一、一体化压铸进入从 0 到 1 拐点
(一)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。
(二)车身:特斯拉引领,各类主机厂跟进,2022 放量元年
1.特斯拉引领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率先量产
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 供应一体化压铸。
高合汽车与拓普集团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,高于目前特斯拉使用的 6000T 压铸机,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,将 成为欧洲最大的电池工厂之一。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,预计每年可为50万辆汽车提供电池。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
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。
(三)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.电池厂商宁德时代深度布局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。
2021年8月,宁德时代与上海临港签订合作协议,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、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、悠跑等抢先布局滑板底盘,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、悠跑等均在加速 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,基于该集成化的底盘,Rivian可以快速打造不同的车型。
(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,可大大节省车内空间,低地板大通道的设计使得乘客可以 更加便捷地上下车,同时也提高了车辆的运载能力。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。 据Pix介绍因其模块化架构和自动驾驶系统,其产品是目前全球覆盖场景最多的企业。 2020年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。(报告来源:未来智库)
二、一体化压铸是整车制造降本提效驱动的必然趋势
(一)提升汽车轻量化水平
1.轻量化趋势不可阻挡,降本增效的需求进一步驱动汽车减重
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。新能源 汽车电池过重、电耗较高,且能量密度低于传统的燃油汽车,影响续航里程,使得车 企对其轻量化的需求更加迫切。因此,车身轻量化成为新能源汽车提升续航里程、 提升耐久性和提高节能效率的必然途径。
中国汽车工程协会还制定了针对汽车轻量化的直接目标要求。引入“整车轻量 化系数”作为衡量整车轻量化水平的依据,该指标由名义密度、重量比功率和脚印 油耗三个指标的乘积构成,在保证汽车综合性能指标的前提下,实现重量相对轻、 动力性能好、更加节能。根据目标规划,燃油乘用车整车轻量化系数到2025、2030 和2035年分别降低10%、18%和25%,纯电动乘用车整车轻量化系数分别降低15%、 25%和35%。
2. 铝合金作为轻量化材料优势明显
目前,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。
成本方面:铝合金价格仅高于高强度钢,远低于碳纤维复合材料,约为镁合金 的1/2。减重与性能方面:铝合金可实现较好减重效应:密度方面,铝合金密度约为 2.7g/cm3,约为高强度钢的1/3,与镁合金相当,是碳纤维的1.8倍;减重潜力方面, 铝合金弱于碳纤维和镁合金、大幅强于高强度钢。相比钢制件,铝合金的减重潜力 为40%,镁合金为50%,碳纤维复合材料则达60%。制造工艺方面:铝合金工艺较为 成熟、效率较高、成本适中。高强度钢在工艺方面的成本优势明显,制造工艺成熟; 随着热冲压、压铸等新工艺技术的应用,铝合金板材应用体现出高生产效率,成型 工艺成本适中;镁合金成型工艺成本较高,易氧化,主要用冷连接方式;碳纤维材料 成型和连接工艺效率均较低,成本亦较高。
综上,铝合金相比高强度钢,比强度高,密度较小,减重潜力大;相比镁合金, 成本较低,成型工艺和连接方式较为成熟;相比碳纤维,成本上有巨大优势。另外, 铝的储量较大,耐腐蚀性好,回收利用率高,因此成为汽车轻量化的首选材料。
(二)简化电动车制造工艺流程与制造成本
1.传统车身制造工艺流程繁复
传统车身的制造工艺主要分为冲压-焊装-涂装-总装四大环节。主车厂采购由全 国各供应商通过冲压、压铸制造的多个结构件,将之组装连接(包括焊接、铆接、涂 胶等)在一起,形成汽车的白车身总成(BIW)。
冲压:是一种金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。汽车冲 压利用不同的压机,将整卷钢板或铝板用多台大型压力机连续冲压成外壳和小块钣 金零件,完成车门、左右侧围、机舱盖、前后底板、顶盖、后背门及各种冲压小件的 制造。
焊接:是将两片金属局部加热或同时加热、加压而接合在一起的加工方法。汽 车焊装将冲压完成的车身围件焊接在一起,将冲压完成的小块钣金件拼焊为车身结 构件,包括四门及前后盖(引擎盖+后备箱盖),焊接完成的车身结构件为白车身。
涂装:包括涂装前对被涂物表面的处理、涂布工艺和干燥三个基本工序。汽车 涂装对白车身附以各种防腐工艺,将焊接完成的白车身喷涂色漆、清漆等,以达到 上色和表面防护防锈的作用。
总装:是用联接零件(螺栓、螺母、销或卡扣等)把各种零件相互联接和组合成部 件的方法。将车身上各种零部件(悬架及动力系统、电控系统、内饰件)装配至车体上, 最终完成整车制造。
2. 一体化压铸是汽车制造提升集成效率,降低生产制造成本
一体化压铸通过大吨位压铸机,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传 统方式。
(1)一体化压铸相对传统工艺,极大地提升了汽车车身的生产效率
一体化总成零部件一次压铸成型,极大提升了汽车生产效率与集成质量。据特 斯拉数据,显示采用了一体化压铸后地板总成的Model Y,由于所有零件一次压铸 成型,零件数量比Model3减少79个,由于应用了新的免热处理合金材料,因此省 去了热处理环节,制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至 120-180s。且只有一个零 件,无需开发过多的工装设备,也大幅降低大量零件连接带来的误差累计,提升制 造精度。
(2)一体化压铸大幅简化生产成本
一方面,一体化压铸大幅降低了生产线成本。在原有的有生产技术成本(冲压、 焊装、涂装、总装)框架下,传统生产70个零部件,每个零部件均需布置机器和模 具,以及生产线周边的机器臂、传输线、夹具等;而一体化压铸成型仅需一台大型压 铸机和一套模具,工艺流程简化过后其它耗材和设备的减少、机加工简化、物料运 输、压铸成本都更小;且省去了热处理设备和过程、省去了塑型设备[修复热处理后 的变形]和过程、省去了钝化设备和过程、省去了结构胶等,综合经济性能更好。另 外,一台大型压铸机占地面积仅100平方米,根据埃隆-马斯克的表示,采用大型压 铸机后,工厂占地面积减少了30%。
另一方面,一体化压铸大幅降低了人力成本。国内主流汽车工厂一个焊装工厂 大概配套200-300名生产线工人,采用一体压铸技术后,所需的技术工人也将大幅减 少。据特斯拉在2020年电池日发布会上表示,modelY后底板一体化压铸工艺较原方 案降低了40%制造成本。
(三)综合材料成本与工艺成本,铝一体化压铸优势明显
当前一体化压铸铝车身单车材料+制造成本1.06万元,远低于全铝冲压焊接车身 1.44万元以及钢铝混合焊接车身的1.20万元,已基本接近钢制焊接车身。
一体化铝压铸车身成本可拆分为材料成本、制造成本。以典型B级车的一体化车 身为例测算,核心假设:
材料成本:轻量化程度:根据钢铝密度、性能参数,假设全铝车身替代全钢车 身将使质量下降35%。其中,钢制白车身质量为350kg,全铝焊接车身280Kg,一体 化铝压铸车身228kg。直接材料价格:分别取钢、铝两种金属价格现价(2022年3月) 测算原材料成本。
制造成本:主要包括压铸机和压铸模具的折旧。以及其它物料、电费、人工等。 以典型B级车结构计算,一体化压铸车身所需压铸机产线投入近5亿元。以年产10万 件,7年生命周期计算折旧。摸具投资1.5亿元,以年产10万件,10万件生命周期进 行折旧。同时在其它制造费用上,由于铝合金韧性、表面附着力较差,铝冲压焊接工 艺复杂,物料消耗大。压铸工艺流程简单,可大幅降低额外的制造费用。
根据测算结果,当前时间采用铝一体化压铸全车身底板,成本已经接近钢制焊 接车身,较钢铝混合焊接车身成本降低12.32%;较全铝焊接车身成本降低26.40%。
当前铝价受国际形势影响快速单边上行,预计长期来看,随着铝价的的进一步 平稳,铝一体化压铸的降本效应将进一步提升。
在汽车轻量化与智能化的发展趋势下,传统车身制造工艺的缺点愈发凸显。一 体化压铸因其相对优势,成为提效、轻量、降本过程中的新工艺选择。(报告来源:未来智库)
三.设备-模具-材料-工艺各环节技术突破助力超大型一 体化成为可能
一体化压铸车身结构件的要求高、制造难度大。生产过程中需要采用高吨位压 铸机、更复杂精确的模具设计、成熟的高真空压铸工艺和免热处理的新型铝合金材 料,同时集成综合壁垒高。
(一)设备端:力劲引领,实现大型压铸机研制突破
在设备端,大型一体化成型件需要采用高吨位压铸机,前期由于市场上并无适 配超大型一体化压铸件的超大型压铸机,因此一体化压铸也无法实现。
1.力劲科技率先研发出6000吨压铸机,推动一体化压铸落地
2019年特斯拉发布新专利“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。该大型一体化压铸机的 问世,是实现一体化压铸的基础。
2019年力劲科技自主研发成功全球领先的6000吨超大型智能压铸单元。压铸机 重达410吨,占地面积仅约100平方米(压铸机长宽高分别为19.5米、5.9米、5.3米)。 并于2020年下半年向特斯拉交付15台设备。
2. 当前国内外各压铸机设备厂商开始实现大型压铸机研制突破
为了满足大尺寸部件的制造要求,且同时保证其强度和量产效率,一体化压铸 对压铸机的锁模力、模板尺寸、压射量、压射压力以及速度控制等均需要更高的要 求,具有较高的技术难度。
力劲集团在2019年成功突破6000吨合模力的大型压铸单元,2021年4月公司 9000T超级压铸单元又在宁波北仑全球首发。近两年国内压铸设备厂商海天集团、伊 之密等也相继研发出高吨位大型压铸机。
(二)模具端:广型先发,实现复杂构件的高精度模具突破
在模具端,大型压铸产品结构复杂,对模具的要求亦进一步增加。一是一体化 压铸模具的结构和工序都更加复杂,二是对模仁表面质量要求更高,三是对模具的 精度要求不断提高。当前有关模具厂正加快一体化压铸车身结构件模具的研发突破, 部分企业选择与零部件厂商以及主机合作研制,模具环节产品逐渐定制化。
(1)广州型腔
广州型腔是国内著名的压铸模具制造厂商,拥有丰富的压铸模具生产经验和强 大的模具开发能力。
2021年12月,广州型腔向美利信提供8800吨超大型压铸机用于生产汽车一体化 结构件,为美利信公司配套了第一套超大型一体化后地板压铸模具,共同为上海某 新能源车企提供超大型一体化模具和铸件配套服务。
2022年1月,由公司自主研制,重量超过140T的国内首套超大型一体化铝合金 压铸结构件模具在鸿图科技成功试制,标志着广州型腔成为国内掌握超大型一体化 结构件模具研制及调式技术的企业。同期,公司还与广东鸿图、力劲集团、广东鸿劲 等三家公司,就12000T超级压铸单元研发项目举行了签约仪式。
(2)宁波赛维达
赛维达公司从事大中型精密铝、镁合金压铸模具的设计、开发与制造,自主研 发的高真空压铸模技术处于业内领先地位,是国内第一家成功开发整车全铝镁车身 的模具厂。
2022年2月,公司协同高合汽车开发的7200T一体化超大压铸模具生产的压铸件, 在拓普杭州湾制造基地量产下线。
目前,赛维达正在开发首款9000T大型一体式车身结构件模具,将于今年3月投 产。公司还透露已在研发12000T-20000T一体式车身结构件模具。
(三)材料端:免热处理合金材料不断进展
在材料端,免热处理合金材料的研制突破助力大型一体化压铸的适用推广。传 统压铸工艺中,需要使用到热处理等工序来提高零部件的机械性能、耐腐蚀性能等。 但加热冷却过程中产生的热胀冷缩效应,带来零部件的形变误差,特别是对于一体 化的大体积部件,进一步放大了变形风险。
当前,特斯拉、美国美铝、帅翼驰集团、华人运通、广东鸿图、立中集团等均在 开发以及使用免热处理铝合金材料,使得大型一体化压铸更加可靠。
(1)帅翼驰
帅翼驰是国内率先布局免热处理铝合金车身结构件的企业。2020年,公司获得 美国美铝EZCAST™系列的高强韧铸造铝合金在国内的的独家代理权,还引进了 VersaCast、SupraCast、EverCast、Colorkast等多项铝合金专利技术。2021年10 月,帅翼驰表示其与蔚来联合开发的可用于制造大型压铸件的免热处理铝合金材料, 已成功得到蔚来验证,将应用于蔚来第二代平台车型。
(2)立中集团
立中集团是研发制造销售功能中间合金新材料的科技型生产企业,全球中间合 金生产企业之一,近年一直专注于铸造铝合金及再生铝行业核心技术,从2014年开 始研发免热处理合金材料。
2019年10月10日,立中集团与武汉市蔡甸区举行项目签约仪式,投资10亿元建设铝合金车轮和汽车轻量化铝合金材料项目,包括研发、制造铸造铝合金、变形铝 合金和铝基功能中间合金。公司在2021年半年报中披露成功研发免热处理合金材料, 已取得专利证书,并打破国外技术垄断。2021年11月,公司又宣布成功自主研发 LDHM-02免热铸造铝合金材料,可实现汽车零部件在一体化、大尺寸、薄壁、结构 复杂和热处理易变形的新能源汽车结构件“铝代钢”材料的替代,有效降低铝铸件 制作成本,较国外同类材料价格减少20%左右。
(3)广东鸿图
早在2015年广东鸿图即开始着手研发免热处理合金材料并获取专利授权。名称 为“一种高强度高韧性压铸铝合金及其制品”。该合金属于Al-Si-Mn-Mg-Re系,具 备高强度与高韧性,无需进行T6热处理在铸态下就可获得良好的力学性能。该合金 材料可广泛的应用于车身及底盘等关键零部件的制造。当前公司超大型一体化压铸 产品使用的均为自主研发的材料配方。
(四)工艺端:集成化与品控要求提升,仍具备较高的技术壁垒
在压铸工艺端,将设备-模具-材料三大要素有机地加以综合运用在当前仍具备 较高的技术壁垒,其关键点在于能稳定地、有节奏地和高效地生产出外观、内在质 量好、尺寸符合要求的合格铸件。
一体化压铸本质上属于高压压铸工艺,后者包括合模、射料、回锤、冷却、充 氮、离嘴开模、顶出、顶回等步骤。高压压铸工艺生产时,首先将熔融的铝合金通过 压铸机的压射机构高速和高压注入模具,并加压成型,随后水平高压压铸机确保模 具完全关闭,通过模具内的冷却系统将铝合金零件快速冷却至固态,最后模具打开 取出零件、清理喷涂脱模剂,结束一周期生产。
一体化压铸强化对超高真空压铸的要求,主要由抽真空-铝液填充-成型-机加工 四个环节组成,即压铸机首先关闭型腔抽出内部气体,具体流程为模具关闭、倒料、 真空开启、型腔真空排气、压射、成型脱模、取件、去毛刺、喷涂、再次关模到位等 环节。
另外,压铸机又分为冷室机、热室机两大类,汽车结构件等尺寸超过10cm以上 的零件需要采用冷室机。在冷室工艺中,铝等金属首先需在单独的熔炉中熔化并转 移到保温炉中,然后才再倒入压射室并注入模具。
一体化压铸工艺技术难点更多,全流程品控与稳定仍具备较高壁垒。
一是对技术要求更高。一方面一体化压铸需要成熟的超高真空压铸工艺。高真空压铸是指压力介于50 至100mbar之间,超高真空压铸则指压力低于50mbar。一体化压铸要求压铸环境为 30mbar以下的超高真空,需要有至少比普通匹配要求两倍以上能力的真空机。另一方面清洁铝液的供料系统的精准把控是一体化压铸件的效率与品质保证的 关键。精准的定量和清洁的铝液是保证超大型一体化压铸件成功的前端保障。在最 短时间内完成规定重量铝液的供给是保证超大型一体化压铸件效率和品质的关键。
再一方面一体压铸车身零部件尺寸大,自动化去毛刺难度高。比如后底盘总成 零件产品正面、底面、两侧面均有去毛刺的区域,去毛刺部位多,加工尺寸范围大, 传统的机器人去毛刺方案无法对应。同时产品设计为薄壁结构件,尺寸跨度大,变 形量也大,特别是两侧轮罩区域,变形量超过5mm,是自动化去毛刺面临的另一难 点。
二是要求制造企业具备极强的know-how。
整车厂对一体化压铸车身结构件的要求高,压铸机需要在快速的大规模生产过 程中保持高良率,实现生产部件的一致性和稳定性。如何控制压铸机打入铝水的温 度、速度、压力以保证量产一致性,如何维持模具温度场稳定,避免金属液凝固过程 中发生变形和缺陷等,都需要压铸机生产厂商在工艺know how端有较为深度的积累。
四、一体化压铸市场:量价齐升,空间广阔
(一)中国市场 2025 年规模预计高达 400 亿元
1.单车价值量大幅提升,市场空间广阔
除车厂采购压铸机自研一体化压铸后底盘外,车身结构件的压铸厂商以及电池 包和电驱动壳体的压铸厂商同样进行着一体化压铸业务的布局。在当前新能源车销 量高增以及大型压铸件使用不断扩张背景下,零部件厂商高度受益压铸件需求放量。
当前新能源车单件一体化压铸后底板重量约为50-60kg,以50~60元/kg的产品 定价模式预计,一体化压铸后底板单车价值量约为3000元。若将一体化铸件拓展车 身及底盘全系,单车价值量将有望达到2.14~2.36万元。
2.放量节奏加速,2025年预计规模可达400亿元
考虑到一体化压铸的技术、资金门槛较高,我们认为该市场将首先在新能源乘 用车中逐步推广。随着一体化压铸优势逐步凸显与技术的推广,我们认为一方面汽 车用压铸铝数将不断增加,同时,随着一体化压铸工艺渗透率的提升,单车一体化 压铸件的价值量也会逐步提升。量价齐飞的逻辑支撑一体化压铸市场空间迅速扩大。
根据国内新能源乘用车、单车用铝量、压铸铝占汽车用铝比例数据先推算出国 内新能源压铸用铝量计算显示2025年新能源汽车铝压铸市场规模达1259.91亿元。
新能源乘用车产量:根据中汽协数据,2021年全年销售333.4万辆新能源汽车, 根据政策、技术突破及消费热情高涨等因素,我们预计后续新能源汽车渗透率将持 续提升,新能源汽车销量维持高增态势。
单车用铝量:参考CM GROUP的预测数据,2025年单车用铝量达226.8kg, 2020-2025年CAGR为5.69%。
单车用铝中压铸件比例:根据《压铸周刊》数据,车用铝合金工艺有压铸、挤 压、轧制、锻造,其中铝压铸工艺占大多数,2021年达77%,我们认为2021-2025这 一比例将保持平稳。
铝合金单价:根据爱柯迪招股说明书测算,汽车用铝合金压铸件铝合金平均售价为4.52万元/吨。由于铝价格的波动将在较大程度上影响估值结果,为更好体现产 能实现对一体化压铸市场空间增长的促进作用,我们假定铝合金单价维持不变。
一体化压铸工艺采用率:通过对后续车厂对车身及底盘一体化压铸的进度推算, 到2025年一体化压住市场规模有望高达400亿元。其中保守估计:
一体化后底板:2022年随着Model Y 的继续放量引领,小鹏蔚来理想零跑等新 势力车的相关高端车型率先跟进,后续其它自主及品牌跟进。据各家新势力车新年 推出的新车型与一体化压铸的公布进展来看,2022年仍以特斯拉modelY为主导,部 分新势力车企2022年下半年开始放量,预计2023年可实现较快突破。
CTC上箱体:预计2025年随着宁德时代和特斯拉CTC的广泛应用开始上量。
一体化前舱总成:由于该部件更大所需压铸机吨位更高,目前仍在研发和试验 之中,预计23年试验量产,24年正式投放量产车型。
底盘前桥与后桥:当前已有分区模块化三合一五合一试验,后续随着集成程度 的进一步拓展,结合2025年CTC和滑板底盘的应用全系放量。
电池托盘:电池托盘的长度更长,需要更大吨位压铸机试验,预计进度略晚于 后底板。预计2022年底1.2万吨压铸机布局完善后2023年方能试产。
(二)第三方压铸厂下游供应链广,技术与成本优势优化格局
1.第三方压铸厂下游供应链广阔,具备较广市场空间
(1)底盘制造方面,一体化压铸企业作为基础供应商不可或缺。无论是电池厂 还是滑板底盘公司亦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)车身制造方面,第三方供应链条与市场前景可期
短期看:新势力企业由于制造业基础较弱且规模效应尚不明显,因此通过携手 第三方压铸厂形成规模效应实现提效降成本为最优解。特斯拉由于自身工艺先行短 期一体化压铸仍由自身突破开发。中期看:随着更多的车企开始布局轻量一体化时, 外溢订单将不断增加。长期看:当一体化压铸已经成为行业普适现象,主机厂从提 升效益的角度上,将重新开发更进一步的升级设计,具体车身生产从工业生产的效 益最大化角度考虑,有望进行第三方统筹。
2.第三方压铸在技术与成本两端更具优势
从技术角度看,主机厂自行一体化压铸生产面临挑战。一体化压铸仍处于发展 初期,需兼具功能性与工艺性,各个环节都要有长期的技术经验积累。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,难以从传统成熟的技术中脱离开来,实现一体化压铸具有一 定难度。
从成本角度看,主机厂是否选择自行一体化压铸的一个重要因素是汽车销售量。 由于主机厂自行压铸只能配套本厂的车型产品,无法兼顾产量和运营成本,而压铸 设备、厂房搭建均为重资产投入,一旦产销量无法兼顾,则单台产值将不达预期,自 建车间进行一体化压铸的成本就很高。与之相比,第三方压铸厂可以实现模具更换 适用于不同车型产品的生产,从而提升设备利用率,降低边际生产成本,所以生产 数量较少时,一体化压铸的成本一般也比主机厂更低。
因此,我们认为在一体化压铸市场迅猛增长的市场背景下,第三方压铸厂商将 迎来重要发展机遇。
五、一体化压铸厂商加速跑马圈地
(一)广东鸿图:国内铝压铸龙头,一体压铸技术领先
1.公司简介:老牌龙头压铸企业,技术积淀深厚,引领一体化压铸先行
广东鸿图是铝合金压铸件龙头企业。目前业务主要分为压铸件制造、汽车内 饰、投资三个板块(前期的专用车板块,公司公告称已挂牌转让宝龙汽车股份)。 公司2006年在深圳证券交易所挂牌上市,在压铸领域深耕厚植,多次荣膺“中国压 铸件生产企业综合实力50强”称号。
一体化压铸方面,公司潜心研发,开拓进取,引领一体化压铸推进。2021年 公司开展“结构件一体化成型”项目的大型压铸岛整体规划,前期进行一系列设备 采购为抢占一体化压铸市场先机做准备。同期,公司在免热处理材料研发和超低速 压铸等新工艺引入方面取得重大突破。2022年1月,广东鸿图成功试制首个6800T 超大型一体化铝合金结构件,并向力劲集团达成批量采购协定,总共签订了包括2 套12000T汽车铝合金零部件单元在内的8套大型及超大型智能汽车铝合金零部件单 元,强势进军一体化压铸赛道。
广东鸿图在制造工艺方面各个环节均有相应的技术储备。包括自主研制的免热 处理材料;公司拥有独立的经验数据库,掌握高真空压铸、模温控制等核心技术, 目前国内细分赛道自主专利数第一。
制造工艺决定了一体化压铸的良品率。广东鸿图目前已为多家下游客户开发试 制一体化压铸结构件,试产下线目标良品率与生产节拍控制水平行业领先,有望迅 速达成一体化压铸量产能力。
2.公司财务:边际改善迹象明显,主业现金流稳定
公司营收及净利润表现边际改善迹象明显。2020年受新冠及国际经济下行冲 击,汽车行业整体销量下滑。公司顶住汽车市场下行压力,严控成本,积极巩固、 发展主业,2020年全年实现营业收入5596.03百万元,同比下降5.25%,归母净利 润155.73百万元,同比上升464.55%,扣非归母净利润151.67百万元,同比上升2033.1%。其中利润端同比上升明显是由于前期计提较多商誉减值准备造成低基数 所致。2021年疫情缓解,汽车行业景气度复苏,叠加下半年汽车缺芯问题缓解及新 能源汽车超预期的销量增速等因素,公司21年业绩预告称归母净利润将继续增长 70%-90%,财务边际改善迹象明显。
分季度来看,公司自2021年3月效能改善和订单复苏开始呈现明显趋势,对应 2021Q1营收及营业利润同比大幅增长。尤其在2021Q3,在汽车行业整体严重受缺 芯问题影响背景而导致行业下行大背景下,公司营收及营业利润同比虽出现小幅下 调,但对比同业大部分公司出现的亏损情况,公司顶住压力依然实现较大正利润。 随着后期缺芯问题缓解,叠加四季度汽车行业传统旺季因素,公司在压铸件业务方 面继续取得重大突破,全年归母净利润呈现高增态势。
公司主业雄厚,压铸件制造营收体量优势明显。铸件制造、汽车内饰件业务占 据公司营收绝大部分,且比例常年较为稳定,是公司现金流及利润的重要来源。对 比压铸行业可比公司,广东鸿图在营收体量方面有显著优势。公司在压铸件行业生 产规模大,在手订单足,易于发挥规模优势,降低成本,提升利润率。
公司期间费用率情况稳定。公司坚持精实管理,严控成本,期间费用率一直保 持稳定水平。
研发费用率方面,公司长期贯彻重视研发的发展战略,持续加大对研发项目的 软硬件投入。在压铸板块,公司掌握真空压铸技术在内的多项核心技术,整体技术 研发水平居国内同业领先地位。模具子公司研发实力强劲,同时具备压铸模、注塑 模、工装夹具产品及工艺全覆盖能力,可实现全板块模具保障,缩短研发周期,增 强公司核心竞争力。
3.公司客户:多层次客户资源助力业绩韧性
公司凭借多年合作历史以及过硬产品质量,深层绑定客户资源。公司在压铸板 块已通过国际IATF16949质量管理体系认证,连续八年获得“通用年度优秀供应商 奖项”(国内仅广东鸿图和福耀玻璃连续获此殊荣),产品质量深受客户信赖。在 国内品牌客户方面,公司与一汽、上汽、东风、广汽、吉汽、长城在内的大型知名 整车厂商保持深度合作关系;在新能源领域,公司亦积极开拓进取,斩获蔚来、小 鹏、广汽新能源、宁德时代等新能源厂商订单;国外品牌中美系的通用、克莱斯 勒、福特,日系的本田、日产、丰田,欧系的奔驰、沃尔沃、大众等亦是公司的战 略合作伙伴。这些客户对上游零部件供应商质量要求高,更换上游零部件供应商的转换成本高且周期长。公司凭借过硬的产品质量,深层绑定客户资源,巩固公司行 业领先优势。
分区域来看,公司铝合金零部件板块下设广东高要、江苏南通、湖北武汉三大 生产基地。其中,公司主厂设立在广东肇庆,紧邻比亚迪,广汽,小鹏等整车厂 商。凭借地域优势,公司可快速响应客户需求,争取更多订单。
公司前五大客户中,没有特别集中的现象,公司营收不过度依赖于某一特定厂 商,经营稳定性强。同时,2019-2020年间,公司前五大客户总营收占比小有提升, 说明公司与重要客户的合作关系进一步巩固。
4.管理效能提升
公司管理方面,近期公司董事、董秘、副总裁、职工监事有一定人员更换,新任 高管多数学历较高,且有丰富管理经验及任职经历,为公司经营注入新鲜血液。新 管理层精简管理流程体系,推动公司经营效能大幅提升。
(二)拓普集团:向智能电车一体化零部件厂商发展
1.深耕汽车零部件,定位模块化供应商
拓普集团于1983年成立,2015年上市,总部位于宁波,是一家从事汽车核心 零部件研发、生产与销售的模块化供应商,主营业务包括减震器、内饰功能件、底 盘系统、汽车电子、热管理系统等系列产品。公司产品线覆盖面广,把握行业发展 趋势,前瞻布局新能源汽车赛道。
公司2021Q1-Q3实现营收78.23亿元,同比增长81.1%;归母净利润7.53 亿元, 同比增长103.5%。在缺芯和原材料上涨的背景下,保持了有力增速。
公司是国内NVH(减震降噪)行业龙头。2001年成立拓普NVH研发中心进入国 际市场,橡胶减震产品 2011-2013年销售额连续排名全国第一,国内市占率不断提 高,同时出口至北美、欧洲、东南亚、中东等地区,是国内为数不多的具备整车同步 研发能力的NVH零部件供应商之一,也是为数不多进入国际整车OEM配套体系的零 部件供应商之一。内饰功能件方面,公司已拥有乘员舱内饰件系统、行李舱内饰系 统、发动机内饰系统、外饰系统等整车的声学套组,可以实现系统级的整车隔音方 案。
2.开启布局一体化压铸车身及底盘项目,打开新成长曲线
(1)开启布局车身一体化压铸
2021年9月,公司与力劲集团就汽车轻量化、大型汽车结构件一体化成型项目达 成全新战略合作协议,向力劲集团采购21套力劲压铸单元,其中包括6台合模力 7200T、10台4500T、5台2000T的大型压铸机。
2022年2月,通过不断迭代的虚拟仿真与台架试验验证,国内首台使用7200T压 铸机产出的超大压铸一体化后舱下线,这也标志公司成为国内首个量产超大型一体 化铝合金结构件制造技术的汽车零部件供应商。公司掌握铝合金加工领域的压铸、 挤压、锻造全套工艺,在轻量化底盘和一体化压铸方面拥有强劲的技术和设备支撑, 具备较高的行业地位和先发优势。
(2)携手Rivian抢先布局滑板底盘
早在2016年公司成功打通特斯拉的供应链,获得特斯拉Model 3的轻量化底盘 定点协议,为特斯拉供应控制臂、铝合金底盘结构件、电池包等产品,品类主要集中 在轻量化底盘方面。2017 年公司收购福多纳,获得包括前副车架总成、后桥总成、 摆臂总成、控制臂等全套底盘相关系统产品技术。
2022年2月08日,拓普集团公告称:拟在宁波市杭州湾新区新设全资子公司拓普 滑板底盘(宁波)有限公司。基于公司拥有的悬架系统、线控刹车、线控转向等丰富 产品线及底盘调校能力,以及与RIVIAN在滑板底盘的合作经验,在杭州湾新区新设 工厂,整合上述模块于同一平台,未来可为周边及海外客户提供性能、质量和成本 最优的滑板底盘产品。
3.研发扩产持续加大,后续增长强劲可期
公司持续加大研发创新力度,在体系建设、人才引进、实验能力等方面持续投 入,每年研发投入占营业收入比例保持在平均约5%。
公司的资本开支力度加大,产能扩张加速。2021年前三季度公司资本性支出 22.51亿元,同比增长194.58%,其中,2021Q3为7.59亿元,同比增长113.43%。 公司加快推进湘潭基地、宁波杭州湾新区基地和宁波鄞州区生产基地的建设,并在 上海、湖州、西安等地新设工厂。2021年12月,公司宣布在重庆市沙坪坝区投资 15亿元分期建设新能源汽车各产品线生产基地。海外方面,公司在波兰追加投资并 加快产能建设,加快墨西哥工厂的筹建工作,用于轻量化底盘、热管理、内饰功能 件等业务的产能建设。
(三)文灿股份:一体化压铸先行企业
1.并购增厚压铸技术基础,收入稳步上扬
广东文灿压铸股份有限公司成立于1998年,总部位于广东佛山,主要从事汽车 铝合金精密压铸件的研发、生产和销售。近年来随着新能源汽车销量快速增长,公 司新能源汽车压铸件业务不断扩张,收入稳步上扬。2021Q1-Q3实现营业收入29.65 亿元,归母净利润6882万元。
公司深耕铝合金精密压铸件领域,产品可应用于中高档汽车的发动机系统、变 速箱系统、底盘系统、制动系统、车身结构件等。收购百炼集团后业务向超大型一体 化压铸车身结构件延伸。汽车类(汽车压铸件+模具)营收占比不断上升,2020 年公 司汽车类铸件营收已占比 90%以上。
2.建设全球生产基地,一体化压铸产品矩阵不断丰富
一体化压铸方面,2021年5月,文灿股份向力劲集团采购了2套6000T压铸机设 备,与蔚来汽车共同开发后底板一体化压铸。
为加快推进在一体化压铸领域布局,公司子公司法国百炼在墨西哥、中国、法 国、匈牙利等国家建设10个生产基地,布局全球生产基地。
(四)三祥新材:联手宁德时代布局电池及底盘部件压铸
1.多元化业务布局,定位一体化压铸老牌公司
三祥新材创立于 1991 年,以生产铸造改性材料起家。公司于2016年8月于上 交所上市,基于在新材料领域的研发积累和下游需求的发展趋势,公司正不断向其 他新材料领域延伸,已形成锆系新材料、镁铝合金材料、先进陶瓷材料三大重点发 展方向,主要应用于汽车零部件、通讯基站、新能源、建筑、军工、电动工具等领域, 着力轻量化电动船舶、新能源汽车等一体化压铸业务。
2.设立文达镁铝,携手宁德时代,布局电池及底盘的轻量化压铸
公司与宁德时代等企业共同设立文达镁铝科技有限公司,其中公司持股 35%, 宁德时代持股 25%。2020年11月,公司与宁德时代、江苏万顺机电集团有限公司、 中山市隽达股权投资管理企业、中山银泰股权投资管理企业投资3亿元共同出资成立 宁德文达镁铝科技有限公司,致力于轻量化精密压铸件的研制和生产,为客户提供 模具设计制作、压铸成型、CNC加工、自动喷涂、检测等一体化综合服务能力。
文达镁铝有望借助其大型一体化高效压铸优势,为轻量化船舶提供船体材料端 等方面的支持。2021年1月27日,宁德文达镁铝合金压铸项目正式开工,项目总投资 8亿元,占地面积350亩,文达镁铝规划5万吨/年的镁合金产能,重点研发一体化压 铸成型工艺系统。2021年1月,项目在寿宁县南阳镇宁德锆镁新材料产业园开工。 2021年6月,5车间及6万多平方米的主体钢架建设项目基本完成。
2022年1月1日, 宁德文达镁铝与宁德时代电机科技公司举行签约仪式,应用镁铝合金轻量化及大型 一体化压铸技术打造电动船舶,实现船舶技术历史性的突破。2022年2月9日,宁德 文达压铸单元成功试车和首件压铸件下线,展现宁德文达镁铝合金压铸项目具备量 产条件和投产能力。项目还将引进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,深度布局新能源业务。
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