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一体化压铸新趋势,汽车车身制造大变革

 俊儿1966 2023-10-27 发布于吉林
一体化压铸技术的应用是汽车工业一次重要的变革,特斯拉开创先河,一体化压铸工艺有诸多优势:集成制造降本(降低制造成本40%)、减重提高续航里程(14%)、极大提高生产效率(1-2h 冲焊缩短至 3min 压铸)。这三点是所有整车尤其新能源车的“生命线”。尤其目前车企相继降价,成本竞争力尤为关键。
传统汽车主要使用钢材,车身制造主要由冲压、焊装、涂装以及总装四大工艺构成。
冲压:利用压机对钢板施加压力,使其模具中成型。主机厂的冲压车间主要负责生产高质量要求的大型外覆盖件(侧围、发动机盖、翼子板、门外板等);内部的结构件由各零部件供应商负责制造,主机厂采购。
焊装:冲压好的车身板件局部加热或同时加热、加压而接合在一起形成车身总成。
涂装:对焊接完成后的车身总成进行防腐和喷漆处理,起到保护和装饰作用。
总装:将车身、发动机、变速器、仪表板、车灯、车门等构成整辆车的各零件装配起来生产出整车。

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白车身(整个轿车零部件的安装载体,是汽车的基本骨架,其生产成本约占整车的 45%~65%)由车身结构件和覆盖件(四门两盖等)焊接而成,通常包含400~600个具有复杂型面的冲压件,约4500~5500个焊点。

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铝合金焊接复杂,现有工艺难度大,成本高。铝合金具有表面的氧化层熔点较高等特性,采用传统熔化焊存在热输入过大引起的变形、气孔、焊接接头系数低等问题,同时由于型材的厚度、断面都各不相同,在焊接时就产生了很多种组合,尤其在厚度差异很大时,热输入非常难以控制,因此传统焊接工艺无法满足铝合金材料的连接要求。目前采用的解决方法一类 是发展先进焊接技术,包括主流的摩擦搅拌焊以及更加先进的激光焊,另一类是发展新型连 接技术包括冲铆技术、螺栓自拧紧技术和胶接技术,但采用新型焊接和连接技术的方案在提高工艺难度的同时还会增加设备和时间成本。以奥迪 A8 为例,其车身结构材料中 70%为铝合金,20%为热成型钢,镁合金和其他材料的比例不超过 2%;为使铝合金和热成型钢材等材 料实现链接,其采用了 16 种连接技术,复杂的连接工艺增加了制造难度,提高了制造成本。

表1不同类型车身造价对比

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一体化压铸采用超高真空高压压铸工艺,能够实现多个铝合金零件的一体化成型。采用特大吨位压铸机,将多个单独、分散的零部件高度集成,压铸一次成型为几个大型铝铸件,从而替代多个零部件先冲压再焊接或铆接组合的方式。一体压铸的优势是生产高效+降成本+轻量化。以特斯拉 ModelY的后底板为例。

高效率:一体压铸将 Model3 后底板的 70 多个零部件减少至 1-2 块,相比于 70 多个零部件冲压、焊接所需要的 2 小时左右,一体压铸将时间极大地缩减至 80-90 秒,所以马斯克称得州工厂可以实现年产 50 万辆 Model Y得益于一体压铸。

降成本:一体压铸主要是通过大量工艺、设备的节省从而实现降低制造成本。用一个大型压铸件的一次压铸节省了传统的几十个零部件冲压、焊接等工艺,节省了大量的生产设备,同时也缩小了 30%的占地面积。人力上所需技术工人仅为传统汽车焊接工厂的十分之一,马斯克称一个大型压铸件可以节省 300 个机器人。

轻量化轻量化意义不言而喻,按照特斯拉初步计划能在三个车身结构(车身前底板 +CTC 电池包上盖与车身中地板+车身后底板)用一体压铸工艺,可以减重10%,续航里程增加 14%。假设一辆车60度电,提高14%的续航里程相当于节约 8-9 度电,节省成本 6400-7200 元。

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一体化压铸当前壁垒在于:(1)工艺壁垒:填充流程很长,易出现填充不足、冷隔、压铸缺陷、毛坯变形,压铸工艺的好坏决定了良品率的高低;(2)资金壁垒:大型设备采购价格较高,7000T/9000T/12000T 的压铸机单价约为 7000/9000/12000 万元,需要大量生产降低边际成本,回收设备成本周期长;(3)材料壁垒:免热处理材料技术复杂,国产材料厂商大多难以满足材料的强度和可加工性,并且非热处理材料也有劣势,没有固溶等过程,要靠压铸本身得到良好性能,还要兼顾强度、韧性、延伸率,对铝液纯净度、含气量、成分配比、真空度、 温度、参数、冷却润滑工艺等都要求较高。
随技术成熟和时间推移,应用范围有望逐步拓宽,从一体化压铸的难度来看,实现先后顺序会是后地板、前地板、中地板、结构件。一体压铸工艺有望在新能源车中达到 50-70%的渗透率。

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