汽車扶手結(jié)構(gòu)件全景調(diào)研與發(fā)展戰(zhàn)略研究

汽車扶手結(jié)構(gòu)件全景調(diào)研與發(fā)展戰(zhàn)略研究新能源滲透率提升拉動鋁合金鑄件市場規(guī)?？焖僭鲩L假設(shè)用鋁單價不變，結(jié)合汽車銷量測算，得到2025年國內(nèi)汽車用鋁量有望達(dá)653萬噸，汽車鋁合金市場規(guī)模有望達(dá)2610億元，較2021年增長67%，新能源滲透率提升拉動鋁合金市場規(guī)?？焖僭鲩L。整車制造分為沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝，白車身（整個轎車零部件的安裝載體，是汽車的基本骨架，其生產(chǎn)成本約占整車的45%~65%）由車身結(jié)構(gòu)件和覆蓋件（四門兩蓋等）焊接而成，通常包含400~600個具有復(fù)雜型面的沖壓件4500~5500個焊點(diǎn)。輕量化提升鋁合金用量，順應(yīng)趨勢，鋁合金壓鑄件尺寸越做越大。但由于鋁合金具有熱膨脹系數(shù)較高、熔點(diǎn)低、易氧化等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)沖焊工藝存在的熱輸入過大引起的變形、氣孔、焊接接頭系數(shù)低等問題被放大，舊工藝下鋁合金成本高效率低，一體化壓鑄應(yīng)時而生。一體化壓鑄將大型結(jié)構(gòu)件中原本需要組裝的多個獨(dú)立的零件重新設(shè)計(jì)，并使用超大型壓鑄機(jī)一次壓鑄成型，直接獲得完整的零部件，大幅減少沖壓及焊接流程，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)件性能，有望加快鋁合金滲透。一體化壓鑄應(yīng)用范圍持續(xù)拓寬特斯拉得州奧斯汀工廠2022年一季度財(cái)報(bào)顯示，該工廠在后底板的基礎(chǔ)上，增加了前地板（前縱梁）的一體化壓鑄，將前后底板的零部件數(shù)量從171個減少至2個，焊點(diǎn)數(shù)量減少了1600+個。2021年特斯拉在德國柏林工廠開放日上表示：計(jì)劃用2-3個大型壓鑄件取代原有的370個單體零件，組成下車體總成，重量將進(jìn)一步降低10%，續(xù)航將增加14%。隨著一體壓鑄工藝的成熟，一體壓鑄產(chǎn)品將從后底板產(chǎn)品拓展到前艙、中底板、電池托盤等相關(guān)零部件，單車價值量有望提升至萬元。與傳統(tǒng)汽車相比，三電系統(tǒng)（電池、電驅(qū)、電控）將導(dǎo)致整車額外增加200kg-300kg的重量，電池重量占整車比重在26%左右。可通過改變?nèi)娊Y(jié)構(gòu)減重：1）電驅(qū)+電控輕量化：目前電機(jī)、電控、BCU、PDU、DCDC、OBC、減速器等多個部件集成化趨勢催生多合一電驅(qū)殼體，節(jié)省空間的同時實(shí)現(xiàn)減重，例如比亞迪海豚的八合一、華為的DriveOne七合一、上汽變速器＆威邁斯七合一等。采用一體化壓鑄可高效生產(chǎn)較為復(fù)雜的多合一殼體，在保障結(jié)構(gòu)件性能的同時實(shí)現(xiàn)減重；2）電池輕量化：動力電池系統(tǒng)由電池盒、電芯和電池管理系統(tǒng)構(gòu)成，CTC車身一體化技術(shù)的應(yīng)用有望大幅減少電池包上殼體重量。電池結(jié)構(gòu)的演變可分為模組標(biāo)準(zhǔn)化（電芯-模組-電池包）、CTP（大模組、去模組化）、CTC/CTB（電池底盤、車身一體化）三個階段。電池結(jié)構(gòu)集成化、一體化成為必然趨勢，一體化壓鑄技術(shù)可將前車身、底盤電池包和后車身等多個部分直接壓鑄成車身。馬斯克曾表示，采用了CTC電池技術(shù)后，配合一體化壓鑄技術(shù)，可以節(jié)省370個零部件，為車身減重10%，每千瓦時電池成本降低7%，也能做到更強(qiáng)的密封性。一體化壓鑄有望助力CTC技術(shù)落地，大幅降低電池包重量。壓鑄行業(yè)與上下游行業(yè)的關(guān)系及影響（一）上游行業(yè)對壓鑄行業(yè)的影響行業(yè)生產(chǎn)所需的主要原材料鎂合金、鋁合金供給充足，現(xiàn)階段受到鎂合金、鋁合金短缺影響的可能性較小。世界上所利用的鎂資源主要是菱鎂礦。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2020年全球菱鎂礦基礎(chǔ)儲量約為76億噸，主要分布在俄羅斯、朝鮮、中國等地區(qū)。我國菱鎂礦基礎(chǔ)儲量約為10億噸，占全球菱鎂礦基礎(chǔ)儲量的13．16%。作為世界上鎂資源最為豐富的國家之一，我國的鎂資源不僅不存在對外依存度的問題，而且向全世界供應(yīng)了大部分的資源來源。2021年，我國菱鎂礦產(chǎn)量約為2，100．00萬噸，占全球菱鎂礦總產(chǎn)量的70．00%，是世界上菱鎂礦產(chǎn)量最多的國家。世界上所利用的鋁資源主要是鋁土礦。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019年全球鋁土礦基礎(chǔ)儲量約為300億噸，主要分布在幾內(nèi)亞、澳大利亞、越南等地域。我國鋁土礦基礎(chǔ)儲量約為10億噸，占全球鋁土礦基礎(chǔ)儲量的3．33%。2019年，我國鋁土礦產(chǎn)量約為6，840．00萬噸，占全球鋁土礦總產(chǎn)量的19．33%，是世界上鋁土礦主要供應(yīng)國之一。（二）下游行業(yè)對壓鑄行業(yè)的影響行業(yè)壓鑄產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、電動自行車和園林機(jī)械等行業(yè)，其中七成左右的產(chǎn)品用于汽車行業(yè)。汽車行業(yè)是壓鑄行業(yè)的主要下游行業(yè)，其對鎂合金、鋁合金精密壓鑄件的需求增長主要來自輕量化材料對傳統(tǒng)材料在汽車零部件中的替代使用。受益于汽車輕量化的發(fā)展趨勢、日益嚴(yán)格的節(jié)能減排要求以及新能源汽車的快速發(fā)展，鎂合金、鋁合金已經(jīng)成為減輕汽車整備質(zhì)量的主要輕量化材料，單車用鎂量、單車用鋁量均保持快速增長。壓鑄行業(yè)技術(shù)水平特點(diǎn)壓鑄是在高壓作用下將熔融合金以極高的速度填充模具型腔，然后冷卻成型的鑄造方法。壓鑄過程是在壓力、速度、溫度以及時間等工藝參數(shù)的動態(tài)平衡下，金屬填充模具型腔的過程。壓鑄過程是否能夠順利進(jìn)行、壓鑄件的質(zhì)量優(yōu)劣，很大程度上取決于模具設(shè)計(jì)的合理性、鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性、壓鑄及精加工工藝技術(shù)的領(lǐng)先性、生產(chǎn)設(shè)備的適配性及先進(jìn)性。因此，不斷加強(qiáng)對模具設(shè)計(jì)、壓鑄工藝及精密加工技術(shù)的研究是提高壓鑄件生產(chǎn)質(zhì)量與效率的主要途徑。壓鑄是用于生產(chǎn)汽車鎂合金鋁合金鑄件最常用的工藝之一，由于汽車用壓鑄件形狀復(fù)雜、厚薄不均、產(chǎn)品精度和性能要求較高，因此汽車類壓鑄件附加值亦相對較高。隨著汽車市場競爭日趨激烈、生產(chǎn)工藝日益復(fù)雜，最終客戶對于供應(yīng)商研發(fā)能力、供應(yīng)效率、零部件集成化需求、產(chǎn)品質(zhì)量控制能力的要求越來越高，未來壓鑄行業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵在于加強(qiáng)集成化設(shè)計(jì)、模塊化制造能力，提高自動化生產(chǎn)程度，更多地參與產(chǎn)品初期設(shè)計(jì)，并通過穩(wěn)定的質(zhì)量保證和及時市場服務(wù)增加客戶粘性。我國壓鑄行業(yè)發(fā)展概況我國的壓鑄生產(chǎn)始于20世紀(jì)40年代末。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國汽車工業(yè)進(jìn)入高速增長期，為汽車工業(yè)配套成為壓鑄行業(yè)的主要任務(wù)，多年來，汽車壓鑄件產(chǎn)量占壓鑄件總產(chǎn)量的比例在65％以上。同時，壓鑄市場的空間不斷擴(kuò)展，尤其是通信、電子計(jì)算機(jī)的興起帶動相應(yīng)需求不斷擴(kuò)大，各類產(chǎn)品的壓鑄件出口量也大幅增加，極大地激發(fā)了我國壓鑄行業(yè)的迅速擴(kuò)展，我國壓鑄行業(yè)在不同的地域形成了壓鑄產(chǎn)業(yè)集群。根據(jù)中國鑄造協(xié)會統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年末，我國壓鑄企業(yè)數(shù)量約6，000家，主要分布區(qū)域?yàn)椋孩僦槿?，產(chǎn)量約占30%，產(chǎn)業(yè)集群地為廣東高要、東莞；②長三角，產(chǎn)量約占40%，產(chǎn)業(yè)集群地為江蘇南通、江蘇蘇州、浙江北侖；③西三角（川陜渝），產(chǎn)量約占15%；④天津、吉林、湖北、遼寧、山東、內(nèi)蒙等地區(qū)，產(chǎn)量約占15%。經(jīng)過70余年的發(fā)展，我國壓鑄業(yè)在企業(yè)素質(zhì)、管理水平、工藝技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量等諸多方面均有長足的進(jìn)步，已成為世界上壓鑄件的生產(chǎn)和消費(fèi)大國之一。當(dāng)前及今后一段時期，我國汽車、通信等行業(yè)仍將保持快速發(fā)展，尤其是5G通信技術(shù)、新能源汽車等的迅猛發(fā)展，加之其他工業(yè)領(lǐng)域的壓鑄件用量快速增長，為我國的壓鑄行業(yè)帶來廣闊的市場空間。鋁合金在汽車輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用鋁合金規(guī)模化應(yīng)用于汽車工業(yè)始于20世紀(jì)70年代，彼時世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家由于節(jié)能、低碳的呼聲逐漸高漲，對汽車減輕質(zhì)量提出種種嚴(yán)格的要求，提出以鋁代鐵的口號，促使以鋁合金制造汽車零部件成為汽車輕量化戰(zhàn)略目標(biāo)，目前鋁合金在汽車上的用量僅次于鋼鐵。（一）鋁合金是應(yīng)用最為廣泛的汽車輕量化材料鋁合金已成為汽車輕量化市場上主流的輕量化材料，占據(jù)較大市場份額。在傳統(tǒng)動力汽車領(lǐng)域，鋁合金廣泛應(yīng)用于發(fā)動機(jī)、變速箱、散熱器等零部件。在電動汽車領(lǐng)域，鋁合金也廣泛應(yīng)用于電池包結(jié)構(gòu)件、電池冷卻板、電機(jī)殼體、減速器殼體等零部件。根據(jù)相關(guān)研究，預(yù)計(jì)2020年鋁合金約占據(jù)汽車輕量化市場的64%。（二）底盤輕量化是鋁合金輕量化應(yīng)用新藍(lán)海鋁合金的替代應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入對車輛安全性起重要作用的承載類結(jié)構(gòu)件上，在底盤系統(tǒng)的滲透率預(yù)計(jì)將大幅提升。汽車底盤作用在于支撐、安裝汽車發(fā)動機(jī)及其各部件或組成。作為汽車三大部件之一，汽車底盤在汽車整車占比達(dá)27%，位列汽車部件質(zhì)量排名第三。根據(jù)相關(guān)研究，鋁制控制臂、副車架、轉(zhuǎn)向節(jié)、制動鉗輕量化產(chǎn)品滲透率預(yù)計(jì)將大幅提升，帶動鋁合金輕量化市場份額繼續(xù)增加。底盤輕量化整體市場有望從2019年的137億元增長至2025年的398億元。（三）新能源汽車成為鋁合金壓鑄市場重要應(yīng)用領(lǐng)域2018年，中國新能源汽車用鋁量從2017年的7．5萬噸上升至14．6萬噸，同比增長95%。在節(jié)能減排政策的推動下，中國新能源汽車行業(yè)發(fā)展前景樂觀，預(yù)計(jì)到2030年，中國新能源汽車行業(yè)鋁消耗量占鋁消費(fèi)總量的比例從3．8%上升至29．4%。新能源汽車銷量的增長以及鋁合金滲透率的提升將帶動鋁合金壓鑄市場快速發(fā)展。（四）單車用鋁量的提升為鋁合金壓鑄市場帶來廣闊的發(fā)展空間DuckerWorldwide報(bào)告指出，在北美地區(qū)，1975年至2015年，平均單車用鋁量從45．36千克增長至179千克，預(yù)計(jì)到2025年北美地區(qū)平均單車用鋁量將達(dá)到約250千克。在歐洲地區(qū)，1990年至2012年，平均單車用鋁量從50千克增長至140千克，預(yù)計(jì)到2020年歐洲地區(qū)平均單車用鋁量將達(dá)到180千克。中國鋁合金汽車零部件應(yīng)用起步較晚，2014年中國汽車單車平均用鋁量達(dá)92千克，遠(yuǎn)低于歐洲和北美的平均單車用鋁量。《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》提出2020年中國汽車單車用鋁達(dá)到190千克，2025年達(dá)到250千克，2030年達(dá)到350千克。鋁合金在我國汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用仍具有廣泛的發(fā)展空間。目前的商用鎂合金耐蝕性較差，耐蝕鎂合金材料有待開發(fā)。有效的辦法是通過控制雜質(zhì)及合金元素、改善相的組成及微觀結(jié)構(gòu)等冶金處理方法來提高鎂合金的耐腐蝕性；鎂合金在室溫下具有良好的綜合力學(xué)性能，但隨著溫度的升高，性能將下降，在高溫使用條件下易產(chǎn)生蠕變，無法滿足殼體類零部件的密封要求。未來的研究如果能夠使鎂合金零部件在高溫下長期工作，將可擴(kuò)大汽車高強(qiáng)度耐高溫抗蠕變結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用；鎂合金比強(qiáng)度高，但其抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度比鋁合金和鋼低，目前商用鎂合金的抗拉強(qiáng)度一般低于400MPa，不能用于重要結(jié)構(gòu)件。可以通過合金化、熱處理以及優(yōu)化加工工藝等方式來提高鎂合金的強(qiáng)度，開發(fā)高強(qiáng)鎂合金汽車結(jié)構(gòu)件。受鎂合金特性和加工工藝影響，鎂合金的加工成本也較高。如鎂合金壓鑄模價格較高，壓鑄件廢品率高，導(dǎo)致單個鎂合金零部件成本與鋁合金零部件相比增加15%以上。突破鎂合金產(chǎn)業(yè)化核心技術(shù)，開發(fā)新的鎂合金熔鑄工藝，縮短工藝流程，可有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。目前鎂合金基礎(chǔ)數(shù)據(jù)較少，缺少系統(tǒng)的力學(xué)、電學(xué)腐蝕等方面的性能數(shù)據(jù)，導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)過程中缺乏基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如在模具的設(shè)計(jì)過程中缺少相關(guān)數(shù)據(jù)支撐。因此需要加強(qiáng)對鎂合金的基礎(chǔ)性研究。高校、研究機(jī)構(gòu)、鎂合金制造商以及整車企業(yè)等多方力量在國家產(chǎn)業(yè)政策的引導(dǎo)下，可以聯(lián)合健全鎂合金相關(guān)的工業(yè)數(shù)據(jù)庫，從而促進(jìn)鎂合金在汽車輕量化方面的應(yīng)用。塑料及復(fù)合材料等非金屬材料具有質(zhì)量輕、加工性能良好、綜合理化性能優(yōu)良等特點(diǎn)，亦為汽車輕量化可選用的優(yōu)質(zhì)材料。目前以高強(qiáng)塑料、碳纖維復(fù)合材料等為代表的非金屬材料已在汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)一定的應(yīng)用。但塑料和金屬材料、合金材料相比，具有強(qiáng)度低、導(dǎo)熱性差、熱膨脹系數(shù)大和易老化等弱點(diǎn)，主要應(yīng)用于汽車內(nèi)飾和外飾零件；在我國汽車行業(yè)的應(yīng)用尚屬起步階段，工藝及技術(shù)尚未得到成熟發(fā)展，需要通過一定的時間進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和積累；部分高強(qiáng)塑料和碳纖維復(fù)合材料的成本均處于較高水平，一定程度上制約了其在汽車輕量化方面的應(yīng)用，基于以上原因非金屬材料技術(shù)在汽車輕量化領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展仍需一段時間，鎂合金壓鑄產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)目前尚不存在快速迭代的風(fēng)險(xiǎn)。但如果未來出現(xiàn)成本低、性能優(yōu)的新型非金屬材料，或現(xiàn)有材料經(jīng)濟(jì)化大規(guī)模應(yīng)用技術(shù)突破，可能阻礙鎂合金在汽車輕量化方面的應(yīng)用。隨著汽車保有量的快速增長，全球范圍內(nèi)的交通擁堵空氣污染等問題日益突出，各國人民對安全、便捷、綠色出行方式的需求愈加強(qiáng)烈。智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為可以實(shí)現(xiàn)減輕人類操控壓力的新一代汽車，不但有著比