一、特斯拉一体式压铸的基本出发点 结合特斯拉的专利来看,一体式压铸的出发点在于革新整车前后防碰撞结构系统的设计。一般来说,整车的前后防撞总成是由多个金属结构件,通过不同的连接工艺(焊接、紧固、胶粘等)连接在一起,从而形成最终车辆的防碰撞系统。这种传统的方案有许多不足:首先,它的多个金属结构件往往是不同的材料,需要不同的加工工艺;其次,这些结构件的连接和固定需要涉及到多种工艺,这要求整车企业在产线上布置相应的工艺设备,这些是重资产的投资;第三,多结构件连接成总成,它的设计会相对复杂,这会降低总体的生产效率;再者,多个金属件的集成,轻量化工作要复杂些;最后,也是最重要的,这种方案的成本高。特斯拉希望对整个车身的结构设计进一步集成和简化,就像它在电池系统、电气连接上的集成过程。整车前后部位的结构总成,最重要的作用就是防碰撞,保护乘员安全,所以如果用某一个部件来代替传统的方案,防碰撞设计是最先需要突破的,其次才是生产效率和成本。特斯拉的一体式压铸件很好地应对了这个碰撞问题,使整个车辆的结构构成大大简化为四个部分:前一体式压铸总成+乘员舱结构总成+Structural Battery+后一体式压铸总成。![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_1_20220221041507898.png)
二、一体式压铸的总体技术方案 特斯拉的一体式压铸分为整车前端压铸总成和后端压铸总成。根据推进的情况,特斯拉会率先引入整车后端压铸总成,再引入前端压铸总成。这二者在制造工艺上一致,在结构设计上会有差异。 (1)后端一体式压铸总成 后端压铸总成在整车上的对比如下所示: ![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_2_2022022104150823.png)
这是特斯拉在2020年披露的一个对比图,前者是目前Model 3的方案,后者是一体式压铸(当时是两个件),在2020年底已经实现了单个件的一体式铸造。 后端一体式压铸总成的主要构成如下: ![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_3_20220221041508226.png)
左右车轮罩、两个溃缩(吸能)区和两个横梁是主要组成部分,两个横梁将两侧的车轮罩和溃缩区连接起来,并与乘员舱架、Structural battery相连接。 防碰撞的溃缩区有两个,一个位于最外端面(150A、B)处,一个靠近乘员舱。是设计的重点所在。溃缩区1的方案如下,主要通过构成一些波浪型的结构中空设计,根据碰撞吸能的需求,沿着它的长度方向(整车行驶方向)会进行一些开口式喇叭或收口式喇叭设计,以更好地实现碰撞过程中的吸能。 ![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_4_20220221041508413.png)
![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_5_20220221041508663.png) 后端逐渐的波浪式结构可能会采用”I”型,在前端一般采用“C”字型方案。![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_6_20220221041508851.png)
溃缩区2的设计主要是一些X型结构支撑件的设计,还有就是开口式喇叭、收口式喇叭形态(增加或减少两个加强筋之间的间距)。 ![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_7_20220221041508976.png) 前端一体式铸件的主要构成与后端类似,包括左右车轮罩、溃缩吸能区、横梁、以及与车身连接的端面和与前碰撞梁或车前端连接的结构端面(120A、B)。所不同是它的溃缩区设计,主要采用了C型结构,另外在数量上也多了一个。![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_8_20220221041509194.png)
前端的一体式铸件在去年5月份有披露过实物,如下所示: ![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_9_20220221041509335.png) 对照来看,与专利和特斯拉此前披露的图示基本是一致的设计,这个铸件的重量大约为130kg。前端有3个溃缩区,前面两个靠近车前端,在发生碰撞时会率先发生塑性变化,进行缓冲吸能,最后一个溃缩区靠近乘员舱,在溃缩吸能的同时防止结构件侵入乘员舱。![](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2022/02/2116/239829970_10_20220221041509554.png)
相对于传统的多结构件拼接的方案,一体式的铸件方法能够最大限度的发挥了材料的性能,而不再去受限或考虑连接件(连接点)的性能。 三、特斯拉一体式压铸的生产效率 特斯拉没有对外正式公开它的压铸设备Gigapress节拍(生产效率),我们从目前加洲基地的设备节拍和专利披露的节拍能够大致推断它的产能,下面的视频中有加洲Fremont工厂的Gigapress工作过程(大概从6:30起)。视频中可以看出,生产一个铸件的时间大约为147秒,设备的有效工作时间取75%,那么每天共计生产:(24*60*60/147)*0.75=441件,那么每年取50个周,则441*7*50=154,350件,每辆Model Y需要两件铸件,可以推知每台设备Model Y的产能为77175辆。另外,专利上特斯拉给出的节拍范围为60-120秒,按照上面的过程,可得出各自的产能,如下表。![](http://pubimage.360doc.com/wz/default.gif)
目前加洲Fremont的Gigapress应该还有很大的爬坡空间,而且目前Fremont的设备配置有6台,那么产能将达到463050辆Model Y。 从电芯的微观领域,到电池系统、整车结构件的宏观领域,特斯拉正在材料+工艺+结构3个领域同时进行共振式的集成创新,这些创新将进一步压缩纯电动汽车的单车成本。一体式铸件并不是新鲜的技术发明,本身没有很高的技术门槛,国外不少的整车企业在跟进特斯拉的这个技术,随着他们的加入,一体式的铸件产业化将加速。
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