(huì)降低良品率，導(dǎo)致成本急劇上升，因此免熱處理鋁合金材料是大型一體化壓鑄結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵。國外免熱處理鋁合金材料廠商主要有美國鋁業(yè)、德國萊茵菲爾德和特斯拉，國內(nèi)廠商正在積極研發(fā)，目前立中集團(tuán)、上海交大、廣東鴻圖、湖北新金洋已研制成功。

2）模具：6000噸模具已量產(chǎn)，12000噸正在研發(fā)中

一體化壓鑄對模具的強(qiáng)度及韌性要求更高。與其它鑄造工藝相比，壓鑄工藝特性主要體現(xiàn)在“高速充型與高壓凝固”上，在溫度、真空、成型方案、工藝參 數(shù)、后處理等方面都比傳統(tǒng)鑄造工藝存在更高要求。相比普通壓鑄的模具，一體化壓鑄模具更復(fù)雜，對強(qiáng)度和韌性要求更高。一般壓鑄廠商不具備大型壓鑄模具的設(shè)計(jì)能力，通過外部采購來滿足需求，目前我國的大型壓鑄模具廠商主要有廣州型腔、寧波臻至、寧波賽維達(dá)、合力科技等。

3）壓鑄機(jī)：力勁科技為行業(yè)龍頭，12000噸以上壓鑄機(jī)有望助力整車級別一體化壓鑄件

大型壓鑄機(jī)是汽車實(shí)現(xiàn)一體化壓鑄的基礎(chǔ)。根據(jù)佐思汽研，一般來說一體化壓鑄所需要的壓鑄機(jī)鎖模力都在 6000T 以上，當(dāng)前全球能生產(chǎn) 6000T 壓鑄機(jī)的 企業(yè)有海外的意德拉集團(tuán)（力勁科技全資子公司）和瑞士布朗集團(tuán)，國內(nèi)的力勁科技、海天金屬和伊之密，其中力勁科技為國內(nèi)龍頭。更大噸位的壓鑄機(jī)意味著壓鑄件的尺寸和結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步突破，目前特斯拉、力勁科技、廣東鴻圖、海天金屬等企業(yè)均在研發(fā) 12000 噸以上的壓鑄機(jī)。2022 年 9 月，力勁科技與廣東鴻圖發(fā)布 12000 噸超大型智能壓鑄單元，這是迄今為止全球最大噸位的壓鑄機(jī)，有望助力整車級別一體化壓鑄件

中游：文燦、鴻圖等布局企業(yè)數(shù)量多，壓鑄制造行業(yè)集中度較低

目前國內(nèi)壓鑄行業(yè)集中度較低，參與企業(yè)眾多。根據(jù)文燦股份招股說明書， 截至 2016 年國內(nèi)注冊壓鑄相關(guān)企業(yè)超 12600 家，企業(yè)主要分布在廣東、江蘇、 浙江、重慶、山東等地，生產(chǎn)規(guī)模較大、專業(yè)化程度較高的企業(yè)主要集中在珠三角和長三角地區(qū)。國內(nèi)自主品牌的汽車壓鑄供應(yīng)商可分為兩大類，一類是下游主機(jī)廠配套壓鑄事業(yè)部或壓鑄子公司，為主機(jī)廠提供壓鑄件產(chǎn)品配套，如長城汽車的壓鑄事業(yè)部、比亞迪的弗迪精工、一汽集團(tuán)旗下的一汽鑄造等。另一類是第三方汽車壓鑄件供應(yīng)商，其中僅少數(shù)企業(yè)具備生產(chǎn)中大型壓鑄產(chǎn)品能力。

成長能力前十企業(yè)分別為：

第10 云海金屬

成長能力：營收復(fù)合增長20.70%，扣非凈利復(fù)合增長22.69%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長-56.91%

主營產(chǎn)品：鋁合金產(chǎn)品為最主要收入來源，收入占比38.69%，毛利率5.54%

公司亮點(diǎn)：云海金屬現(xiàn)有的壓鑄機(jī)根據(jù)壓鑄產(chǎn)品不同有多種噸位的，公司有計(jì)劃購進(jìn)更先進(jìn)噸位更高的壓鑄機(jī)滿足一體化壓鑄件的需要。

第9 愛柯迪

成長能力：營收復(fù)合增長10.47%，扣非凈利復(fù)合增長-22.87%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長-28.81%

主營產(chǎn)品：汽車類為最主要收入來源，收入占比91.53%，毛利率24.25%

公司亮點(diǎn)：愛柯迪已直接或間接成為國內(nèi)外造車新勢力新能源產(chǎn)品供應(yīng)商。

第8 瑞鵠模具

成長能力：營收復(fù)合增長-0.38%，扣非凈利復(fù)合增長-10.96%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長11.80%

主營產(chǎn)品：模具及檢具為最主要收入來源，收入占比57.87%，毛利率27.21%

公司亮點(diǎn)：瑞鵠模具為國內(nèi)少數(shù)能夠同時(shí)為客戶提供完整的汽車白車身制造技術(shù)、智能裝備及輕量化零部件的一站式解決方案的企業(yè)之一。

第7 立中集團(tuán)

成長能力：營收復(fù)合增長16.77%，扣非凈利復(fù)合增長-3.73%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長為負(fù)

主營產(chǎn)品：鑄造鋁合金為最主要收入來源，收入占比59.02%，毛利率5.79%

公司亮點(diǎn)：立中集團(tuán)是鑄造鋁合金材料行業(yè)的龍頭企業(yè)。

第6 伊之密

成長能力：營收復(fù)合增長29.28%，扣非凈利復(fù)合增長66.49%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長2.62%

主營產(chǎn)品：注塑機(jī)為最主要收入來源，收入占比73.16%，毛利率33.83%

公司亮點(diǎn)：伊之密是一家專注于高分子材料及金屬成型領(lǐng)域的系統(tǒng)集成供應(yīng)商。

第5 華達(dá)科技

成長能力：營收復(fù)合增長6.25%，扣非凈利復(fù)合增長40.95%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長-10.53%

主營產(chǎn)品：車身零部件為最主要收入來源，收入占比77.61%，毛利率14.70%

公司亮點(diǎn)：華達(dá)科技控股子公司江蘇恒義的電池箱殼體生產(chǎn)中，運(yùn)用一體化壓鑄工藝進(jìn)行生產(chǎn)的電池箱大約為 40%。

第4 旭升集團(tuán)

成長能力：營收復(fù)合增長66.00%，扣非凈利復(fù)合增長40.33%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長-11.81%

主營產(chǎn)品：汽車類為最主要收入來源，收入占比89.10%，毛利率21.98%

公司亮點(diǎn)：旭升集團(tuán)成功開發(fā)超大尺寸結(jié)構(gòu)件，產(chǎn)品適用于混動(dòng)一體壓鑄電池盒以及DHT電驅(qū)動(dòng)總成。

第3 拓普集團(tuán)

成長能力：營收復(fù)合增長46.25%，扣非凈利復(fù)合增長52.96%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長-2.12%

主營產(chǎn)品：內(nèi)飾功能件為最主要收入來源，收入占比31.22%，毛利率17.25%

公司亮點(diǎn)：拓普集團(tuán)已掌握多項(xiàng)輕量化底盤生產(chǎn)的核心工藝和技術(shù)。

第2 文燦股份

成長能力：營收復(fù)合增長63.51%，扣非凈利復(fù)合增長20.42%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長32.89%

主營產(chǎn)品：汽車類為最主要收入來源，收入占比96.69%，毛利率18.15%

公司亮點(diǎn)：文燦股份獲得包括汽車領(lǐng)域和儲(chǔ)能領(lǐng)域多個(gè)客戶的電池盒箱體定點(diǎn)，根據(jù)客戶需求公司將采用高壓或低壓鑄造的方式一體化壓鑄成型相關(guān)產(chǎn)品。

第1 廣東鴻圖

成長能力：營收復(fù)合增長0.82%，扣非凈利復(fù)合增長531.33%，經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長-10.89%

主營產(chǎn)品：汽車類壓鑄件為最主要收入來源，收入占比64.89%，毛利率18.64%

公司亮點(diǎn)：廣東鴻圖開發(fā)的6800T新能源汽車超大型一體化鋁合金后地板壓鑄結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品已于2022年1月成功試制。

成長能力前十企業(yè)，對應(yīng)營收復(fù)合增長、扣非凈利復(fù)合增長、經(jīng)營凈現(xiàn)金流復(fù)合增長分別為：