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汽车一体化压铸行业深度研究:一体化压铸必行市场空间前景可期
华体会官方入口 栏目:铸造知识 发布时间:发布时间:2022-09-27 03:31:58 来源:华体会官方入口 作者:华体会登录网站

  一体化压铸如今势在必行,处于探索期和成长期的拐点。一体化压铸由特斯拉首次提出,后续各大压铸件厂商和各大自主新兴 势力也在积极更进,如今已成为当前汽车行业的热点。我们认为一体化压铸如今处于探索期和成长期的拐点处,未来将进入飞 速增长的发展阶段,行业未来前景可期。

  全球汽车产销量发展势头良好:近年来产销量在9500万辆上下略有波动,于2017年达到最高峰,近三年来略有下降趋势但幅度 较少,且产销量均维持在8000万辆以上。 中国汽车产销量发展势头良好:近年来产量在2400万辆上下略有波动,销量在2500万辆上下略有波动,于2017年达到最高峰, 近三年来略有下降趋势但幅度较小,且产销量均维持在2500万辆以上。 新能源汽车发展势头良好:新能源汽车发展迅速,产销量高速提升。从2012年的2.88万辆到2020年的136.61万辆,八年间 CAGR达62.00%。从2015年的40.13万辆到2020年的136.61万辆,五年间CAGR达27.76%。

  全球乃至中国碳排放问题愈发严重。全球二氧化碳排放量逐年高增,碳排放问题愈加严重。低碳化给环境带来重大危害,引起 全球人民的广泛关注。在低碳化的背景下,促生了新能源汽车的发展,也促生了轻量化的需要。 国家重视“双碳”政策对碳排放进行控制。

  低碳化需求刺激轻量化趋势产生。汽车是碳排放量剧增的重要原因,而减轻汽车质量能够降低燃油排放。有关试验数据研究表 明,汽车整车重量每减少100kg,百公里油耗可降低0.3~0.6L,二氧化碳排放可减少约5g/km。 新能源汽车需要轻量化,因为轻量化能够降低油耗,提升续航里程。“里程焦虑”是新能源车目前需要着重解决的问题,减重 可以提升续航里程。根据有关实验数据,电动汽车整车重量若降低10kg,续驶里程可增加2.5km。 新能源汽车对轻量化更加迫切。燃油车质量的主要来源在于发动机、变速箱系统等,而新能源汽车质量主要来源为三电系统 (电动机、动力电池、电控系统)。一般而言,新能源汽车质量比燃油车质量大,因为三电系统质量较大。因此,新能源汽车 对减轻质量的需求比燃油车更加迫切。

  提高车身用铝量成大势所趋,铝合金未来发展向好。《节能与新能源汽车技术路线图》提出“以铝合金、镁合金和碳纤维复合 材料为重点,逐步掌握轻量化材料制造技术“的总体思路,对我国2015年、2020年、2025年的铝合金使用情况、发展目标都 提出了明确的指导意见和计划。

  压铸是铸造的一种,指一种利用高压将金属溶液压入压铸模具内,并在压力下冷却成型的一种精密铸造方法。 压铸是技术最先进、效率最高的精密零部件制造技术之一。压铸是一种少、无切削的近净成形金属热加工成型技术,其产品具 有精密、质轻、美观等诸多优点,广泛应用于汽车、家电、航空、机械等诸多行业。 压铸是铸造中使用最为广泛的工艺。铸造分为多种类型,而压力铸造(即压铸)是综合性能最优异、使用最广泛的工艺。

  白车身是汽车四大组成成分的一部分。汽车主要由车 身、底盘、发动机、电器设备四部分组成。车身即汽 车的骨架,是驾驶员、乘客、货品所在的场所,主要 由钢材、铝材等金属通过冲压/压铸、焊接等工艺制作 而成;发动机即给汽车提供动力输出;底盘即接受发 动机的动力,使汽车产生运动;电器设备及汽车所需 的一些用电设备,如空调、显示屏等。

  一体化压铸颠覆传统车身制造工艺,车身制造迎来大变革。19世纪末期,“梅赛德斯”开创了汽车时代,此时造车工厂以人工 焊接车身为主。1913年,福特斯彻开启大批量流水线汽车生产时代,机器取代人工,此时焊接技术逐步成熟。2020年以来,特 斯拉提出一体化压铸后底板,汽车车身制造工艺发生重大变革,一体化压铸随着诞生。

  一体化压铸仍存在一定劣势,但优远大于劣势。 劣势一:维修成本高。倘若车辆受损需要更换零部件,传统方式仅需更换一小块冲撞部位的零部件,而一体化压铸需整体更换 零部件,维修成本相对较高。目前特斯拉一体化压铸后底板冲撞概率较低,不易碰撞损伤。 劣势二:调整大。一体化压铸是新兴工艺,需对原本的厂房做出重大调整,如缩减冲压、焊接工艺设备,增设大型一体化压铸 机和大型模具等。同时,一体化压铸目前处于发展初期,不确定程度较大。 劣势三:投入成本高。一体化压铸需要超大吨位的大型压铸机(6000T以上)和大型模具,而大型压铸机和大型模具的采购价 格往往极其高,使得投入成本很大。

  特斯拉引领一体化压铸发展潮流。特斯拉领先一体化压铸布局道路,首先开发用于一体化压铸的铝合金配方(具备所需材料), 之后发布一体化压铸白车身的专利(具备所需方案/计划/设想),其次安装第一台大型压铸机(具备所需设备),之后电池日 宣布整个下车体的压铸计划(车身+底盘明确计划),最后实现后地板量产(已实施成功)。

  玩具车的制作方法较大型整车的“冲压+焊接”制作方法相比,极度简化且高效。整车的“冲压+焊接”模式十分复杂,所涉及 的零部件有上百个,所涉及的冲压机、焊接机器人有几十个。倘若我们需要得到一个白车身,首先需要几十个冲压机冲压成小 块的、不同形状的上百个结构件组件,其次需要几十个焊接机器人将各个结构件组件焊接成结构件,再将稍大块的结构件与覆 盖件焊接形成白车身。而对于玩具车而言,它仅需一个铸造机,仅需将液体注入铸造机,即可一体成型整个白车身,极度简洁。

  特斯拉成功研制一体化压铸技术的铝合金配方——免热铝合金。特斯拉于2019年1月8日发布专利“CN112567059- Aluminum alloys for die casting”(用于压铸的铝合金),描述了一种高性能压铸铝合金,其中铝合金的特征在于:具有高 屈服强度和高导电性,并且在压铸时还具有高流动性和低热裂敏感性。 免热铝合金无需进行热处理就可满足机械性能的要求。传统铝合金或其它金属/合金通常必须通过热处理过程来提升机械性能, 免热铝合金无需进行热处理就可以达到相同的效果,因此避免了大型压铸件在热处理过程中易出现的变形或产生表面缺陷的问 题,大幅度降低产生废品的风险,提高良品率。

  铸造机可以整体地铸造一个完整的一体式车架。 左图是用于根据本公开实施例配置的车辆车架的多向铸造机的示意 图。在某些具体实施方式中,铸造机可以被配置成整体地铸造一个 完整的或基本完整的一体式车架,用于车辆(例如,电动汽车)。 在其它具体实施方式中,铸造机可以被配置成铸造部分(例如,左 侧、右侧、屋顶、地板、前侧和/或后侧)的一体式框架。在这样 的实施例中,可以要求多台铸造机来铸造整个车架。然而,如上所 述,本文所公开的铸造机可以减少铸造机或实际铸造所需的铸造机 或实际铸造件的数量,以铸造完整或基本完整的车辆车架(例如, 减少到少于六、小于五、小于四、小于三、小于两、或一个铸件或 铸造机)。例如,铸造机可以被配置成铸造高达或约20%、40%、 60%、80%、100%或大约其之间的任何百分比的一体式车身车架 (例如,在一个铸造中)。

  特斯拉率先应用一体化压铸后地板。 采用一体化成形压铸的方式生产 Model Y的整个后部车体,将原先 由多工序所需的70多个零件集成为1 个,减重约30%,降造成本约 40%。 下车体为一体化压铸首先渗透的部 位。2020年9月,特斯拉电池日宣布 前机舱、中地板、后地板采用一体 化压铸的设想,同时发布CTC技术, 将电芯或模组安装在车身,连接前 后的车身铸件,使电池上盖取代座 舱地板。

  第一步:通过梳理特斯拉一体化压铸的发展历程,从中得出一体化压铸的发展规律。比如,需要怎样的特殊材料(免热铝合 金);比如,需要怎样的特殊设备(超大型压铸机);比如,一体化压铸实施的部位(从下车体开始,逐步拓展到其它部位); 比如,一体化压铸的渗透规律(先从哪个部位开始,大概哪一年实现量产)。通过观察特斯拉的一体化压铸发展历程和公开的 未来规划,我们可以大致预知未来的一体化压铸发展趋势,并基于已有历史,进行合理的未来空间预测。

  第二步:通过梳理其它整车厂和Tier 1一体化压铸的发展历程,验证一体化压铸发展规律。通过观察其它车厂和Tier 1的布局, 我们可以验证它们的路线基本与特斯拉保持一致,只是由于入局时间略晚,可能速度会慢于特斯拉1-2年(目前还未入局的车厂 和Tier 1可能慢于特斯拉3-5年)。同时,通过观察它们的布局状况和规划,我们可以发现一体化压铸发展的新思路/规律。

  第三步:通过梳理前两步的情况,对每个车体部位的未来情况进行合理预测。比如,我们将下车体中的后地板单拎出来,梳理 特斯拉、整车厂(蔚来、沃尔沃等)、Tier 1(文灿、广东鸿图等)对后地板的规划,观察它们的后地板几几年开始规划,几几 年成功下线,几几年实现量产。通过观察它们的规划,我们可以大致预估未来各部位在乐观/中性/保守情况下大约需要多少年 可以实现量产。

  预计一体化压铸总搭载销量2025年达348万辆,2030年达1105万辆。预计中国汽车销量2025年接近3000万辆,2030年接近 3500万辆。其中,预计新能源汽车销量2025年突破1100万辆,2030年突破2200万辆;预计新能源汽车一体化压铸搭载销量 2025年达295万辆,2030年达889万辆。预计燃油车一体化压铸搭载销量2030年达215万辆。

  一体化压铸市场规模预测思路: 一体化压铸市场规模=单车价值量*一体化压铸搭载销量 乐观情况:预计2025年市场规模达405亿,2030年市场规 模达2614亿; 中性情况:预计2025年市场规模达320亿,2030年市场规 模达2063亿; 保守情况:预计2025年市场规模达264亿,2030年市场规 模达1432亿。

  超大型压铸机市场规模预测思路: 超大型压铸机市场规模=压铸机数量*压铸机价格 压铸机数量=压铸件个数/单台压铸机年产能 压铸件个数=汽车销量*单车所需铸件个数 乐观情况:预计2025年市场规模达78亿,2030年市场规模 达573亿。 中性情况:预计2025年市场规模达62亿,2030年市场规模 达424亿。 保守情况:预计2025年市场规模达51亿,2030年市场规模 达276亿。

  合理假设: 单车用铝量:《节能与新能源汽车技术路线kg的规划。 在此基础上,我们预计2025年中国平均单车用铝量达250kg,2030年中国平均单车用铝量达350kg。 铝压铸件价格:依据文灿股份招股说明书,我们推测铝压铸件单价为48元/kg。 经测算,预计2025年汽车铝合金市场规模达3212亿元;预计2030年汽车铝合金市场规模达5661亿元。经测算,预计 2025年压铸铝合金市场规模达2473亿元;预计2030年压铸铝合金市场规模达4359亿元。 我们预测:预计2025年压铸铝合金市场规模达2726亿元,2030年压铸铝合金市场规模达4424亿元。

  (本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)