一体化压铸技术普及之路:六大瓶颈亟待解决

全球能源危机和全球变暖问题的加剧,引发了各行各业的剧烈变革,推动了节能减排落实并持续推进,其中汽车行业首当其冲。汽车轻量化是节能减排的有效手段之一。


车百智库调研报告《新能源汽车一体化压铸技术发展建议》指出一体化压铸技术作为一种新型生产方式,对车辆轻量化、降本增效等起到了积极作用,但在产业化过程中仍存在一些难点问题,需引起关注。



01
对产业链各环节要求较高




在上游设备端一体化压铸工艺对压铸机的锁模力、模板尺寸、压射力、压射量、压射速度等有较高要求,研发壁垒高。在上游材料端,由于一体化压铸零部件较大,后期热处理将产生较大变形,因此需采用免热处理合金材料,但免热处理铝合金材料对材料配比要求严格。在上游模具端,一体化压铸使用的模具在型腔精度、表面质量、模具强度、模具密封性等方面相比传统模具要求更高,设计研发及制造成本高。


在中游压铸商端,一体化压铸生产过程需要配置大型压铸机、复杂精确的模具设计、免热处理的新型铝合金材料和免热处理的高真空压铸工艺,并且在大规模量产中保持良品率及一致性。


在下游整车端,使用一体化压铸零部件需要车企与材料、模具、设备、工艺、质量控制、供应链管理等产业链多方企业合作研发,共同解决上车问题。


02
仍需突破投入成本高、良品率不足、维修经济性欠佳、配套体系待优化等瓶颈挑战




一体化压铸全周期投入成本高。相对于传统的压铸工艺,一体化压铸的设备及生产工艺复杂、生产周期长、资金投入大。在设备端,大型压铸机价格随锁模力的增加而上升,例如,9000T压铸机价格超过1亿元,平均价格达到1万元/吨。除了投资大型压铸机之外,还要采购喷涂设备、冷却设备、高真空设备等相应设备,设备的采购价格、维护和保养成本均较高。部分供应商前期已投入小型压铸设备,采用一体化压铸意味着全新投资,现有的小型设备可能会被闲置。


在模具端,高昂的模具开发与采购成本,对模具企业的规模和资金实力要求也很高。


在材料端,相较于传统钢件以及小件铝合金,大型铝合金件的单件成本优势不明显,而且从铝原材料、新材料开发均需要兼顾材料成本,电解铝的能耗和碳排放高于纯钢,在双碳目标下有待绿色铝锭的生产。


在生产端,一体化压铸通常需要在厂房设计初期就考虑到产线布局,既有工厂很难直接通过改造来布局一体化压铸设备。一体化压铸具备重资产属性,需要大量的资金投入,导致部分压铸机和零部件企业投资意愿有限。


03
降本增效效应依赖于规模化量产




据测算,在年产10万辆车的产量下,采用传统冲压+焊接工艺,其设备总投资约5.2亿元;采用一体化压铸工艺,相应设备总投资约7.1亿元,需要足够的产量分摊前期的巨大投资。但目前多数新能源车企的年销量在数万到数十万辆之间徘徊,缺乏规模化生产的条件,一体化压铸带来的成本优势不明显,需要长周期分摊其采购及运营成本,也将产生较高的折旧成本。


另外,一体化压铸件的利润率有限,主机厂报价并未比传统压铸件单价有明显增幅,一体化压铸生产企业的盈利和投资风险不对称。随着压铸机规模的跃升,从6000吨到9000吨,再到16000吨乃至20000吨以上,成本快速提升,对于多数车企和供应商,新建产线与厂房需要巨额投资,带来高风险。


04
技术成熟度和良品率有待提升




一体化压铸件技术难度高,零件尺寸大、壁厚较薄且不均匀、形状复杂,对设计和制造工艺都有更高要求,生产端需要更多时间适应和掌握相关技术。


一体化压铸的应用范围有限,由于温度不均或应力不均可能导致部件变形,一体化压铸制造难以处理平面面积过大的部件。同时,一体化压铸的强韧性不及高强钢,也限制了应用零部件的范围。


一体化压铸技术有待优化质量控制,提升良品率。一体化压铸技术对材料、冷却工艺及后处理技术等有更高要求,无法完全避免孔隙率和应力集中带来的良品率挑战,在生产过程中可能出现气孔、夹杂等缺陷,需要进行严格的质量控制,以确保产品的质量和可靠性。相较于传统钢制车身压铸件99%以上的良品率,现阶段一体化压铸技术的良品率较低,直接导致成本损耗和利润挤压。目前整车企业、设备厂商、材料厂商等仍在探索提升良品率,需要时间与资源的不断累积。


05
维修经济性问题有待突破




由于零件一体化成型,当车辆出现碰撞事故需要更换压铸件时,相较于传统的局部更换,一体化成型件的修复难度大,可能需要更换整件,维修成本较高,保险费用也较高。


现阶段一体化压铸工艺主要应用于非关键、不易损坏的车身底部部件,多数车企通过优化设计来解决一体化压铸件遭遇碰撞后整体更换的问题。例如,小米SU7的一体化压铸后底板采取三段式分区碰撞策略,在一体化压铸后底板的基础上设计缓冲区,常规碰撞只需要更换缓冲溃缩区。极氪提出四段分区碰撞策略,遇到碰撞时,后端铝车身四段按需传导碰撞力度,分段进行变形吸能,维修按照实际损失进行局部更换。虽然行业有了一定的解决方案,但维修问题仍需重点关注。


在回收过程中,虽然铝制件的回收价值有所提升,但有待与保险公司合作将成本摊平或者分享收益。另外,铝合金材料的回收面临着杂质元素处理、流程工序等问题,例如,铁元素会影响铸造性能、力学性能,回收材料的过程会增加铁元素含量,有待多方联合解决铁元素的控制问题。


06
配套体系仍需进一步完善




一体化压铸是技术、材料、模具、工艺的全方位转型升级,相关厂房、设备、人力、技术力量均需要改造。同时,在一体化设备及模具大型化的趋势下,相关配套能力尚未能及时跟上。例如,高端模具钢大部分依赖进口,一体化模具钢材的大小及性能、热处理能力、加工制作设备以及运输等配套不完善。


另外,也需要关注人才体系的建设,目前一体化压铸行业人才匮乏,人才培养周期较长,压铸企业之间互相挖人的现象比较突出。


总之,一体化压铸技术虽面临诸多挑战,但其在轻量化、成本控制及智能制造方面的显著优势,将成为新能源车企降本增效的重要抓手,同时推动行业进入高质量发展阶段。

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