专利解读特斯拉带火的一体化压铸技术！日系零部件厂商要失业

　　知情郎眼侃透公司专利事儿
　　众所周知，特斯拉带火了一体化压铸概念。
　　让这个在传统汽车制造工艺中的难以发光发热的技术理念成了当下纯电主流。
　　简单点说，一体化压铸是将传统的冲压焊接简化为一步的过程，简称，车身部件的铸铝化及集成化。
　　工艺特点：通过大吨位压铸机制造大型铝制零部件，主要指汽车车身结构件一体化加工，将原本设计中多个单独、分散的小件经过重新设计高度集成，再利用压铸机进行一次成型压铸成完整大零件（省略焊接及组装流程）。
　　如今所有的新能源车整机厂都在搞轻量化的一体化压铸技术，恨不得把整个车身和地盘都一体化了。
　　不少行内人吐糟，搞得传统冲压焊装工艺都快失业了，以后汽车专业焊接工都不需要了，好集体转行了。
　　有专家举例吐槽道，一体化压铸最主要的优势是减少零件数量，在车身设计、制造、采购、人力等环节做了减法。比如，后底板这款部件，原先冲压焊接的话，需要70多个零部件、70多副模具，假设一位工程师管理7个零件，那就需要至少10位工程师，这也意味着更多的采购人员等。而把这些零件集成为一个大部件，就做到了减少零件数量和成本。一体化压铸的第二项优势就是由于大组件的出现，使得整个车身系统组装的流程也得以简化。比如，原本零件需要很多焊点，大铸件减少了焊点，焊装车间的总体投入都会相应地减少。
　　估计特斯拉的一体化压铸技术对日本汽车产业造成了万吨暴击，人家每一次技术迭代升级，都减少了传统汽车零部件的依赖度，这么下去，日系汽车庞大的零部件供应商都要遭到毁灭性打击了。
　　以后汽车零部件厂商去哪混？
　　唉，苍天饶过谁？
　　日本汽车业当年搞死了没啥竞争力的美国本土企业，如今搞死日本汽车产业的是美国企业特斯拉！
　　一体化压铸这概念（同花顺886000）之前在资本市场也遭到热捧，指数涨的飞起，直接爆拉一副泡沫盛世的状态，最近倒跌回原形。
　　今天，综合方正证券、东北证券关于一体化压铸的行研报告，聊聊一体化压铸工艺。
　　另外，插一句，马斯克厉害的地方是，他想的很多，也做了很多，关键做的比想的深。
　　学马斯克吐糟：玩权力的好好捏泥巴玩权力就好了，非得挤进来聊产品工艺，
　　大家戏路混法不同，何必非得搞一块互相扯皮浪费时光。
　　01一体化压铸
　　电动汽车时代开启以来，特斯拉一直都是最具代表性的变革者。
　　在电动汽车制造领域，特斯拉推出了多项引领行业潮流的新技术，如4680电池、CTC技术以及一体化压铸技术。
　　这三项技术，都在一定程度上引领了电动汽车行业的发展方向。
　　基于电池模组和材料的创新、将动力电池集成至底盘的技术已经屡见不鲜，相关技术车型已经量产上市。而一体化压铸技术，目前仅有特斯拉ModelY一款车型应用，但是这一技术俨然已经成为电动车企们新的发展方向。
　　说起来，压铸并不是一项新的技术。
　　随着汽车轻量化趋势带来铝合金的广泛应用，压铸铝合金目前被广泛应用于汽车制造行业中。
　　根据天风证券研报，目前压铸铝合金制品在汽车用铝中约占5470。利用铝合金压铸较大型的零部件也在汽车上也早有先例，如2018年上市的凯迪拉克CT6使用较大型的压铸铝合金零件，将车身零件从227件减少为31件。
　　而特斯拉一体化压铸最主要的变革在于，使用特制的免热处理铝合金材料，利用超高压的压铸机将多个汽车铝合金零部件一次成型，减少汽车所需零部件数量以及相应的焊接工序。
　　相比于传统冲压机器人焊接的生产工序，一体化压铸具有轻量化、降本增效和提高零件强度等显著优点。
　　特斯拉于2019年提出一体化压铸技术。
　　2020年，特斯拉开始与压铸设备生产商意德拉合作，采用6000吨级压铸单元GigaPress来完成一体化压铸。而在此之前，特斯拉已经完成了免热处理铝合金材料的研发，这种材料能够解决一体化铝合金材料高温热处理后变形等诸多问题。
　　在2020年9月的特斯拉电池日上，马斯克宣布ModelY将采用一体化压铸后地板总成，可将下车体总成重量降低30，制造成本因此下降40。
　　时至今日，特斯拉一体化压铸后地板总成已经应用于ModelY车型之上。
　　在特斯拉引领之下，国内外造车新势力和传统车企纷纷积极布局一体化压铸技术，一体化压铸技术迎来爆发节点。
　　特斯拉领先一体化压铸布局，首先开发用于一体化压铸的铝合金配方，之后发布一体化压铸白车身的专利、安装第一台大型压铸机、电池日宣布整个下车体的压铸计划，最后实现后地板量产。
　　根据特斯拉2022年一季报，奥斯汀工厂生产的ModelY后地板仅需1个零部件，且进一步实现了车身前部前纵梁位置的一体化压铸，ModelY前后车身零部件数量相比Model3的171个减少到2个，焊点焊缝数量减少超1600个。
　　国内车企都学特斯拉的套路，按部就班改进自己的一体化压铸工艺。
　　02一体化压铸的优缺点
　　任何工艺都有优缺点。
　　一体化压铸让车身变轻提高续航能力、降低零部件购买成本、简化制造工艺、减少焊接成本等优点，缺点自然也很明显。
　　劣势一：维修成本高。倘若车辆受损需要更换零部件，传统方式仅需更换一小块冲撞部位的零部件，而一体化压铸需整体更换零部件，维修成本相对较高。
　　劣势二：产线工艺调整大。一体化压铸是新兴工艺，需对原本的厂房做出重大调整，如缩减冲压、焊接工艺设备，增设大型一体化压铸机和大型模具等。同时，一体化压铸目前处于发展初期，工艺一直在迭代。一体化压铸的部件相比普通压铸件体积更大、形状更复杂，对于压铸工艺也提出了更高的要求。
　　劣势三：投入成本高。一体化压铸需要超大吨位的大型压铸机（6000T以上）和大型模具，而大型压铸机和大型模具的采购价格往往极其高，使得投入成本很大。所以新能源车亏起来无止境！
　　这项新技术的应用也伴随着一定争议。
　　其中，最具争议性的即是：车企通过一体化压铸技术降低了生产成本，但是消费者却因为一体化压铸件带来的维修难度提升面临着更高的维修费用和保险费用。这在一定程度上意味着，车企的成本转嫁到了消费者身上。
　　03国内大厂的一体化压铸进度
　　一体化压铸市场形成了上游设备、材料供应商中游压铸件生产商下游整车厂的产业链。
　　据券商研报分析，大型压铸设备研发制造难度大，市场上仅少数企业实现了高吨位压铸机的突破。
　　力劲科技位于行业龙头，实现特斯拉6000T压铸设备的交付，还将大型压铸单元的应用领域拓展至9000T。
　　布勒公司在大型压铸机领域也具备雄厚的技术储备，旗下产品型号Carat920的压铸机实现了92000kN（换算约9388T）锁模力的突破。
　　国产企业中，伊之密、海天金属等在大型压铸机领域也有所进展，其中伊之密7000T压铸机完成装配、9000T压铸机完成研发，海天金属8800T压铸机完成交付。
　　免热处理材料对铸件力学性能和生产良率有重要意义，一体化压铸玩家积极布局免热处理材料。
　　材料供应商如立中集团、美铝Alcoa、帅翼驰（主要是引进美铝的专利技术）、德国莱茵等均有免热处理材料产品并开始投产，整车厂中特斯拉首先实现了免热处理材料在一体化压铸领域的量产，蔚来、沃尔沃等也各自开发出了免热处理材料，华人运通与上海交大合作研发了超大铸件用低碳铝合金材料。
　　国内汽车行业铝压铸件供应商主要包括文灿股份、爱柯迪、旭升股份、广东鸿图、拓普集团、泉峰汽车等。
　　车企方面，特斯拉率先实现一体化压铸零部件的量产交付，由最初的两片式后地板发展到目前的单片式后地板及一体化前纵梁，蔚来ET5的后底板也采用了一体化压铸工艺。
　　其他新势力如小鹏、高合以及传统车企如沃尔沃、大众也随之推进一体化压铸的布局，其中小鹏、沃尔沃、大众等计划在工厂引入一体化产线进行自制。
　　另外，采用电池底盘一体化的车企也有望采取一体化压铸的方式进行生产，可以看标杆企业比亚迪的动向。
　　04从专利维度看特斯拉的一体化技术
　　标志性专利：铝合金配方免热铝合金
　　特斯拉于2019年1月8日发布专利CN112567059Aluminumalloysfordiecasting（用于压铸的铝合金），描述了一种高性能压铸铝合金，其中铝合金的特征在于：具有高屈服强度和高导电性，并且在压铸时还具有高流动性和低热裂敏感性。
　　工艺提升：传统铝合金或其它金属合金通常必须通过热处理过程来提升机械性能，免热铝合金无需进行热处理就可以达到相同的效果，因此避免了大型压铸件在热处理过程中易出现的变形或产生表面缺陷的问题，大幅度降低产生废品的风险，提高良品率。
　　标志性专利：白车一体化铸造
　　2018年，特斯拉公布名为汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法（MultiDirectionalUnibodyCastingMachineforaVehicleFrameandAssociatedMethods）的专利，提出了一种可以在一台机器上完成绝大部分车架的铸造工作的铸造技术和铸造机器专利。
　　专利中表明：根据目前车架配置的多向压铸机包括一个具有车辆覆盖件的模具，以及几个可以相对于覆盖件模具平移的凸压模具。此类凸压模具会分别移动至铸造机中央的铸造区，负责不同部件的铸造，在一台机器上完成绝大多数的车架铸造工作。
　　工艺提升：这是马斯克式的技术逻辑，一台铸造机搞定所有车辆部件。捏泥巴一样造车，很不现实是吧
　　标志性专利：下车体一体化压铸
　　2022年，特斯拉发布名为WO2022031991Integratedenergyabsorbingcastings的专利，将下车体的一体化压铸分为四个部分：1。前一体化压铸总成；2。乘员舱一体化压铸总成；3。电池CTC一体化总成；4。后一体化压铸总成。
　　05何时全身一体化
　　方正证券还做了个简单有预测，马斯克何时实现他理想中的全车体白身一体化：
　　后地板：特斯拉已实现一体化压铸后地板的量产，2021年销售的20万辆ModelY后地板均使用一体化压铸。
　　前机舱：2021年5月AxelTruck表明前舱试验已完成，合理预计20222023年量产，2024年正式投放车型。
　　中地板（CTC电池包上盖）：2020年9月马斯克在电池日提出中地板CTC电池上盖的一体化压铸计划并预计2022年用于柏林工厂的ModelY上。我们预计量产还需23年时间，预计20242025年实现量产。
　　下车体总成：预计20252027年实现。
　　白车身：预计需要58年时间，20272030年能够实现整个白车身的一体化压铸。
　　知情郎看了这个预测后，觉得挺靠谱，如果工艺迭代的够快，马斯克也许真能捏泥巴般能在10年内做到整车一体化作业。
　　06特斯拉独家压铸铝合金专利
　　铝合金车身的制造工艺复杂度远超钢制车身。
　　若采用铝合金替代钢材，白车身通常可降重13左右。以奥迪A8为例，因采用全铝车身，白车身重量仅为215kg。
　　但铝金属导热系数大，易造成焊缝性能下降、合金表面氧化层污染电极的问题，并且铝的热膨胀系数高易导致零件变形大。仍以奥迪A8为例，其车身制造需要包括MIG焊、远程激光焊等在内的14种连接工艺，工艺复杂度远高于以电阻焊为主的钢制白车身。
　　像特斯拉这样大范围在铝合金车身使用压铸工艺的车很少见，对工艺要求很高，在德高行全球专利数据库中，以铝合金、一体化压铸为关键词，检索特斯拉的专利，有13件相关专利。
　　在全球范围，类似专利总量极少。
　　可以说，特斯拉的独家技术到目前为止，跟随者们依旧未吃透。
　　10件特斯拉申请的铝合金、一体化压铸相关专利，如下：
　　专利
　　专利（英文）
　　摘要
　　1hr用于结构部件的压铸铝合金
　　Diecastaluminumalloysforstructuralparts
　　描述了一种包括Al的合金组合物，其中该合金在铸态且未经进一步处理时包括至少约130MPa的屈服强度和处于3mm截面厚度时的至少约20的弯曲角度。还描述了用于形成合金的工艺。
　　2hr用于高性能应用的铸造铝合金
　　Castingaluminumalloysforhighperformanceapplications
　　在各种实施方案中，描述了屈服强度大于120MPa，并且典型地在140MPa至175MPa的范围内的铝合金。此外，这样的合金可具有大于45IACS的电导率，通常在4555IACS的范围内。在一个实施例中，所述铝合金包含14。5wt的Si，Mg0。30。5wt，TiB20。020。07wt，Fe0。1wt，Zn0。01wt，Cu0。01wt，Mn0。01wt，余量为Al和不可避免的杂质。这种合金可用于铸造各种汽车部件，包括转子，定子，汇流排，逆变器和其它部件。
　　3hr压铸用铝合金
　　Aluminumalloyfordiecasting
　　描述了可压铸的高性能铝合金，其特征在于铝合金具有高屈服强度和高导电率，以及对压铸期间的高流动性和热裂纹的低敏感性。图6是选择图。
　　4hr压铸用铝合金
　　ALUMINUMALLOYSFORDIECASTING
　　本发明描述了一种高性能可压铸铝合金，其中所述铝合金的特征在于具有高屈服强度和高导电性，以及高流动性和压铸时对热撕裂的低敏感性。
　　5hr用于结构部件的压铸铝合金
　　DIECASTALUMINUMALLOYSFORSTRUCTURALCOMPONENTS
　　本发明描述了一种包含Al的合金组合物，其中所述合金在铸态且无需进一步加工时在3mm截面厚度下具有至少约130MPa的屈服强度和至少约20的弯曲角。还描述了形成该合金的方法。
　　6hr压铸用铝合金
　　ALUMINUMALLOYSFORDIECASTING
　　本发明描述了一种高性能可压铸铝合金，其中所述铝合金的特征在于具有高屈服强度和高导电性，以及高流动性和压铸时对热撕裂的低敏感性。
　　7hr压铸用铝合金
　　Aluminumalloyfordiecasting
　　描述了高性能压铸铝合金。本发明的铝合金具有高屈服强度，高导电率，压铸时不易热裂的特点。
　　8hr用于压铸的铝合金
　　ALUMINUMALLOYSFORDIECASTING
　　描述了一种高性能压铸铝合金，其中铝合金的特征在于：具有高屈服强度和高导电性，并且在压铸时还具有高流动性和低热裂敏感性。
　　9hr压铸用铝合金
　　ALUMINUMALLOYSFORDIECASTING
　　本发明描述了一种高性能可压铸铝合金，其中所述铝合金的特征在于具有高屈服强度和高导电性，以及高流动性和压铸时对热撕裂的低敏感性。
　　10hr高性能应用的铸造铝合金
　　CASTINGALUMINUMALLOYSFORHIGHPERFORMANCEAPPLICATIONS
　　在各种实施例中，描述了屈服强度大于120MPa，并且通常在140MPa至175MPa的范围内的铝合金。另外，这种合金的电导率可以大于45IACS，通常在4555IACS的范围内。在一个实施例中，所述铝合金中硅的含量为14。5wt，0。30。5wt的Mg，0。020。07wt的TiB2，小于0。1wt的Fe，小于0。01wt的Zn，小于0。01wt的Cu，小于0。01wt的Mn，余量为Al和附带杂质。这种合金可用于铸造各种汽车部件，包括转子，定子，母线，逆变器和其它部件。
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