最近最火的几款新车,极氪 007、小鹏 X9、问界 M9、小米 SU7 都着重宣传了其一体化压铸的技术,其中小米还宣传其是“全栈自研大压铸集群”,除了压铸机是采购的,材料、软件、产线等都是自研的。
而此前特斯拉Model Y参数图片)、蔚来 ET5、极氪 009、小鹏 G6 等已经用上了一体化压铸,其中小鹏 G6(X9 也是)前后均采用了一体化压铸。
此外,沃尔沃、一汽、长安等车企也都已经明确说未来会跟进一体化压铸,就连我们印象中“保守顽固”的丰田汽车也表示“打不过就加入”,在 2023 年的技术研讨大会上展示了其一体化压铸的试件(上图右侧,左边是传统冲压件),不过要到 2026 年才会量产装车……
首先粗略地介绍下一体化压铸吧,压铸技术在汽车领域的应用其实已经很普遍了,发动机的缸体、缸盖、电池的盖板、悬架部件等很多都已经是压铸成型的。不过这些压铸件一般体积不大,压铸机的吨位一般就在 1000-2000 吨,最高不超过 5000 吨级。
而目前风头正盛的一体化压铸确实是特斯拉首先大规模应用的,当时马斯克被Model 3的“生产地狱”搞疯了,想方设法的加快生产节奏,在“睡了几年工厂”后,终于把目光放到了“冲压”这个环节上,Model 3 的后底板由 70 个零部件组成,无论是开发周期还是生产节奏对马斯克来说都太慢了。
但这么大的部件用一体化压铸的话,当时还没那么大压力的压铸机,对此特斯拉找了六家压铸机制造商进行咨询,五家直接拒绝,最终只有意大利的 IDRA 集团接受了这个“挑战”,在 2020 年 8 月在特斯拉加州的弗里蒙特工厂安装了第一个 6100 吨的压铸机。
值得一提的是,2008 年 IDRA 就被国内的力劲集团收购了,最新的宣传视频显示,力劲已经造出了 16000 吨的压铸机。
对车企来说一体化压铸首先能缩短开发周期,传统的方式开发一款新车至少要 3-4 年时间,其中冲压件模具的设计和制造时间占了其开发周期的 2/3,每款全新车型所需汽车冲压件模具约 450 标准套,在引入了一体化压铸后,冲压件的数量可以明显减少,据特斯拉的估计,新车的开发周期可以缩短至 18-24 个月。
对于汽车的研发来说,时间就是金钱,尤其是在当下激烈竞争下,车型能早半年上市就能省下不少钱。
除了节省开发周期,在生产效率方面一体化压铸也有明显提升,一次压铸用时大约 80-90 秒,每小时能完成 40-50 个压铸件,而用传统的冲压焊接至少需要 2 小时,还可能要机加工。2022 年 3 月末,特斯拉表示柏林超级工厂一辆 Model Y 的完整生产周期仅 10 小时。
另外一体化压铸还能节省工厂的空间,据特斯拉介绍,一体化压铸相对于传统冲压工序能节省 30%的工厂占地面积。此外一体化压铸的原材料回收利用率能够达到 95%以上,传统工序的回收利用率一般低于 70%。这些对于车企来说,都是实打实地在降本。
根据特斯拉在 2020 年电池日上的表述,Model Y 采用一体式压铸后底板总成可将下车体总成重量降低 30%,制造成本下降 40%。
另外这里注意一体化压铸可以明显减轻整车的重量,这点对于纯电动车来说十分关键,更低的车重意味着同样的续航可以用更小的电池,这又是省下一大笔钱。
特斯拉宣布下一步计划将应用 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,质量将进一步降 低 10%,对应续航里程可增加 14%。
当然上面提到的降本是有前提的,首先是一体化压铸的门槛比较高,一台大型压铸机动辄几千万上亿元,大型金属模具的设计费用一般也要 2500-3000 万元,同时一体化压铸用的是铝材料,比用钢也要贵出不少。
因此我们大家可以看到目前追逐一体化压铸的大部分是 20 万以上的车,并且以电动车为主,比如特斯拉、小鹏、蔚来、理想、小米等,还有即将加入的奔驰、沃尔沃等,这些车型本身就倾向于用特殊的比例的铝。
另外一台大型压铸机一年至少能完成 12 万个压铸件,因此也要求对应的车型每个月都能卖出 1 万辆以上。
对车企来说,一体化压铸能加快生产节奏,降低生产所带来的成本,那么对于消费者来说呢?
总体来说,一体化压铸对于消费者基本也都是好处,首先上面提到使用一体化压铸后车身更轻了,无论是油耗还是电耗都会有所降低。
另外因为一体化压铸件作为一个整体,对提升整车的扭转刚度有明显作用,比如小鹏 G6 的“扶摇”架构,采用了前后一体压铸件,后地板压铸机的锁模力达到 12,000 吨,其整车扭转刚度大幅度的提高至 42,000N·m/deg,比传统车身提升 50%,同样采用前后一体压铸的小鹏 X9 更是达到了 46,000N·m/deg。
车身扭转刚度的提升对车辆的舒适性、操控性和安全性都有改善,驾驶路感也会更强。
当然虽然一体化压铸能增强车身扭转刚度,但其本身免热材料的属性注定强度不高,因此一般一体化压铸件也只在前后底板等地方使用,碰撞力传导到这一些地方的时候已经比较小了。车身的安全性还是由 A、B、C 柱,防撞梁、前后纵梁、门槛等地方的强度决定,但一体化压铸本身能减重和降本,可以给这些部件留更多的重量和 BOM 成本。
目前一体化压铸最大的争议在于维修费用和相对应保费的提升,网上目前流传最广的一个案例是一辆 Model Y 倒车时不慎撞到墙角,最终预估维修费用高达 20 万,而新车也才 28 万多。
实际上最后的维修价格是 11 万元,并没有 20 万那么夸张,而且这个程度的碰撞即便是传统的冲压后地板维修费用也不低,一般的小事故、小剐蹭并不可能会出现一体化压铸后底板损坏的情况。有特斯拉售后人员表示:“如果出现要更换一体化压铸后底板的情况,那一定是重大事故。而这时候首先要考虑的是车上乘客安全,而不是车辆维修费的高低。”
另外根据特斯拉的文件,一体化压铸并非是“稍微碰一下就报废“的,上面图片中蓝色的部分是可以“较为广泛”的修复,绿色的修复范围为 50 毫米以内,黄域限制在 30 到 50 毫米。
另外极氪也宣传了其四段分区碰撞的策略,只有在超高速的碰撞时才会“伤到”一体式压铸件,大部分时候都不需要过多的担心其维修的成本。
在纪录片《美国工厂》的结尾,正当大家还在思考工人、工会、老板们之间的各种矛盾和博弈时,忽然出现这么一幕,无人化的机械臂即将替代人工,毕竟机器没有工会,也不用买医保。
而对于一体化压铸来说,在大幅度的提高效率的同时,也代表着不需要那么多工人了,所谓“降本”很大一部分就来自人工。
据精工压铸项目总监李华介绍,当采用传统冲压钢板工艺、产能为 12 万台/年的生产线引入单件后一体铸造工艺后,人员数量从 125 人减少到 48 人,减少了 62%。
一个工序的进步,就干掉了该步骤 62%的人工,未来随着汽车制造越来越“简单”,需要的工人也会慢慢的少。
总体来说,一体化压铸是未来汽车制造的大趋势,车企和消费的人都是赢家,受伤的还是打工人啊。