汽车铝合金零部件可以大致分为变形铝合金零部件、铸造铝合金两类,其中变形铝合金包括发动机罩、翼子板、顶盖和后备箱盖等汽车用铝部件,集中在车轮、发动机缸体缸盖;铸造铝合金则主要应用于新能源汽车电机壳体、控制器壳体、减速箱壳体、发动机、轮毂和变速器等。铸造铝合金在汽车用铝合金中占据主导地位,占汽车用铝量的 80%左右。
据研究表明,目前汽车用铝合金材料中 55.1%使用高压压铸生产,25.7%为普通铸造,8.9%为轧制,8.6%为挤压,1.7%为锻造。在包括汽车、建筑、机械设备等在内的诸多压铸产业下游应用领域之中,汽车用铝铸件的占比是最高的,占比超过 70%。
根据国际铝业协会(IAI)、CM Business Consulting 共同发布的《中国汽车工业用铝量评估报告(2016-2030)》的预测,我国汽车用铝合金仍存在进一步增长的巨大空间,2016 年我国乘用车的平均单车用铝量为 110.36kg,预计到 2030 年我国乘用车平均单车用铝量将达到 242.22kg,较 2016 年翻一番。
2、行业技术水平及技术特点、技术发展趋势
(1)行业技术水平及技术特点
铸造生产工艺链涵盖产品设计、模具开发、原材料准备、铸造成型及后处理精加工等核心环节。其中,模具设计的合理性、工艺参数优化能力直接决定产品良率与性能表现,更是衡量企业技术水平的核心标尺。
在模具设计环节,企业需要在汽车零部件复杂空间结构的基础上再综合考量浇注系统设计、排气结构优化、模腔密闭性以及冷却/加热管道的热平衡配置等多方面因素。而在工艺层面,压铸工艺的优化通常以汽车零部件成型参数研究为突破口——压射压力、压射速度、浇注温度、模具温度等关键参数的设定,不仅需要借助数值模拟软件进行仿真验证,更依赖企业在量产实践中积累的工艺数据库。我国汽车零部件行业在引入国外先进技术的基础上,经过多年积累已经拥有自主设计更大型、更复杂的铸造模具的能力和全面的铸造工艺技术。
但是相较于发展更早、规模更大的国际知名企业,我国汽车零部件企业在模具设计与制造、工艺精度等方面仍存在差距,尤其是在最近崛起的大型一体压铸方向。这一方面是因为累积的设计生产经验不足,缺乏复杂或大型汽车零部件相关工艺参数数据库,参数组合智能优化技术欠缺;另一方面,数值模拟软件和核心工艺设备的落后也限制了国内企业在工艺精度的进一步提升。
(2)技术发展趋势
①大型一体化压铸技术
在减重、提效和降本的多重驱动力下,2019 年特斯拉提出了车身一体成型铸造方法,通过采用一体成型压铸方式生产 Model Y 底板总成,将原先由多工序所需的 70 多个零件精简为一体化成型的一个压铸件,减少了组装焊接等程序,减重约 30%,降低制造成本约 40%。同时,零部件一体化成型在应对碰撞时能更好地承受冲击力,提升车身的骨架安全性。
相比于传统的称身“冲压+焊接”工艺,大型一体化压铸技术具有轻量化、零件数量及焊接工序步骤减少、制造精度提升、人力和土地成本降低的优势。大型一体化压铸的上述优势已引起各主机厂及配套的铝合金零部件厂商的高度关注,自特斯拉发布相关技术以来,一体化压铸已经成为汽车铝合金压铸企业技术布局的主要方向之一。
目前,部分资金实力较为雄厚的同行业上市企业如晋拓股份、文灿股份等已陆续订购超大吨位压铸机,积极布局超大型一体化压铸市场。车身大型一体化压铸件重量可达 60 余公斤,浇铸重量达到 100 公斤以上,需要使用锁模力在 6000T 以上的超大型压铸机,相关设备造价高昂,对中小压铸企业来说形成了较大的资金壁垒。
此外,要进入大型一体化压铸件市场,除了购置设备之外,还需要解决大型压铸件所带来的压铸工艺难度大幅增加、大型压铸模具开发、免热处理合金材料开发、压铸周边设备升级等一系列问题。未来一段时间内,大型一体化压铸技术将是行业内领军企业布局的关键技术方向。
②智能制造和数字化技术
智能制造和数字化工厂技术是当前铸造铝合金汽车零部件行业转型升级的重要技术方向之一,通过引入这些技术,汽车铝铸件企业能够显著提升生产效率、优化产品质量,并实现从传统制造向智能制造的全面转型。当前智能制造升级方向主要集中于以下方面:
1)引入自动化设备:通过引入自动化设备,减少对人工依赖的同时,能够精准控制和优化工艺参数,确保产品质量稳定,减少加工节拍,显著提升生产效率。
2)物联网和大数据:通过物联网技术,在生产设备之间实现互联互通,通过智能控制系统实时采集生产数据并进行分析,进而优化生产流程、提升设备利用率;
3)智能物流与仓储:通过智能移动机器人和智能仓储系统,实现零部件的精准配送和库存管理,减少人力成本并提高物流效率。
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