1.輕量化是必由之路，一體化壓鑄應時而生

1.1.節能減排促進輕量化趨勢，鋁輕量化滲透率不斷提高文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411542.html

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輕量化是一種有效的節能減排技術。全球汽車行業的節能減排政策逐漸趨嚴，油耗、排放標準不斷提高。輕量化技術作為一種重要的汽車節能減排途徑，在滿足汽車安全性和成本控制的條件下實現汽車減重。同時，降低車重可以減少動力系統載荷，提高汽車動力性能，降低剎車距離，提高駕駛穩定性。有研究表明，汽車每減重10%，在節能方面，汽油車油耗可以下降約3.3%、純電動車電耗下降約6.3%；在減排方面，尾氣排放量可降低5%～6%在安全性方面，制動距離縮短約5%，轉向力減少6%。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411542.html

此外，輕量化有利于新能源車的成本控制。燃油車常見的4缸、6缸發動機平均重量在75-250kg（165-550磅），變速箱平均重量在45-181kg（100-400磅）。而新能源車尤其是純電動車中電池包自重大，導致整車重量高于同級別燃油車。以特斯拉Model 3為例，續航556km，整車整備質量1761kg，其中60kWh的動力電池包重量達到480kg，假設電池包度電成本800元，則電池成本達到4.8萬元，輕量化使能耗下降，達到相同續航所需電池包能量更低，電池包重量、成本可以進一步降低。因此，輕量化不論對于傳統燃油車還是新能源汽車都是必然需求。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411542.html

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鋁合金材料是常用的輕量化材料之一，相比鋼材密度低、吸能效果好，但成本高、連接工藝復雜。輕量化技術路線主要包括材料輕量化、結構輕量化、工藝輕量化。常用的輕量化材料包括高強度鋼、鋁合金、鎂合金、鈦合金等金屬材料及碳纖維增強復合材料等非金屬材料。鋼鐵材料目前是汽車車身用量最高的材料，在車身用材占比70%。鋁合金是一種較成熟的輕量化材料，其密度是鋼的1/3，比吸能是鋼的2倍，碰撞時對能量的吸收效果更好，且易于加工成型。鋁合金的比強度、比剛度高，耐腐蝕性、耐磨性好，且鋁制品回收再利用率高達90%。與此同時，鋁合金材料的力學性能、承載能力與鋼相比存在差距，且鋁合金的價格約為鋼材的3倍，連接工藝也更復雜，成本高于鋼材。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411542.html

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汽車單車含鋁量逐年增加，覆蓋品類不斷拓寬。鋁合金目前主要應用在汽車發動機、變速箱、傳動系統、防撞梁以及輪轂等組件零部件上，其中鋁質發動機可減重30%，鋁質散熱器比銅質輕20%～40%，鋁質輪轂重量減少30%。此外，鋁合金材料在車身、底盤等平臺部件上的應用也逐漸增加，如奧迪A8、蔚來ES8、奇瑞小螞蟻等車型采用了全鋁車身。根據Ducker Frontier，2020年北美輕型汽車平均單車含鋁量為208kg，預計到2026年將提升為233kg，其中車身零部件貢獻增長較多，預計引擎蓋、車門、擋泥板、行李箱蓋等車身覆蓋件的鋁合金滲透率將有10pct以上的提升。文章源自好焊孫輝博客 http://www.4863x.com好焊孫輝-http://www.4863x.com/weldgyzb/autoyazhu202411542.html

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純電動車含鋁量更高。相比于非純電動車（包含傳統燃油車、混動車、燃料電池車），純電動車雖然不包含內燃機和變速箱等鋁合金滲透率較高的零部件，但電機、逆變器、動力電池等電氣單元的封裝外殼以及平臺零部件對鋁合金的需求更高，2020年純電動車單車含鋁量達到292kg，比非純電動車高出42%。純電動車市場處于高速發展階段，將帶動單車鋁需求量增長。

在汽車節能減排需求下，輕量化將成為必然趨勢，鋁合金作為一種有效的汽車輕量化材料，需求量與滲透率有望不斷提高，其中鋁合金在新能源車領域以及車身的應用前景廣闊。

1.2.一體化壓鑄提高生產效率、降低成本

傳統的汽車制造流程主要包含沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝。其中沖壓是對板料施加壓力進行塑性或分離加工得到沖壓件；焊裝是將沖壓件通過焊接等方式形成車身總成（即白車身）；涂裝是對白車身進行噴涂得到防腐、美觀的涂層；總裝將發動機等零部件裝配到車身上生產出整車。

壓鑄是車用鋁合金部件重要加工工藝。傳統汽車制造工藝中沖壓常用于鋼材的成型，而鋁合金常見制造工藝包括鈑金、鑄造、擠壓、鍛造等，車用零部件中60%以上為鑄造而成。在鑄造工藝的各類方法中，壓鑄技術最先進、效率最高。壓鑄，即壓力鑄造，其工藝原理是利用高壓將熔融的金屬液壓入并填充鑄型模具，并在高壓下冷卻成型的鑄造方法。壓鑄件具有材質輕、精密、表面質量好等優點，且能夠制造形狀復雜、薄壁深腔的金屬零件。此外，壓鑄件只需少量或無需機械加工即可裝配使用，材料利用率約60%-80%，毛坯利用率可達90%。

過去，壓鑄機鎖模力和模具等因素限制了鋁壓鑄零部件尺寸，鋁合金車身的制造也局限于傳統制造工藝，其工藝流程仍通常為先制造車身零部件、再進行車身連接工藝。由于鋁合金材料熱導率和線膨脹系數高、電阻率和熔點低、表面易形成氧化膜等物理特性，鋁合金難以形成高質量的焊接頭，而鋁合金與鋼材的性能差異進一步增加了車身連接難度。以奧迪A8（D5）為例，車身材料中58%的結構是鋁合金，還包括超高強鋼、碳纖維、鎂合金等。對此奧迪采用了14 種連接工藝來實現多種材料的連接，復雜的連接工藝大幅提高了技術難度和制造成本。

特斯拉率先提出一體化壓鑄概念，先后實現后地板、前縱梁一體化壓鑄件量產。2020年9月，馬斯克在特斯拉電池日上介紹了一體化壓鑄的計劃，并首先應用于Model Y后地板總成的制造。一體化壓鑄指的是利用大噸位壓鑄機將多個零部件一次壓鑄成型。從工藝角度看，一體化壓鑄打破了傳統的汽車制造工藝模式，零部件一次壓鑄成型，數量大幅降低，同時也避免了大量復雜的連接工藝。Model3的后地板需要70多個沖壓件、擠壓件和鑄件，而Model Y僅需2個一體成型的部件，焊點數量由700-800個減少到50個。根據特斯拉2022年一季報，奧斯汀工廠生產的Model Y后地板僅需1個零部件，且進一步實現了車身前部前縱梁位置的一體化壓鑄，Model Y前后車身零部件數量相比Model3的171個減少到2個，焊點/焊縫數量減少超1600個。

從效率角度看，零部件數量、焊接工序的減少提高了生產效率，傳統制造工藝下沖壓、焊裝如Model Y后地板總成的部件需要2個小時，而采用一體化壓鑄有望在2分鐘內加工完成。從成本角度看，傳統制造方式下，每種零部件需要其對應的模具、夾具等產線配套成本，焊接工藝的簡化也降低了焊裝工廠的投資成本，大型壓鑄機約100平米的占地面積也比傳統產線更少，特斯拉采用大型壓鑄機后，工廠占地面積減少了30%，相關自動化產線的人力成本節省了20%，采用一體化壓鑄后Model Y后地板生產成本降低了 40%。 特斯拉目前實現了Model Y一體化壓鑄后地板及前縱梁，未來有望實現整個下車體、車身結構件乃至整體車身的一體化壓鑄。特斯拉掀起了車身一體成型的熱潮，新勢力車企如小鵬、蔚來等也在積極布局。一體化壓鑄憑借其生產效率高、成本低等優點，為汽車輕量化與鋁合金的應用提供了新的模式，或將顛覆傳統汽車制造工藝。

來源：zhihu