汽车压铸一体化前景展望

新能源渗透带动轻量化提升，提高续航里程，轻量化大有可为

汽车轻量化是在满足汽车使用要求、安全性和成本控制的条件下，将结构轻量化设计技 术与多种轻量化材料、轻量化制造技术集成应用，实现产品减重。

汽车轻量化并非 新兴概念，国外优秀的整车厂很早就已开启汽车轻量化进程。根据《中国汽车轻量化调 查》，在 1990-2010 年间，受欧美各国法规政策影响，欧美汽车企业制造的产品重量就 已减轻了 20%-26%。

我国有清晰的汽车轻量化发展规划，根据 2020 年由中国汽车 工程学会发布的节能与新能源汽车技术路线图 2.0，预计我国 2025 年纯电乘用车整车 轻量化系数降低 15%，2035 年纯电乘用车整车轻量化系数降低 35%。

随着新能源汽车行业的快速发展，汽车轻量化凸显出以下三个优点。

轻量化可提升新能源汽车的续航里程。目前续航里程是新能源汽车进一步发展的主 要瓶颈，在电池能力提升逐渐达到极限的情况下，轻量化是解决该问题的另一手段。

根 据 The Aluminum Association 的研究，电动汽车减重 10%和 15%可分别减少 6.3%和 9.5%的电能消耗。根据比亚迪的研究，约有 70%的能耗用在车身质量上，整车质量每 减轻 100 kg，每百公里电耗大约降低 0.5~1 k W·h

根据 DRIVEALUMINUM 的研究，在电动汽车中使用铝材可以将车辆的行驶里程增加与减轻重量大致相同的比例（如将重 量减少 20%可使车辆在同等电量下多行驶 20%的距离）。

轻量化可提高新能源汽车加速性、制动性、操稳性等诸多车辆性能，并进而提升汽 车使用寿命。一方面，减轻车重可以减少汽车轮胎和制动系统承受的压力，进而延长这 些零部件的使用寿命。

根据中国产业信息网统计，纯电动汽车每减重 100kg，续航里程 可提高 6%-11%的同时，日常损耗成本可降低 20%。

另一方面，减轻车重可以提高汽车 行驶性能，有效降低刹车距离，使得转向和过弯的过程中更加灵活，在受冲击时铝 合金等轻量化材料能吸收分散更多的能量，因此轻量化可提升汽车的舒适性和安全性。

轻量化可在一定程度上降低整车制造成本。行驶同样里程，车身越轻所需电池越少，根据 DRIVEALUMINUM 的研究，电动车采用全铝制车身结构后，每辆车可最多因此节 省 3000 美元。

材料、设计、工艺是轻量化三种途径

汽车轻量化主要通过轻量化材料、轻量化设计和轻量化工艺三种途径实现。

轻量化材料主要包括高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等，其中铝合金材料由于可回 收、易成型、性价比高等等特点成为目前最有应用前景的轻量化材料。

理论上铝制汽车 可以比钢制汽车减轻重量达 30%-40%，其中铝质发动机可减重 30%，铝散热器比铜的 轻 20%-40%，全铝车身比钢材减重 40%以上，汽车铝轮毂可减重 30%。

镁合金有更好 的减重和减震效果，但由于强度相对较低且耐腐蚀性差等缺点，目前未在汽车上广泛使 用。

未来十年内汽车的各个主要部件用铝渗透率都将明显提高。根据 Ducker Worldwide 的 预测，铝制引擎盖的渗透率会从 2015 年的 48%提升到 2025 年的 85%，铝制车门渗透 率会从 2015 年的 6%提升到 2025 年的 46%。

具体反映在平均单车用铝量上，1980 年 北美地区每辆车平均用铝量为 54kg，到 2010 年增长到 154kg，预计到 2025 年每辆车 的平均用铝量将会达到接近 325kg。

根据工信部委托、中国汽车工程学会牵头、500 位 专家历时一年完成的大型联合研究项目——节能与新能源汽车技术路线图，单车用铝的 具体的目标是：2020 年 190kg；2025 年达到 250kg；2030 年达到 350kg。

以特斯拉为例。车身方面，定位高端的 Model S/X 使用全铝车身，相比传统的钢材质车 身，Model S/X 大幅地降低了重量，可以保证足够的续航能力。

全铝车身减重效果明显，但是成本十分高昂，不单单是材料采购成本高，在汽车制造环节也更复杂，且全铝车身 后期的维修成本也更高。

Model 3 作为定位中端的车型，为平衡成本和重量，放弃了全铝车身，选择铝合金、低 碳钢、高强度钢和超高强度钢的混合方案。

Model 3 铝合金材质更多集中在尾部，来平 衡前后重量分布，而在车身纵梁、A 柱、B 柱、车顶纵梁以及底板梁等位置使用超高强 度钢，目的是保障车身主体框架的强度，提升车辆被动安全性。

从轻量化工艺角度，汽车上常用的铝合金分为铸造铝合金和变形铝合金。铸造铝合金在 汽车上应用最多，如动力系统中壳体类的发动机缸体、缸盖等；

底盘系统的转向器壳体、减速器差速器壳体、副车架、控制臂、车轮轮毂等。采用锻造工艺生产的零件主要为力 学性能要求较高的零件，例如车轮、底盘悬架系统控制臂、转向节、空调压缩机涡旋盘 等。

随着对强度和硬度的追求提升，其铸造工艺也在持续改进，形成了多种工艺。按照难度 从易到难分类，分别为重力铸造、高压铸造、低压铸造、差压铸造、真空压铸、半固态 压铸和挤压压铸。

其中重力铸造是最原始的铸造工艺，成本低廉，但产品强度差，高压 铸造是最常见的铸造工艺，相对于重力铸造其产品致密性得到提高，但容易产生气孔。

低压和差压属于同一类，但差压在低压的基础上结合了结晶成型，产品强度相比低压更高。

为解决压铸件内部存在的气孔和缩孔问题，能够生产出高强度、高密性、可焊接可 热处理、可扭曲等各种高要求的压铸件，真空压铸、半固态压铸和挤压压铸是在普通压 铸的基础上形成的新技术，对技术、设备提出了更高要求。

一体压铸改变行业生态，成为轻量化重大增量，降本增效，一体压铸有望成为制造主流新能源车因车身结构差异，用铝量有显著提升。

根据 DuckerFrontier 研究，新能源车单 车铝合金使用量比传统燃油车多 41.6%。其中由于减少了燃油车用发动机、传动系统以 及其他看不见，使燃油车用铝量分别减少了 24.0%、18.9%和 2.2%。

纯电动车因动 力系统和车身结构件铝合金用量更多，动力传动系统、结构件及其他零部件分别使单车 用铝量提高了 10.3%、48.7%、2.3%。

全铝车身具有出色的的轻量化表现，但过去受限于成本与技术未能广泛推广应用。早在 1994 年奥迪 A8 就采用全铝车身进行轻量化改进。

全铝车身可降低车身重量实现油耗和 排放大幅降低的同时，相较传统车身具有更高安全性和可操作性。但受限于技术与成本，全铝车身尚未成为目前车身主流。

一体压铸是轻量化材料、工艺和设计的有机结合，可有效降低全铝车身生产成本提升生 产效率。一体压铸是指将车身一体化铸造，相较于传统全铝车身生产具有以下几个好处：

产品性能更好，且生产材料回收率高。一体压铸基础工艺是高压铸造，可实现生产 的少切削、无切削, 可避免冲压生产的回弹情况，且废料可以直接融化，材料的回收利 用率较高。

相比传统的铸造技术, 铸件性能有所提高的同时，压铸生产的原辅料 消耗、能源消耗都有所降低。

模块化生产减少零部件数量，显著减少焊接工艺部件，解决铝合金连接技术要求高 的问题并实现进一步减重。

采用铝合金压铸件设计方案可实现高度模块化集成设计，有 效减少零部件数量，2011 款 Audi A6 的前减震器塔使用铝合金高真空压铸件设计，实 现 10 个冲压件集成为 1 个铸件，且实现单车 10.9kg 的减重。

根据 2020 年特斯拉电池 日公布数据，采用了一体压铸后车底的 Model Y 相较 Model 3 整块后车底缩减 79 个零部件，焊点大约由 700-800 个减少到 50 个，下车底重量降低 30%。

特斯拉的下一代车 身底盘设计方案计划将电池盒整合进汽车底盘，用 2-3 个大型压铸件替换由 370 个零件 组成的整个下车体总成，并将 10%的重量，由此可增加 14%的续航里程。

精简生产流程，提高生产效率。Model Y 相较 Model 3，减少了 300 台工业机器人，简化生产和质检流程。

基于以上优点，一体压铸可以降低生产成本。特斯拉 Model Y 采用一体压铸后制造 成本下降了 40%。特斯拉下一代车身底盘设计方案可进一步降低 7%的制造成本。

技术持续进化，一体压铸产品有望持续延展

目前铝合金铸件在全铝车身上使用较为广泛且下车体上应用较多，未来上车体应用铸件 的车型有望逐步增多。

参考相关文献及近十年 ECB 会议发布车型信息，统计了行业内 主流车型铝合金铸件的应用情况，整体而言，铝合金铸件已经成为复合材料车身、全 铝车身、钢铝混合车身的必备部件，甚至已在部分高端的钢制车身应用；

铝合金铸件 主要应用在下车体上，最为典型的部件为前减震器塔、后减震器塔和后纵梁；上车体应 用铸件的车型逐步增多，典型部件为 A 柱模块以及 A/C/D 柱上接头等件。

随着压铸机吨位升级已经特斯拉带来的示范效应，国外企业也积极探索车身一体压铸的 可能性。

底盘：根据 2020 年