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新能源汽车对减重和提效的诉求加速结构件集成度提升,一体化压铸趋势不断 验证,终端布局进展超预期。从主要车企来看,特斯拉最早提出一体化压铸概念, 2022年3月以来相关生产布局快速落地,4月柏林工厂开始配备超级压铸机,7月上 海超级工厂中Model Y二期产线完成改装工作,一周时间实现日产量稳定2000辆以 上;小鹏与广东鸿图合作持续深化;蔚来首款采用一体化压铸结构件车型ET5迎来 量产,相关技术快速推广至多款SUV新车型,并引入新供应商不断迭代;长安年中 启动一体化压铸项目招标,随后与尹之密开展合作;高合HiPhi Z首个白车身于今年 4月正式下线,8月正式发布采用一体化超大车身后舱结构件的新车型。 汽车产业变迁倒逼压铸业革新升级,一体化压铸完成从0到1的突破充分体现技 术变革趋势。


一、一体化压铸进入从0到1拐点


1.1 一体化压铸是车身和底盘高度集成的基础


当前车身设计的不断集成与简化,底盘的平台与模块化均显示出:未来整体车身制造与底盘制造,均将向着高度一体化集成的方向发展。其中,一体化压铸作为实现集成的基础与核心技术,有望实现景气高增。


一体化压铸技术,是车身和底盘进一步高度集成的基础。一体化压铸是指通过大吨位压铸机,将多个单独、分散的铝合金零部件高度集成,再一次成型压铸为1-2个大型铝铸件,从而替代多个零部件先冲压再焊接在一起的方式。


当前车身部分已开始实现分区一体压铸;底盘部分随着CTC电池包的高度集成化和滑板底盘的推进:底盘结构件、电机电控部件等也将从模块化一体化压铸发展为超大型一体化压铸。

1.2 车身:2022放量元年,行业景气高增


1.车身制造的集成变革


当前,特斯拉正在推进车身制造的进一步集成,即通过一体化压铸,将整个车辆的结构构成大大简化为四个部分:①前舱一体化压铸总成+②乘员舱结构压铸总成+③一体化电池结构压铸总成+④后底板一体化压铸总成。


其中,据特斯拉发布会介绍,其利用3个大型压铸件(车身前底板+CTC电池包上盖与车身中地板+车身后底板)替换由370个零件组成的整个下车体总成,实现整体减重10%,续航增加14%。


(1)ModelY车身后底板一体化压铸实现量产


2019年7月,特斯拉发布了新专利“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”,提出了一种车架一体铸造技术和相关的铸造机器设计,该技术将在一台机器上完成绝大部分车架的铸造工作。2020年9月,特斯拉于电池日上宣布Model Y将采用一体化压铸后底板总成,使用钢铝混合车身,可减少下车体总成重量30%,降低40%制造成本,且车身生产工艺流程大幅简化,制造时间由传统冲压-焊装-涂装-总装制造工艺的1-2小时缩短至一体化压铸的2-3分钟。


后端一体化压铸总成中,左右车轮罩、两个溃缩(吸能)区和两个横梁是主要组成部分,两个横梁将两侧的车轮罩和溃缩区连接起来,并与乘员舱架、Structural battery 相连接。溃缩区1包含一些波浪型的结构中空设计,和一些开口式喇叭或收口式喇叭设计,以更好地实现碰撞过程中的吸能。溃缩区2主要为X型结构支撑件设计,还有开口式喇叭或收口式喇叭形态,以增加或减少两个加强筋之间的间距。


(2)车身前舱一体化压铸总成已开始试验


2021年5月,特斯拉前舱一体化总成铸件试验也已披露下线,主要构成包括左右车轮罩、溃缩吸能区、横梁、以及与车身连接的端面和与前碰撞梁或车前端连接的结构端面,整体重量约为130kg。


前舱有3个溃缩区,采用C型(加强筋)结构设计。其中两个靠近车前端,当发生碰撞时会率先发生塑性变化,进行缓冲吸能;最后一个靠近乘员舱,在溃缩吸能的同时防止结构件侵入乘员舱,保障车内人员安全。


(3)CTC后,上箱体集成于下车身中部


除了前后车身底板之外,中间部分则由CTC电池上箱体承担起中部车身底板作用。该上盖集成体的设计集成了原电池包上盖+原车身地板。


例如,搭载4680电池包的Model Y的车身底部镂空,由电池包充当了车身中底板,车辆的座椅就直接安装在电池包的上箱体上。


2.新势力携手第三方压铸厂快速跟进,2022突破元年,行业景气高增


除特斯拉外,新势力造车企业如蔚来、小鹏等也开始布局一体化压铸后底板。


蔚来与南通雄邦和重庆美利信合作,由该两家供应商支持一体化压铸。蔚来在2021年10月正式宣布成功验证开发了可用于制造大型压铸件的免热处理材料,新材料会应用在第二代平台的车型;并于2021年12月发布新车 ET5,该车后座板使用一体压铸工艺。


小鹏的武汉工厂除了规划了常规的冲压、焊接、涂装车间,还加入了一体化压铸工艺车间,将引进一套以上超大型压铸岛及自动化生产线;肇庆工厂则由广东鸿图(20.690, 0.99, 5.03%)供应一体化压铸。


高合汽车与拓普集团(72.530, 3.53, 5.12%)联合首发的一体化超大压铸车身后舱结构件于2022年2月正式量产下线, 该技术将在公司后续车型中大批量应用。小康日前也表示目前已经进入一体化压铸车身的全面研发阶段。


小康汽车也于2022年宣布将计划于2022年底或2023年上半年实现一体化压铸车身制造。


3.传统OEM也在不断加快一体化压铸车身布局


除新势力外,传统车企如沃尔沃、大众、奥迪、奔驰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。


(1)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8日,沃尔沃汽车宣布将投资100亿瑞典克朗给位于瑞典的Torslanda制造工厂,以准备生产的下一代全电动汽车。公司将采用大型铸造铝车身部件,新建电池组装厂和总装车间。其中关键一项是使用 8000T 锁模力的巨型压铸机生产汽车后地板,意味着沃尔沃开始在大型汽车零部件中引入压铸工艺。该一体化后地板大约将在2025年应用于全新的全电动平台。


同时,沃尔沃汽车公司和领先的电池公司诺斯沃特也宣布,将投资300亿瑞典克朗,在瑞典西部哥德堡建设 50GWh 的动力电池工厂,用于开发和制造用于沃尔沃下一代纯电动车型的高品质定制电池。新电池厂2023年开建,预计2025年投产。该新电池厂将生产专为下一代纯电沃尔沃和极星(Polestar)汽车开发的电池。其还将导入方壳 CTC 的工艺,为下一代更长续航里程、更快充电速度和更低成本的纯电车型作准备。


(2)大众汽车新一代电动汽车(Trinity项目)计划引入一体化压铸技术


据德国《商报》网站近日报道,为了生产新一代电动汽车(Trinity项目),大众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。同时在项目中引入一体化压铸技术,避免使用单块板材,从而明显提升公司生产效率。


1.3 底盘:电池厂+滑板底盘公司+主机厂入局,加速技术应用


当前,电池厂、滑板底盘公司,包括主机厂等均在将底盘向集成程度更高的方向发展。底盘部分的各系统与结构件同样将受益于一体化压铸技术的突破与成熟,实现高度集成。


由于滑板底盘公司以及电池厂的入局,行业整体进展速度有望进一步加快,其中一体化压铸作为核心技术,有望实现景气的进一步高增。


1.底盘模块化与集成化不断发展,一体化压铸已分模块试行


早在2012年东京发布会时,特斯拉就已经将电池包、线控制动、悬架、电机等硬件以高度集成化的设计嵌入到底盘之上。比亚迪(252.780, 1.58, 0.63%)E平台、大众MEB平台也均是底盘不断集成化的产物。通过将传统分立部件集成为三合一、五合一等更加集成化的平台,实现线束、接插件等结构的优化简化。


其中比亚迪E平台1.0实现三电关键部件平台化;E2.0实现底盘关键系统模块化如电驱动三合一,多合一电气控制等。2021年发布的E平台3.0将整车底盘构架平台化,包括八合一(整车控制器、电机控制器、车载充电器、驱动电机、电池管理器、高压配电箱、直流变换器、减速器)电动力总成,电池及车身一体化设计。


当前的滑板底盘概念,也是从集成化与模块化底盘的基础上进一步发展而来。即是将底盘的软硬件集成度较高的大零件。将底盘部分原有的上百个零部件集成为三个模块10个部件:


前桥:悬架、副车架,电机、电驱动、转向机。车架悬架等结构件可以通过一体化压铸实现制造工艺的简化。电机电驱等亦可采用三合一等的一体化压铸实现集成。


中桥:电池包、热管理及相关零部件。通过对电池托盘和相关结构件等进行一体化压铸而实现高度集成效应。


后桥:悬架、副车架,电机。同样可采用一体化压铸将零部件高度集成。

2.电池厂商宁德时代(411.500, 18.64, 4.74%)布局CTC后一体化底盘项目,加速行业推进


2021年12月21日,宁德时代董事长曾毓群透:2025年前后,宁德时代计划推出第四代高度集成化的CTC电池系统.2028年前后有望升级为第五代智能化的CTC电动底盘系统。CTC技术不仅对电池进行重新排布,还会纳入三电系统,通过智能化动力域控制器优化动力分配和降低能耗,目标2030年前完成技术开发。


目前宁德时代已在积极布局CTC业务相关的除电池系统之外的核心零部件。包括:2016年宁德时代实控人之一李平创立上海盘毂动力,布局电机体系。2017年设立宁德时代电机。2020年9月入股芯迈半导体,12月入股杰华特微电子,布局电控核心部件。2021年9月入股拿森,专注线控底盘解决方案。2021年10月设立苏州新安重点布局电动能效优化解决方案等前沿研发项目开发。


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2021年8月,宁德时代与上海临港(11.690, -0.08, -0.68%)签订合作协议,拟投资28亿元建设一体化电动底盘项目。2022年2月19日基地正式开工。


宁德时代还与三祥新材(12.860, 0.25, 1.98%)、江苏万顺机电集团有限公司、广东文达镁业科技股份有限公司,在宁德寿宁县共同投资了“镁铝合金压铸项目”。该项目引进一批2500T、5000T吨的压铸设备,用于电池包内部结构件的压铸。日前项目生产线成功试车,已具备量产条件。后续将引进5000T压铸单元,采用一体化压铸成型工艺,以及免热处理合金材料,生产大型一体化新能源汽车零部件。在远期随着CTC电池包的高度集成化,底盘结构件、电机电控部件等进行一体化底盘压铸也将成为可能。


3.Rivian、Pix、悠跑等布局滑板底盘,鲇鱼效应加速一体化应用


一体化压铸是滑板底盘实现高度集成化的重要技术基础。当前的所谓滑板底盘,即通过设计实现车身与底盘的分离,核心制造工艺则是通过一体化压铸实现底盘的平台化模块化生产。


从全球范围来看,目前美国的 Rivian、Canoo;国内的Pix、悠跑等均在布局滑板底盘项目。


(1)Rivian滑板底盘


Rivian创办于2009年,为美国一家电动汽车厂商。2011年开始研究电动汽车生产。其最核心的技术即为“滑板底盘技术”:即将电池、电动传动系统、悬架、刹车等部件提前整合在底盘上。


(2)Canno滑板底盘


Canno成立于2018年,由前宝马i3系列车型的项目主管Ulrich Kranz担任CEO。其设计理念延续宝马i3的“LifeDrive”结构,即上半部分是为乘员舱模块;下半部分是Drive模块,包含了底盘和动力系统。Canoo的多款车型共用下半部分的底盘模块,通过更换不同的上半部分模块来实现不同的功能、扮演不同的角色。


(3)Pix发布第2代滑板式底盘,通过一体化压铸实现底盘集成化


和 Rivian、Canoo产品架构一样,PIX Moving 也是以滑板式底盘开发为核心。整个底盘采用全线控技术,使得行驶系统、转向系统、传动系统、制动系统高度集成,机械结构大幅简化。同时超级底盘采用软件定义打造原生智能汽车开发模式。汽车制造无需从零开始进行整车开发,只需要基于通用底盘定制上装应用,即可以快速、灵活的开发出乘用车、商用车等不同用途的汽车。2020年Pix开始产出无人功能车产品覆盖28个场景100+客户,交付十个国家。近期数款产品即将量产,包括全无人驾驶的L4级小巴,无人配送车、无人清扫车等。


(4)悠跑


悠跑科技成立于2021年,致力于研发标准化的UP超级底盘。当前悠跑的UP超级底盘高度集成智能电动车的核心能力:三电、悬架、制动、转向、智驾系统及热管理系统,是为造车自由而生的软硬一体化操作系统。


当前,我们认为随着电池厂商和滑板底盘厂商的入局,有望通过鲇鱼效应加速底盘一体化集成的发展;其中作为最基础与核心的一体化压铸市场空间,也有望加速打开。


二、一体化压铸,主机厂自研掌握know-how能力


在特斯拉Model Y首次采用一体化压铸工艺后,全球范围内掀起了一体化压铸的新风潮。从上游的压铸机厂商、材料厂商和模具厂商,以及中游的压铸件厂商、下游的车企之间,已形成了一条完备的产业链布局。


从业务模式上来看,目前主要有两种方式:


一种是主机厂自研模式:主机厂直接采购压铸机、模具和材料等物料,自建工厂生产压铸件。该模式以特斯拉、小鹏、沃尔沃为代表;


另一种是采购模式:主机厂直接向压铸厂商采购压铸件,由压铸厂商采购相关的物料,生产压铸件后交付给主机厂。该模式以高合、蔚来、理想为代表。


长期来看,未来汽车一体化压铸还将逐步回归采购模式为主。主机厂自建产线一方面资金压力很大,并且后期运营管理非常耗费精力。自研模式的代表——特斯拉目前已开始与压铸厂商合作,计划未来新增的产能由外部采购来解决。主机厂自研最主要的目的还是为了掌握一体化压铸know-how,便于以后与供应商之间的技术交流沟通。


上游:超大型压铸机问世,助力整车级别一体化压铸


大型压铸机是实现汽车一体化压铸的关键。目前来看,一体化压铸所需的压铸机基本上都在6000T以上。目前,全球范围内能生产6000T以上的压铸机企业主要包括国外的意德拉(力劲科技全资子公司)、瑞士布勒集团,以及国内的力劲科技、海天金属、伊之密。


更大吨位的压铸机可以助力压铸件尺寸和结构上的进一步突破。目前,包括特斯拉、力劲科技、广东鸿图、海天金属等企业已着手12000T以上压铸机的研发。2022年9月,力劲科技和广东鸿图成功发布12000T超大型智能压铸单元,标志着迄今为止全球最大吨位的超级压铸机问世,有望助力整车级别一体化压铸件。


中游:压铸厂商龙头初显


作为中游的压铸厂商,包括文灿股份、拓普集团、广东鸿图、旭升股份、美利信等也纷纷通过采购大型压铸设备并与车企合作的方式布局汽车一体化压铸。


从目前来看,文灿股份、拓普集团和广东鸿图在经验积累和订单获取上具有先发优势。三者均与车企建立了合作,并且成功完成了一体化压铸件的试制。其中,广东鸿图由于有免热处理铝合金专利,并且良品率已达到85%-90%,相较其它两家更具技术优势,目前不仅获得了小鹏的定点,还成为了特斯拉在一体化压铸的唯一合作压铸厂商。


下游:车企抢滩布局一体化压铸,期待实现一体化上车体、下车体


目前,包括特斯拉、蔚来、小鹏、高合、沃尔沃、长城等车企已在汽车一体化压铸领域布局。


新势力方面:目前特斯拉采用一体化压铸后地板的Model Y已正式交付,国内蔚来采用一体化压铸后副车架的ET5即将交付。此外,小鹏、理想、高合的一体化压铸已提上日程,估计在2023年将陆续上车。


传统车企方面:包括大众、沃尔沃在内的国外传统车企在一体化压铸布局时间线比较长,预计在2025年左右才能实现量产。国内车企中,长安、长城已开始了项目的招投标,估计未来两三年内将实现量产。


目前,各大主机厂一体化压铸主要应用于后地板、前机舱等部位。随着更大吨位压铸机的问世,未来一体化压铸有望延伸到下车身总成、上车体一体化大铸件,甚至是白车身。


特斯拉计划用2-3个大型压铸件替换由370个零件组成的下车体总成。特斯拉将一体化压铸分别拓展至前地板、后地板,同时电池包上盖和汽车中地板合二为一进行一体化压铸,可以使重量减少10%,续航里程增加14%。

三、千亿蓝海空间,行业壁垒高筑


1、量价齐升的逻辑支撑铸件市场扩容


一体化压铸件应用不断扩展。根据广东鸿图、文灿股份等相关公告,目前大型 一体化压铸件主要集中在三个产品:一体化后地板总成、一体化前舱(前地板)总 成、电池托盘。其中后地板总成已实现量产,未来铸件厂商将继续向中地板总成、一体化汽车底盘结构件拓展。由于车身外覆盖件对强度要求较高,仍采用传统冲焊 方式。未来随着压铸机合模力提升,技术工艺成熟,良品率增高,一体化压铸件渗 透率有望进一步提升。


一体化压铸件单车价值量大幅提升。当前新能源车单车一体化压铸后地板重量 约50-60kg,以50-60元/kg的产品定价模式预计,一体化压铸后地板单车价值量约 3000元。若将一体化压铸件拓展车身及底盘全系,单车价值量将有望达到1.75~2.03 万元。


受益于量价齐升,预计到2025年市场规模达995亿元。从量的角度,新能源汽 车销量持续快速增长,大型一体化压铸件在车身及底盘结构件中不断拓展应用,渗 透率将进一步攀升;从价的角度,一体化压铸工艺集成化程度更高且单车用铝量增 加,单车价值量也会逐步提高。通过对主机厂终端汽车销量以及应用车身及底盘一 体化压铸件的进程测算,预计到2025年铸件市场规模可达995亿元。 根据特斯拉及第三方铸件厂商公告,我们作如下核心假设: ①假设后地板单价3000元;前舱(前地板)单价7500元;电池托盘单价4500 元;中地板单价3500元。未来随工艺成熟度提升,良率提高,铸件单价呈下降趋势。②后地板已实现量产;预计前舱总成2022年开始量产;电池托盘2023年开始量 产;中地板2024年开始量产。 ③核心主机厂销量预计以及渗透率假设见表格。


2、 铸件生产要求完备的整合能力,技术壁垒较高


①设备壁垒:第一,锁模力大幅提升。一体化压铸要求压铸机锁模力≥6000T, 结构具有高可靠性、压射系统具备高稳定性和精准性。第二,设备制造周期长、资 金投入成本高。大型压铸机的设计前期需投入大量时间成本,制备周期非常长,装 备造价高昂。第三,周边辅助配套设施的装配和集成难度也很大。


②模具壁垒:超大型压铸模具的结构设计、制造及可靠性验证均充满挑战。结 构设计依赖大量经验及计算实验。一体化模具更加大型,流通设计更复杂,壁厚变 化较大,加工难度更大,对浇注、溢流、排气、冷却系统的设计提出了更高的要求, 重新设计依赖先发经验和大量实验。对模具的强度和韧性等要求更高。由于一体化 压铸是在超高真空环境下,高速充型高压凝固,因此对模具的强度、韧性、精度以 及密封性等均提出更高要求。


③材料壁垒:传统铝合金压铸件,需要经过固溶和热处理提高强度及韧性,但 是热处理易引起铸件变形及表面缺陷。超大型一体化结构件由于体积大且壁薄,无 法承受热处理带来的形变,因此需要采用新型免热处理铝合金材料。其技术壁垒主 要体现在:铸态下自强化,掌握高强高韧的铝合金材料成分配比、组织设计与优化 技术,可以根据产品要求快速定制、快速验证材料性能。目前免热处理铝合金可分 为Al-Si系和Al-Mg系两大类,国内主要以Al-Si系为主,包括清华大学和中国一汽联 合研发的FAW-ZTHJ01,上海交大和华人运通合作的TechCASTTM(JDA1b),立中集 团的LDHM-02,广东鸿图自研的HTDA01、02、03等。


④铸件壁垒:技术层面,要求具备整合材料及熔化、模具、装备等的压铸工艺 以及机加工和装配的全工艺要素的技术能力,需要极强的know-how积累。一体化 压铸件具备大尺寸、壁薄、结构复杂等特点,对强度、延伸率等要求较高,生产过 程中需要配置合模力6000T及以上压铸机、大型复杂精密模具、新型免热铝合金材 料和成熟的高真空压铸工艺。生产关键在于能稳定一致地生产出合格铸件,核心技 术难点包括模温控制(大型模具包含几百个模具控制点)、压射速度控制、真空抽取以及对气孔、变形和缺陷问题的快速处理等。人才层面,要求具备经验丰富的高 素质技术、品质和生产管理团队。


3、第三方压铸厂主导占优,利好龙头企业


目前一体化压铸件行业格局中,整车厂和第三方压铸厂均有涉足。长期来看, 未来行业格局由第三方压铸厂商主导占优,迎来发展机遇: ①下游供应链广,客户覆盖面广。在车身结构件方面,第三方压铸厂可以给多 家整车厂提供一体化压铸解决方案;在滑板底盘制造方面,无论是电池厂,亦或是 滑板底盘公司,再或是主机厂自行开发滑板底盘平台,其均需要一体化压铸企业供 应模块化及一体化压铸件作为制造基础。 ②第三方压铸厂技术储备丰富,良品率更高。一体化压铸技术仍处于发展初期, 各个环节对工艺以及工程师技术经验要求较高。除特斯拉作为先行者已自主掌握该 技术外,大多数主机厂相比第三方压铸厂,在研发人员和技术储备上都不占优势, 良品率水平普遍不高,而头部第三方压铸厂商良品率往往更具优势。 ③第三方压铸厂商对单一品牌汽车销量依赖度更低,更具成本优势。由于主机 厂自行压铸只能配套本厂车型,无法兼顾产量和运营成本,而压铸行业属于重资产 领域,单条产线投入近亿元,年产能约8-12万套,如果整车厂销量不达预期,则自 行投资建厂成本难以覆盖。与之相比,第三方压铸厂通过模具更换适配不同车型结 构件的生产,从而提升设备利用率,降低边际生产成本。


来源:未来智库,佐思汽车研究,市场资讯

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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1 条回复
  1. 逆时光看不见我眼泪
    逆时光看不见我眼泪
    (2023-01-20 01:59:53) 1#

    好想知道结局

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