于主机厂而言,一体化压铸成型好,于消费者而言,没啥好处。
特斯拉是最第一个运用一体化压铸成型技术,因为特斯拉没有造油车的经验,特斯拉的车一切都是全新设计的,既然是新的,特斯拉就有巨大的发挥空间,就没必要按照传统车那样去设计。
一体化压铸技术不是什么很了不起的技术,可以理解为大吨位的铸造。铸造技术在汽车上面的运用已经非常广泛了,尤其是发动机上面,发动机的缸体,缸盖,活塞,连杆,曲轴,都是铸造技术,用的都是铸铝材料。铸铝的优点就是重量轻,汽车的轻量化设计于消费者而言就是省油,或者省电。于主机厂而言成本可能会降低,这得看具体的设计。Idra 9000T 压铸机
至于说加强了结构强度,我认为是个伪命题,难道说没有换成铸铝之前,零件也好,整车也好,结构就不强了?你可能会说,相对之前的设计,结构更强。那我想说的是,如果结构不强,没达到企业的标准,这台车肯定是不能上市的,既然上市了,就可以说结构强度肯定是有保证的,至于说结构变得更强了,我认为是多余,因为之前的强度已经够用了。
咱们说回特斯拉,特斯拉是出了名的成本控制大师,尤其在工厂的制造方面,因为相对于研发,工厂制造才是花钱的大头。特斯拉之所以用一体式压铸技术,就是因为可以节省成本,没有其他原因,只有节省成本这一条原因。有人会说,一体压铸的整体重量相对之前是更轻的,没错,的确更轻,但是这不是特斯拉用一体压铸的根本原因。大家都知道特斯拉用的是圆柱电池,圆柱电池的最大缺陷就是电芯外壳体是钢材料的,重量比较重,如果说特斯拉为了做轻量化设计,那么就不应该用圆柱电池,而应该用方壳电池。用圆柱电池是因为圆柱电池工艺成熟,制造成本低。
上图是特斯拉毛豆 Y 的车身,黄颜色的地方用的就是一体压铸技术,是一个零件。之前是大约有 70 多个钣金零件焊接在一起组成的,可能网友们只是看到了由 70 多个零件变成了一个零件,这个只是表面。之前 70 多个零件,每个零件都要单独开一套模具,模具费用是主机厂出的,这里都不考虑这 70 多个零件的运输,库存,等产生的费用。这 70 多个零件需要焊接在一起,光是焊点就有上千个,焊接是焊接机器人完成的,如果变成一个零件,这中间可以省出好几台机器人,还有这 70 多个零件的焊接时间得有两个小时,换成一个零件,跟其他零件固定只需要 30S 时间。刚刚说了,工厂才是花钱的大头,省下来的机器人的钱,省下来的生产节拍,省下来的时间,都是白花花的银子。2020年9月,特斯拉CEO马斯克在电池日发布会上宣布,特斯拉将使用一体化压铸的铝合金来制造毛豆Y的车身后底板总成,可将下车体总成重量降低30%,制造成本因此也下降40%。特斯拉在柏林工厂开放日展示了特斯拉一体式压铸底盘,宣布将用2~3个大型压铸件替换370个零件组成的下车体总成,从而将制造成本降低40%,重量降低10%,续航里程增加14%。所以说一体化压铸技术于主机厂而言就是省成本,至于说轻量化设计,减轻重量那是附带的,即便是不减轻重量,主机厂也会使用的。至于说增加续航,那是附带的,特斯拉不会说是因为增加续航而用一体压铸技术,低成本才是王道。于消费者而言,更多的是坏处。坏处是因为一体化压铸技术增加了使用成本,一旦发生碰撞,装到了这个压铸零件,这个零件是没法修复的,只能换新。你平时在驾驶的时候,你肯定感觉不到这辆车的后地板是铸铝的还是冲压的。大家都知道无锡一位特斯拉毛豆Y的车主撞墙,特斯拉4S评估维修费用要将近20W,原因就是要更换压铸件总成,那保险公司肯定会重新评估特斯拉的保险费用,来年肯定会上涨。换句话如果是传统的普通车身,肯定是可以修复的。
最后,最近有好几个国内主机厂在他们的发布会上也提高了,他们的车身也采样的一体化压铸技术,我在想,这个主机厂是真的没有技术拿出来讲了吗?偷偷摸摸的学特斯拉就行了呗,还拿出来宣传,这又不是什么高技术含量的东西,一个以降成本为主的技术还拿出啦宣传,换句话,如果这个一体化压铸技术其他性能什么的都不变,单纯的增加了20%的成本,你主机厂还会用吗?
首先,我们一般叫车身地板(地板分为前地板、中地板、后地板),这里的每一处在汽车上都起到了非常关键的作用。
车身地板是汽车上焊接最为复杂的部分,这是因为地板涉及到了很多不同厚度、不同形状、不同规格的板件,想要把它们制造出来,并整合在一起,需要经过多道工序。
比如下图是某车企的冲压工艺流程图:
下图是该车企的焊接工艺流程图:
总之,要把它们制造并整合在一起,需要多个部门,多条生产线的协调工作。
也正因此,它的产线速度不能太高。
不过如果采用一体压铸成型后,效率会有很大提升。比如特斯拉将在今年交付首批Cybertruck。一旦它开始生产,每年应该能够交付25万至50万辆。
关于想要实现这个产能,我做过测算:
按照马斯克的25w~50w产能,折中产能按37.5w算,一年产线运转330天(一个月按3天左右的停线检修等时间消耗),意味着每天的产量约1136辆。
对应到一体压铸工艺上,也就是1136辆/24h=47.3辆/h,即意味着76秒左右需要产一台一体化车身。
特斯拉的办法是采用两台9000 吨超级压铸机实现这一目标。得克萨斯州工厂生产的车身底盘
如果是采用传统手段,虽然拉满速率也能达到同等效果,但产线容错率很低,生产压力很大。
当然了,除了交付时间会有所提前外,这些看下来对消费者似乎也没有太大作用。
因为传统的焊接结构下,车身地板的刚性也很好,并不用担心安全性差或是车身扭转刚性差。
另外就是老生常谈的问题了,一体化产品一旦发生损伤修复会很困难。虽然有保险承担,但还是会给车主带来间接损失。
这个问题现在还无法调和。当然,随着各种主动安全技术加入,汽车事故率有降低趋势,算是能缓解一些。但这并不代表一体化产品就不会发生碰撞损伤了。
但从大趋势看,既然有保险兜底,一体化制造工艺就是大趋势。其实不光是一体化车身地盘,包括大灯总成、各种集成化控制器,甚至连中控现在都在走集成化路线。
车身底盘一体式压铸成型的优势:
1,增强底盘钢材强度。
2,减少车企生产制造损耗成本。
劣势:底盘坏了就要换整套底盘。
传统复合结构底盘的优势:技术成熟,稳定可靠,维修容易,哪个版块坏了,把损坏的版块更换就好。
在安全实用性,耐用性,产品质量,把选择权交给消费者。
车身底盘一体压铸成型,有人说它是继福特流水线和丰田精益生产之后的第三次汽车行业革命,也有人说它是坑消费的骗局,到底该如何评价呢
传统汽车制造里面,白车身由车身结构和四门两盖焊接而成,占到整车成本的45%~65%,包含500个左右的复杂冲压件、5000个左右焊点,白车身制造流程:
零件越多、焊点就越多、组装就越复杂,大聪明马斯克想了一个idea,就是把大把的独立零部件合起来重新设计成一个部件,一次压铸成型,这样就省去多个零部件、省去多焊点,省去复杂的组装一体化压铸
对于汽车制造来讲,一体化压铸带来了惊人的优势,以特斯拉model Y一体化压铸为例单一个后底板来讲,零部件从70多个缩减到2个,焊接点从800个缩减到50个,总体制造成本减少约40%传统焊接、组装生产线,占地面积大,一体化铸造工程面积可以减小30%传统冲压+焊接一个零部件需要2小时,且需要机加,一次压铸时间80秒,综合生产效率提高接近80倍传统焊接一个车间需要300名工人,一体化压铸技术工人30名即可传统车身零部件过多,研发周期至少需要6个月,一体化压铸开发周期可以在2个月内,产品面世时间缩短1/3
当然,一体化压铸也有一些需要克服的弱点,比如:技术门槛比较高,模具设计的惰性气体保护、真空去孔等技术,直接关系着压铸的良品率一体压铸车间与传统车间并不兼容,传统车间想转型几乎相当于重新起新车间前期投入成本高,比如年产10万辆的工厂,传统工艺设备投资总额大概5.2亿,而一体压铸设备投资总额大于7亿
但总体上,一体压铸成型对于汽车制造企业,无论成本、效率上带来的变革都是巨大的,所以车企特别是没有产线包袱的新势力,和传统车企新建厂房,都会倾向于尝试一体压铸成型
而对于消费者,一体压铸最大的痛点就是车辆受损后的维修问题
一个极端的例子:某车主倒车撞到墙体,车尾右侧受损,保险评估20万维修费,此车购买价格28万...
巨大的理赔金额,直接带来的后果就是保险费用的升高
如果非要给一个结论,我认为一体化压铸目前只是完成0~80的进度,剩下的80~100的难题攻克之后,车身底盘一体化压铸才是厂家和消费者共赢的生产方式变革
面对一个创新技术,盲目抵制和无脑吹捧都不可取,拥抱创新的同时,直面问题、解决问题,才是产业进步的关键
一体化压铸是通过大吨位压铸机制造大型铝制零部件,有利于车身部件的集成化。
一体化压铸对汽车企业来说,收益非常诱人:
1.提升汽车轻量化水平。对于新能源汽车,提升续航里程,降低电池成本是轻量化的主要贡献。
2.降低整车成本同时还能保证车身强度。
3.简化制造工艺,提高集成效率,降低生产制造成本。
相比传统燃油汽车,新能源汽车重量大导致续航里程受到严重影响。2019(第十三届)汽车轻量化大会中有数据显示,纯电动汽车整车重量每降低10%,平均续航里程将增加5%-8%。同时汽车轻量化可以显著改善新能源汽车的各项性能,比如动力性,安全性,制动有效性等。我国乘用车轻量化远景目标
汽车轻量化材料主要有两类:
一类是高强度材料,主要指高强度钢,即屈服强度在210~550MPa、抗拉强度在340~780MPa的钢;
一类是轻质材料: 主要包括铝合金、镁合金、塑料、复合材料等。当前汽车总重中钢铁占比高达55%,将其替换为轻量化材料是实现汽车减重的重要方向。
这些轻质材料中,铝合金最具有性价比,采用高压压铸更加高效。
减少汽车车身零部件数量及减少焊接工序,是降本的有效方法之一。传统白车身制造工艺流程图
传统汽车白车身制造流程采用钣金冲压+焊接工艺。在冲压工艺中,先将钢材通过开卷线开卷,再冲压线冲压成车身单体零件(侧围、翼子板等),然后进入到焊接工艺,完成零件焊装。
采用一体化压铸可以显著提升汽车生产效率。一体化压铸可大幅减少冲压、焊接使用量,一体化地板总成经由少量焊接即可完成下车体制造,将工序数量由9道降低至2道,效率得到显著提升。
一体化压铸工艺仅2道工序,将大幅减少人工成本。据报道,北京现代顺义工厂年产能为45万辆,其车身车间员工为218人。我们测算,传统冲压&焊接工艺下需要工人约120人,而一体化压铸工艺下仅需约30人,人工成本大幅减少。
第一个阶段采用全铝车身,但是仍按照传统的冲压焊接工艺路线进行整车开发。
第二个阶段采用部分地板一体化压铸,仅将后地板做一体化压铸,降低整车重量和制造成本。
第三个阶段将一体化整个下车体,预计在特斯拉的皮卡上体现。根据特斯拉公告显示,2020年特斯拉公布Model Y一体化压铸后地板方案,可将零件个数由70个减少至1~2个;2022年Q1财报公布德州奥斯汀工厂生产的一体化压铸车身方案,可将前&后地板零部件数量从171个减少至2个,焊接点数量减少超1600个。制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至3-5分钟,可实现在厂内直接供货。
一体化压铸件的技术壁垒主要体现在4个方面:
①系统复杂,对理论、经验以及制造工艺都有很高的要求;
②“设计—试验—设计”周期长,时间成本高;
③造价高昂,风险成本大。
大型压铸机吨位基本上在6000吨以上。其中最知名的当属力劲科技。作为特斯拉独家供应商,力劲科技在全球压铸机市场的占有率超过40%,率先开发出6000吨压铸机,目前已开发出12000吨压铸机,是大吨位压铸机龙头。力劲LK6000大型压铸机
材料配方是一体化压铸技术的核心竞争点。一体化压铸对铝合金材料的性能提出更高要求,压射的合金熔液需具备良好的流变性能、较小的线收缩率和较小的凝固温度区间。复杂的材料配方大幅提升了一体化压铸的技术门槛,成熟掌握合金原料配方的企业在一体化压铸市场具备明显优势。
免热处理材料是一体化压铸的必然选择:传统压铸件铝合金压铸件需要经固溶和时效热处理来满足车身性能所需的强度和韧性。而热处理过程中压铸件很容易出现尺寸变形及表面缺陷的问题。一体化压铸车 身结构件体积大,壁厚小,无法承受热处理带来的形变,因此需要开发出一种免热处理铝合金材料,压铸后不需要经过热处理即可满足车身结构件所需要的力学性能。
一体化压铸对模具的强度及韧性要求更高。与其他铸造工艺相比,压铸工艺特性主要体现在“高速充型与高压凝固”上,在温度、真空、成型方案、工艺参数、后处理等方面都比传统铸造工艺存在更高要求。相比普通压铸的模具,一体化压铸模具更复杂,对强度和韧性要求更高。
高速充型特征易导致铸件失效。压力铸造的高速充型,易导致压室或型腔中的气体无法完全排出,这些气体卷入金属液,常以气孔的形式存在于铸件中,使铸件失去焊接的可能性。此外,如果工艺控制不当,还会造成铸件其他缺陷,影响铸件的本体品质,降低力学性能。
一体化压铸工艺复杂,全工艺要素均有较高要求。压铸工艺对生产合格的汽车结构件十分重要,正确地选择压射模式、压射参数等有利于减少压铸件中的缺陷。压铸件中的气体有相当一部分来自金属液在压室中的预充填阶段,所以应充分注意优化慢压射阶段的压射模式,避免金属液在压室中卷入气体。
一体化铸造可以说对用户不怎么友好,给用户带来的最直接影响就是维修成本大增、保险费用大增。
毕竟特斯拉整合了70多个零部件,过去一次小碰撞,只需要更换少部分零部件的情况,需要整体更换。
汽车后底板单车价值约为2200元,2021年只有特斯拉Model Y应用。而未来随着一体化压铸技术的升级,车身一体化可应用范围将从后底板扩展至前车身、底盘电池托盘、车门等,对应单车价值也有望从2200元提升至14400元。
更有model Y爆出天价维修费用。一辆特斯拉Model Y在倒车时不慎发生撞墙,其一体压铸的后车身严重受损。据了解,特斯拉官方售后人员表示,由于该车后减震包撞坏,其维修费用或将为20万元左右。