車身一體化壓鑄到底好不好？

如果回顧汽車行業(yè)的兩次制造大變革，都是圍繞優(yōu)化汽車裝配環(huán)節(jié)做文章，即福特發(fā)明流水線和豐田發(fā)明的精益生產(chǎn)方式。

馬斯克直接用第一性原理去思考：與其想方設法縮短裝配環(huán)節(jié)，能不能干脆取消裝配環(huán)節(jié)？特斯拉便用這個思路探索出了一體化壓鑄技術(shù)。可以說特斯拉開創(chuàng)了新能源汽車一體化壓鑄的先河。

2019和2021年，特斯拉先后申請了一體式壓鑄大型構(gòu)件的模具和集成吸能鑄件專利；2020年9月，馬斯克宣布，特斯拉Model Y將采用一體式壓鑄后地板總成，可將下車體總成重量降低30%。

下面就來詳細地介紹一下一體化壓鑄技術(shù)。

一.  一體化壓鑄技術(shù)簡介

概念

一體化壓鑄技術(shù)是一種高效的金屬成型工藝，它使得生產(chǎn)復雜、精密、高強度的金屬部件成為可能，特別是在汽車制造業(yè)中。

一體化壓鑄是將熔化的金屬注入到高壓和高速度下的模具中，快速凝固成為預定形狀的零件。與傳統(tǒng)的多件組裝相比，一體化壓鑄技術(shù)能夠生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)更為緊湊、重量更輕、強度更高的單一零件。

主要特點

高效率：由于零件是一次性成型的，這大大減少了生產(chǎn)時間和成本，同時也降低了材料浪費。

高強度：一體化壓鑄部件的結(jié)構(gòu)連續(xù)性更好，能承受更高的載荷和壓力，增強了最終產(chǎn)品的耐久性和使用壽命。

復雜形狀生產(chǎn)能力：這項技術(shù)能夠生產(chǎn)出形狀復雜、壁薄且尺寸精確的零件，這對于傳統(tǒng)制造方法來說是難以實現(xiàn)的。

減輕重量：通過一體化設計，可以在不犧牲強度和功能的前提下減少零件的重量，這對于提升能效和降低能耗尤其重要。

二. 新能源汽車領(lǐng)域的應用

新能源汽車的一體化壓鑄技術(shù)是近年來汽車制造業(yè)中的一項創(chuàng)新進展，尤其在電動汽車（EV）領(lǐng)域中，它起著革命性的作用。

這項技術(shù)通過使用大型壓鑄機將熔化的金屬注入高精度的模具中，一次成型生產(chǎn)出大型、復雜的汽車結(jié)構(gòu)件，如車身底盤、車架和其他關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件。這種方法與傳統(tǒng)的多件裝配和焊接工藝相比，有許多顯著的優(yōu)勢。

新能源汽車的一體化壓鑄通過超大噸位壓鑄機，將白車身上原本幾十上百個零件組成的復雜結(jié)構(gòu)高度集合成一個，只要一次壓鑄成型就可以獲得完整的零部件，摒棄了傳統(tǒng)的“沖壓+焊接”模式，顯著減少了零件數(shù)量，簡化了工序、降低了人力和土地需求，最終實現(xiàn)了成本的降低。

小米的9100噸壓鑄機

2020年，特斯拉首次在Model Y后地板上采用了6000噸的一體化壓鑄技術(shù)。很快，各大車企就紛紛跟進，例如造新勢力的小米、蔚來、理想、小鵬、問界、哪吒、高合等，傳統(tǒng)車企如沃爾沃、大眾、奧迪、奔馳等等。發(fā)展到現(xiàn)在，各大廠商甚至在瘋狂宣傳自家的大壓鑄鎖模力噸數(shù)！例如小米就在發(fā)布會上重點宣傳了自家的工業(yè)巨獸—9100噸鎖模力的壓鑄機。

注意：9100噸不是指整個機器的重量，而是模具合在一起的鎖模力。下文會介紹鎖模力這一參數(shù)。

三.  一體化壓鑄最主要的推動力

電動車的輕量化是一體化壓鑄最主要的推動力，而電動車的“里程焦慮”則加速了輕量化進程。電動車電池系統(tǒng)更重，在“里程焦慮”的痛點下，汽車輕量化勢在必行。

傳統(tǒng)的燃油車發(fā)動機的重量較輕，最常用的4缸發(fā)動機的重量在90-160kg，6缸發(fā)動機的重量在140-200kg，8缸發(fā)動機的重量在180-320kg。以寶馬3系為例，其采用四缸發(fā)動機，整備質(zhì)量為1587kg，發(fā)動機系統(tǒng)的重量占比約為 5.7%-10.1%。

根據(jù)最新的2022年第 8 批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》的數(shù)據(jù)，電動車電池的重量在209-669kg，電池重量占比在 15.1%-28.3%之間，并且隨著電動車續(xù)航里程的提高，電池重量和整備重量有提高的趨勢。

在“里程焦慮”背景下，電動車對輕量化的需求更為迫切，減重也是提高電動車續(xù)航里程、降低電池成本的重要途徑。

四.  汽車一體化壓鑄的優(yōu)點和缺點詳解

汽車一體化壓鑄特別適用于生產(chǎn)復雜形狀和高強度要求的汽車零部件。這種技術(shù)通過將多個零件合并為一個壓鑄件，從而減少了裝配工作和提高了部件的一致性。下面，我們來詳細探討新能源汽車一體化壓鑄的優(yōu)點和缺點。

優(yōu)點

減少重量：一體化壓鑄可以減少組件的總重量，因為它允許設計更加緊湊和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。這對于提高汽車的燃油效率和動態(tài)性能至關(guān)重要。

提高強度和耐久性：通過減少零件的數(shù)量，減少焊接和接縫，整體結(jié)構(gòu)的強度和剛性可以得到提高，從而增加了零件的耐久性和使用壽命。

減少生產(chǎn)成本和時間：減少了組件數(shù)量和裝配時間，生產(chǎn)效率得到提高。同時，一體化壓鑄還可以減少材料浪費，降低生產(chǎn)成本。

提高精度和一致性：壓鑄工藝可以生產(chǎn)出尺寸精確、形狀復雜的零件，減少了后期加工的需要。同時，因為減少了組件數(shù)量，所以產(chǎn)品的一致性和重復性也得到了提高。

設計靈活性：壓鑄工藝允許設計師在設計時擁有更大的自由度，可以生產(chǎn)出更加復雜和功能集成的零件。

缺點

初始投資高：由于一體化壓鑄需要使用專門的模具和設備，其初始投資通常比其他生產(chǎn)方法要高。

設計變更困難：一旦模具制造出來，對設計的任何變更都會非常困難且成本高昂，這限制了產(chǎn)品設計的靈活性。

材料限制：雖然壓鑄可以使用多種金屬，但并非所有材料都適合壓鑄工藝，這可能限制了設計的應用范圍。

修復困難：如果壓鑄件出現(xiàn)問題，修復這些問題通常比較困難，有時甚至無法修復，導致需要重新生產(chǎn)，增加了成本。

良品率低：一體化壓鑄擁有較高的技術(shù)壁壘，不是說往模具里塞一塊餡，一壓就成了。在模具設計階段，就得做好惰性氣體保護、真空去孔技術(shù)等。之后還有冷卻、熱處理等一系列的步驟，稍有差池，溫度、密度、液流速度沒控制好，都會對壓鑄件的精度造成影響。

總的來說，汽車一體化壓鑄是一種高效、節(jié)省成本的生產(chǎn)方法，尤其適用于大量生產(chǎn)復雜零件。

五.  對買車的用戶來說有什么優(yōu)缺點

上面討論到的優(yōu)缺點主要是從汽車廠的角度來考慮的，那站在買車用車的用戶角度來看，一體化壓鑄又有什么優(yōu)缺點呢？

極氪009的一體化壓鑄車身

對于買車的用戶來說，汽車采用一體化壓鑄技術(shù)在制造過程中具有一系列優(yōu)缺點，這些影響從多個角度體現(xiàn)，包括車輛的性能、耐用性、維護成本等方面。

優(yōu)點

提高車輛性能：采用一體化壓鑄件的汽車通常擁有更好的結(jié)構(gòu)強度和剛性，這意味著更高的駕駛穩(wěn)定性和安全性。此外，由于重量的減輕，加速性能和燃油效率可能會得到提升。

更高的可靠性：由于零件數(shù)量的減少和接縫的減少，整體結(jié)構(gòu)更加堅固，減少了零件松動或磨損的可能性，從而提高了汽車的可靠性和耐用性。

更低的維護成本：結(jié)構(gòu)簡化意味著維修時需要拆卸的零件更少，故障率也較低，從而可能降低了一些常規(guī)維護和修理的成本。

更好的駕駛體驗：車輛整體性能的提升以及結(jié)構(gòu)強度的增加可以提供更加平穩(wěn)和響應靈敏的駕駛體驗。

極氪007的一體化壓鑄車身

缺點

高昂的維修成本：盡管一體化壓鑄件可以減少常規(guī)維護的需求，但如果需要修理，特別是涉及到壓鑄件自身時，成本可能會非常高。由于這些部件是一體化的，損壞一小部分需要更換整個組件，雖然這種情況發(fā)生的概率不是很大。

更換零件的難度：在需要更換受損零件時，由于采用了一體化設計，找到適合的替代件比傳統(tǒng)設計更加困難和昂貴。

保險成本較高：如果保險公司認為一體化壓鑄件的修理或更換成本較高，這會導致保險費用增加。

綜上所述，雖然一體化壓鑄技術(shù)為汽車用戶帶來了許多性能和可靠性上的好處，但在成本和維修方面也存在一定的挑戰(zhàn)。

六. 一體化壓鑄的材料選擇

在汽車輕量化的道路上，材料輕量化的效果最顯著，是汽車輕量化的主要方法。

汽車輕量化的方法分為結(jié)構(gòu)輕量化、 工藝輕量化和材料輕量化。

結(jié)構(gòu)輕量化：是指通過符合要求強度的最優(yōu)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)材料使用的最小化；

工藝輕量化：是指使用比現(xiàn)有材料更精細的加工來減少材料的使用量；

材料輕量化：是指用輕量化材質(zhì)來代替現(xiàn)有鋼材，或者使用部分結(jié)合的方式實現(xiàn)輕量化。

一般汽車中各材料的使用比例為：鋼鐵占 64%，高分子及復合材料占 9%，鋁占 8%，彈性材料占 4%，玻璃占 3%， 銅占 2%，其他材料占 10%。分結(jié)構(gòu)來看，以鋼材為主材的動力總成、車身、底盤以及懸掛部分重量占比超過整車的 70%。因此，材料輕量化是效率最高、效果最顯著的輕量化方式。

鋁合金、鎂合金、碳纖維密度遠低于鋼，是常見的輕量化材料。汽車常用的材料有鋼、鋁合金、鎂合金和碳纖維，其中鋼是汽車的主要材料，但是其密度高、重量大，需要使用輕量化材料替代。

鋁：密度大約為鋼的三分之一，具有導熱率高、耐腐蝕好、加工性能優(yōu)良等優(yōu)點，并且鋁合金比鋼更能吸收碰撞能，大約是鋼的 2 倍，能夠有效提高汽車的碰撞安全性。

鎂：密度為鋁的三分之二，鋼的四分之一，是實際應用中質(zhì)量最輕的有色金屬材料，具有很高的比強度和比剛度，還具有阻尼減震、散熱性好和容易回收等優(yōu)點。

碳纖維材料：密度較鋁更低，具有耐腐蝕、比強度和比剛度高等優(yōu)點。

這三種材料看起來都很合適，那為什么現(xiàn)在各家車廠都用鋁合金呢？

首先，鋁合金密度小，價格較低，適合作為汽車輕量化的替代材料。而其中碳纖維價格過高，因此使用量較少。

其次，價格上，鎂錠、鑄造鋁合金、螺紋鋼的價格分別為 27000、20300、4090 元/噸，雖然這些材料的價格在不斷波動中，但大體上鋁的價格約為生鐵的 5.0 倍，鎂的價格約為生鐵的 6.7 倍。

結(jié)合大眾、奧迪等歐洲品牌的輕量化技術(shù)路線來看，使用鋁合金能夠降低車身 40%的重量， 鎂合金能夠降低車身 49%的重量。從這方面看，鋁、鎂均適合作為汽車輕量化的替代材料，其中鋁的價格較低，輕量化比率完全符合汽車工業(yè)協(xié)會 2035 年的要求，是一種性價比較高的選擇。

七.  各大車廠具體的應用

2019年特斯拉就提出了一體化壓鑄技術(shù)，并在2020年應用于Model Y的后底板生產(chǎn)。

當時馬斯克就曾表示，Model Y采用一體化壓鑄后底板總成，采用的是6000噸壓鑄設備，可將下車體總成重量降低30%，制造成本下降40%，后地板的零件數(shù)量從原來的79個降低到了只有1個，焊點也從700-800個減少到50個，使得相同部件的生產(chǎn)時間從至少2小時縮短至80-90秒，材料利用率從50-60%提升至95%，制造成本降低了40%，并大幅減少了工作人員數(shù)量。

隨后馬斯克又更進一步，前艙和乘員艙也采用一體化壓鑄工藝，這幾個大型壓鑄件可以替換原先 370 多個零件，又使整車減重10%，焊點數(shù)量減少超1 600個，焊裝車間也由原來的200-300名工人減少至20-30名，成本大大下降。

Cybertruck沿用了Model Y的一體化方案，就是前機艙+后車身地板，采用了9000T的壓鑄機。

而國內(nèi)的各大車廠也都紛紛發(fā)展自家的一體化壓鑄技術(shù)：

總體來講，一體化壓鑄技術(shù)已經(jīng)被特斯拉發(fā)揚光大，能大幅度減少生產(chǎn)制造成本，提升車輛的安全性，各大車企也在努力研發(fā)，儲備自己的技術(shù)。

八.  一體壓鑄后期維修成本太高？

特斯拉一體壓鑄后底板為鋁合金材質(zhì)，而在此之前，傳統(tǒng)汽車采用鋁合金材質(zhì)的車型，都有著非常高昂的后期維修成本，因為鋁合金件損壞了，只能換不能鈑金修復。

此次特斯拉采用的后底板整合了原來70多個零部件，化整為零，一次小型碰撞原來只需要更換一兩個零部件的情況，在新的零件下，可能就需要整體更換，維修成本肯定是有相應增加的。

就當前來看，特斯拉Model Y一體成型的后底板處于一個非常不容易碰撞到的部位，傳統(tǒng)汽車的油箱就布置在這部位附近，普通碰撞基本很難傷到這里。即使是碰撞到了，那也很大可能是后車追尾導致的，按照國內(nèi)交通法規(guī)，后車追尾全責，作為車主不需要有太多擔心。

另外，特斯拉極力推動的輔助駕駛系統(tǒng)，在未來肯定能極大程度避免交通事故的發(fā)生，也許在未來自動駕駛足夠智能的情況下，真的能做到“零”交通事故。那時車輛型態(tài)或許都會發(fā)生變化，現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車研發(fā)的那些主被動安全系統(tǒng)、碰撞緩沖、各種氣囊，在未來某一天，直接都不需要了。

推動智能駕駛是特斯拉一直在干的事情，而另一件重要的事，特斯拉通過優(yōu)化各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，不斷降低生產(chǎn)成本。

特斯拉在此之前“火星移民計劃”，都有目標將費用降至10萬美元，我們還有什么理由不相信，未來一臺車的成本可以降到足夠足夠低，低到換一個車身大件就和普通修復所需的成本一樣。

另外，車輛成本如果足夠低的話，車輛出現(xiàn)故障讓車輛回爐重造也將變成主流的解決方案。

九.  壓鑄機技術(shù)含量用什么參數(shù)衡量

壓鑄機的技術(shù)含量通常不僅僅依賴于單一參數(shù)來衡量，而是由多個性能參數(shù)和技術(shù)特征共同決定的。這些參數(shù)和特征反映了壓鑄機的設計先進性、制造精度、自動化程度、能效比以及適用性等多個方面。以下是幾個主要的參數(shù)和特征，可以綜合考慮來評估壓鑄機的技術(shù)含量：

鎖模力：鎖模力是壓鑄機最基本的參數(shù)之一，它決定了壓鑄機能夠安全、有效地閉合和鎖定模具的能力，對生產(chǎn)大型和復雜零件尤為重要。

注射壓力和速度：注射系統(tǒng)的壓力和速度決定了熔融金屬充填模具的效率和質(zhì)量。高技術(shù)含量的壓鑄機能提供更高的注射壓力和更快的注射速度，同時保持穩(wěn)定性和精確性，以生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復雜、尺寸精確的零件。

控制系統(tǒng)：現(xiàn)代壓鑄機采用的高級控制系統(tǒng)（如PLC控制器和觸摸屏操作界面）能提供更精確的控制和更方便的操作體驗，同時支持故障診斷、過程監(jiān)控和數(shù)據(jù)記錄等功能，提高了生產(chǎn)的自動化和智能化水平。

十.  壓鑄機的鎖模力是什么

鎖模力是壓鑄機的一個關(guān)鍵參數(shù)，它指的是壓鑄機在壓鑄過程中用來關(guān)閉并保持模具緊閉狀態(tài)的最大力量。

這個力量是通過壓鑄機的鎖模機構(gòu)施加的，其目的是為了防止在注射過程中由于金屬液的高速高壓注入而導致模具分開，從而避免產(chǎn)生毛刺、分線不良等缺陷。

鎖模力的重要性

保證產(chǎn)品質(zhì)量：足夠的鎖模力可以確保模具在整個注射周期內(nèi)緊閉，防止熔融金屬泄漏，從而保證產(chǎn)品的尺寸精度和表面光潔度。

適應不同尺寸和復雜程度的零件生產(chǎn)：不同尺寸和設計復雜度的零件需要不同的鎖模力。較大或復雜的零件可能需要更高的鎖模力來確保模具閉合。

影響生產(chǎn)效率：適當?shù)逆i模力可以減少生產(chǎn)中的故障和停機時間，提高生產(chǎn)效率。

計算鎖模力

鎖模力的需求取決于被注射材料的類型、模具的尺寸和形狀以及產(chǎn)出零件的大小和復雜程度。一般來說，鎖模力需要足夠大，以抵抗熔融金屬注入模具時產(chǎn)生的內(nèi)部壓力。鎖模力的計算公式可以簡化為：

鎖模力(噸)=投射面積(平方厘米)×內(nèi)部壓力(巴)/安全系數(shù)

這里的投射面積是指模具閉合時金屬液接觸模具表面的總面積，內(nèi)部壓力是指熔融金屬注射進模具內(nèi)部時的壓力，安全系數(shù)則是考慮到實際操作中可能出現(xiàn)的各種不確定因素而采用的一個修正值。

選擇鎖模力

在選擇壓鑄機時，鎖模力是一個重要的考慮因素。壓鑄機制造商提供了一系列不同鎖模力的機型，以滿足不同產(chǎn)品和材料的需求。使用過大的鎖模力會導致不必要的能源消耗和成本增加，而過小的鎖模力則導致產(chǎn)品質(zhì)量問題。因此，根據(jù)具體的生產(chǎn)需求和模具設計合理選擇鎖模力是非常關(guān)鍵的。

希望國內(nèi)的新能源汽車行業(yè)能有更多類似的新技術(shù)涌現(xiàn)，能引領(lǐng)中國的汽車行業(yè)繼續(xù)取得更好的成績！