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随着全球能源危机和温室效应的加剧，节能减排措施逐步推进落实，我国新能源汽车得到了长足的发展，其渗透率逐年递增。在新能源汽车快速发展过程中，也衍生出一系列创新技术，其中一体化压铸技术受到了格外的关注。自2019年特斯拉提出“一体化压铸”概念并布局专利，2020年实现量产，进入“一体化压铸”元年，至今已发展四年有余，在特斯拉的引领下，包括主机厂、原材料、压铸机、压铸厂、模具及配套方在内的全产业链正在蓬勃发展，并形成了一定的竞争格局。
主 机 厂 作为产业链终端，主机厂引领着一体化压铸技术大跨步向前推进。特斯拉完成了一体化压铸技术量产应用从0到1的验证工作，大量造车新势力纷纷加入一体化压铸的赛道，依靠融资快、轻资产的优势，呈现出百花争鸣态势。同样，传统主机厂也加大投入，蓄势待发，整个行业正在进行从1到100的发展工作。
特斯拉破冰之旅 特斯拉率先掌握一体化压铸技术，自建工厂，成功应用在Model Y后底板上，并实现量产。2020年9月特斯拉在电池日上宣布Model Y将采用一体化压铸后底板总成，该技术取代传统的“冲压+焊接”工艺，利用超大吨位压铸机一次压铸成形，根据特斯拉数据显示，一体化压铸后底板总成替代原有的79个零部件，使下车体总成减重30%，白车身焊点从700～800个减少到50个，生产节拍也从传统工艺的1～2h短至3～5min。 Model Y的后底板和前机舱的一体化压铸量产，如图1所示。未来特斯拉将持续发展一体化压铸，届时可将电动汽车几乎所有复杂车身底部零件压铸成一个整体，而非仅压铸约400个零部件，该技术将令特斯拉生产成本减半，或改变传统的电动汽车制造方式。Model Y的一体压铸通过化零为整、化繁为简，成功展现了其所带来的生产效率的提升、生产成本的有效降低。
新能源汽车百花齐放 从21世纪初被列入“十五”规划重大课题，到2011年开始进入产业化，这段时间我国新能源汽车工业发展不温不火。直到2014年，在国家一系列政策的加持下和互联网企业的带领下，新能源车企如雨后春笋，推动了我国新能源汽车市场的蓬勃发展，如图2所示，从最初的不足2万辆到2023预估900万辆，渗透率31.6%。在市场的严苛考验下，近两百家新能源汽车整车制造企业目前只有十余家还保持竞争力，其中部分正在踏入“一体化压铸技术”的赛道。
一贯坚持“全铝车身”的蔚来汽车，在诸多造车新势力中率先应用一体化压铸技术，2021年10月，蔚来汽车宣布与帅翼驰成功验证了制造大型压铸件的免热处理铝合金材料，并基于ET5车型车身后地板，采用外购方式与南通雄邦和重庆美利信合作开发一体化压铸技术，车身后地板质量降低30%，行李舱空间增加11L，整车抗扭刚度高达34 000N·m/°。值得一提的是，ET5采用了超高强度钢铝混合车身。2022年底，蔚来官方透露ES8通过应用8800t压铸机打造出前后端一体的压铸铝车身，尤其是后部的一体化压铸件，如图3所示，可以将31个零件集成为一个，而白车身的铝含量高达90%，使得整车扭转刚度高达39 400N·m/°。
造车新势力中，后来居上的小鹏汽车2021年宣布将于2023年将在新平台上应用超大一体化压铸新工艺，采用外购+自制两种方式并行。2022年6月，广东鸿图收到小鹏汽车发出的定点开发通知，小鹏宣布与广东鸿图签约12 000t超级智能压铸单元，以及新能源汽车一体化前舱总成、一体化后地板总成和一体化电池托盘等关键和核心轻量化部件等项目。同时，小鹏汽车于2021年7月正式启动武汉项目，其中包含一体化压铸工艺车间，计划引进2台7300t压铸机，逐步建成一条以上超大型压铸岛及自动化生产线。2023年4月小鹏汽车正式发布“扶摇”全域智能进化架构，如图4所示，汇聚了小鹏汽车在动力补能、智能体系、整车智造等领域的最核心技术，其中亮点之一便是前后一体化铝压铸车身，前后一体化压铸集成161个零件，最大锁模力达到12 000t，比传统钢制车身减重17%，整车扭转刚度为42 000N·m/°。
作为细分领域的头部品牌，高合汽车与上海交通大学共同研发TechCast超大铸件用低碳铝合金材料，该材料流动性高于同级别材料15%以上，强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。2022年2月，高合汽车联手开发的一体化超大压铸后舱成功下线，如图5所示。该部件采用了TechCast材料，实现了15%～20%的减重与工艺复杂度的大幅降低，整个开发周期也缩短了1/3。
理想汽车在一体化压铸领域起步较晚，2023年上海车展上亮相的首款纯电动MPV，包含了一体化压铸后底板，该零部件长、宽约为1600mm×1400mm，质量约为45kg，采用9000t压铸单元，如图6所示。
作为最晚进入汽车领域的小米汽车，已在北京工厂建立一体化压铸车间，海天金属向其独家提供8800t压铸机，目前两台均已交付，处于样件试制验证阶段。
传统主机厂蓄势待发 对于传统主机厂，一体化压铸技术对其现有制造工艺有巨大冲击，是对汽车工业生产方式的颠覆性技术革命。传统车身制造涉及冲压、焊接、涂装以及总装四大工艺，整车厂与零部件厂商分工合作，具有完善的流程、强大的体系能力以及丰富的制造经验，面对新能源汽车和造车新势力的异军突起，传统主机厂要实现转型、变革和突围，难度可想而知。然而，这并不影响他们的前瞻性规划和战略性布局，比如沃尔沃、大众、奔驰、一汽、东风、长安以及吉利等也开始布局车身及底盘的一体化压铸工艺，意味着一体化压铸应用推广的进一步加快。 2022年11月，吉利汽车集团旗下的极氪汽车正式发布极氪009，其长1.4m、宽1.6m的后端铝车身也采用7200t压铸机一体式压铸，焊接点减少近800个，尾端变形降低16%，抗弯强度提高11%，抗扭强度提高9.5%，最高可达到36450N·m/°，如图7所示。极氪目前已建立了全球首个大型结构件一体化压铸L4级智慧产线，据悉该系统为自主研发，包含工艺参数自调整系统和产品质量分析系统等，实现智能、敏捷、透明的压铸生产管理。综合效率提升30%以上，废品率下降20%，质量控制成本下降20%，非质量成本下降10%，能耗降低10%。还具有自诊断、自适应及自学习的特点，建立覆盖全工艺全物料的智慧物流系统及全寿命周期的智慧质量追溯系统，可实现产线自动化率100%。2023年9月极氪汽车公布极氪001 FR应用的一项新的生产技术，下车体引入首创中段一体式压铸蜻蜓结构，减少了16个构造部件，减少了66个连接点，使车身质量减轻了7%，座位固定点的刚性提高了18%，如图8所示。
沃尔沃计划导入CTC，同时车身一体化后底板应用于全新电动平台。2022年2月沃尔沃汽车宣布将投资Torslanda工厂，引入一些新的、更可持续的技术和制造工艺，包括引入大型铝制车身部件铸造工艺、新的电池组装厂以及全面翻新的油漆和总装车间，其中关键技术之一就是从布勒购买两台Carat 840（锁模力8400t）压铸机生产汽车后地板，如图9所示。该一体化后地板大约将在2025年应用于全新的全电动平台。
大众汽车后车身一体式铝压铸件样件于2022年5月下线，如图10所示，该铝压铸样件采用4400t压铸机生产，为SSP平台开发，取代约30多个零部件，可以减重10kg。据了解，大众汽车后车身一体化压铸件是为基于大众SSP平台推出的Trinity项目作准备。大众汽车将在德国沃尔夫斯堡建立全新工厂，从2026年起生产首批Trinity纯电动汽车，该项目将引入一体化压铸技术，旨在提高生产效率。
2022年初，奔驰发布了概念车EQXX，全球首发其最新的科研成果——VISION EQXX。其中，车身方面最大的创新在于车身的后部以及前部塔顶应用了仿生工程结构部件，整个车身后部是由一块独立完整的铝合金铸件形成的，如图11所示。这块大型铸造件结构，奔驰称之为BIONEQXX，由于少了焊点整体成形，车身后部的刚性得以大幅度地提高，从而可以在完成设计目标的情况下从根本上减少物料的使用，有望减轻15%～20%的部件质量。
2022年5月26日，一汽铸造与伊之密战略合作签约，双方将共同开发一体化压铸车身后地板产品及9000t压铸机，2023年5月，红旗一体压铸中后地板开发项目首台整车顺利下线，项目白车身中后地板采用一体压铸技术，首次实现了大型一体压铸零件车身试制；自2022年6月开始招标，7月项目环评，8月伊之密中标其项目，到2023年1月超大型一体化压铸车身结构件成功试制，长安汽车一体式前机舱、后底板压铸项目稳步快速推进。丰田汽车公司2023年7月4日宣布，拟于2026年上市的电动汽车（EV）将采用新的行业技术“一体化压铸技术”，与特斯拉类似，丰田在制造中将汽车车身分为三个主要铸件部件——前部、中部（搭载电池组）和后部。后部和前部将采用“一体化压铸技术”，从而实现“重要部件集成”，如图12所示。丰田表示，这有助于简化工序、降低车辆开发成本与工厂投资，目标2026年将开发费用将至70%、未来降至50%；工厂投资2026年降至50%。
据业内人士透露，小康、上汽、本田、现代、通用等车企已经也开始了一体化压铸的开发试制工作。
免热处理压铸铝合金 免热处理压铸铝合金始于20世纪90年代，以美国铝业和德国莱茵菲尔德等欧美企业占优，彼时车身结构件热处理变形问题并不突出，而且车用铝合金的应用微乎其微，因此免热处理材料在早期并无量产市场，也未引起行业内的关注。2019年特斯拉提出“一体化压铸车身”概念，最初以美铝的C611材料为主，随着其他车企的跟进，免热处理材料的开发工作出现了井喷式爆发，国内厂商陆续通过专利授权+自主研发+校企合作方式跟进，国产化进程提速，涌现出近百家免热处理材料研发制造商。据公开资料显示，截至2023年10月，关于免热处理材料的专利申请已超过60项，但是相当一部分专利并未进行正向设计开发，缺乏自主研发和创新性。凤阳爱尔思、立中集团、苏州慧金等已经形成了自主知识产权和产品系列，走在了行业前列。 （1）凤阳爱尔思 已成功开发2种合金体系5个亚型的免热处理压铸铝合金材料，满足不同性能与应用场景需求，其中JDA1x是Al-Si-X系，JDA2x是Al-Mg-X体系。应用于高合汽车后底板的JDA1b合金，流动性高于同级别材料15%以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。另外，小鹏汽车、蔚来汽车、中国重汽、长安汽车、上汽通用、东风汽车、江淮汽车等各大知名品牌也都已成为其重要的合作伙伴。 （2）立中集团 已成功开发LDHM-02、THLZ、LZ.AlSi7MnMg、LZ.TA19为代表的系列产品。其中LDHM-02采用了独特的低Mo（仅为同类产品的1/5-1/7）变质技术，解决了一体化过程中的偏稀性问题，延伸率较传统压铸材料提升了5倍以上，比国外同类材料价格低15%～20%，进一步提升了国产材料的国际市场竞争力。目前立中已与比亚迪、文灿等多家主机厂和压铸厂展开合作。 （3）苏州慧金 自主研发的“纤晶”免热处理高强高韧铝合金，流动性比同类合金提升30%以上，屈服强度和延伸率均提升10%以上，而且对铁元素含量的容忍度比同类材料提升50%，最大限度地实现了铝资源在获取及循环利用过程中的降碳、降耗目标。目前成功应用在“极氪009”一体式压铸后端铝车身。
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来自： 宋洋sy > 《05-冲压及压铸工艺技术》
