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(shè)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(gè)思路探索出了一體化壓鑄技術(shù)?？梢哉f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(qǐng)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(xì)地介紹一下一體化壓鑄技術(shù)。

一.  一體化壓鑄技術(shù)簡(jiǎn)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(fù)雜、精密、高強(qiáng)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(yù)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(qiáng)度更高的單一零件。

主要特點(diǎn)

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

高強(qiáng)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(qiáng)了最終產(chǎn)品的耐久性和使用壽命。

復(fù)雜形狀生產(chǎn)能力：這項(xiàng)技術(shù)能夠生產(chǎn)出形狀復(fù)雜、壁薄且尺寸精確的零件，這對(duì)于傳統(tǒng)制造方法來說是難以實(shí)現(xiàn)的。

減輕重量：通過一體化設(shè)計(jì)，可以在不犧牲強(qiáng)度和功能的前提下減少零件的重量，這對(duì)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(yīng)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(xiàng)創(chuàng)新進(jìn)展，尤其在電動(dòng)汽車（EV）領(lǐng)域中，它起著革命性的作用。

這項(xiàng)技術(shù)通過使用大型壓鑄機(jī)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(fù)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(shì)。

新能源汽車的一體化壓鑄通過超大噸位壓鑄機(jī)，將白車身上原本幾十上百個(gè)零件組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)高度集合成一個(gè)，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(jiǎn)化了工序、降低了人力和土地需求，最終實(shí)現(xiàn)了成本的降低。

小米的9100噸壓鑄機(jī)

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(jìn)，例如造新勢(shì)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(huì)上重點(diǎn)宣傳了自家的工業(yè)巨獸—9100噸鎖模力的壓鑄機(jī)。

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

三.  一體化壓鑄最主要的推動(dòng)力

電動(dòng)車的輕量化是一體化壓鑄最主要的推動(dòng)力，而電動(dòng)車的“里程焦慮”則加速了輕量化進(jìn)程。電動(dòng)車電池系統(tǒng)更重，在“里程焦慮”的痛點(diǎn)下，汽車輕量化勢(shì)在必行。

傳統(tǒng)的燃油車發(fā)動(dòng)機(jī)的重量較輕，最常用的4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的重量在90-160kg，6缸發(fā)動(dòng)機(jī)的重量在140-200kg，8缸發(fā)動(dòng)機(jī)的重量在180-320kg。以寶馬3系為例，其采用四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，整備質(zhì)量為1587kg，發(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)用推薦車型目錄》的數(shù)據(jù)，電動(dòng)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(dòng)車?yán)m(xù)航里程的提高，電池重量和整備重量有提高的趨勢(shì)。

在“里程焦慮”背景下，電動(dòng)車對(duì)輕量化的需求更為迫切，減重也是提高電動(dòng)車?yán)m(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(diǎn)和缺點(diǎn)詳解

汽車一體化壓鑄特別適用于生產(chǎn)復(fù)雜形狀和高強(qiáng)度要求的汽車零部件。這種技術(shù)通過將多個(gè)零件合并為一個(gè)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(xì)探討新能源汽車一體化壓鑄的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)

減少重量：一體化壓鑄可以減少組件的總重量，因?yàn)樗试S設(shè)計(jì)更加緊湊和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)。這對(duì)于提高汽車的燃油效率和動(dòng)態(tài)性能至關(guān)重要。

提高強(qiáng)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(qiáng)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(shí)間：減少了組件數(shù)量和裝配時(shí)間，生產(chǎn)效率得到提高。同時(shí)，一體化壓鑄還可以減少材料浪費(fèi)，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(fù)雜的零件，減少了后期加工的需要。同時(shí)，因?yàn)闇p少了組件數(shù)量，所以產(chǎn)品的一致性和重復(fù)性也得到了提高。

設(shè)計(jì)靈活性：壓鑄工藝允許設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)擁有更大的自由度，可以生產(chǎn)出更加復(fù)雜和功能集成的零件。

缺點(diǎn)

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

設(shè)計(jì)變更困難：一旦模具制造出來，對(duì)設(shè)計(jì)的任何變更都會(huì)非常困難且成本高昂，這限制了產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的應(yīng)用范圍。

修復(fù)困難：如果壓鑄件出現(xiàn)問題，修復(fù)這些問題通常比較困難，有時(shí)甚至無法修復(fù)，導(dǎo)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(shè)計(jì)階段，就得做好惰性氣體保護(hù)、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(huì)對(duì)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(fù)雜零件。

五.  對(duì)買車的用戶來說有什么優(yōu)缺點(diǎn)

上面討論到的優(yōu)缺點(diǎn)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(diǎn)呢？

極氪009的一體化壓鑄車身

對(duì)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(diǎn)，這些影響從多個(gè)角度體現(xiàn)，包括車輛的性能、耐用性、維護(hù)成本等方面。

優(yōu)點(diǎn)

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(qiáng)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(huì)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(jiān)固，減少了零件松動(dòng)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(hù)成本：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化意味著維修時(shí)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(hù)和修理的成本。

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

極氪007的一體化壓鑄車身

缺點(diǎn)

高昂的維修成本：盡管一體化壓鑄件可以減少常規(guī)維護(hù)的需求，但如果需要修理，特別是涉及到壓鑄件自身時(shí)，成本可能會(huì)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(gè)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(shí)，由于采用了一體化設(shè)計(jì)，找到適合的替代件比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)更加困難和昂貴。

保險(xiǎn)成本較高：如果保險(xiǎn)公司認(rèn)為一體化壓鑄件的修理或更換成本較高，這會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)費(fèi)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(qiáng)度的最優(yōu)結(jié)構(gòu)實(shí)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(xì)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(shí)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(fù)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(dòng)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(yuǎn)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(dǎo)熱率高、耐腐蝕好、加工性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)際應(yīng)用中質(zhì)量最輕的有色金屬材料，具有很高的比強(qiáng)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(diǎn)。

碳纖維材料：密度較鋁更低，具有耐腐蝕、比強(qiáng)度和比剛度高等優(yōu)點(diǎn)。

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(jià)格較低，適合作為汽車輕量化的替代材料。而其中碳纖維價(jià)格過高，因此使用量較少。

其次，價(jià)格上，鎂錠、鑄造鋁合金、螺紋鋼的價(jià)格分別為 27000、20300、4090 元/噸，雖然這些材料的價(jià)格在不斷波動(dòng)中，但大體上鋁的價(jià)格約為生鐵的 5.0 倍，鎂的價(jià)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(jià)格較低，輕量化比率完全符合汽車工業(yè)協(xié)會(huì) 2035 年的要求，是一種性價(jià)比較高的選擇。

七.  各大車廠具體的應(yīng)用

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

當(dāng)時(shí)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(shè)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(gè)降低到了只有1個(gè)，焊點(diǎn)也從700-800個(gè)減少到50個(gè)，使得相同部件的生產(chǎn)時(shí)間從至少2小時(shí)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(jìn)一步，前艙和乘員艙也采用一體化壓鑄工藝，這幾個(gè)大型壓鑄件可以替換原先 370 多個(gè)零件，又使整車減重10%，焊點(diǎn)數(shù)量減少超1 600個(gè)，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(jī)艙+后車身地板，采用了9000T的壓鑄機(jī)。

而國(guó)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(yáng)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(chǔ)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?yàn)殇X合金件損壞了，只能換不能鈑金修復(fù)。

此次特斯拉采用的后底板整合了原來70多個(gè)零部件，化整為零，一次小型碰撞原來只需要更換一兩個(gè)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(yīng)增加的。

就當(dāng)前來看，特斯拉Model Y一體成型的后底板處于一個(gè)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(dǎo)致的，按照國(guó)內(nèi)交通法規(guī)，后車追尾全責(zé)，作為車主不需要有太多擔(dān)心。

另外，特斯拉極力推動(dòng)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(dòng)駕駛足夠智能的情況下，真的能做到“零”交通事故。那時(shí)車輛型態(tài)或許都會(huì)發(fā)生變化，現(xiàn)在傳統(tǒng)汽車研發(fā)的那些主被動(dòng)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(dòng)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(jì)劃”，都有目標(biāo)將費(fèi)用降至10萬美元，我們還有什么理由不相信，未來一臺(tái)車的成本可以降到足夠足夠低，低到換一個(gè)車身大件就和普通修復(fù)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(jī)技術(shù)含量用什么參數(shù)衡量

壓鑄機(jī)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(gè)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(jī)的設(shè)計(jì)先進(jìn)性、制造精度、自動(dòng)化程度、能效比以及適用性等多個(gè)方面。以下是幾個(gè)主要的參數(shù)和特征，可以綜合考慮來評(píng)估壓鑄機(jī)的技術(shù)含量：

鎖模力：鎖模力是壓鑄機(jī)最基本的參數(shù)之一，它決定了壓鑄機(jī)能夠安全、有效地閉合和鎖定模具的能力，對(duì)生產(chǎn)大型和復(fù)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(jī)能提供更高的注射壓力和更快的注射速度，同時(shí)保持穩(wěn)定性和精確性，以生產(chǎn)出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精確的零件。

控制系統(tǒng)：現(xiàn)代壓鑄機(jī)采用的高級(jí)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(yàn)，同時(shí)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(dòng)化和智能化水平。

十.  壓鑄機(jī)的鎖模力是什么

鎖模力是壓鑄機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它指的是壓鑄機(jī)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(gè)力量是通過壓鑄機(jī)的鎖模機(jī)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(dǎo)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(gè)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(yīng)不同尺寸和復(fù)雜程度的零件生產(chǎn)：不同尺寸和設(shè)計(jì)復(fù)雜度的零件需要不同的鎖模力。較大或復(fù)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(dāng)?shù)逆i模力可以減少生產(chǎn)中的故障和停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

計(jì)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(fù)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(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部壓力。鎖模力的計(jì)算公式可以簡(jiǎn)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(shí)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(jìn)模具內(nèi)部時(shí)的壓力，安全系數(shù)則是考慮到實(shí)際操作中可能出現(xiàn)的各種不確定因素而采用的一個(gè)修正值。

選擇鎖模力

在選擇壓鑄機(jī)時(shí)，鎖模力是一個(gè)重要的考慮因素。壓鑄機(jī)制造商提供了一系列不同鎖模力的機(jī)型，以滿足不同產(chǎn)品和材料的需求。使用過大的鎖模力會(huì)導(dǎo)致不必要的能源消耗和成本增加，而過小的鎖模力則導(dǎo)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(shè)計(jì)合理選擇鎖模力是非常關(guān)鍵的。

希望國(guó)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(guó)的汽車行業(yè)繼續(xù)取得更好的成績(jī)！