汽車一體化壓鑄產業(yè)市場分析報告2022年8月

1.1.1.輕量化推動下，鋁合金車身成為趨勢“節(jié)油減排”催生更多輕量化需求。在我國提出“碳達峰，碳中和”戰(zhàn)略的背景下，汽車行業(yè)迎來史上最嚴格的油耗及排放標準。根據《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.02035年我國傳統(tǒng)能源乘用車油耗需降至4.0L/km2.0L/km需較2019年分別下降至少及。根據布勒中國數據，汽車整備質量每減少100kg將催生巨大的輕量化應用市場。表1：《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖2.0》對汽車油耗及輕量化系數提出嚴格要求20255.6L/100Km20304.8L/100Km20354.0L/100Km傳統(tǒng)能源乘用車輕量化系數降低10%4.6L/100Km輕量化系數降低18%3.2L/100Km輕量化系數降低25%2.0L/100Km乘用車（含新能源）貨車客車較2019年降低8%-10%較2019年降低10%-15%5.3L/100Km較2019年降低10%-15%較2019年降低15%-20%4.5L/100Km較2019年降低15%-20%較2019年降低20%-25%4.0L/100Km混合動力車新能源車占傳統(tǒng)能源乘用車的50%-60%占汽車銷量20%占傳統(tǒng)能源乘用車的75%-85%占汽車銷量40%占傳統(tǒng)能源乘用車的100%占汽車銷量50%輕量化系數降低%（純電動乘用車）輕量化系數降低%（純電動乘用車）輕量化系數降低（純電動乘用車）2.0新能源車滲透率持續(xù)提升，輕量化上車加速。整車輕量化可有效提升新能源汽車續(xù)航能力，根據第十三屆國際汽車輕量化大會公布的數據，純電動車每減重10%5%-8%10%，平均續(xù)航里程提升10%-11%源汽車滲透率迅速攀升，汽車輕量化市場將加速擴張。圖1：我國新能源汽車滲透率持續(xù)提升015%10%201620172018201920202021汽車銷量（萬輛）新能源汽車銷量（萬輛）滲透率%數據來源：中汽協，市場研究部鋁合金是最常用的汽車輕量化材料，未來單車用量將持續(xù)增加。目前主流的汽車輕量化材料包括高強度鋼、鋁合金、鎂合金及碳纖維，其中鋁合金具有輕質、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(yōu)于鎂合金和碳纖維，是現行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(jié)、控制臂、副車架、電機殼、電池盒、制動系統(tǒng)、雨刮電機等汽車零部件，預計在汽車輕量化大趨勢下，更多鋁合3of29金零部件將替代傳統(tǒng)鋼制零部件，單車鋁合金用量持續(xù)提升。根據中國汽車工程學會數據，2020年、2025年、年我國單車重量需較2015年分別減重10%、20%、35%，對應單車用鋁量將達到190kg、250kg、350kg。表2：鋁合金具有較高性價比，是汽車輕量化首選材料材料種類普通鋼鐵高強度鋼鋁合金密度kg/cm3抗拉強度Mpa材料成本低工藝難度低減重效果無應用前景逐步替代大量推廣大量推廣逐步推廣逐步推廣7.87.852.75521379310低較低較高較高高較好好較高較高高鎂合金1.741.55275好碳纖維2069最好數據來源：蓋世汽車，市場研究部圖2：鋁合金在汽車中應用廣泛圖3：白車身的鋁合金滲透率有較大提升空間100%100%98%80%40%20%80%57%40%30%23%24%3%1%數據來源：壓鑄周刊數據來源：蓋世汽車，市場研究部鋁合金應用范圍不斷擴大，現已滲透至車身結構件?？v觀汽車鋁合金發(fā)展史，鋁合金應用范圍由最初的各類殼體延伸至結構更復雜，力學性能要求更高的底盤結構件，2000年后鋁合金又向技術要求更高的車身結構件滲透。目前鋁合金件在汽車中的應用已覆蓋電池箱體、液冷板、汽車CCB車型為追求極致的輕量化效果甚至采用了全鋁車身設計，如奧迪、、勞斯萊斯幻影、奔馳SLS、本田NSX、捷豹、蔚來等。圖4：鋁合金材料正向車身結構件滲透數據來源：蓋世汽車，市場研究部4of29圖6：蔚來全鋁車身鋁材含量達96.4%圖5：奧迪鋁合金車身用料情況數據來源：搜狐汽車數據來源：蔚來表3：部分高端車型已采用鋁合金車身設計車型報價75-197萬126-210萬75-197萬232.3萬用鋁量A8LS8L奧迪A8（奧迪空間框架式車身）全鋁車身框架結構的鋁合金材料占比都在58%以上A8L60TFSle奧迪R8V10采用全鋁車身設計，整個車體成分里,70%是鋁合金、13%是增強碳纖維（CFRP）采用全鋁材質合計，車身整備質量降低，剛性增強30%勞斯萊斯幻影奔馳SLSAMG本田NSX790.0-920.0萬308-380萬停產全鋁車身加全鋁底盤，鋼制部件僅占車身質量的4%，主要應用在A柱部位以增加剛性。鋁制車體和前后懸掛比鋼制品分別減重200kg和20kg捷豹31-48萬RC5754新型鋁合金材料，整車含鋁量高達75%，較同等鋼結構車身減輕20%-45%車身運用了諾貝麗斯先進的汽車鋁合金，全鋁前后副車架、底盤和懸掛系統(tǒng)全部采用鋁合金材質，車身用鋁率達96.4%蔚來ES847-62萬數據來源：汽車之家，市場研究部鋁合金在不同車身部位的應用難度不同。其中防撞梁、發(fā)罩應用鋁合金材料的門檻最低，其次為行李箱蓋、翼子板及其它覆蓋件，白車身本體包括B藝質量控制等都有較高要求。圖7：承載式車身結構數據來源：搜狐汽車目前鋁合金車身主要應用于高端車型。目前市場上僅有少量中高端車型采用了鋁合金車身，滲透率較低，主要原因包括：1.技術壁壘高。車身5of292.應用成本高。SPR、FDS2-3倍。此外，鋁制車身的原材料成本也高于鋼制車身。表4：鋁合金連接成本與材料成本顯著高于高強度鋼5系6系7系項目普通高強度鋼先進高強度鋼超高強度鋼鋁合金鋁合金鋁合金材料成本元零件成型性4.8610差252840良好0.15中等0.21中等0.65中等0.65中等0.65連接成本元點0.22數據來源：汽車材料網，市場研究部表5：鋁合金車身結構件的輕量化效果好，但應用成本較高質量變化成本變化/元零部件原材料（牌號）替換材料（牌號）/kg防撞梁防撞梁）擠壓鋁型材（6061）-1.1+104.5-44）超高強度鋼（DP1180）-1.4-2.5-1.0-5.4-2.8-2.5B柱加強板B柱加強板前縱梁高強鋼（590DP）高強鋼（590DP）超高強度鋼（780DP）冷軋鋼（GC220）冷軋鋼（GC270）6系AL-Si-Mg）超高強度鋼（DP1180）擠壓鋁型材（6061）鋁合金板（6061）+95-45+200+110+180前門外板前門內板鋁合金板（6061）鋅鐵合金板發(fā)罩外板發(fā)罩內板鋁合金板（6061）鋁合金板（6061）-3.9-3.1+229.6+217（GX220BD+ZF）鋅鐵合金板（GD54D+ZF）鋅鐵合金板行李箱蓋外板行李箱蓋內板鋁合金板（6061）鋁合金板（6061）-3.0-2.8+143+145（GX220BD+ZF）冷軋鋼（GC270F）數據來源：汽車材料網，市場研究部一體化壓鑄技術使全鋁車身更具性價比。傳統(tǒng)乘用車鋼制車身的重量約為350-450kg高強度鋼用料比為，估算出鋼制車身的材料成本為2716-3492元，若以白車身3000個焊接當量估算，連接成本為609元，合計成本為3325-4101280kg，鋁合金含量為60%，估算出鋼鋁混合車身的材料成本為5674元，對應連接成250kg，假設5/6/7系鋁合金用料比為2:7:1，預計全鋁車身的材料成本為5720-7150元，連接成本為19507670-9100元。若采用一體化壓鑄工藝制造全鋁車身，白車身連接點將大幅減少，預計連接成本縮減至原先十分之一，假設其材料成本與傳統(tǒng)“沖焊”工藝下的鋁車身相同，合計成本將降至5915-7345元。6of29表6：一體化壓鑄工藝將大幅降低焊接成本材料車身重量/kg假設用料比估算材料成本/元估算連接成本/元合計成本/元強度鋼用料比為2:3:5鋁合金含量為60%鋼350-4502716-34926093325-4101鋼鋁混合280567414141950195-7088傳統(tǒng)沖焊工藝一體化壓鑄工藝200-250200-2505/6/7系鋁合金料比2:7:1免熱處理鋁合金材料5720-71505720-71507670-91005915-7345全鋁數據來源：汽車材料網，市場研究部一體化壓鑄工藝助力鋁合金車身向中低端車型滲透，年市場空間有望突破千億。我們認為隨著大型高壓鑄造設備成熟，加之一體化集成制根據美國市場研究機構1%，2025年全鋁車身滲透率將提升至18%，若假設全鋁車身均采用一體化壓鑄工藝制造，預計2025年全鋁車身全球市場規(guī)模將達1091.4億元。1.2.鋁合金結構件正向一體化成型演進1.2.1.真空高壓鑄造是鋁合金結構件主要制備工藝汽車零部件主要成型工藝包括鑄造、鍛造、沖壓三種：圖8：汽零成型工藝主要包括鑄造、鍛造、沖壓等數據來源：市場研究部1.鑄造是將熔化的金屬注入模具中，冷卻凝固后獲得零件或胚料的成型工藝。生產形狀復雜的零件時，鑄造工藝具有較高的經濟性及適用性，鑄造零件的耐磨、耐腐蝕、吸震等性能也優(yōu)于其他成型工藝產品；鑄造工藝的缺點為鑄件質量不穩(wěn)定、工序多，影響因素復雜，易產生缺陷。依照是否施加額外壓力，鑄造工藝可分為重力澆鑄及壓力鑄造兩大類。1）重力澆鑄即依靠地球重力將熔融金屬液澆入型腔，待自然冷卻凝固后形成鑄件的鑄造工藝。重力澆鑄對設備要求低，前期投資小，但生產效率較低，在汽車中的應用包括轉向節(jié)、控制臂、副車架等輕量化底盤結構件。2）壓力鑄造即依靠額外施加的外力將熔融金屬注入型腔，并7of29在壓力下冷卻凝固后形成鑄件的鑄造工藝。壓力鑄造又可分為低壓壓鑄、高壓壓鑄、真空高壓鑄造、差壓鑄造、擠壓鑄造等。低壓鑄造是將型腔安置在密封的坩堝上方，再將坩堝中通入壓縮空氣，形成0.06-0.15MPa成品的鑄造工藝。低壓鑄造具有鑄件成型好，組織致密，表面光潔，金懸架系統(tǒng)及轉向系統(tǒng)的輕量化構件。差壓鑄造又稱反壓鑄造，是在低壓鑄造的基礎上派生出來的一種鑄造方法，其原理是在低壓鑄造的甚礎上，鑄型外罩一個密封套，同時向坩鍋和罩內通入壓縮空氣(一般約0.2~0.5MPa)，但坩鍋內的壓力略高，使坩鍋內的液態(tài)金屬在壓差作用下經升液管進入鑄型，并在壓力下進行結晶。差壓鑄造可提升鑄件的力學性能和致密度，主要應用汽車零部件包括轉向節(jié)、連桿、車輪支架等。高壓鑄造的原理是將熔融金屬澆入壓射套筒后封閉，再通過壓射桿將其快速高壓的注入型腔中，并在高壓下冷卻凝固形成鑄件。高壓鑄造時填充金屬液的速度約為10-100m/s范圍10-175MPa。高壓鑄造的鑄件具有生產效率高、尺寸精密、壁厚薄等優(yōu)點，缺點為易產生氣孔，力學性能低，主要應用于缸體、缸蓋、變速箱箱體、發(fā)動機罩等壁薄件。圖9：高壓鑄造工藝原理數據來源：諾瑞肯真空高壓鑄造即在普通高壓鑄造的基礎上加設高真空控制系統(tǒng)、真空閥等裝置，在熔融金屬填充前將型腔內的氣體抽出，使模具型腔中形成真空，并保持到填充結束。相較于普通高壓鑄造，真空高壓鑄造能消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶解氣體，進而提高壓鑄件力學性能和表面質量，但所需模具的密封結構更復雜，生產及設備安裝成本更高。真空高壓鑄造工藝主要應用于尺寸大、結構復雜、對力學性能要求較高的車身結構件。8of29圖11：真空壓鑄造能有效提升鑄件表面質量圖10：真空壓鑄工藝示圖數據來源：第一壓鑄網數據來源：力勁集團擠壓鑄造即采用較低的充型速度和最小擾動，使液態(tài)或半固態(tài)金屬在高壓下凝固，以獲得可熱處理的高致密度鑄件的成型工藝。擠壓鑄造具有模具結構簡單、加工費用低、力學性能高（可達到同類鍛件水平）等優(yōu)點，但不適用于制造壁薄零部件，主要應用于高強度結構件、發(fā)動機活塞、汽車空調系統(tǒng)部件等。圖12：各類鑄造工藝及其典型應用的對比數據來源：拓普集團，汽車材料網，市場研究部2.鍛造：對金屬胚料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的成型工藝。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結構，并保存完整的金屬流線，賦予鍛件較強的力學性能。目前鍛造工藝多用于機械中負載高、工作條件嚴峻的重要零部件，常見的汽車鍛件包括發(fā)動機連桿和曲軸、轉向節(jié)、傳動軸、輪轂、懸架控制臂等。9of29圖13：鍛造工藝展示圖14：鍛造工藝原理數據來源：新材料在線數據來源：搜狐汽車3.沖壓：通過壓力機和模具對原材料施加外力，使之產生塑性變形或分離，從而獲得所需形狀和尺寸的成型工藝。沖壓工藝具有生產效率高、產品質量穩(wěn)定等特點。沖壓產品的剛度好，易于實現機械化與自動化，產出效率可達到每分鐘數百件；此外，沖壓產品的尺寸與形狀精度高，不同沖壓件可做到品質如一。沖壓工藝在汽車零部件制備中應用廣泛，包括各類覆蓋件、橫縱梁、車內支撐件、油箱底殼、彈簧座等。圖16：沖壓原理圖圖15：沖壓工藝展示數據來源：十房網數據來源：搜狐汽車汽車鋁合金零部件成型工藝以壓力鑄造為主。根據蓋世汽車數據，目前77%擠壓鋁的應用占比均為10%，鍛壓鋁的應用占比為3%。圖17：壓鑄鋁在汽車中的應用比例最大圖18：不同車身結構件對應不同鋁合金成型工藝3%10%壓鑄鋁軋制鋁擠壓鋁鍛壓鋁10%77%數據來源：蓋世汽車真空高壓鑄造是鋁合金車身結構件生產最優(yōu)選。真空高壓鑄造工藝能有效消除高壓鑄造工藝下的氣孔現象，與其他鑄造工藝相比，其塑形也更10of29為精準，可實現較薄壁厚（最薄可達0.5mm較高的生產效率，最能滿足車身結構件體積大、結構復雜、強度高等特點。未來隨著車身結構件鋁合金用量增加，真空高壓鑄造工藝在汽車制造中的應用比例將持續(xù)提升。1.2.2.一體化壓鑄是真空高壓鑄造的集成化發(fā)展一體化壓鑄技術的本質即通過先進的真空高壓壓鑄工藝實現多個鋁合金零部件件的一體化成型，省去了散件的制備及焊接工作，可實現對傳統(tǒng)汽車制造中“沖焊”工藝的替代。汽車傳統(tǒng)制造工藝主要由“沖壓、焊接、涂裝、總裝”四大環(huán)節(jié)組成：1.沖壓：通過沖壓車間將鋼材板材成型為各類零部件，其中主機廠的沖壓車間主要負責生產高質量要求的大型外覆蓋件（側圍、發(fā)動機蓋、翼子板、門外板等），內部的結構件則由分布在全國的供應商負責制造，主機廠進行采購；2.焊接：通過多種復雜焊接工藝將沖壓處理后的零件組裝成白車身總成；3.表面防護等作用；4.總裝：將內外飾、電子電器系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、動力總成系統(tǒng)等裝配在白車身總成上，形成整車，并通過一系列測試檢驗車輛合格性。圖19：汽車傳統(tǒng)制造工藝由沖壓、焊接、涂裝、總裝四大環(huán)節(jié)組成數據來源：搜狐汽車一體化壓鑄將免去傳統(tǒng)“沖焊”環(huán)節(jié)，引發(fā)汽車生產制造革命。鋁合金車身在焊接過程中存一定質量隱患，易導致熱影響區(qū)強度不足，特殊的連接工藝又將大幅提升生產成本，若不考慮汽車輕量化因素，鋁合金車身與鋼制車身相比不具有明顯優(yōu)勢。一體化壓鑄通過集成化制造的方式實現多個零部件的一次性成型，可替代傳統(tǒng)汽車制造中的沖焊環(huán)節(jié)，彌補了鋁合金結構件在傳統(tǒng)汽車生產工藝下的諸多弊端，是未來汽車提升用鋁量，追逐輕量化的絕佳選擇。11of29圖20：一體化壓鑄工藝可替代傳統(tǒng)沖焊環(huán)節(jié)數據來源：市場研究部一體化壓鑄已率先應用于車身底盤，后續(xù)將拓展至整個白車身。一體化壓鑄適應于高強度的車身結構件，難以應用于對延展性要求較高的外覆蓋件。此外，懸架件中的前橫梁、擺臂等件若采用鋁合金材料，通常應用低壓鑄造工藝。理論上除外覆蓋件、部分懸架件以外的白車身部分均/前率先實現一體化壓鑄的部件為底盤結構部分，其中后地板總成與前車身總成已由特斯拉實現量產，中地板總成是下一步延伸目標，核心難點在于CTC1-2有望向AB3白車身的一體化壓鑄預計需5-8年。新能源殼體趨于一體化，技術成熟度優(yōu)于車身結構件。除白車身以外。新能源車殼體產品亦可實現一體化壓鑄，包括電驅殼體、電池殼體（托盤或蓋板）等。電驅殼體一體化：電驅動系統(tǒng)設計經歷了獨立式、二合一、三合一和多合一的發(fā)展階段。電驅系統(tǒng)集成更多功能是大勢所趨，電驅動殼體的設計也將從獨立式走向集成式設計：從分體式簡單集成，即減速器、電機和電控有各自獨立的殼體設計，到電機、減速器殼體一體化和三大件殼體一體化。隨著更多功能集成到電驅動中，殼體也將疊加更多的功能設計，此外，電機、電控及減速器都需要冷卻系統(tǒng)，殼體的設計需要考慮冷卻管路的設計和布局，這對殼體供應商的產品開發(fā)和設計能力提出較高要求。電池殼體一體化：電池殼體的一體化設計可實現減重和增加抗扭剛性的效果，未來將成主流趨勢。與整個白車身的一體化壓鑄相比，新能源殼體一體化的技術難度更低，產業(yè)鏈更完善，未來滲透率提升的速度更快，確定性更強。圖21：三合一電驅產品殼體圖22：鋰電池一體化壓鑄殼體12of29數據來源：搜狐汽車數據來源：喬治費歇爾1.2.3.一體化優(yōu)勢顯著，多方面利好整車制造生產效率、造車精度、安全性能、輕量化效果五個方面。1.生產成本優(yōu)勢：生產線、材料、人力三重降本。生產線成本下降：在傳統(tǒng)“沖焊”工藝下，白車身總成中需要進行單獨加工的零部件達數百個，需要大量的沖壓機、模具、焊接夾具、檢測機等設備做支持，全套生產線規(guī)模大，成本高，相比之下，一體化壓鑄工藝將需要制備的零部件數量大幅削減，整個白車身的制備僅通過3-5臺大型壓鑄機，少量輔機及模具實現，產線建設成本大幅下降。此外，同等產能下，一體化壓鑄產線更節(jié)省廠房面積，根據特斯拉馬斯克透露，采用大型壓鑄機后，工廠占地面積可以減少30%。材料成本下降：在沖壓過程中，原材料受擠壓成型后將不可避免的產生邊角料，而一體化壓鑄時注入的液態(tài)金屬一比一等同于鑄件用料，材料利用率更高。此外，傳統(tǒng)車身用料復雜，不同零部件通常對應不同種類70%體化壓鑄件僅使用單一鋁合金，車身回收后可直接融化重制，回收利用率在95%以上。一體化壓鑄下的鋁合金車身重量約為200-250kg，預計同級別傳統(tǒng)鋼鋁混合車身的重量在280kg左右，盡管鋁合金材料單價高于鋼材單價，但考慮到一體化全鋁車身用料更少，且具有材料利用率與回收率優(yōu)勢，一體化鋁合金車身的全周期綜合材料成本將低于傳統(tǒng)“沖焊”工藝全鋁車身及大部分鋼鋁混合車身。人力成本下降：在一體化壓鑄下，車身焊接點大量減少，對于焊接技術工人的需求下降。目前國內主流焊裝工廠通常配備200-300個工人，采用一體壓鑄技術后，所需的技術工人至少可縮減到原來的十分之一。圖23：一體化壓鑄技術可實現三重降本數據來源：建約車評、汽車工藝師、市場研究部2.生產效率優(yōu)勢：工藝流程大幅簡化，車型開發(fā)速度加快。沖焊與熱處理工作量減少：在傳統(tǒng)車身制造中，需要進行單獨制造的零部件達500余種，涉及的沖壓及焊接工序繁多，而一體化壓鑄技術將其大幅簡化，工作量大幅下降。以Y為例，一體化壓鑄技術將原本70多個零部件組成的后底板簡化為2個減少至50個，同時由于應用了新的合金材料，特斯拉一體壓鑄的后地板總成不需要再進行熱處理，進一步節(jié)省了加工時間。根據特斯拉數據，13of29ModelY一體化壓鑄后地板的制造時間僅為3-51-2小時縮減明顯。省去大量涂膠工藝環(huán)節(jié)：在傳統(tǒng)汽車制造中，點焊鋼板間存在縫隙，需通過涂膠工藝實現密封防水、增加車體強度、降低鈑金件間的摩擦和震動等效果。改為一體壓鑄車體后，零件成型后即為總成，不再需要繁瑣的涂膠流程，生產工序再次簡化。車型開發(fā)周期縮短：在傳統(tǒng)車身制造中，零部件為做到精度固化，通常需經過、、三輪匹配調試，總耗時近6個月，而一體化壓鑄技術憑借零部件數量的減少，可將匹配中車身所需要的周期縮短至1-2輪，節(jié)省匹配時間3-4個月。圖24：一體化壓鑄技術可大幅提升生產效率數據來源：建約車評、汽車工藝師、市場研究部3.造車精度優(yōu)勢：精度可達微米級別，利于自動駕駛技術開發(fā)。一體化壓鑄技術可將車身匹配的尺寸鏈縮短至2到3車身精度的影響因素越少，車身精度就越可控，預計在數控加工技術的加持下，一體化壓鑄車身的精度可達到微米級別。在自動駕駛領域，車輛需通過激光雷達、毫米波雷達、高清攝像頭等高精度測量儀器實現對滾轉角均需要嚴格把控。一體化壓鑄技術的高精度優(yōu)勢可以將車身對測量儀器安裝的影響因素降到最低，利于自動駕駛技術開發(fā)。4.一體化壓鑄技術以壓鑄成型替代了焊接工藝，避免了鋁合金焊接易出現的熱影響區(qū)強度下降問題，提升了連接強度。此外，設計一體化壓鑄件時無需考慮安裝孔的大小及位置，更易實現最優(yōu)的工程學結構，進而賦予車身更強的抗沖擊能力。5.輕量化優(yōu)勢：車身用鋁量提升，最大減重可達150kg-200kg。根據建約車評數據，傳統(tǒng)鋼制車身重量在350kg-450kg，而一體化壓鑄車身的原材料為鋁合金，車身重量約為200-250kg,，更具輕量化優(yōu)勢。根據特斯拉數據，ModelY一體化壓鑄后車身總重66kg,比尺寸更小的同部位輕了10-20kg。1.2.4.技術壁壘高，設備、材料及工藝待進步一體化壓鑄尚處于發(fā)展初期，生產過程中存在眾多技術難點，主要體現在設備與模具、材料及工藝設計三方面。14of291.材料壁壘一體化壓鑄材料需具備較強的流動性。在壓鑄時，材料流動性不足將導致液流無法填滿整個模具，進而產生缺陷。與傳統(tǒng)壓鑄件相比，一體化壓鑄件具有體積大、壁薄、結構復雜等特點，對于材料流動性的要求更高。在保證材料流動性的同時，材料的力學性能也要得到滿足，兩者兼顧為一體化壓鑄鋁合金的研發(fā)帶來不小挑戰(zhàn)。一體化壓鑄件需采用免熱處理鋁合金。為提升力學性能（如強度、耐久但由于一體化壓鑄件擁有較大的投影面積，熱處理導致的尺寸變形及表面缺陷問題將被放大，進而影響產品塑形，因此為保證一體化壓鑄件力學性能達標，需采用特殊的免熱處理鋁合金材料生產。免熱處理鋁合金材料的研發(fā)需要通過長期的成分調試與性能驗證來實現，開發(fā)周期時間較長，技術壁壘高。圖25：鋁鑄件熱處理工藝流程圖26：鑄件熱處理時產生的形變數據來源：MAGMA數據來源：MAGMA2.設備壁壘一體化壓鑄件需要通過更大鎖模力的壓鑄機來實現。鎖模力是指注射時為克服型腔內熔體對模具的漲開力，注射機施加給模具的鎖緊力，投影面積越大的鑄件需要越大的鎖模力。對于傳統(tǒng)汽車結構件而言，1000T-4000T鎖模力的壓鑄機即可滿足生產需求，而一體化壓鑄件的投/后地板總成的壓鑄機的鎖模力需要在6000T柱及頂蓋總成的壓鑄機的鎖模力需要在8000T要15000T以上壓鑄機。同時，一體化壓鑄技術也對壓鑄機的注射壓力控制系統(tǒng)、伺服控制系統(tǒng)等提出更高要求。15of29圖27：力勁集團6000T大型壓鑄機數據來源：力勁集團3.工藝設計壁壘一體化壓鑄件體積大且結構復雜，壓鑄過程中易出現金屬液流紊亂、排氣困難、冷卻回縮、強度難協調等問題，產品良率難以保障，需以更精密的工藝設計做支撐。工藝設計的改良與進步并非一蹴而就，需通過大量的缺陷識別與試錯修正工作來實現，因此在一體化壓鑄領域具有先發(fā)布局優(yōu)勢的廠商有望依托自身在工藝設計端的積累建立起深厚行業(yè)護城河。需合理規(guī)劃金屬液流動路徑，避免出現紊流及夾雜現象。在一體化壓鑄中，復雜的流動管道使邊角結構增多，易導致熔融金屬在充型時無法良好填充，甚至引發(fā)紊流現象，導致內部嚴重缺陷。此外，在復雜的流動管道中，金屬液流容易產生流動性不足及流動進度不統(tǒng)一等問題，造成多處金屬液面沖擊融合，進而導致零件失效。圖28：壓鑄充型過程中的紊流分析圖29：壓鑄充型過程中的夾雜分析數據來源：MAGMA數據來源：MAGMA高速填充下空氣難以充分排出，產生氣孔將影響材料強度。在壓鑄過程中，除對鋁合金液進行前期排氣處理外，壓鑄模具也需結合仿真技術和生產過程控制進行合理的排氣結構設計，若壓鑄時模具中空氣排出不充分，產品內部將產生氣孔，進而影響材料強度及表面質量。與傳統(tǒng)壓鑄相比，一體化壓鑄時熔融金屬的注入速度更快，內部結構也更復雜，排氣難度更高，因此模具需具備更精密的排氣結構設計，并引入先進的惰性氣體保護及真空技術。16of29圖30：氣孔導致鑄件表面缺陷圖31：壓鑄模具的排氣和真空設計數據來源：MAGMA數據來源：MAGMA冷卻收縮易引發(fā)產品變形，補縮路徑設計至關重要。壓鑄工藝是金屬由熱變冷的過程，冷卻充型完畢的液態(tài)金屬將不可避免的產生產品尺寸收縮。一體化壓鑄件體積大，冷卻收縮時產生的形變尤為明顯，也更容易出現縮孔現象。為防止上述問題產生，工藝設計之初需在鑄造腔內裝配最晚冷卻材料池實現補縮。最晚冷卻材料池的設置與補縮路徑的設計需結合大量模具開發(fā)經驗和仿真模擬的參數，技術壁壘較高。圖33：通過液相分數確定補縮路徑的模擬圖32：結構件充型期間的溫度分布數據來源：MAGMA數據來源：MAGMA產品整體強度的協調性差，僅能通過微調形態(tài)與厚度調節(jié)。車身不同位置對于強度的要求不一，因此傳統(tǒng)車企會分別通過不同的材料及加工工藝滿足不同部位上零部件的要求；而一體化壓鑄件由單一鋁合金材料制成，不同部位的強度只能通過微調形態(tài)與厚度來實現，大幅提升了工藝設計難度。更難實現模具熱平衡，鑄件質量與生產率受限。在壓鑄過程中，模具只有保持一定的溫度（取決于鑄件的形狀、大小和結構特點以及合金的性質等），壓鑄件才能實現最佳的質量和生產率，但在每次壓鑄循環(huán)中，模具都將從合金液中吸收熱量，同時經過熱傳導向外界散發(fā)熱量，因此需通過合理的模具設計方案使每次散發(fā)的熱量等于吸收的熱量，實現模具的熱平衡。在實際生產中，影響模具熱平衡的因素包括澆注溫度、模具預熱溫度、合金液的容量、模具結構設計、澆注排溢系統(tǒng)的位置及數量以及操作循環(huán)時間等，因此要做到良好的模具熱平衡，還必須考慮壓鑄工藝參數的調整，包括壓射比壓、沖頭速度、留模與出模時間及噴涂等互相影響和制約的因素才能實現。一體化壓鑄下，模具體積變大，熱平衡控制難度進一步提升。此外，大型壓鑄機所需要的模溫控溫設備數量較多，單臺控制會增加工藝調試工作量，不利于快速生產。17of29圖34：壓鑄模具熱平衡的定量評估圖35：壓鑄模具溫度失衡將引發(fā)諸多問題數據來源：MAGMA數據來源：市場研究部2.2.1.特斯拉引領一體化壓鑄技術特斯拉率先量產一體化壓鑄后地板。2020年9月22日，馬斯克宣布特斯拉ModelY將采用一體式壓鑄后地板總成，開啟了一體化壓鑄先河。后地板的零件數量比減少79個，焊點由大約700-800個減少至5030%40%工藝的1-2小時縮減至3-5分鐘。圖36：特斯拉率先實現后地板一體化壓鑄圖37：特斯拉一體化后地板構造數據來源：知化汽車數據來源：知化汽車材料端：采用自研新型免加熱鋁合金。2015年12月，特斯拉聘請世界頂級鋁合金材料專家查爾斯?柯伊曼擔任材料工程團隊負責人，為自主研發(fā)一體化壓鑄專用鋁合金材料打下堅實基礎。特斯拉采用的一體化壓鑄材料為獨家配方，具有強度高、流動性好、導電性強等優(yōu)點，不需要涂層和熱處理，可大幅提升壓鑄效率。目前特斯拉已將自研的免加熱鋁合金材料申請專利，在一體化壓鑄材料端建立起深厚護城河。設備端：采用來自IDRA的壓鑄機。是一家擁有60余年歷史的世界頂級壓鑄機制造廠商，也是全球壓鑄技術的引領者，其產品的技術、性能和質量均居世界領先水平。特斯拉用于一體化后底板生產的壓鑄機為生產的Press，該壓鑄機長5.3410工廠均已配備GigaPress壓鑄機，其中加州工廠、上海工廠、柏林工廠18of29共配置14臺，德州工廠配置臺數不明，預計多于4臺。2021年3月，特斯拉向訂購了首臺8000TCybertruck的車體后部。圖38：IDRA生產的GigaPress壓鑄機數據來源：網易新聞表7：特斯拉全球各大工廠均已配備一體化壓鑄設備20年產量20年產能21年產量21年底產能22年壓鑄設備工廠項目狀態(tài)（萬輛）5.5（萬輛）（萬輛）2.5（萬輛）（萬輛）（臺）ModelX/SModel3/YModel3/YModelY在產在產在產在產在產建設中—105045—105055—1050—2加州弗里蒙特30.115.4—42.748.4—中國上海德國柏林1105038ModelY————50？1美國得州Cybertruck—————合計51.010593.611527014數據來源：特斯拉財報、乘聯會、建約車評、市場研究部一體化壓鑄技術方案：2019年7車身一體成型鑄造機和相關鑄造方法”。根據該專利內容，一體化壓鑄時共需用到五套模具，其中一套固定在中心，其余四套可移動的模具放置在四個不同方向，可移動的模具通過液壓設備分別與中心固定好的模具貼合，共同形成一個封閉的空腔。熔融狀態(tài)的鋁合金將分別從四個移動模具上的澆筑口壓入模具空腔，后在空腔內流動、匯合，最終形成大型的一體式壓鑄結構零件。19of29圖39：特斯拉一體化壓鑄方案圖解數據來源：汽車之家特斯拉一體化壓鑄技術發(fā)展路線：根據特斯拉的壓鑄機專利顯示，未來特斯拉的白車身將由53塊壓鑄件組成，一輛車共8塊構件。2020年9整個底盤結構將由前、后兩部分的單體壓鑄車身構件，和一體式的底盤集成電池包組成，零部件數量將由370個減少至2-3個大型壓鑄件，重量降低10%2022年4前已具備一體化壓鑄后地板總成與前車身總成量產能力）。此外，特斯拉將在未來持續(xù)拓展白車身以外的一體化壓鑄使用場景，包括車頂、車儀表盤和座位骨架等。圖40：特斯拉一體化壓鑄底盤結構圖41：特斯拉德州工廠將實現前車身總成一體化壓鑄數據來源：特斯拉數據來源：特斯拉圖42：特斯拉一體化前機艙已成功下線圖43：特斯拉一體化前機艙結構20of29數據來源：知化汽車數據來源：知化汽車2.2.產業(yè)鏈積極跟進，行業(yè)變革趨勢已現一體化壓鑄產業(yè)鏈主要由上游免熱處理鋁合金材料供應商及大型壓鑄機供應商、中游第三方壓鑄廠、下游整車廠組成：圖44：一體化壓鑄產業(yè)鏈數據來源：市場研究部2.2.1.上游：材料供應商目前市場上擁有免加熱合金材料技術的廠商較少，市場集中度較高，主要供應份額由美國鋁業(yè)與德國萊茵菲爾德占據，國內廠商正努力尋求國廣東鴻圖等。90年代，美國鋁業(yè)開發(fā)的?系列合金就已具備免熱處理特性，并成功應用于奧迪的全鋁車身結構件上，后經過10余年優(yōu)化改進，?系列合金已可滿足不同客2020年3中國獨家鋁合金新材料專利和專有技術授權許可協議，并完成免加熱壓鑄鋁合金材料試產。2021年10月，帥翼馳作為聯合合作伙伴，幫助蔚來汽車成功開發(fā)出可用于制造大型壓鑄件的免熱處理材料，未來將應用于蔚來第二代平臺車型上。德國萊茵菲爾德：德國萊茵菲爾德開發(fā)的壓鑄鋁合金材料、均可省去壓鑄后的熱處理工藝，且具有高韌性特點。目前與Castasil-37已成為歐洲壓鑄結構件最常用的鋁合金材料。立中集團：公司從2014年開始致力于免熱處理鋁合金材料的研發(fā)，并于2020LDHM-02ZL2020100184617，成為國內唯一一家取得免熱處理鋁合金專利證書的企業(yè)。目前公司免熱處理鋁合金材料已在新能源汽車領域實現量產，21of29華人運通高合與上海交大：2021年12月，華人運通高合汽車宣布與上海交通大學輕合金國家工程中心達成戰(zhàn)略合作，并已在技術開發(fā)層面取得實質性進展，雙方全球首發(fā)的TechCastTM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。據高合汽車表示，該材料性能指15%30%國際領先水平。目前采用TechCastTM鋁合金材料的一體化壓鑄后地板產品已成功下線。2022年1合金的研發(fā)上取得重要突破。公司表示通過合金成分優(yōu)化設計、原材料精細化預處理、熔體精煉純凈化和變質處理等全流程把控，該材料抗拉強度達到13%標優(yōu)良。目前該材料在公司內部已完成多批次的穩(wěn)定性驗證，并交付客戶小批量生產試用。2022年1免熱處理鋁合金材料成功下線6800T新能源汽車超大型一體化鋁合金后地板。發(fā)展趨勢展望：初期與先發(fā)布局廠商實現合作綁定的材料供應商將具備較強需求粘性。與特斯拉受益于eX在材料學的深厚積累不同，大多數車企在合金材料領域實力薄弱，研發(fā)一體化壓鑄專用鋁合金需依托專業(yè)第三方的技術支持。一體化壓鑄的技術方案及模具需根據使用材料特性的不同進行針對性設計，因此對實現產品成功下線的布局廠商而言，研發(fā)/勢的一體化壓鑄材料供應商，將隨著一體化壓鑄滲透率不斷提升，實現對廣闊市場的收割。2.2.2.上游：設備供應商國內壓鑄機供應商快速響應一體化壓鑄技術，紛紛發(fā)布大型壓鑄機產品，訂單份額優(yōu)于海外廠商，主要包括力勁集團（密等。海外壓鑄機大廠相對保守，布局進度落后，僅瑞典布勒擁有大型壓鑄機產品。利2017年IDRA發(fā)布全球首款5500T2021年4月，力勁集團發(fā)布9000T巨型壓鑄機；預計公司新一代12000T壓鑄機將在1-2年內下線。海天金屬：2021年4壓鑄機亮相市場，并于12月實現首次交付，該壓鑄設備可實現新能源汽車在內的車身、底盤等大型結構的一體化。伊之密：2022年3超重型壓鑄機研發(fā)完畢并實現裝2022年6系列超大型壓鑄機7000T，并與一汽鑄造建立9000T壓鑄整體解決方案22of29的戰(zhàn)略合作關系。瑞士布勒：2020年12的610壓鑄機。2021年7超大型兩模板壓鑄機。發(fā)展趨勢展望：供不應求將長期存在，看好國內龍頭發(fā)展。根據特斯拉專利數據，Press壓鑄機的節(jié)拍范圍為秒，假設設備有效工作時間為70%350個工作日17.6-35.226.4萬件/根據我們測算，2025年全球一體化壓鑄技術應用車型銷量將達568萬輛，假設2025年可實現一體化壓鑄的部件包括后地板、前機艙及中地板，行業(yè)平均產能利用率為60%，產品平均良率為85%2025年全球一體化壓鑄機存量需超126臺。結合各大型壓鑄機供應商產能規(guī)劃及已出貨情況，預計一體化壓鑄設備供不應求的局面將長期存在。我們認為國內壓鑄設備龍頭廠商在一體化壓鑄領域具有技術先發(fā)優(yōu)勢和地域優(yōu)勢，未來將盡享行業(yè)高增紅利。2.2.3.中游：壓鑄零部件廠國內壓鑄零部件廠商紛紛搶占一體化結構件市場高地，包括文燦股份、拓普集團、愛柯迪、旭升股份、廣東鴻圖、美利信、泉峰汽車、瑞立集團、華朔科技等在內的諸多廠商均已開啟相關產線搭建或規(guī)劃。文燦股份：公司于年57套大型壓鑄單元，其中2套3套4500T1套1套系列兩板式壓鑄機，用于研發(fā)及生產車身結構件、一體化電池盒托盤、電機殼、變速箱殼體等，目前上述壓鑄機均已在南通生產基地完成安裝6000T一體化后底板已于年月完成試產下線，計劃2022年8月正式量產交付；2021年8月，公司再次向力勁集團采購2套2022年49000T一體化后地板，南通基地于2022年6月成功試產下線9000T一體化后20229套系列大型兩板壓鑄機，其中2套7000T、2套4500T、3套3500T、2套2800T。拓普集團：2021年9月，公司與力勁集團簽署戰(zhàn)略協議采購21臺壓鑄單元，包括6臺7200T、10臺4500T、5臺2000T的壓鑄設備，用于新能源汽車超大型結構件、如前機艙、后車體及電池殼體等產品的生產。2022年2月首個擁有超大型一體化鋁合金結構件量產技術的汽車零部件供應商。愛柯迪：年3引入45臺壓鑄機，包括4臺4400T壓鑄機、2臺6100T壓鑄機和2臺8400T40千克，新能源汽車電池系統(tǒng)單元產品的規(guī)格為10千克，較公司現有的傳統(tǒng)中小件產品的規(guī)格有較大幅度的提升。23of29旭升股份：年6三年內向海天金屬訂購總價約2億元的壓鑄島設備，機型覆蓋合作伙伴關系，共同開發(fā)應用于一體化壓鑄領域的超大型壓鑄機。廣東鴻圖：2021年126800T壓鑄設備正處于設備安裝階段。2022年1月，公司6800T底盤一體化結構件正式下線，該底盤一體化結構件產品采用自主研發(fā)的高強韌免熱處理鋁合金材料，鑄件尺寸大小約1700X1500X700mm，澆注重量約100Kg，是目前最大的鋁合金高強韌壓鑄件之一。同時，公司與力勁集團、鴻勁鋁業(yè)、廣州型腔就12000T超級壓鑄單元研發(fā)項目舉行了簽約，并與力勁科技集團簽訂了8臺包括2臺12000T噸位機型在內的大型壓鑄島采購協議。美利信：2021年4月，公司與海天金屬簽約壓鑄機，并于12月實現交付；2021年6月，公司與海天金屬簽署戰(zhàn)略合作協議，向海天金屬再次訂購2套和2套來三年內再次采購10臺6600T和8800T超大型壓鑄機。泉峰汽車：2020年公司啟動安徽馬鞍山汽車零部件智能制造項目建設，該項目計劃首批將增設2700T兩臺，3000T、4200T、4400T、6000T、8000T各1臺大型壓鑄設備。瑞立集團：2021年436800T8000T和9000T）超大型壓鑄單元。2021年6800T超大型智能壓鑄單元各1臺，2000T大型智能壓鑄單元6臺，共計8臺智能壓鑄裝備。輝晗精密：年64000T、4500T、6600T、壓鑄島各一套，共同開拓汽車輕量化和一體化壓鑄市場。寧波海威：2021年12體化電池包產品，并規(guī)劃在紹興生產基地的現有廠房內安裝6臺6600T和9000T艙、后車體及電池包箱體等產品的生產制造。表8：國內眾多第三方壓鑄廠先發(fā)布局一體化壓鑄壓鑄廠材料壓鑄設備（含已簽訂單）進展情況與立中集團合作開發(fā)免熱處理鋁合金文燦股份力勁集團供應，2套9000T、2套7000T、2套6000T已獲得蔚來、理想訂單一體化壓鑄后艙成功下線，后續(xù)用于高合新車型拓普集團上海交大TechCastTM力勁集團供應，6套7200T自主研發(fā)高強韌免熱處理與小鵬共同開發(fā)，目前已下線6800T底盤一體化結構件預開發(fā)階段廣東鴻圖愛柯迪力勁集團供應，2套12000T，1套6800T瑞士布勒供應，2套8400T、2套6100T鋁合金材料/24of29旭升股份泉峰汽車美利信///////海天金屬供應，1套8800T、一套6600T1套8000T、一套6000T規(guī)劃中規(guī)劃中已獲蔚來訂單規(guī)劃中海天金屬供應，3套8800T、2套6600T力勁集團供應，1套9000T，1套8000T，一套6800T力勁集團供應，1套8000T，一套6800T海天金屬供應，1套8800T，一套6600T6套6600T和9000T瑞立集團華朔科技輝晗精密寧波海威規(guī)劃中規(guī)劃中已下線一體化壓鑄電池包數據來源：各公司公告，各公司官網，市場研究部發(fā)展趨勢展望：短期整車廠與共同參與，中期主導，長期回歸自建產線。一體化壓鑄屬于重資產、技術密集型行業(yè)。短期來看，一體化壓鑄應用部件僅為后地板總成，整車廠自建產線的負擔不大，并可節(jié)省大量物流成本，保證供應量，對于高銷量車型具有一定性價比，供應格局將呈現外部采購模式與整車廠自建產線模式并存。中期來看，一體化壓鑄部件有望延伸至前后車體底部結構、中地板、座椅骨架、車門/與意愿將降低；隨著一體化壓鑄技術的完善，產品良率亦有望進一步提升，/化，整車廠為形成核心競爭力或提升產品自供比例；同時，隨著應用一體化技術的車型占比提升，整車廠自建一體化壓鑄產線的規(guī)模效應將不弱于，供應格局將向整車廠自建產線模式傾斜。2.2.4.下游：整車廠除特斯拉外，蔚來、小鵬、理想、高合、沃爾沃、華為小康、大眾等車企已開啟一體化壓鑄布局，吉利、一汽、東風、小米等有望隨后跟進，2022年公司將向六家中國車企交付適用于一體化壓鑄的大型壓鑄機，國內前瞻布局一體化壓鑄勢頭正酣。蔚來：2021年10月，蔚來正式宣布成功驗證開發(fā)了可用于制造大型壓鑄件的免熱處理材料，該材料為蔚來與帥翼馳聯合開發(fā)，預計將應用在2021年NIO的車身后地板相關部件將采用一體式鑄造成型，稱該技術將使整車抗扭剛度由31kNm/deg34升以上的后備箱空間。2022年6月，蔚來發(fā)布，該車采用了一體化鑄造全鋁后幅車架。小鵬：2021年10月，小鵬提及武漢工程將加設一體化壓鑄工藝車間，2022年1鴻途簽約12000T一體壓鑄單元，以及新能源汽車一體化前艙總成、一體化后地板總成和一體化電池托盤等關鍵和核心輕量化部件等項目。小鵬何小鵬曾表示，公司將在2023年推出兩個全新車型平臺及其C級車平臺和B高合：2022年2巨型壓鑄機正向開發(fā)的一體化超大壓鑄車身后艙正式量產下線，壓鑄材料為高合汽車與上海交通大學共同研發(fā)的TechCastTM超大鑄件用低碳鋁合金。25of292022年1體化壓鑄車身，目前正處于全面研發(fā)階段。沃爾沃：2022年2月，沃爾沃宣布瑞典工廠將引入鋁合金一體鑄造工藝、新的電池組裝廠以及全面翻新的涂裝和總裝車間，其中關鍵一項是使用8000T間為2025年。大眾汽車：公司將在德國沃爾夫斯堡建立一座全新工廠，預計于2026年起生產基于大眾平臺的2022年5件樣件下線。該鋁壓鑄樣件采用440030多個零部件，可以減重10kg，后期將用于純電動汽車的生產。特斯拉是目前唯一一家可實現一體化壓鑄產品批量生產的車企，在材料、設備、技術成熟度等