一體化壓鑄技術之全產業鏈

摘要：新能源汽車快速發展過程中，衍生出了以“一體化壓鑄”為代表的一系列創新技術，而一體化壓鑄技術的繁榮發展也帶動了整個壓鑄行業產業鏈各個環節的更新迭代、優勝劣汰。從主機廠、原材料、壓鑄廠商、產線配套商等角度出發，詳細介紹了一體化壓鑄技術全產業鏈的發展狀況及競爭格局。

關鍵詞：一體化壓鑄技術；全產業鏈；競爭格局

隨著全球能源危機和溫室效應的加劇，節能減排措施逐步推進落實，我國新能源汽車得到了長足的發展，其滲透率逐年遞增。在新能源汽車快速發展過程中，也衍生出一系列創新技術，其中一體化壓鑄技術受到了格外的關注。自2019年特斯拉提出“一體化壓鑄”概念并布局專利，2020年實現量產，進入“一體化壓鑄”元年，至今已發展四年有余，在特斯拉的引領下，包括主機廠、原材料、壓鑄機、壓鑄廠、模具及配套方在內的全產業鏈正在蓬勃發展，并形成了一定的競爭格局。

主機廠

作為產業鏈終端，主機廠引領著一體化壓鑄技術大跨步向前推進。特斯拉完成了一體化壓鑄技術量產應用從0到1的驗證工作，大量造車新勢力紛紛加入一體化壓鑄的賽道，依靠融資快、輕資產的優勢，呈現出百花爭鳴態勢。同樣，傳統主機廠也加大投入，蓄勢待發，整個行業正在進行從1到100的發展工作。

特斯拉破冰之旅

特斯拉率先掌握一體化壓鑄技術，自建工廠，成功應用在Model Y后底板上，并實現量產。2020年9月特斯拉在電池日上宣布Model Y將采用一體化壓鑄后底板總成，該技術取代傳統的“沖壓+焊接”工藝，利用超大噸位壓鑄機一次壓鑄成形，根據特斯拉數據顯示，一體化壓鑄后底板總成替代原有的79個零部件，使下車體總成減重30%，白車身焊點從700～800個減少到50個，生產節拍也從傳統工藝的1～2h短至3～5min。

Model Y的后底板和前機艙的一體化壓鑄量產，如圖1所示。未來特斯拉將持續發展一體化壓鑄，屆時可將電動汽車幾乎所有復雜車身底部零件壓鑄成一個整體，而非僅壓鑄約400個零部件，該技術將令特斯拉生產成本減半，或改變傳統的電動汽車制造方式。Model Y的一體壓鑄通過化零為整、化繁為簡，成功展現了其所帶來的生產效率的提升、生產成本的有效降低。

圖1 一體化壓鑄技術在特斯拉車身上的應用

新能源汽車百花齊放

從21世紀初被列入“十五”規劃重大課題，到2011年開始進入產業化，這段時間我國新能源汽車工業發展不溫不火。直到2014年，在國家一系列政策的加持下和互聯網企業的帶領下，新能源車企如雨后春筍，推動了我國新能源汽車市場的蓬勃發展，如圖2所示，從最初的不足2萬輛到2023預估900萬輛，滲透率31.6%。在市場的嚴苛考驗下，近兩百家新能源汽車整車制造企業目前只有十余家還保持競爭力，其中部分正在踏入“一體化壓鑄技術”的賽道。

一貫堅持“全鋁車身”的蔚來汽車，在諸多造車新勢力中率先應用一體化壓鑄技術，2021年10月，蔚來汽車宣布與帥翼馳成功驗證了制造大型壓鑄件的免熱處理鋁合金材料，并基于ET5車型車身后地板，采用外購方式與南通雄邦和重慶美利信合作開發一體化壓鑄技術，車身后地板質量降低30%，行李艙空間增加11L，整車抗扭剛度高達34 000N·m/°。值得一提的是，ET5采用了超高強度鋼鋁混合車身。2022年底，蔚來官方透露ES8通過應用8800t壓鑄機打造出前后端一體的壓鑄鋁車身，尤其是后部的一體化壓鑄件，如圖3所示，可以將31個零件集成為一個，而白車身的鋁含量高達90%，使得整車扭轉剛度高達39 400N·m/°。

造車新勢力中，后來居上的小鵬汽車2021年宣布將于2023年將在新平臺上應用超大一體化壓鑄新工藝，采用外購+自制兩種方式并行。2022年6月，廣東鴻圖收到小鵬汽車發出的定點開發通知，小鵬宣布與廣東鴻圖簽約12 000t超級智能壓鑄單元，以及新能源汽車一體化前艙總成、一體化后地板總成和一體化電池托盤等關鍵和核心輕量化部件等項目。同時，小鵬汽車于2021年7月正式啟動武漢項目，其中包含一體化壓鑄工藝車間，計劃引進2臺7300t壓鑄機，逐步建成一條以上超大型壓鑄島及自動化生產線。2023年4月小鵬汽車正式發布“扶搖”全域智能進化架構，如圖4所示，匯聚了小鵬汽車在動力補能、智能體系、整車智造等領域的最核心技術，其中亮點之一便是前后一體化鋁壓鑄車身，前后一體化壓鑄集成161個零件，最大鎖模力達到12 000t，比傳統鋼制車身減重17%，整車扭轉剛度為42 000N·m/°。

圖4 小鵬汽車前后一體化鋁壓鑄車身

作為細分領域的頭部品牌，高合汽車與上海交通大學共同研發TechCast超大鑄件用低碳鋁合金材料，該材料流動性高于同級別材料15%以上，強塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達到更高維度。2022年2月，高合汽車聯手開發的一體化超大壓鑄后艙成功下線，如圖5所示。該部件采用了TechCast材料，實現了15%～20%的減重與工藝復雜度的大幅降低，整個開發周期也縮短了1/3。

圖5 高合汽車一體化壓鑄后艙

理想汽車在一體化壓鑄領域起步較晚，2023年上海車展上亮相的首款純電動MPV，包含了一體化壓鑄后底板，該零部件長、寬約為1600mm×1400mm，質量約為45kg，采用9000t壓鑄單元，如圖6所示。

圖6 理想汽車一體化壓鑄后底板

作為最晚進入汽車領域的小米汽車，已在北京工廠建立一體化壓鑄車間，海天金屬向其獨家提供8800t壓鑄機，目前兩臺均已交付，處于樣件試制驗證階段。

傳統主機廠蓄勢待發

對于傳統主機廠，一體化壓鑄技術對其現有制造工藝有巨大沖擊，是對汽車工業生產方式的顛覆性技術革命。傳統車身制造涉及沖壓、焊接、涂裝以及總裝四大工藝，整車廠與零部件廠商分工合作，具有完善的流程、強大的體系能力以及豐富的制造經驗，面對新能源汽車和造車新勢力的異軍突起，傳統主機廠要實現轉型、變革和突圍，難度可想而知。然而，這并不影響他們的前瞻性規劃和戰略性布局，比如沃爾沃、大眾、奔馳、一汽、東風、長安以及吉利等也開始布局車身及底盤的一體化壓鑄工藝，意味著一體化壓鑄應用推廣的進一步加快。

2022年11月，吉利汽車集團旗下的極氪汽車正式發布極氪009，其長1.4m、寬1.6m的后端鋁車身也采用7200t壓鑄機一體式壓鑄，焊接點減少近800個，尾端變形降低16%，抗彎強度提高11%，抗扭強度提高9.5%，最高可達到36450N·m/°，如圖7所示。極氪目前已建立了全球首個大型結構件一體化壓鑄L4級智慧產線，據悉該系統為自主研發，包含工藝參數自調整系統和產品質量分析系統等，實現智能、敏捷、透明的壓鑄生產管理。綜合效率提升30%以上，廢品率下降20%，質量控制成本下降20%，非質量成本下降10%，能耗降低10%。還具有自診斷、自適應及自學習的特點，建立覆蓋全工藝全物料的智慧物流系統及全壽命周期的智慧質量追溯系統，可實現產線自動化率100%。2023年9月極氪汽車公布極氪001 FR應用的一項新的生產技術，下車體引入首創中段一體式壓鑄蜻蜓結構，減少了16個構造部件，減少了66個連接點，使車身質量減輕了7%，座位固定點的剛性提高了18%，如圖8所示。

圖7 極氪009一體化壓鑄后底板

圖8 極氪001FR一體化壓鑄下車體中段

沃爾沃計劃導入CTC，同時車身一體化后底板應用于全新電動平臺。2022年2月沃爾沃汽車宣布將投資Torslanda工廠，引入一些新的、更可持續的技術和制造工藝，包括引入大型鋁制車身部件鑄造工藝、新的電池組裝廠以及全面翻新的油漆和總裝車間，其中關鍵技術之一就是從布勒購買兩臺Carat 840（鎖模力8400t）壓鑄機生產汽車后地板，如圖9所示。該一體化后地板大約將在2025年應用于全新的全電動平臺。

圖9 沃爾沃電動汽車一體化壓鑄后地板

大眾汽車后車身一體式鋁壓鑄件樣件于2022年5月下線，如圖10所示，該鋁壓鑄樣件采用4400t壓鑄機生產，為SSP平臺開發，取代約30多個零部件，可以減重10kg。據了解，大眾汽車后車身一體化壓鑄件是為基于大眾SSP平臺推出的Trinity項目作準備。大眾汽車將在德國沃爾夫斯堡建立全新工廠，從2026年起生產首批Trinity純電動汽車，該項目將引入一體化壓鑄技術，旨在提高生產效率。

圖10 大眾汽車后車身一體式鋁壓鑄件

2022年初，奔馳發布了概念車EQXX，全球首發其最新的科研成果——VISION EQXX。其中，車身方面最大的創新在于車身的后部以及前部塔頂應用了仿生工程結構部件，整個車身后部是由一塊獨立完整的鋁合金鑄件形成的，如圖11所示。這塊大型鑄造件結構，奔馳稱之為BIONEQXX，由于少了焊點整體成形，車身后部的剛性得以大幅度地提高，從而可以在完成設計目標的情況下從根本上減少物料的使用，有望減輕15%～20%的部件質量。

圖11 奔馳概念車仿生結構部件

2022年5月26日，一汽鑄造與伊之密戰略合作簽約，雙方將共同開發一體化壓鑄車身后地板產品及9000t壓鑄機，2023年5月，紅旗一體壓鑄中后地板開發項目首臺整車順利下線，項目白車身中后地板采用一體壓鑄技術，首次實現了大型一體壓鑄零件車身試制；自2022年6月開始招標，7月項目環評，8月伊之密中標其項目，到2023年1月超大型一體化壓鑄車身結構件成功試制，長安汽車一體式前機艙、后底板壓鑄項目穩步快速推進。豐田汽車公司2023年7月4日宣布，擬于2026年上市的電動汽車（EV）將采用新的行業技術“一體化壓鑄技術”，與特斯拉類似，豐田在制造中將汽車車身分為三個主要鑄件部件——前部、中部（搭載電池組）和后部。后部和前部將采用“一體化壓鑄技術”，從而實現“重要部件集成”，如圖12所示。豐田表示，這有助于簡化工序、降低車輛開發成本與工廠投資，目標2026年將開發費用將至70%、未來降至50%；工廠投資2026年降至50%。

圖12 豐田汽車一體化壓鑄方案及鑄件樣品

據業內人士透露，小康、上汽、本田、現代、通用等車企已經也開始了一體化壓鑄的開發試制工作。

免熱處理壓鑄鋁合金

免熱處理壓鑄鋁合金始于20世紀90年代，以美國鋁業和德國萊茵菲爾德等歐美企業占優，彼時車身結構件熱處理變形問題并不突出，而且車用鋁合金的應用微乎其微，因此免熱處理材料在早期并無量產市場，也未引起行業內的關注。2019年特斯拉提出“一體化壓鑄車身”概念，最初以美鋁的C611材料為主，隨著其他車企的跟進，免熱處理材料的開發工作出現了井噴式爆發，國內廠商陸續通過專利授權+自主研發+校企合作方式跟進，國產化進程提速，涌現出近百家免熱處理材料研發制造商。據公開資料顯示，截至2023年10月，關于免熱處理材料的專利申請已超過60項，但是相當一部分專利并未進行正向設計開發，缺乏自主研發和創新性。鳳陽愛爾思、立中集團、蘇州慧金等已經形成了自主知識產權和產品系列，走在了行業前列。

（1）鳳陽愛爾思 "已成功開發2種合金體系5個亞型的免熱處理壓鑄鋁合金材料，滿足不同性能與應用場景需求，其中JDA1x是Al-Si-X系，JDA2x是Al-Mg-X體系。應用于高合汽車后底板的JDA1b合金，流動性高于同級別材料15%以上、強塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達到更高維度。另外，小鵬汽車、蔚來汽車、中國重汽、長安汽車、上汽通用、東風汽車、江淮汽車等各大知名品牌也都已成為其重要的合作伙伴。

（2）立中集團 " 已成功開發LDHM-02、THLZ、LZ.AlSi7MnMg、LZ.TA19為代表的系列產品。其中LDHM-02采用了獨特的低Mo（僅為同類產品的1/5-1/7）變質技術，解決了一體化過程中的偏稀性問題，延伸率較傳統壓鑄材料提升了5倍以上，比國外同類材料價格低15%～20%，進一步提升了國產材料的國際市場競爭力。目前立中已與比亞迪、文燦等多家主機廠和壓鑄廠展開合作。

（3）蘇州慧金 " 自主研發的“纖晶”免熱處理高強高韌鋁合金，流動性比同類合金提升30%以上，屈服強度和延伸率均提升10%以上，而且對鐵元素含量的容忍度比同類材料提升50%，最大限度地實現了鋁資源在獲取及循環利用過程中的降碳、降耗目標。目前成功應用在“極氪009”一體式壓鑄后端鋁車身。

一體化壓鑄廠商

到2022年年底，據不完全統計，我國已建成大噸位一體化壓鑄機超80臺，產能達800萬件，涵蓋6000t、6100t、6600t、6800t、7000t、7200t、8800t、9000t、9200t及12 000t多個噸位，另外正在建設的各種型號大型一體化壓鑄機超過50臺，其中16 000t壓鑄機即將投產，20 000t級的正在開發。

大型一體化壓鑄件由主機廠和壓鑄廠兩種生產模式組成，前者又分為主機廠內置工廠和新建壓鑄車間，后者又分為傳統壓鑄廠和跨行公司，共計四十余家。

（1）主機廠 " 內置工廠典型代表是一汽鑄造和長安汽車；主機廠新建壓鑄車間的有特斯拉、小鵬汽車和小米汽車。一汽鑄造引入9000t壓鑄機，用于中后地板的一體化壓鑄，并成功應用于紅旗某款車型；特斯拉的一體化壓鑄產品全部自建自產，目前擁有超過6000～9000t的壓鑄機14臺；小鵬汽車采取自建資產和外部采購兩種模式，其武漢工廠布局了一體化壓鑄工藝車間，同時與廣東鴻圖進行深度合作，2023年4月發布的搭載“扶搖”架構的G6車型，將采用前后一體式鋁壓鑄車身；小米汽車在北京工廠布局兩臺8800t壓鑄機，用于后底板、前機艙的一體化壓鑄，目前處于設備調試和樣件生產階段。

（2）壓鑄廠 " 傳統壓鑄廠包括文燦股份、廣東鴻圖、拓普集團、海威股份、重慶美利信、嶸泰股份、愛柯迪、泉峰汽車、宜安科技、瑞鵠模具、瑞麗集團、云海金屬及漢特曼等，它們擁有較為成熟的人員、工藝、體系等技術儲備和供給資質，一體化壓鑄業務開展較為順利。目前已經實現量產的有特斯拉、文燦股份、廣東鴻圖、拓普集團、海威股份及重慶美利信等；跨行玩家有多利科技、祥鑫科技、博俊科技、華達科技、福然德股份、量子數字及常青機械等，其大部分為鋼制零部件生產商，相對而言，雖然轉型、投資的決心很大，但終究屬于跨行，一體化壓鑄落地難度較大、進展較為緩慢。

一體化壓鑄配套產業鏈

一體化壓鑄技術屬于多領域、多工序、多門類交叉復雜科學，其完整配套產業鏈包含了壓鑄機、壓鑄模具、輔助設備及CAE仿真等多個亞板塊。

1.大噸位壓鑄機

壓鑄機是工業加工的母機，大型壓鑄機在一體化壓鑄中起著至關重要作用。過去大噸位壓鑄機由意德拉在1966年、1973年和1993年，分別制造了世界第一臺2000t、3000t和4000t壓鑄機。2008年，中國力勁集團收購意德拉。2017年OL5500CS（5500t）壓鑄機問世，意德拉搶占了世界大噸位壓鑄機的寶座。開發OL5500CS壓鑄機主要目的就是用世界一流的意德拉壓鑄技術助推汽車結構件的快速發展。

意德拉集團2018年底推出了大型壓鑄機Giga Press，質量達到430t，鎖模力可達6000t，可以幫助特斯拉更快、更高效、更低成本地造車。2019年意德拉與力勁攜手合作，宣布了發展路線，擴展了OLCS系列至5500t和6200t，拉開了大型壓鑄機制造帷幕。截至2023年初，壓鑄行業6000t以上的壓鑄機共有116臺，分布在40家企業。

一體化壓鑄細分領域中，壓鑄機行業競爭格局較為穩定，分別為力勁科技、伊之密、海天金屬和瑞士布勒。從產品噸位來看，國內具備6000t以上大型壓鑄機設計、生產能力的企業僅有力勁、伊之密和海天金屬，海外領先企業是瑞士布勒。截至2023年上半年，一體化壓鑄技術設備供應商力勁科技市場份額依然領先，市場占有率超過62%，隨著布勒（24%）、伊之密（11.9%）、海天金屬（9.8%）等切入布局，有望打開設備產能瓶頸。

2.一體化壓鑄模具

一體化壓鑄模具技術壁壘較高：尺寸3m以上，質量150t以上，真空度30mbar，6個月開發周期，1000萬元以上成本，定制化程度高，模具材料性能要求高，澆排系統的設計、熱平衡設計、工藝分析、復雜鑲塊。大型壓鑄模具主要有兩種設計模式，最常見的是由專業模具商設計，設計期間專業模具商將與壓鑄廠、整車廠深入溝通需求；另一種是壓鑄廠商自有模具廠進行設計制造或復制。大型一體化壓鑄模具訂單幾乎被賽維達、寧波臻至、廣州型腔三家模具廠壟斷，并建立了較強的市場壁壘，同時合力模具、共立精機、鑫林模具、品成金屬等已完成前期技術儲備和制造能力。另外文燦、鴻圖、海威等壓鑄廠上也具備較強的大型模具設計開發能力。

3.一體化壓鑄輔助設備

一體化壓鑄技術本質上是傳統壓鑄技術+真空系統+超大尺寸，不屬于顛覆性的創造，但超大尺寸引起了工藝的“量變→質變”效應，進而對周邊配套設備提出了更高的要求。

（1）機邊爐 "單次壓射質量超100kg，甚至近200kg，定量精度影響良品率，定量時間、運行效率、燒損會直接影響生產成本。丹麥ST?TEK公司和諾瑞肯集團的StrikoMelter為一體化壓鑄領域提供給料系統，如圖13所示。丹麥ST?TEK公司已成功開發容鋁量6000kg（6t）、8000kg（8t）的超大型保溫定量爐，目前裝機量將近20臺/套。2022年底，ST?TEK公司啟動位于太倉的全新生產基地，定量爐年產量可達150～200臺，集中熔化爐可達20～30臺。StrikoMelter根據具體工藝流程而提供不同的給料方案：“僅”配備勺取功能的LeanMelter、HBT+金屬處理、HBT+定量爐，其中HBT為熔煉、處理、取料三合一熔煉爐，定量爐定量速度可達15kg/s，最大噸位為4t。

（2）溫控系統 "是一體化壓鑄技術的關鍵環節，包括模具、壓室與沖頭、分流錐與澆口套等溫度平衡控制，模溫控制系統是通過模溫機單元連續工作控制動定模、模肉和模架的溫度，利用常壓冷卻裝置連續工作控制壓室、沖頭分流錐和澆口套溫度，采用高壓模冷機斷續工作控制模芯、模塊溫度，通過細芯點冷機斷續工作控制型芯銷、小鑲塊溫度，具體涉及高溫、中溫、低溫溫控產品（200℃水溫機、320℃油溫機、冷熱溫控站、多通道模冷機，多通道點冷機、集成控制系統），如圖14所示。目前，行業內主要企業有瑞士萊格祿普拉司、蘇州奧德、新昱科技和廣州道晨。

（3）真空系統 "一般要求型腔真空度在50mbar，甚至30mbar以下，同時對抽真空時間、真空閥布局有著高標準的要求，也配合模具、壓室的密封技術，如圖15所示。瑞士方達瑞是真空系統行業的龍頭企業，是車身結構件真空壓鑄的首選；蘇州艾嘉亞作為后起之秀，引進德國真空技術，用自我創新精神開發出新一代HG系列單機，集成超高真空機系統，SP系列單機集成超高真空機系統，占據了一體化壓鑄真空系統的大部分市場。

圖15 一體化壓鑄真空系統

（4）噴涂系統 "仿形噴涂/微量噴涂/多組噴涂是一體化壓鑄的標配，以適應模具深腔、多個抽芯/滑塊、大尺寸長充填行程，配合模溫控制系統，可顯著提高生產效率。德國博馬和德國沃爾林是該領域成熟且專業企業，另外部分周邊自動化集成商也可以提供噴涂系統解決方案。

（5）自動化集成 "即集成壓鑄機周邊設備，實現全自動集成系統，重點在于整個壓鑄單元的安全性、可靠性和協調性，直接決定了壓鑄節拍及生產效率。具備壓鑄單元周邊設備自動化集成能力的眾多包括壓鑄機廠商、周邊設備廠商以及自動化廠商，在一體化壓鑄細分領域具有代表性的為三里盛鑫、立石科技和普萊克斯。

（6）檢測設備 "目前一體化壓鑄件基本選擇100%探傷，需要大型一體壓鑄件X射線無損檢測設備，需要具備3D-CT成像、AI智能檢測等技術和深度個性化、定制化的服務。其中日聯科技和偉杰科技占據了一體化壓鑄探傷設備大部分市場。

4.一體化壓鑄CAE

由于一體化壓鑄工藝涉及復雜、大型、高精密零件的一體成型，方案開發與設計是一體化壓鑄面臨的最大難點之一，也是決定產品質量和成品率的關鍵點，其開發過程中，CAE仿真軟件發揮著至關重要的作用。

壓鑄行業仿真軟件基本被國外公司掌控，如MAGNMA、Flow-3D、Anycasting等，國內軟件有適創科技等。其中適創科技自主研發的“基于超算云架構的多物理場云原生CAE仿真平臺——鑄超云”，首次實現了壓鑄仿真上云，滿足了汽車零部件精密鑄造成型、高端模具制造等領域的仿真及智能設計需求，成為CAE軟件國產化替代的典型企業。

結語

經過幾年的高速發展，一體化壓鑄技術逐步趨向成熟，無論是上游的原材料、壓鑄機、壓鑄模具，中游的眾多壓鑄廠商，下游的造車新勢力、傳統主機廠，還是基礎研究方面，都取得了令人矚目的成就，形成了帶有一定技術、資本、市場壁壘的競爭格局。

隨著一體化壓鑄技術的不斷滲透，將會涌現更多的入局者，這會促進車身-底盤系統的迭代、應用范圍的擴大、產品合格率的提升以及生產成本的下降。

經過時間和市場的檢驗，良性競爭和理性內卷會使一體化壓鑄技術的屬性由“顛覆性技術”向“成熟先進技術”轉變。