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汽车行业专题研究报告:一体化压铸,车身制造全新革命

1 节能减排+续航焦虑推动轻量化进程

节能减排+电动化趋势下,轻量化为重要趋势

政策推动,节能减排标准不断提升。“节能减排”成为我国经济发展的主旋律。汽车领域是推进 节能减排的重点。2020年中国汽车工程学会组织全行业专家修订编制的《节能与新能源汽车技术 路线2.0》发布,对于乘用车新车的油耗做了具体的要求,2025/2030/2035年乘用车新车的平均 油耗需要达到4.6、3.2、2.0L/100km,节能减排标准持续升级。

新能源渗透率持续提升,里程焦虑成为消费者核心关注。在政策+市场的双重助推下,国内新能 源车渗透率快速提升,从2020年1月的2.7%提升到2021年11月份的20%,随着新能源车份额的 不断扩大,相关的问题也逐渐突出。 2021年“中国汽车流通协会”发布文章《如何破解新 能源车里程焦虑?》,提及根据协会对于新能源车主用车体验的面访调研结果,用户购买时最关 心的问题就是“电池续航能力”,占比达到31.8%,里程焦虑成为消费者购买新能源车的核心关 注内容。

新能源车三电系统质量增加,续航里程诉求带来轻量化需求。新能源车相较于燃油车虽然减少了 发动机和变速箱,但是增加了三电(电机、电控、电池)系统,电池动力系统的能量密度低于燃 油系统,因此新能源整车的质量高于传统燃油车。而新能源车对于续航里程的述求,增加了对于 整车轻量化的需求。

轻量化助力节能减排,铝合金材料性价比最佳。汽车重量每减轻 10%,最多可实现节油5-10%,整备质量每减少100kg,百公里油耗可以降低0.3-0.6L,减少 CO2排放8.5g/km,因此轻量化成为节能减排领域的重点发展技术。同时在不同的轻量化材料 中,对比多种金属合金和碳纤维,铝合金的性能、密度以及价格等多方面具备优势,是最具有性 价比的轻量化材料。

2 铝合金用量提升,推动结构件需求增加

铝合金车身结构件技术门槛较高,玩家较少。相较于小件、三电系统和轻量化底盘系统,车身结 构件的产品结构比较薄,平均壁厚仅为2.5~3mm,且零件大型化,很容易变形。对于零部件的 强度要求也很高,因此具备较高的技术门槛,目前仅有前横梁、左右门框、减震塔、尾盖箱、纵 梁等零部件可以采用压铸工艺进行生产。车身其它结构更多的采用高强度钢材料通过冲压、折 弯、焊接等方式进行制造,因此目前进入车身结构件压铸领域的供应商也相对较少。(报告来源:未来智库)

白车身采用铝合金成为趋势,结构件需求大幅增加。随着轻量化需求的不断增加,铝合金白车身 的需求从豪华车辆向中端汽车迁移,铝合金结构件的需求大幅增加。除了压铸工艺之外,冲压、 焊接、铆接等也是铝合金白车身制作工艺。

高压+快速充型,高压压铸具备极高生产效率。高压铸造是一种将熔融非铁合金液倒入压室内, 以高速充填钢制模具的型腔,并使合金液在压力下凝固而形成铸件的铸造方法。适合制造体积较 大,结构复杂,表面质量要求高、批量制造速度快的零件。对于压铸机的锁模力要求一般在 1200T以上,金属溶液在高压下高速填满模具,生产效率高。

具备多项优点,适合汽车零部件制造。高压压铸的优点包括:1)高压下成型,产品致密性高, 产品强度及表面硬度高,但产品的延伸率较低;2)产品表面光洁度好;3)可生产壁薄的零件, 铝压铸壁厚最薄可达0.5mm,适合车身结构件。

3 设备/材料/工艺共同助推一体化压铸出现

压铸尺寸/重量增加,需要更大吨位压铸机。对于不同尺寸的汽车零部件压铸过程,需要不同吨 位的压铸机进行实现。根据各家企业披露资料测算,从铝合金小件外壳(上限1600T)到车身结 构件(减震筒/纵梁/A/B柱等)(上限4400T),所需压机的锁模力不断提升,一般的高压压铸 机在1000-4400T之间。如果需要铸造更大体积的产品,需要更大吨位的压铸机配合。

设备企业推出超大吨位压铸机,为大尺寸车身结构件压铸提供技术支持。2017年意德拉(力劲 子公司)发布全球首台5500T压铸机;2019年11月,力劲集团率先发布全球首台锁模力达到 6000T的超大吨位压机;2021年3月,意德拉宣布获得全球首个8000T压铸机订单;2021年4 月,力劲集团发布全球首款9000T压铸机。此外,包括海天,伊之密等压铸机公司均推出7000T 以上压铸机产品,各大压铸机制造企业为压铸技术升级做好了设备储备。

4 特斯拉引领,车企+供应链陆续跟进

产品简化+安全提升+效率提升+成本降低+精度可控推动特斯拉尝试一体化压铸技术

特斯拉推出一体化压铸技术,简化Model Y底板结构。2020年9月,在特斯拉“电池日”上马斯 克介绍Model Y产品将采用一体化压铸后底板总成,该技术替换了传统车身制造冲压+焊接的方 式,通过一台锁模力为6000T的大型压铸机将整个后底板70余个零部件精简为一个一体成型,后 续计划通过2-3个大型压铸件替换370个零部件的下车体总成。

新技术有效减重,提升车辆安全。根据特斯拉披露,Model Y一体化压铸后车身重66公斤,比尺 寸更小的Model 3同样部位轻了10-20公斤,同时零件一体成型在对应碰撞时候能够更好的承受 冲击力,提升车身的骨架安全性。

销量快速爬坡,带来生产效率提升需求。作为全球新能源车龙头,特斯拉的销量快速放量,根据 我们预测2025年全球销量有望达到450万辆,2021-2025年CAGR达到46%。因为全球工厂建设 进度不及预期,销量快速增长的同时,带来了生产效率提升的需求。

有效提升生产节拍+降低成本。新的一体化压铸技术让特斯拉白车身的连接点由700-800个减少 到50个,零部件制造时间大大缩短从数小时下降到数十分钟,大幅度的精简了制造流程,提升了 生产效率,相比传统车身制造的“冲压+焊接”工艺,一体化压铸具有轻量化、零件数量及焊接 工序步骤减少、人员及土地节约等优势,能极大地节约造车成本。

制造过程精度可控,车身尺寸维护成本极低。传统白车身的冲焊工艺,一台车由500+零部件组 成,全车合计4000-6000个焊点,零件尺寸误差累积需要大量的时间进行调试(三轮,6个 月),一体化压铸因为制造过程极简,制造精度可控,整车尺寸调试时间和成本大大降低。

加州工厂率先试点,全球4大超级工厂全面布局。2020年8月,特斯拉加州“弗里蒙特”工厂率先 安装意德拉旗下的6000T超级压铸机,通过一体化压铸工艺对Model Y车型的后底板部位进行制 造。选择后底板是因为:1)6000T压铸机只能够保证这样体积的零部件压铸;2)该位置为传统 车油箱的位置,碰撞受损的几率较小。在试制成功之后,特斯拉向力劲集团采购了13台6000T超 级压铸机,在全球4大超级工厂全面布局一体化压铸设备,目前上海工厂已经完成了3台设备的安 装调试。

铸造压力逐步升级,加工零部件+车型不断拓展。除了后部总成之外,特斯拉计划在德州工厂和柏 林工厂将Model Y的前部车身也通过一体化压铸来进行制造。2020年3月四季度财报会议上,特 斯拉宣布已经订购8000T的压铸机,用来生产大型卡车CyberTruck的后部总成。

多家车企跟进一体化压铸,市场空间广阔。因为一体化压 铸技术在效率、安全、降本等方面的优异表现,受到了市 场强烈的关注。根据力劲集团披露,2022年将向六家中国 车企交付适用于一体化压铸的超级压铸机。根据我们测 算,随着一体化压铸技术的渗透率提升,2025年市场空间 有望达到389亿元,2021-2025年的CAGR达到205%。

汽车供应链及时跟进,新势力车型确定采用一体化压铸。 2021年5月,文灿股份向力劲集团采购了2套6000T压铸机 设备,成为除了特斯拉之外,第二家拥有6000T压机的企 业。公司获得了蔚来汽车、理想汽车相关的一体化压铸订 单,并且后续计划采购9000T压铸机,进一步加深在一体 化压铸领域布局。此外,爱柯迪、拓普、广东鸿图等压铸 企业也纷纷采购大吨位压铸设备,布局一体化压铸领域。(报告来源:未来智库)

5 一体化压铸相关公司分析

文灿股份-轻量化车身结构件先发优势

国内领先的汽车铝合金精密压铸件供应商,收购法国百炼形成完整压铸工艺。公司总部位于惠州,成立于1998 年,并在江苏南通/宜兴和天津设有全资子公司,于2018年4月上海交易所正式挂牌。经过20多年的发展,目前 已经形成了汽车发动机系统、变速箱系统、底盘系统、制动系统、车身结构件等系统的铝合金压铸零部件为主导 的企业集团。公司于 2020 年完成了法国百炼集团收购后,形成高压/低压/重压铸造的完整工艺。

收购推动营收增长,汽车类压铸业务占比不断提升。非汽车类压铸件占比下降,模具类业务占比波动下降。 2021年前三季度,公司实现营收29.65亿元,同比增长103.60%。主要系法国百炼集团并购完成后,其一贯的经 营稳健叠加整合与协同效应为其带来了良好的业绩恢复所致。随着节能减排政策+电动化驱动,汽车轻量化加 速,以及车身结构件业务不断放量,汽车类压铸件业务有望继续扩张。

完成全球产能布局,产品品类不断扩充。公司总部位于广东佛山,并且在江苏南通、江苏宜兴以及天津市设有全 资子公司,实现了珠三角、长三角、环渤海地区的合理布局。同时,公司子公司法国百炼在墨西哥、中国(武 汉、大连)、法国、匈牙利等国家拥有10个生产基地,公司目前已经完成了全球生产基地的布局。产品品类也从 原有的传统动力系统压铸产品,扩充到底盘结构件、刹车零部件等多品类。

车身结构件具备先发优势,轻量化普及推得动结构件营收占比持续提升。车身结构件由于对汽车起支撑、抗冲击 的作用,对强度、延伸率、可焊接性都有着极高要求,材料制备、压铸难度非常大。生产过程集合了材料、模具 和工艺(压铸工艺和热处理工艺)等各项技术能力,包含很多 know-how, 因此技术壁垒较高。包括:1)模 具设计开发;2)高真空压铸工艺积累;3)材料制备技术;4)热处理工艺等。公司多年持续研发并提升真空压 铸技术,为车身结构件轻量化积累了丰富的技术和经验,在铝合金压铸车身方面具备先发优势。随着轻量化的不 断普及,车身结构件产品营收占比持续提升。

旭升股份-三电系统供应商布局一体化压铸

国内领先的汽车轻量化铝合金压铸件供应商,具备三大加工工艺。经历20余年的发展,目前已经 形成以新能源汽车变速系统、传动系统、电池系统、悬挂系统等核心系统的铝合金压铸零部件为 主导的企业集团,具备压铸、锻造、挤出三大工艺。

自动化生产设备先进,核心团队行业运营经验丰富。公司的铸锻件工厂引入了国际顶尖的水平连 续铸造设备和热模锻设备,并通过聘请国内外知名专家,培养和引进高级专业人才,建立了自己 的核心技术团队。

汽车类业务为主,有望继续维持高增速。2021年 前三季度,公司实现营收20.12亿元,前三季度营 收同比增长82.10%。2014年公司与特斯拉签订合 同,公司营收受益于特斯拉的持续放量。凭借特斯 拉背书,公司成功拓展了新的国内外整车、零部件 及动力电池客户。新能源汽车的普及将提升轻量化 零部件的需求,公司营收有望继续高速增长期。

特斯拉三电系统供应商,电池盒工艺有望一体化压铸升级。2021H1来自特斯拉的收入在公司的营 收占比为40.37%,主要产品为三电系统铝合金压铸产品。三电系统中的电池盒目前的主要工艺为 铝挤压+激光焊接+搅拌摩擦焊,随着特斯拉主导的一体化压铸工艺的逐渐成熟,有望向一体化压 铸的方向升级,从而进一步提升产品的质量及生产效率。

爱柯迪-中小铝压铸件龙头,进入一体化压铸领域

国内领先的汽车铝合金精密压铸件专业供应商。主要从事汽车铝合金精密压铸件的研发、生产及销售,于 2003年12月成立,2017年11月在上交所上市。主要产品包括汽车雨刮系统、汽车传动系统、汽车转向系统、 汽车发动机系统、新能源汽车三电系统等适应汽车轻量化、节能环保需求的铝合金精密压铸件。

铝压铸行业细分品类多竞争充分,全球范围内铝合金中小件的领先企业。中国铸造协会数据显示 ,近年来我国压铸企业有3000多家,绝大多数规模都比较小,竞争格局分散。发达国家的压铸 企业数量较少规模大。细分铝压铸件大件和中小件来看,爱柯迪坚持技术性强、工艺复杂、附加 值高的中小型汽车铝合金精密压铸件为主的产品路线,是全球范围内铝合金中小件的领先企业。

客户资源优质稳定,严格认证标准提高准入门槛。爱柯迪销售采用直销模式,业务均衡覆盖美洲 /欧洲/亚洲的汽车工业发达地区,客户主要为全球汽车产业链上的一级供应商,包括法雷奥、博 世、麦格纳、电产、耐世特等。由于汽车整车的高安全性要求,零部件准入门槛较高,伯特利一 直积极参与客户产品的先期研发工作,形成公司研发质量与品牌信赖度不断提升的良性循环。

引进大吨位压铸机,向大型结构件+一体化压铸业务扩展。2021年8月,公司成立新能源汽车事 业部,从组织架构层面来配套公司新产品拓展的需求。公司新建高新技术产业园项目,根据该项 目环评信息显示,公司拟购入45台压铸机。其中,包括了4台4400T、2台6100T和2台8400T压 铸机。车身结构件产品(后底板)重量达到40kg,较现有中小件产品规格有较大的提升。 

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