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    汽車一體壓鑄行業深度報告:汽車制造革新,一體壓鑄蓄勢待發
    2022-08-12 11:37:42

    (報告出品方/作者:中銀證券,朱朋)

    輕量降本提效凸顯,特斯拉引領一體壓鑄風潮

    一體壓鑄推動汽車制造工藝革新

    傳統汽車制造包括沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝。沖壓是運用中小型壓力機和模具,將板材等 原材料加工為所需形狀和尺寸的沖壓零部件;焊裝是利用多個焊接機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工序;總 裝是將白車身、動力總成、電控系統、內外飾等零部件裝配成整車。 一體壓鑄替代沖壓和焊裝工序,汽車制造迎來重大革新。2019 年 7 月,特斯拉公布新專利“汽車車架 的多向車身一體成型鑄造機和相關鑄造方法”,該技術配臵多向壓鑄機、車輛覆蓋件模具和幾個可以 相對于覆蓋件模具平移的凸壓模具,通過將不同凸壓模具移動至鑄造機中央的鑄造區,實現不同部 件的鑄造,在一臺機器上完成絕大多數的車架鑄造工作,這是一體壓鑄首次出現在大眾視野中。具 體而言,一體壓鑄技術將取代傳統汽車制造中最為耗時繁瑣的沖壓和焊裝環節,使用 6000T 及以上 噸位的超大型壓鑄機,將原來需要組裝的若干個鋁合金零件,直接壓鑄成完整的大型零部件,標志 著汽車制造工藝迎來顛覆性革新。

    一體壓鑄沿襲高壓鑄造工藝,具備高效薄壁等優點。一體壓鑄的本質是在零部件尺寸和應用部位上 實現重大突破的鋁合金高壓鑄造技術。鑄造分為壓力鑄造和重力鑄造。重力鑄造是在重力作用下, 將熔融金屬注入模具鑄型獲得鑄件的鑄造方法。壓力鑄造分為低壓鑄造和高壓鑄造。低壓鑄造是鑄 型一般安臵在密封的坩堝上方,坩堝中通入壓縮空氣,在熔融金屬的表面上造成低壓力,使金屬液 由升液管上升填充鑄型和控制凝固的鑄造方法。高壓鑄造是將液態或半液態金屬在高壓下以較高的 速度填充入壓鑄型的型腔內,并在壓力下凝固形成鑄件的鑄造方法。相較于其他鑄造工藝,高壓鑄 造生產效率較高,模具可反復利用,一次成型程度較高,可生產薄壁復雜鑄件和高精度、高光潔度 鑄件,但不可避免的是鑄件內部氣孔、鑄件斷面組織及力學性能變化較大,目前僅適用于有色金屬 壓鑄,對于鋼、鐵等高熔點合金尚無法進行工業性生產??偟膩碚f,高壓壓鑄適用于加工鋁合金車 身結構件。


    輕量提效降本,一體壓鑄是最優解

    續航焦慮問題突出,一體壓鑄加速輕量化進程

    新能源汽車續航焦慮倒逼輕量化快速發展。巨量算數發布的《2022 中國新能源汽車發展趨勢白皮書》 顯示,用戶不計劃購買新能源汽車的最大原因是續航里程太短,占比為 59.0%。懂車帝、中國電動汽 車百人會、巨量算數聯合發布的《中國新能源汽車市場洞察報告 2021》顯示,消費者購買新能源汽 車時最看重的因素為續航能力,占比為 46.5%。提升新能源汽車續航能力,解決消費者里程焦慮迫在 眉睫。新能源汽車續航能力除了受到電池技術突破難度較高的限制外,還受到新能源車自身重量的 影響。新能源汽車雖然相較于燃油車減少了發動機和變速箱,但電池能量密度(鋰電池約 300Wh/kg) 遠低于燃油(汽油約 12222Wh/kg),三電系統較重,疊加智能化配臵,新能源汽車整車質量較燃油 車重 10%-30%。根據 The Aluminum Association 研究,新能源汽車減重 10%和 15%可分別減少 6.3%和 9.5% 的電能消耗。根據 2019 汽車輕量化大會內容,若純電動汽車整車重量降低 10%,則平均續航里程將 增加 5%-8%。所以通過輕量化方案提升新能源汽車續航里程成為熱點技術路線。

    鋁合金輕量化表現出色。輕量化技術主要分為結構輕量化、材料輕量化和工藝輕量化,其中材料輕 量化是工藝和結構輕量化的基礎,指在不影響車身強度的前提下,把普通鋼替換為輕量化材料。輕 量化材料包括高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維材料等,其中鋁合金材料密度為 2.6-2.7g/cm3,理 論減重率約為 40%,輕量化表現良好。綜合考慮強度、成本、可回收、易成型等因素,鋁合金是目 前最有應用前景的汽車輕量化材料。根據中國汽車工程學會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》, 2025 年和 2030 年單車鋁合金將分別達到 250kg 和 350kg,用量有望超越高強度鋼,同時遠超鎂合金和 碳纖維材料。從實際數據來看,第二代奧迪 A8(D3)采用 ASF 全鋁車身替換鋼制車身,車身重量僅 為 215kg,質量減少約 40%,而第三代奧迪 A8(D4)新增了 8%鋼材,車重反增至 231kg,說明鋁合金 有較好輕量化效果。

    舊工藝下鋁合金成本高效率低,新一體壓鑄工藝加速鋁合金滲透。雖然鋁合金在輕量化材料中有較 好的輕量化表現和性價比,但和普通鋼對比時,一方面,鋁合金價格是普通鋼的 2-5 倍,車身鋁合金 占比提高伴隨著高昂的材料成本;另一方面,由于普通鋁合金相對來說韌性差、焊接性能差、加工 成本高,整車廠難以采用 100%鋁合金打造車體,當車身由鋁合金、高強度鋼、鎂合金和碳纖維材料 等多種材料組成時,異種金屬之間的熱物理化學性能差異巨大,需要優化和增加多種車身連接方式。 以全新奧迪 A8(D5)為例,其車身結構中首次使用 4 種復合材料:鋁、鋼、鎂以及 CFRP 碳纖維高 分子復合材料,奧迪為此提供了包括 MIG 焊、遠程激光焊在內的 8 種熱連接技術,以及包括沖鉚連 接、卷邊連接在內的 6 種冷連接技術,遠高于鋼制車身的工藝復雜度帶來了較高制造成本和較低生 產效率,限制了鋁合金的滲透速度。 但是,新出現的一體壓鑄技術將改變這一局面,在保留鋁合金輕量化優勢的同時,大型結構件大幅 減少了焊接工藝的運用,新鋁合金材料的應用優化了結構件性能,解決了鋁合金的部分痛點,有望 加快鋁合金滲透速度。以特斯拉為例,相較于車型偏小的轎車 Model 3,更大的中型 SUV Model Y 采取 一體壓鑄工藝制造后地板后,后地板重量僅 66kg,反而降低了 30%。根據 2020 特斯拉電池日,特斯 拉計劃推動汽車車身一體化結構的設計,一體壓鑄下車體總成與電池包更好地結合,能夠實現整體 減重 10%,續航里程增加 14%,提效降本效果明顯。


    頭部新能源車企產能不足,一體壓鑄跨越式提升生產效率

    一體壓鑄大幅簡化制造流程,生產效率提升效果明顯。一體壓鑄工藝取代了傳統汽車制造工藝的零 部件沖壓和焊裝總成環節,免熱處理材料替代需要熱處理的鋁合金材料,零部件數量及焊接環節銳 減,熱處理工序被省略,車身復雜度大幅降低,車體制造流程大幅簡化,而且,一體壓鑄還減少了 供應鏈管理壓力,優化了零部件運輸環節,從而顯著提升生產效率。具體而言,傳統汽車車身制造 采用鈑金沖壓+焊接工藝,一輛車身由 500 余個零部件組成,全車焊點共計 4000-6000 個。2020 年 9 月的電池日上,特斯拉宣布 Model Y 將采用一體式壓鑄后地板總成,相比原來可減少 79 個零部件, 焊點大約由 700-800 個減少到 50 個。2022 年 4 月開始交付 ModelY 的德州超級工廠也采用一體化壓鑄 工藝,可將前后地板零部件數量從 171 個減少至 2 個,焊接點數量減少超 1600 個。此外,特斯拉計 劃采用車身前地板、CTC 電池包上蓋與車身中地板、車身后地板替換由 370 個零件組成的整個下車體 總成,有望進一步簡化車身制造工藝。

    受益于一體壓鑄技術變革,特斯拉單車生產周期縮短至傳統車企的 1/3。2021 年 10 月柏林超級工廠 開放日上,特斯拉表示每隔 45 秒即可生產一輛 Model Y 車身。2022 年 3 月末,特斯拉表示柏林超級 工廠一輛 Model Y 的完整生產周期僅 10 小時,而大眾汽車生產 ID.3 電動車所需時間是其 3 倍,兩家企 業巨大生產效率的差異主要來源于一體壓鑄技術。根據大眾品牌生產主管 Vollmer,通過優化傳統制 造工藝、加強供應鏈管理等方案僅能以每年 5%左右的速度提高生產率,在新能源汽車需求快速增長 和友商產量壓力加大的背景下,傳統工藝局部優化無法滿足汽車企業大幅提升生產效率的需求,而 一體壓鑄技術是目前提升生產效率、縮小產量差距的最優工藝路線。

    新能源汽車研發制造成本較高,一體壓鑄實現成本下降

    一體壓鑄技術的降本作用主要體現在兩方面,一是降低電池成本,二是降低車身制造過程中的單位 成本。中短期內,受到一體壓鑄技術初期投入龐大、大部分新能源汽車品牌單一車型銷量難以穩定 滿足一體壓鑄應用經濟性、良品率還在爬坡的影響,一體壓鑄技術降本的穩定性有待提高。長期看, 隨著新能源汽車單一車型銷量提高和一體壓鑄技術更加成熟,一體壓鑄技術將發揮出更強大的降本 作用。 同等續航里程下,一體壓鑄使電池成本下降約 6000 元。根據 autocarweekly 測算,600mk 續航里程能夠 消除消費者的里程焦慮,600km 續航一般對應電池容量 70-90KWh。參考特斯拉發布會數據,特斯拉 預計完成下車身一體化后續航將增加 14%。那么在同等續航里程下,電池容量可減少 9-12KWh,根據 則言咨詢數據,近一年來磷酸鐵鋰電池均價為 0.58 元/Wh,經測算可實現約 6000 元的電池降本。

    一體壓鑄降低車身制造的單位成本。以特斯拉為例,一體化壓鑄后地板使制造成本相較之前的水平 下降了 40%。我們可以將車身制造過程中的單位成本拆分成單位可變成本和單位固定成本。 單位可變成本下降主要來自于降低焊裝成本、人力成本,以及提高材料利用率。1)焊裝成本:一體 壓鑄技術大幅減少了車身連接點數量,如特斯拉一體式壓鑄后地板總成將 700-800 個焊點減少到 50 個,連接點數量的大幅減少對應著連接成本的下降;2)人力成本:沖壓車間和焊裝車間勞動強度大 且工人數量較多,一體壓鑄車間往往高度自動化,若一體壓鑄替代沖壓和焊裝工序,工人數量將從 幾百人減少至 30 人左右,從而降低人力成本;3)材料利用率:傳統沖壓件由多種合金焊接而成, 且焊接過程中用到多種膠粘劑進行密封,廢料回收難度較大,材料利用率僅為 60%-70%,一體壓鑄 使用的鋁合金材料可反復熔煉,材料利用率在 90%以上,有效降低材料成本。

    單位固定成本下降主要來自于生產效率提升和工廠面積減少。1)生產效率提升:傳統沖壓生產線由 壓力機、沖壓模具和其他配套設施組成,每個零部件對應不同的沖壓生產線,焊裝生產線由大量普 通點焊機、多點焊機和點焊機器人等組成;而超大型壓鑄島由壓鑄機、壓鑄模具和周邊配套設施組 成,所需制造設備的種類和數量都大大減少。但一體壓鑄采用的壓鑄島成本為 0.6-1.2 億元,總投資 金額可能并不具備優勢,考慮到采用一體壓鑄技術后,生產效率提升,產量明顯提高,單位固定成 本有望隨之下降;2)工廠面積減少:一體壓鑄工藝采用的壓鑄島占地面積更小,例如特斯拉采用大 型壓鑄機后,工廠占地面積減少了 35%。

    特斯拉引領一體壓鑄趨勢,整車廠紛紛跟進布局

    特斯拉率先落地,驗證量產可能性。

    Model Y 后地板和前艙已落地,計劃實現下車體零部件全替換。2020 年 8 月,特斯拉加州弗里蒙特工 廠率先使用 6000T 壓鑄機,成功實現 Model Y 后地板總成量產。2020 年 9 月,特斯拉在電池日上宣布 Model Y 采用一體壓鑄后地板總成,后續計劃通過一體壓鑄件實現下車體 370 個零部件的全替換。2021 年 5 月,特斯拉前艙一體化總成鑄件試制已下線。

    Cybertruck 后地板設備已到位,12000T 壓鑄機正在研發。2020 年 Q4,馬斯克在財報電話會上提到特 斯拉計劃使用 8000T 壓鑄機生產 Cybertruck 后地板,并于 2021 年 3 月向意德拉訂購 8000T 壓鑄機。2022 年 5 月,特斯拉工廠安裝意德拉 9000T 壓鑄機,馬斯克確認 9000T 壓鑄機將用于生產 Cybertruck 車身。 另外,根據 Sawyer Merritt 和 Alex Avoigt,特斯拉正在合作研發 12000T 壓鑄機,計劃用于壓鑄整個車身 一體化鑄件,更大噸位壓鑄機將助力壓鑄件尺寸和結構的進一步突破。

    國內造車新勢力緊密跟進一體壓鑄技術

    國內新勢力中蔚來一體壓鑄進度領先,應用車型 ET5 和 ES7 均在年內交付。2021 年 10 月,蔚來宣布 成功開發可用于制造大型壓鑄件的免熱處理材料,材料將用于蔚來第二代平臺車型上。2021 年 11 月, 根據文燦股份公告,蔚來應用于 ET5 的半片式后地板試制完成。2021 年 12 月,蔚來在蔚來日上正式 宣布,新車型 ET5 使用超高強度鋼鋁混合車身,其后地板結構件將采用一體壓鑄技術,ET5 計劃于 2022 年 9 月開始交付。2022 年 6 月,蔚來發布首款大五座 SUV 蔚來 ES7,使用一體化鑄造全鋁后副 車架,這是蔚來第二次使用一體壓鑄技術,ES7 計劃于 2022 年 8 月開始交付。

    小鵬積極布局一體壓鑄技術,自制與第三方合作同步進行。小鵬自 2021 年下半年起積極轉型一體化 壓鑄,一方面,采取壓鑄廠合作模式,肇慶工廠采購廣東鴻圖提供的一體壓鑄結構件;另一方面, 在武漢工廠建設一體壓鑄工藝車間,計劃引入一條以上超大型壓鑄島及自動化生產線,預計包括 2 臺 7300T 壓鑄機。2022 年 3 月,何小鵬在 2021 年財報業績會上介紹,小鵬汽車將在 2023 年推出兩個 全新車型平臺及其首款車型,新平臺會使用超大型一體化壓鑄車身。2022 年 6 月,小鵬汽車向廣東 鴻圖發出某車型底盤一體化結構件產品的定點,預計將于明年下半年實現量產。

    高合一體化超大車身后艙下線,理想也開啟一體壓鑄布局。2021 年,高合與上海交通大學輕合金國 家工程中心聯合首發 TechCastTM 超大鑄件用低碳鋁合金材料。2022 年 2 月,高合與拓普集團合作的 7200T 一體化超大壓鑄車身后艙正式量產下線,下線標志著高合汽車成為國內首個量產落地該技術的 汽車廠商,該結構件將在高合汽車后續車型中大批量使用。另外,理想汽車也與文燦股份建立合作, 計劃 1-2 年內推出后地板一體壓鑄結構件。

    傳統整車廠一體壓鑄技術提上議程

    沃爾沃推出 Mega casting 方案,計劃 2025 年應用一體壓鑄技術。2022 年初,沃爾沃宣布向瑞典托斯 蘭達工廠投資 100 億瑞典克朗(約合人民幣 70 億元),計劃在工廠中引入一體壓鑄工藝、新的電池 組裝廠及以及全面翻新的油漆和總裝車間。沃爾沃計劃于 2025年在全電動平臺上引入一體壓鑄工藝, 為實現這一目標,沃爾沃推出名為 Mega casting 的一體壓鑄方案,根據項目負責人 Mikael Fermé r 的訪 談,沃爾沃將選擇后地板作為一體壓鑄的起點,并為后地板生產配套 8000T 壓鑄機。

    奔馳概念車應用 BIONEQXX?仿生部件,本質為一體壓鑄結構件。2022 年 1 月,奔馳發布概念車 VISION EQXX,其后車身應用了仿生工程結構部件 BIONEQXX?,雖然 BIONEQXX?是奔馳工程師根據部件的 功能需求,盡量在負荷部位使用承重材料,無負荷部位最大化減少材料使用,設計出的高度輕量化 的網狀仿生結構,但本質上仍是大型一體化壓鑄鋁合金部件。


    設備-材料-模具-工藝-資金,看好制造端企業

    一體壓鑄產業鏈上游主要為設備廠、材料廠和模具廠,中游主要為壓鑄廠和自制整車廠,下游客戶 為整車廠。產業鏈共有設備、材料、模具、工藝和資金五大壁壘,產業鏈各環節均擁有一定壁壘, 為成功生產出一體壓鑄結構件,必須攻克各大壁壘或積極尋求全產業鏈深度合作,在技術、資金、 產業鏈協調配合上均存在一定難度,看好綜合壁壘最高的中游壓鑄廠。

    設備端:超大型壓鑄機,力勁集團領先

    一體壓鑄結構件尺寸和質量持續提升,壓鑄機噸位突破新高。壓鑄機是一種在壓力作用下把熔融金 屬液壓射到模具中冷卻成型,開模后得到固體金屬鑄件的工業鑄造機械,以標準化機器為主,通過 安裝不同壓鑄模具實現多種零部件產品的生產。根據行業經驗,一般按照壓鑄件的輪廓、尺寸和質 量選擇不同噸位的壓鑄機。根據布勒中國,傳統車身結構件所需壓鑄機噸位長期保持在 1600T-4400T 范圍內,其中前減震塔要求 1600-2500T,而前后門框、尾蓋箱、后縱梁、A 柱要求 4000T,車門要求 4400T。隨著一體壓鑄結構件的尺寸和質量不斷提高,對壓鑄機噸位的要求也隨之提高,例如,中型 SUV Model Y 的后地板和前艙使用 6000T 壓鑄機;B 級轎跑蔚來 ET5 的半片式后地板使用 6000T 壓鑄機; 而尺寸更大的電動皮卡 Cybertruck 的后地板(或前地板)將使用 8000T-9000T 壓鑄機;根據 Alex Avoigt, 為生產集成化更高的一體壓鑄結構件,特斯拉正在研發 12000T 壓鑄機。

    超大型壓鑄機研發和生產存在難度。超大型鑄造機的制造難度主要體現在研發和生產兩個方面。在 研發方面,目前大量應用的汽車鋁壓鑄結構件已具備尺寸大(500-1500mm)、壁?。?.5mm 左右)、 結構復雜等特征,將傳統鋁壓鑄結構件和高度集成化的一體壓鑄結構件作對比,一體壓鑄結構件的 形狀更加復雜,壁厚不均,尺寸和重量明顯增大,這對超大型壓鑄機的鎖模力、容??臻g尺寸、壓 射力、最大空壓射速度、安全性及可靠性的設計能力提出較高要求。且之前壓鑄機廠商僅有 5000T 以下的壓鑄機研發經驗,面對超大型壓鑄機 6000T-8000T-9000T-12000T 的噸位增長,壓鑄機廠研發曲 線非常陡峭。在生產方面,超大型壓鑄機從研發到交付的時間跨度較長,壓鑄機廠需要持續投入高 額資金,這在一定程度上考驗壓鑄機廠的生產能力。 國內壓鑄機廠率先布局,力勁集團訂單量遙遙領先。國內壓鑄機廠商在研發進度、交付速度和訂單 量上全面領先,代表公司為力勁股份、伊之密、海天金屬。其中,力勁集團早于 2019 年 11 月交付首 套 6000T 大型壓鑄單元,成功成為特斯拉全球供應商,之后獲得特斯拉 30 套超大型壓鑄機訂單。在 這之后,力勁集團持續獲得國內各壓鑄廠的超大型一體壓鑄訂單,其壓鑄機交付噸位不斷突破新高。 國外壓鑄機廠則進度較慢,2022 年 6 月才正式向客戶交付 6100T 壓鑄機。

    材料端:免熱處理鋁合金,立中集團率先突破技術

    熱處理易引起一體壓鑄件良率下降,免熱處理材料是最佳選擇。針對傳統鋁合金壓鑄件,為了得到 穩定的組織和幾何尺寸,細化晶粒和改善組織以提高工件的機械性能,會對零件進行熱處理,但熱 外理過程也容易引起汽車零部件尺寸變形及表面起泡。一體化壓鑄件的尺寸和復雜程度不斷增加, 熱處理后變形和表面缺陷問題更為突出,導致后續整形難度和報廢率大幅提升。因此,為保證一體 化壓鑄件良好的機械性能和良品率表現,免熱處理材料是一體化壓鑄生產的最佳選擇。新型免熱處 理合金對材料強韌性提出要求,目標合金在鑄造態的屈服強度和極限尖冷彎角應分別大于 135 MPa 和 24° 以滿足鑄件的性能要求,同時由于鑄件的尺寸巨大,還要求合金具有極好的流動性能。

    免熱處理材料的研發投入和專利構成壁壘。免熱處理材料研發主要通過在鋁合金基礎上引入 Mn 等微 量元素或者調整微量元素比例,從而改善鋁鑄件抗拉強度、屈服強度、延伸率、折彎角等性能表現。 一方面,免熱處理材料研發具備一定難度,研發周期一般為 2 年,需要材料廠投入大量研發人員和 費用;另一方面,免熱處理材料的研發一般基于材料廠已有專利,若友商已申請相關專利,公司需 繞開其專利配比,重新尋找高度類似、滿足相關性能的專利配方。所以免熱處理材料存在一定壁壘。

    國內外廠商積極布局免熱處理材料。國外研發出免熱處理材料的廠商有特斯拉、美國美鋁和德國萊 茵,國內有立中集團、帥翼馳、上海交通大學輕合金國家工程中心和廣東鴻圖。整體來看,國外企 業的免熱處理材料的研發時間更早,性能表現更優,例如,特斯拉自研的免熱處理鋁合金的屈服強 度可以調整至 90MPa-150Mpa,導電性可以達到 40%IACS 到 60%IACS。國內企業免熱處理材料研發工 作已有成效,新材料性能也在不斷提升。

    模具端:大型模具設計難度提升,雄邦和廣州型腔領先

    一體壓鑄對模具設計提出更高要求。壓鑄模具是壓鑄生產中重要的工藝裝備,對壓鑄件的質量、成 本和生產效率產生影響。在壓鑄產品時,壓鑄模型腔表面除了受金屬液高壓、高速的沖刷外,還存 在著在劇烈的熱交換,金屬流動情況復雜,設計難度較高。一體壓鑄模具尺寸較大且結構復雜,對 分型面、溫度場、冷卻系統、澆注系統、排溢系統和模芯結構等方面有更高設計要求。而且,一體 壓鑄模具以定制化為主,需要根據不同車型進行設計,要求模具廠與整車廠、壓鑄廠持續溝通,設 計、打樣、改進優化、投入使用的生產周期較長。

    模具商設計和壓鑄廠自制并存。目前,一體壓鑄壓鑄模具主要有兩種設計模式,最常見的是由專業 模具商設計,設計期間專業模具商將與壓鑄廠、整車廠深入溝通需求,廣州型腔、寧波賽維達、寧 波臻至的一體壓鑄模具進展較快,其中廣州型腔與廣東鴻圖、美利信均有合作。另一種是壓鑄廠商 自有模具廠進行設計,目前只有文燦股份具備自研一體壓鑄模具的能力,2022 年一季度改造后文燦 模具已經能為一體壓鑄配套超大型模具,廣東鴻圖 2019 年設立的模具子公司主攻中大型模具,未來 有望自研一體壓鑄模具。


    制造端:工藝和資本構成行業最高壁壘,文燦鴻圖拓普走在前列

    壓鑄廠深度介入客戶產品設計過程,設計能力是競爭實力的體現。一體壓鑄結構件產品結構復雜、 性能要求高,對壓鑄件的設計提出較高要求,這促使一體壓鑄行業擺脫過去小型鑄件完全根據客戶 提供的設計圖進行生產的模式。產品設計成為一體壓鑄的關鍵性第一步,鑄造廠需要深度介入整車 廠的產品前期設計,在滿足客戶需求的基礎上,協助整車廠進行產品結構、性能、成本等方面的改 良。各個壓鑄廠的產品設計能力和客戶需求理解能力不同,整車廠將傾向于選擇與產品設計能力和 理解能力較強的壓鑄廠進行合作。

    壓鑄工藝直接決定良品率和產量,構成壓鑄廠核心 know-how。壓鑄工藝是把壓鑄合金、壓鑄模具和 壓鑄機三大生產要素有機組合和運用的過程,是壓鑄廠商獨家掌握的核心壁壘,可以把壓鑄機、壓 鑄模具和壓鑄合金看作壓鑄生產的硬件,而壓鑄工藝是壓鑄生產的軟件。壓鑄時,實際壓鑄過程環 境因素復雜多變,影響金屬液充填成型的因素較多,正確選擇和調整壓鑄工藝參數,是保證壓鑄件 質量、發揮壓鑄機的最大生產率的關鍵環節,也是壓鑄廠長期積累的核心 know-how。壓鑄工藝參數 主要包括壓力參數(壓射力、壓射比壓);速度參數(內澆口速度、壓射速度);時間參數(填充 時間、持壓時間、留模時間);溫度參數(澆注溫度、模具溫度);余料厚度;慢、 快壓射行程; 壓室充滿度等。一體壓鑄結構件尺寸巨大且結構復雜,普通高壓壓鑄難以滿足要求。根據鑄造工程 公眾號,一體化壓鑄需要成熟的超高真空壓鑄工藝,超高真空即壓鑄環境為 30 mbar 以下,難度高于 壓力介于 50-100 mbar 的高真空壓鑄,目前頭部壓鑄廠對于真空壓鑄工藝有一定積累,但如何調整最 優超高真空壓鑄工藝參數以獲得高良品率,仍是壓鑄廠目前面臨的最大挑戰,這要求壓鑄廠擁有較 深工藝經驗積累,且這一 know-how 難以繞過長期積累過程獲得。

    部分壓鑄廠具備壓鑄模擬技術,對工藝經驗形成有益補充。在工藝經驗之外,優質壓鑄廠還能夠通 過 CAD、CAE 技術進行壓鑄模擬,即在鑄件實際壓鑄之前進行壓鑄充型、熱傳導和凝固過程的仿真 模擬分析,盡可能對充填可能發生的缺陷進行預測,在工藝設計前期做出優化壓鑄和排氣系統的改 良措施,保證充填穩定性,避免產生包卷氣、排氣不暢等容易影響鑄件質量、性能等缺陷的發生。 將模擬結果分析與公司長期積累的工藝經驗相結合,能夠設計出相對最優的壓鑄工藝。

    一體壓鑄廠房、車間設備投入巨大,運輸成本高昂要求壓鑄廠就近配套。一體壓鑄前期投入主要分 為工廠和壓鑄島兩部分。在工廠投入方面,放臵超大型設備的工廠地基必須具備足夠的地基載荷強 度,否則可能造成設備沉降,所以引入一體壓鑄設備需要根據地基要求建設新廠或徹底改造原廠地 基。在壓鑄島投入方面,其核心設備超大型壓鑄機采購金額較高,根據智通財經數據,6000T 壓鑄機 折合人民幣約 6000 萬元左右,隨著噸位大幅提升,壓鑄機單噸價格將明顯上漲,周邊輔助設備和自 動化系統成本也在百萬級,壓鑄島總投入門檻較高。而且,一體壓鑄結構件尺寸和重量較大,運輸 成本高昂,考慮到主機廠快速配套需求和運輸成本問題,需要壓鑄廠就近建廠、就近供貨。 國內壓鑄廠布局速度領先,文燦鴻圖拓普領銜。國內頭部壓鑄廠不僅具備敏銳發現趨勢的能力,還 兼備較強產品設計能力、豐富壓鑄工藝經驗、成熟壓鑄模擬技術和充足投資資金,投資進度、研發 進度和生產進度均全球領先,例如文燦股份、廣東鴻圖、拓普集團、愛柯迪、泉峰汽車、旭升股份 等。

    一體壓鑄行業量價齊升,市場空間廣闊

    B 級及以上新能源車為主,應用部位不斷拓展

    應用車企:特斯拉及國內新勢力主導一體壓鑄技術,傳統車企轉型速度略慢。目前特斯拉已成功量 產一體壓鑄后地板和前艙,國內新勢力也快速布局一體壓鑄技術,根據蔚來 NIO Day 和 ET5 發布會, 蔚來將于下半年應用于 ET5 的后地板,根據各公司公開業績交流會、發布會等,小鵬、高合、理想 也將在 1-2 年內開始應用,其他國內新能源品牌也將迅速跟上。但傳統車企擁有眾多傳統制造工廠, 焊裝產能富余,風格偏保守且決策程序繁瑣,短期內難以快速轉向一體壓鑄技術。 應用車型:一體壓鑄以新能源車型為主,具體車型為 B 級及以上車型。相較于發展已較為成熟的燃 油車,新能源車型輕量化和提升生產效率的需求更為迫切,目前已應用或計劃應用的車型全部為新 能源車型。而且,一方面,B 級及以上車型整車質量更大,相同電池容量下續航里程更短,為優化 續航表現,車企對這部分車型進行車身減重的驅動力更強;另一方面,根據巨星算數調研,普通收 入人群和中等收入人群均最偏好 B 級新能源車,分別占比 32.4%、46.4%,高等收入人群最偏好 C 級 和 B 級,分別占比 36.6%和 34.6%,總體來看 B 級及以上車型是消費者購買意愿強烈的級別,售價也 相對更高,車企有動力在這部分車型上加大一體壓鑄工藝的應用,為智能化配臵留出空間。

    應用部位:一體壓鑄使用范圍不斷拓展,后地板-前地板-電池托盤-上車體。當前一體壓鑄主要應用 于后地板、前地板以及電池托盤,并有望將三個大型一體壓鑄件進一步簡化成下車體總成。隨著一 體壓鑄技術成熟,我們預計一體壓鑄應用范圍將拓展至上車體、底盤,并且和下車體的應用步驟類 似,從部分強度要求相似和結構復雜程度類似的零部件開始整合。同時,考慮到車身安全性、日常 駕駛面臨的碰撞風險,以及免熱處理鋁合金材料的性能表現,我們預計使用屈服強度 1000-1500MPa 熱成型鋼的 B 柱、前門框、后門框、前橫梁等車身結構件將不會使用一體壓鑄技術。

    一體壓鑄行業空間 2025 年達 220 億元

    車企紛紛布局,一體壓鑄技術有望快速滲透。一體壓鑄技術具備輕量化、降本、提效三大優勢,特 斯拉率先量產證明該技術具備可行性,國內新勢力及其他新能源品牌紛紛推出一體壓鑄計劃,結合 新勢力及傳統車企旗下新能源品牌布局情況,我們預計一體壓鑄滲透率將快速提升。其中后地板重 量、復雜程度以及強度要求均相對低于其他結構件,特斯拉于 2021 年開始量產,其他整車廠也從后 地板開始布局,預計后地板滲透速度最快且滲透率相對高,我們預計一體壓鑄后地板滲透率將于 2025 年達到 25%,且隨著入局車企和應用車型的增加,滲透率呈逐年增長態勢;前地板和電池托盤受制 于結構件尺寸和結構復雜程度,制造難度較大,我們預計將于 2023 年正式應用于量產車型。 一體壓鑄使用范圍擴大,單車價值量不斷提高。參考整車廠實際生產情況和研發計劃,我們預計 2025 年之前,一體壓鑄將主要應用于后地板、前地板、電池托盤,而上車體、底盤等預計將于 2030 年左 右實現。根據廣東鴻圖和文燦股份 2021 年鋁合金壓鑄件的營收和銷量,可計算出鋁合金壓鑄件單價 約為 50-56 元/kg,所以保守估計免熱處理鋁合金壓鑄件為 50 元/kg,按照壓鑄件以每千克報價的規律, 測算出單車價值量。根據我們測算,2025 年一體壓鑄市場規模將達 219.5 億元,4 年 CAGR 為 133.4%。

    整車廠與壓鑄廠共存,份額向頭部壓鑄廠集中

    當前以壓鑄廠合作模式為主,頭部壓鑄廠綁定優質客戶

    文燦股份布局全面領先,量產進度與訂單量可觀。文燦股份在超大型壓鑄機購臵、材料合作、模具 開發、產品試制量產進度、定點訂單方面均全面領先。在超大型壓鑄機購臵方面,2 臺 6000T 壓鑄機、 天津工廠 9000T 壓鑄機和南通工廠 9000T 壓鑄機均已完成安裝調試;2022 年 5 月,文燦集團再次向力 勁集團采購 2 臺 7000T 超大型壓鑄機,計劃 2022 年再增加 9000T 壓鑄機 1 臺。在材料合作方面,文燦 集團與立中集團深度合作,保持合作開發的免熱處理材料獨家采購和獨家供應。在模具開發方面, 子公司文燦模具備自主模具設計和開發能力,能夠為一體壓鑄提供配套模具服務。在產品試制和量 產進度方面,2021 年 11 月,南通工廠 6000T 超大型壓鑄島成功試產,并在整車廠完成白車身安裝; 2022 年 4 月,天津工廠 9000T 超大型一體化鋁合金后地板產品試制成功,鑄件尺寸約為 1600× 1400mm, 產品重量約 45-55kg;南通工廠 9000T 壓鑄機對應定點產品正在準備試制。在定點訂單方面,文燦是 全球首個獲得大型一體壓鑄后地板量產項目定點的壓鑄廠,根據投資者關系活動記錄,公司已獲得 多個一體壓鑄產品定點,且產品均試制成功,包括半片式后地板、一體式后地板、前艙和上車體一 體化大鑄件,后續產品將進入到小批量交樣過程中,預計在 2022 年第四季度開始貢獻收入。

    廣東鴻圖加快布局,率先合作開發 12000T 壓鑄機。在超大型壓鑄機購臵方面,廣東鴻圖已擁有 6800T 壓鑄機,2022 年 1 月與力勁集團、廣州市型腔模具制造有限公司及廣東鴻勁金屬鋁業有限公司共同 就 2 套 12000T(噸)超級智能壓鑄單元開發項目開展合作,此外還與力勁訂購了 2 套 7000T、2 套 9000T 一體化壓鑄機。在材料方面,公司是唯一自研免熱處理鋁合金材料的壓鑄廠商,該材料已獲得國家 授權發明專利并已投入使用。在產品試制和量產進度方面,2022 年 1 月,成功試制 6800T 新能源汽 車超大型一體化鋁合金后地板壓鑄結構件產品,鑄件尺寸大小為 1700× 1500× 700mm,澆注重量約 100kg;預計 12000T 壓鑄機將于今年 8 月投入使用,首批試制產品是動力電池托盤,產品長度超過 2 米。在定點訂單方面,2022 年 6 月,公司收到小鵬汽車底盤一體化結構件定點。

    拓普集團緊跟節奏,一體壓鑄訂單量正待拓展。在超大型壓鑄機購臵方面, 2021 年 9 月,向力勁集 團采購 6 臺 7200T 大型壓鑄機。在材料方面,拓普集團與華人運通及上海交通大學合作研發了 TechCast?高強韌性免熱處理鋁合金材料,并且成功應用。在產品試制和量產進度方面,2022 年 2 月, 拓普集團與高合汽車合作的 7200T 一體化超大壓鑄后艙下線。在定點訂單方面,公司主要與高合汽 車進行合作,一體化超大壓鑄車身后艙結構件將在高合汽車后續車型中大批量應用。

    市場份額向頭部壓鑄廠集中,長期整車廠自制與壓鑄廠合作模式共存

    中短期壓鑄廠將占據較高份額,市場集中度相對較高。中短期來看,除已率先量產的特斯拉之外, 我們認為受益于行業壁壘和規模優勢,總體來看壓鑄廠將占據較高市場份額,預計頭部壓鑄廠份額 較為集中,約 3-5 家。具體原因為:1)一體壓鑄行業具備較高技術壁壘,壓鑄廠長期積累高壓壓鑄 工藝經驗,能夠達到較高良品率,而以特斯拉為首的新能源整車廠并不具備壓鑄工藝經驗和系統化 壓鑄人才團隊,良品率攀升過程較長;2)當超大型壓鑄島生產量達到一定閾值時,才能平衡成本收 益,而生產銷量不足的車型時,需要頻繁更換模具和重新調試參數,經濟性偏低且調試難度較高, 大部分新能源車企的非爆款車型訂單量無法滿足一體壓鑄經濟性要求,所以整車廠將更傾向于與壓 鑄廠進行合作;3)壓鑄廠超大型設備布局持續領先,產能規模擴張速度較快,能夠更快滿足整車廠 的生產需求,并且規模效應使得壓鑄廠生產成本下降,具備一定單價競爭力。

    長期整車廠與壓鑄廠共存,國內壓鑄廠有望成為全球龍頭。長期來看,我們認為未來一體壓鑄行業 將呈現整車廠自制與國內第三方壓鑄廠合作模式共存的格局,并且國內第三方壓鑄廠有望占據更大 市場份額,并成長為全球性龍頭。主要原因包括:1)在一體壓鑄經濟性徹底凸顯、技術成熟后,為 掌握核心技術和控制生產鏈,部分整車廠將考慮自建一體壓鑄生產線,主要用于自產爆款車型一體 壓鑄結構件; 2)整車廠自產產量不足時仍將考慮與壓鑄廠保持合作,同時,整車廠將把銷量不足 的單一車型交付給壓鑄廠進行批量生產,預計此時壓鑄廠生產線換品牌、換車型的成本已處于低位, 總體來看整車廠交付的訂單量占據總銷量較高比例,對應地壓鑄廠將占據更高份額;3)國內一體壓 鑄廠走在行業前列,在技術端、成本端和客戶端均具備明顯優勢,而外資壓鑄廠受限于投資模式和 響應速度,發展落后于國內企業,未來國內一體壓鑄廠有望切入更多全球知名客戶,成長為全球性 龍頭。

    投資分析

    文燦股份:高壓鑄鋁結構件龍頭,一體壓鑄行業領軍者

    公司是國內高壓鑄鋁結構件龍頭,主要從事汽車鋁合金精密鑄件產品的研發、生產和銷售,產品應 用于傳統燃油車和新能源汽車的發動機系統、變速箱系統、底盤系統、制動系統、車身結構領域及 其他汽車零部件等,其中 2021 年扣除子公司法國百煉收入后的車身結構件收入占比為 33.7%,同比 增長 83.7%。近年來公司拓客速度加快且訂單開始放量,2021 年新能源客戶占比提升至 37.8%。而且, 公司鋁合金壓鑄車身結構件的配套客戶主要有蔚來、奔馳、特斯拉、小鵬、廣汽等,均為一體壓鑄 技術已應用車企或潛在目標車企,客戶優勢明顯,有望承接已有客戶的一體壓鑄定點項目。 在一體壓鑄趨勢下,公司是除特斯拉外,布局最早且速度最快的壓鑄企業。在一體壓鑄產能方面, 已具備 2 臺 6000T、2 臺 9000T 壓鑄機的壓鑄產能,今年年內還將增加 2 臺 7000T 的壓鑄產能;在一體 壓鑄定點訂單和客戶方面,公司多個定點產品如半片式后地板、一體式后地板、前艙和上車體一體 化大鑄件均取得了產品試制成功,其中蔚來大型一體壓鑄后地板量產項目已完成白車身安裝,預計 配套車型將于今年下半年量產。作為布局領先的頭部壓鑄廠,公司有望占據更高市場份額,受益于 一體壓鑄行業的廣闊空間,公司一體壓鑄結構件業務有望高速增長。

    廣東鴻圖:新能源貢獻業績增量,一體壓鑄走在前列

    公司是國內汽車精密鋁合金零部件細分領域的龍頭企業,深耕壓鑄件行業 20 余年,公司業務主要包 括精密輕合金零部件成型制造和汽車內外飾產品制造兩大板塊,2021 年營收占比分別為 64.9%、 32.2%,其中,精密鋁合金壓鑄件產品覆蓋動力總成系統、動力傳輸系統、底盤系統和新能源汽車三 電系統。公司積極開拓新能源汽車市場和加速產品轉型升級, 2021 年新能源汽車總成件和新能源內 外飾件收入占各自板塊的 9.9%和 4.5%。公司免熱處理鋁合金材料、一體化壓鑄成型、高真空壓鑄等 多項核心技術處于國內領先或國際先進水平,其中自研的免熱處理鋁合金材料已獲取專利并應用于 一體化產品開發試制。 在一體壓鑄產能方面,公司擁有一臺 6800T 壓鑄機,并向力勁訂購 2 套 7000T、2 套 9000T 一體化壓鑄 機,此外,公司還率先布局全球首臺最大噸位 12000T 壓鑄機的開發與導入工作,預計今年 8 月到位。 在一體壓鑄客戶與訂單方面,已獲得小鵬汽車底盤一體化結構件產品定點。公司布局速度處于第一 梯隊,隨著 12000T 壓鑄機投入使用,公司一體壓鑄結構件尺寸和重量將率先實現突破,一體壓鑄結 構件業務有望實現量價齊升。


    拓普集團:Tier0.5 平臺化供應商,加碼輕量化領域

    公司是 NVH 龍頭,主營業務為汽車零部件的研發、生產及銷售,主要產品包括汽車 NVH 減震系統、 內外飾系統、輕量化車身、智能座艙部件、熱管理系統、底盤系統、空氣懸架系統、智能駕駛系統, 通過持續擴大產品線,公司成為 Tier0.5 平臺化供應商的目標已顯成效。2021 年,橡膠減震器和內飾 功能件營收占比分別為 29.2%、31.2%,是公司營收和利潤的主要來源,近年來底盤系統和熱管理系 統營收增長速度較快,2021 年營收占比分別為 22.9%、11.2%。 憑借輕量化底盤業務積累的高壓壓鑄工藝和設計開發經驗,公司順利切入一體壓鑄行業。在一體壓 鑄產能方面,公司已擁有 6 臺 7200T 壓鑄機。在一體壓鑄客戶與訂單方面,下線的 7200T 一體化壓鑄 后艙將在高合汽車后續車型中大批量應用。受益于一體壓鑄布局速度和客戶資源,輕量化車身業務 營收有望快速增長。

    (本文僅供參考,不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息,請參閱報告原文。)


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