汽車一體化壓鑄行業(yè)研究降本增效行業(yè)浪潮將至

汽車一體化壓鑄行業(yè)研究-降本增效行業(yè)浪潮將至核心觀點：新能源續(xù)航需求加速輕量化，打開鋁合金市場空間。新能源三電增加車重、降低續(xù)航，帶來輕量化需求。鋁合金的性能、密度、成本和可加工性等綜合優(yōu)勢突出，是現(xiàn)階段最佳的輕量化材料之一。車用鋁合金以壓鑄工藝為主，目前底盤、車身、剎車系統(tǒng)等用鋁轉(zhuǎn)化比率較低，2030年單車鋁合金用量相較于2021年有望翻倍增長，假設(shè)用鋁單價不變，結(jié)合我們的汽車銷量測算，得到2025年國內(nèi)汽車用鋁量有望達653萬噸，汽車鋁合金市場規(guī)模有望達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。一體化壓鑄浪潮將至，整車廠加速入局。一體化壓鑄降本增效明顯，特斯拉ModelY采用一體式壓鑄后底板總成，可將下車體總成重量降低30%，制造成本下降40%；2022年3月末，特斯拉表示柏林超級工廠一輛ModelY的完整生產(chǎn)周期僅10小時，生產(chǎn)效率大幅提升。未來一體壓鑄產(chǎn)品有望從后底板拓展至前艙、前底板+電池托盤（三電殼體有望通過CTC車身一體化等技術(shù)進一步減重）等零部件，單車價值量有望提升至萬元。除特斯拉外，布局一體化壓鑄的企業(yè)包括：1）蔚來、小鵬、理想、華為小康、小米、高合等新勢力車企；2）沃爾沃、大眾、奔馳、福特等國際車企；3）長城、長安、一汽、吉利、東風(fēng)等自主品牌。結(jié)合壓機引進時間及20萬以上車型一體化壓鑄技術(shù)布局情況來看，我們預(yù)計2024年有望迎來一體化壓鑄車型上市熱潮，行業(yè)滲透率有望快速提升。一體化壓鑄上游壁壘較強，中游先行者先發(fā)優(yōu)勢明顯。一體化壓鑄件相比普通壓鑄件體積更大、形狀更復(fù)雜，需采用超大型壓鑄機、定制化模具、免熱處理鋁合金材料，同時在生產(chǎn)中需對真空環(huán)境、壓射、冷卻等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，全流程品控與穩(wěn)定性要求較高的knowhow，具有較高的技術(shù)壁壘。短期來看，各壓鑄企業(yè)前期持續(xù)投入，資本開支較大，良率受材料、模具、壓機設(shè)備等因素限制，文燦作為先發(fā)企業(yè)，不斷積累經(jīng)驗，迭代工藝，具備較強的先發(fā)優(yōu)勢；中期來看，隨著一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈中游標(biāo)的的激增，行業(yè)競爭逐步加劇，技術(shù)/客戶有望助力壓鑄企業(yè)破局，利好瑞鵠模具等壓鑄企業(yè)；長期來看，一體化壓鑄技術(shù)較為成熟，頭部壓鑄企業(yè)全球市場份額進一步提升，部分自主品牌整車廠有望參與中游生產(chǎn)，行業(yè)形成千億市場規(guī)模。1、新能源續(xù)航需求加速輕量化，打開鋁合金市場空間新能源三電增加車重、降低續(xù)航，帶來輕量化需求從燃油車角度來看，汽車的平均油耗與整車質(zhì)量呈正相關(guān)，據(jù)研究數(shù)據(jù)，汽車重量每減輕10%，最多可實現(xiàn)節(jié)油5-10%；汽車整備質(zhì)量每減少100千克，百公里油耗可降低0.3-0.6升。從新能源車角度來看，續(xù)航能力是限制當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的重要因素，三電增加車重影響續(xù)航里程，帶來輕量化需求。鋁合金是現(xiàn)階段最佳的輕量化材料之一，車用鋁合金以鑄造工藝為主鋁合金的性能、密度、成本和可加工性等綜合優(yōu)勢突出，是現(xiàn)階段最佳的輕量化材料之一。車用鋁合金以鑄造工藝為主，占比達77%，壓鑄工藝效率高且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，應(yīng)用較為廣泛，壓鑄鋁合金制品在汽車用鋁中約占54%～70%。鋁壓鑄件廣泛分布在汽車的動力、傳動、三電、底盤等系統(tǒng)。與燃油車相比，電動車在車身、底盤結(jié)構(gòu)件上更加積極采用鋁合金壓鑄件。車身結(jié)構(gòu)件涉及產(chǎn)品主要包括后縱梁，A、B、C、D柱，前、后減震器，左、右底大邊梁和防火墻、后備箱底板等。底盤、車身目前用鋁轉(zhuǎn)化比率較低，2030年單車鋁合金用量有望翻倍增長目前底盤、車身、剎車系統(tǒng)等用鋁轉(zhuǎn)化比率較低，據(jù)CMGROUP分析，2021年燃油車與新能源車的單車用鋁量分別為145kg和173kg，工信部《節(jié)能與新能源技術(shù)路線圖》提出我國2025/2030年單車用鋁量目標(biāo)為250kg/輛和350kg/輛，2030年單車鋁合金用量相較于2021年有望翻倍增長。新能源滲透率提升拉動鋁合金市場規(guī)模快速增長假設(shè)用鋁單價不變，結(jié)合我們的汽車銷量測算，得到2025年國內(nèi)汽車用鋁量有望達653萬噸，汽車鋁合金市場規(guī)模有望達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)模快速增長。2、一體化壓鑄浪潮將至，整車廠加速入局白車身通常包含400~600個具有復(fù)雜型面的沖壓件、4500~5500個焊點整車制造分為沖壓、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。大尺寸鋁合金壓鑄件催生一體化壓鑄工藝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、熔點低、易氧化等特點，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立的零件重新設(shè)計，并使用超大型壓鑄機一次壓鑄成型，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。特斯拉一體化壓鑄降本增效優(yōu)勢明顯，生產(chǎn)效率大幅提升2020年9月22日，馬斯克在特斯拉電池日發(fā)布會上提出了一體化壓鑄的概念，表明特斯拉ModelY將采用一體式壓鑄后底板總成，可將下車體總成重量降低30%，制造成本下降40%。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(chǎn)一輛ModelY車身，2022年3月末，特斯拉表示柏林超級工廠一輛ModelY的完整生產(chǎn)周期僅10小時，生產(chǎn)效率大幅提升。一體化壓鑄應(yīng)用范圍持續(xù)拓寬，ASP有望提升至萬元特斯拉得州奧斯汀工廠2022年一季度財報顯示，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。三電殼體有望通過CTC車身一體化等技術(shù)進一步減重與傳統(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?？赏ㄟ^改變?nèi)娊Y(jié)構(gòu)減重：1）電驅(qū)+電控輕量化：目前電機、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。特斯拉引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，整車廠加速入局特斯拉引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展，整車廠加速布局一體化壓鑄。除特斯拉外，布局一體化壓鑄的企業(yè)包括：1）新勢力車企：蔚來、小鵬、理想、華為小康、小米、高合等；2）國際品牌車企：沃爾沃、大眾、奔馳、福特等；3）自主品牌：長城、長安、一汽、吉利、東風(fēng)等。結(jié)合壓鑄機引進時間來看，我們預(yù)計2024年市場有望迎來一體化壓鑄車型上市熱潮。特斯拉是最早提出并進行一體化壓鑄的整車廠企業(yè)，處于領(lǐng)先地位ModelY后底板和前艙已落地，計劃實現(xiàn)下車體零部件全替換。2020年4月，馬斯克宣布將從意大利工程公司IDRA（IDRA自2009年起，就將發(fā)展方向鎖定為向更大型整車一體化壓鑄解決方案布局）購買當(dāng)時世界上最大的兩臺鑄造機，用來制造ModelY后車底部分，同年10月，特斯拉公布上海正在安裝3臺超級大型壓鑄機。目前Cybertruck后底板9000T設(shè)備已到位，12000噸的壓鑄機正在研發(fā)。3、一體化壓鑄上游壁壘較強，中游先行者先發(fā)優(yōu)勢明顯壓鑄企業(yè)及整車廠紛紛采購上游設(shè)備及材料，一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴大一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈較長，上游由免熱處理鋁合金材料廠商、壓鑄機和壓鑄模具廠商組成，中游為第三方壓鑄廠和自建產(chǎn)線的整車廠，下游直接對接主機廠。跟進特斯拉一體化壓鑄技術(shù)的主機廠一般有兩種模式，一種是購置壓鑄島、設(shè)計產(chǎn)線自己生產(chǎn)，另一種是和鑄造廠合作。隨著行業(yè)需求迸發(fā)，較多壓鑄甚至沖壓企業(yè)購入大型壓鑄機布局一體化壓鑄，部分整車廠自購壓鑄機進行試生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴大。一體化壓鑄上游壁壘較強，壓鑄企業(yè)良率提升需積累較高knowhow受上游設(shè)備、材料，以及中游壓鑄工藝等多方面技術(shù)限制，一體化壓鑄大型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的良率提升難度較大。一體化壓鑄件相比普通壓鑄件體積更大、形狀更復(fù)雜，需采用超大型壓鑄機、定制化模具、免熱處理鋁合金材料，同時在生產(chǎn)中需對真空環(huán)境、壓射、冷卻等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，全流程品控與穩(wěn)定性要求較高的knowhow，具有較高的技術(shù)壁壘。材料：免熱合金延展率大幅影響良率，國內(nèi)企業(yè)加速突破傳統(tǒng)壓鑄工藝中，需要使用到熱處理來提高零部件的力學(xué)性能、耐腐蝕性能等。加熱冷卻過程中產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng)易帶來零部件的形變誤差并產(chǎn)生氣孔，大型薄壁化壓鑄結(jié)構(gòu)件后續(xù)整形難度以及報廢率大幅提升，需承擔(dān)較大的成本風(fēng)險。因此，免熱處理鋁合金成為一體化壓鑄最佳的材料。材料在模具中的流動對免熱合金延展率要求較高，目前免熱合金研發(fā)及量產(chǎn)以海外企業(yè)為主，國內(nèi)加速技術(shù)突破，立中集團已實現(xiàn)批量供貨。設(shè)備：超大型壓鑄機稀缺，力勁引領(lǐng)大噸位壓機趨勢一體化壓鑄對壓鑄機的鎖模力、模板尺寸、壓射量、壓射壓力以及速度控制等有更高要求，大噸位壓鑄機設(shè)備是實現(xiàn)一體化壓鑄的關(guān)鍵。大型汽車結(jié)構(gòu)件的特征決定了其生產(chǎn)工藝為真空壓鑄，真空技術(shù)需要利用大噸位壓鑄機高速高壓推動鋁湯完成充型，一般要求壓鑄機具有大噸位和合模力、高壓射重復(fù)性（CPK大于1.66）、短的填允時間、高的壓射速度(10m/s)、合模和壓射端的穩(wěn)定和牢固設(shè)計等特點，以保障一次性壓鑄成型結(jié)構(gòu)件的強度和量產(chǎn)效率。大型壓鑄機還需要在快速的大規(guī)模生產(chǎn)過程中保持高良率，實現(xiàn)生產(chǎn)部件的一致性和穩(wěn)定性，壓射過程中的壓力及速度控制較為關(guān)鍵，需要較高的know-how。設(shè)備：定制化模具流態(tài)、排氣等設(shè)計要求較高，壓鑄廠/整車廠深度參與一體化壓鑄的大尺寸、高密封性、定制化、流動性等特點對模具提出了較高的要求。一體化壓鑄的零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費用高、準(zhǔn)備周期長，壓鑄模具設(shè)計難度較大，設(shè)計關(guān)鍵點主要在于1）澆注系統(tǒng)設(shè)計，保證良好的充型順序和流態(tài)；2）排氣與密封性設(shè)計，保證真空性，減少氣泡；3）熱平衡，保障冷卻均勻等。目前，一體壓鑄的壓鑄模具主要有兩種設(shè)計模式，最常見的是由專業(yè)模具商設(shè)計，設(shè)計期間專業(yè)模具商將與壓鑄廠、整車廠深入溝通需求，如廣州型腔、賽維達；另一種是壓鑄廠商自有模具廠進行設(shè)計，如文燦雄邦。超大型壓鑄模具具有較高的壁壘，目前可供應(yīng)的模具廠商較為稀缺。工藝：排氣+冷卻為核心，高良率要求高know-how壓鑄工藝效率高，但易產(chǎn)生氣泡。傳統(tǒng)的壓鑄工藝由四個步驟組成，包括模具準(zhǔn)備、填充、注射以及落砂，使液態(tài)金屬在加壓條件下注入模具，模具可以重復(fù)利用。壓鑄將液態(tài)金屬澆注到模具中成型，效率高且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，但容易產(chǎn)生氣泡。一體化壓鑄過程中出現(xiàn)的氣泡易導(dǎo)致壓鑄件塑性低、強度降低、抗沖擊性下降等，降低良率，因此要求壓鑄環(huán)境為30mbar以下的超高真空。真空壓鑄通過抽取壓鑄模具型腔內(nèi)的氣體使得：1）氣孔率大大降低；2）鑄件硬度高，微觀組織細小，從而保障壓鑄件力學(xué)性能。利用真空壓鑄技術(shù)，氣泡在熱處理過程中引起的氣泡缺陷問題可得到控制。真空壓鑄技術(shù)分為普通真空壓鑄（100-250mbar）、高真空壓鑄（50-100mbar）、超真空壓鑄（<50mbar）。真空壓鑄通常包括鋁材熔融、澆注、型腔真空排氣、壓射、冷卻、成型脫模、去毛刺、噴涂、模具清理、合模等多個步驟，其中真空排氣、壓射、冷卻是壓鑄工藝的關(guān)鍵。為了保證一體化壓鑄產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)過程中的高良品率﹑鑄件一致性與穩(wěn)定性，必須精準(zhǔn)控制鋁液充型溫度、壓鑄速度和壓力，維持模具溫度場的穩(wěn)定，避免凝固過程中發(fā)生變形等缺陷。除排氣、壓射外，模具溫度控制及冷卻過程對產(chǎn)品定型、力學(xué)性能平衡、降低次品率較為關(guān)