一体化压铸及免热处理合金交流资料

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一、专家介绍
最早就是关注到特斯拉 正在测试一体式后车体的压铸，他当时想把70多个零件，原来都是承压件的，改成一体式压铸。在那个时候，我们就已经注意到这个动向，这可能会带来很大的变革。经过我们分析以后，这对整个汽车的生产会带来很大的冲击。关于一体式压铸的需求到底是怎么来的？最早肯定是特斯拉开始搞起来的，因为汽车做了上百年的历史也没有人用这个方式来做车身，大型结构件，但是特斯拉做这个事，从我的分析来说是有他内在的原因。最早的一个动力就是他的产能不足，一体式压铸相对于原来的生产方式，最大的一个特点就是提高了生产效率，一个压铸机，几个模具，几个工人，就可以很快速的生产出原来需要一个冲压车间和一个焊接车间才能干的活，这对他缓解产能不足是一个最大的好处，但同时也可以看到他降低了综合成本，这是我分析特斯拉最直接的需求。

压铸本身是非常传统的工艺，也不是什么新的东西，之前压铸最常用的ADC12、A380这些材料，市面上可能90%都是这两种材料，发电机、电箱、壳体，主要是壳体类，结构复杂，用压铸是最能提高效率的。但现在我们讨论的是一体式压铸，这里面还是差两个字，一体式压铸结构件，一体式压铸早就有了，我们说的是结构件。之前结构件是车身，受力的那些部位，跟车身的强度，碰撞这些东西都是有很直接的关联，以前都是用高强钢来做，包括热成型钢，现在最好的能做到接近2000兆帕强度了。底盘的一些零部件也是一样的，都是用的合金钢，包括高端车也有用铝合金的，但它这个是叫做变形铝合金，也都是强度非常高的材料。

我们今天要讨论的一体化压铸就是要取代这些零部件，这对传统的压铸就完全不是一个概念了，传统的压铸不太考虑强度和韧性。因为压铸本身会带来一些问题，比如它会产生一些缺陷，会影响材料或者零部件的韧性，这是针对传统的压铸来说。现在一体化压铸要做结构件就必须要解决这些问题，目前我们分析新能源车最有可能用一体化压铸的一些零部件，一是车身结构件，这在特斯拉的车上已经看到了，很明显，他在不断的用压铸件来取代原来的零部件，不光是比较大的一体式压铸后车体，还有其他的特斯拉车身上也在用一体式压铸。

还有新能源车的电池包，稍微大一点的电池包零件其实是很大的，电池包的壳体也是有用压铸的。但是现在要分好几类有用钢板的冲压加一些高强钢，也有变形铝来焊接，因为电池包虽然大，但是形状相对来说比较规则，一个长方体没有形状，但也有用一体式压铸的，一体式压铸的好处还是效果会高一些，成本会低一些。还有底盘的一些零件，比如说我们的一些副车架等等，都有一体式压铸的可能性，单纯对材料的要求就会比较高。特斯拉在后车体上采用材料的方案，已经算使做成功了，为什么后车体先做，其实这里面是有原因的，后车体这个地方相对的要求要低一些，它的结构又比较复杂，这样的话用这个来做，能体现优势出来。

针对这种大型压铸件，不光是材料一个维度，它的工艺、它的产品设计，还有模具，还有大型的压铸机，这是一个系统性的工程，特别是大型的压铸件。因为压铸在成型的过程中不可避免会产生各种各样的缺陷在里面，但是我们可以通过零部件的设计，把这些缺陷控制在某一些不重要的位置上，在某一些关键的位置上，我让它的性能比较好。因为我们这里还涉及一个连接的问题，这个是汽车结构件的一个大的需求，它一定要跟其他零件连接，一般都是用SPR、SDS等等。这些连接就会要求材料又要有一些性能，所以目前针对这种大型的一体式压铸件来说，我认为我们国内可能还是在早期的研发阶段。

一体式压铸工艺的难点，从我个人来看，这是一个比较新的东西，它需要材料、工艺、模具、设备这几个配合，现在大家都处在摸索阶段，但是特斯拉有一个相对于我们国内的企业、整车厂，或者专门做一体压铸的，它可能有三到五年的领先优势，本身也是它先做出来的。

单纯针对材料来说，我觉得关于一体式压铸，从技术上来讲研发了几个方向，有偏重于延伸率的，比如说延伸率做的很高，包括之前我们提到过的镁铝材料，包括特斯拉自己的材料，它是偏强度比较高的方向。这个倒没有绝对说谁的好、谁的不好，这个是取决于零部件的设计，它需要什么样的性能来做。从目前来看，国内能够整体实现从材料设计、工艺、产品设计都能掌握技术的企业，好像还比较少，可能都还没有完全能掌握，不像特斯拉这样，它是自己有材料，自己做压铸等等，它整个一套都做出来的。对于国内来说，所以我觉得这里面可能有一个先发优势。

谁先把这个东西做出来，那么它在后面的优势就会比较明显。因为对于大型的压铸件来说，从我来看，它不是一个单纯的材料就能够解决整个事的。比如我把特斯拉的材料拿过来，给其他的主机厂用，你也不一定能把你的零件压铸出来，一个是零件结构不一样，需要重新去设计，工艺等等这些东西可能就很难学了，得自己去摸索，本身大家的产品也不一样。所以谁先掌握各个方面的技术，它的优势就会比较明显，这个门槛就会比较高。

从目前来看，就国内的主机厂、汽车厂，其实他们自己并不能研发材料，不像特斯拉一样专门有人研发合金材料。如果是模具厂来做这个事，它也是有一些优势的，可以设计一些模具，针对不同的材料特性来设计，把这个工艺也整合进去，这样可以针对不同客户的需求来做一体式压铸的方案。

前面说的这些都是针对车身结构件这种一体式压铸，实际上一体式压铸并不主要是用在这个地方，像我刚才说的底盘、电池包，本身结构或者零件大小就会小一些，但又需要用一体式压铸来做，提升强力性、提高效率、降低成本，这时候就跟车身的情况不太一样了，它的主要难度可能就是在材料上。因为压铸、模具各方面相对来说比较常规一些，没有那么大的难度，但是要提供这样一个材料出来，达到这样高的强度，比如电池包有很高的要求，普通的压铸肯定是不行的，所以这些地方的材料要求就会比较高。

像这种零件说大也不大，但对强度、强震性等等要求很高，这个材料就是一个主要的门槛，而且也是需要免热处理的，直接压铸出来就可以用，一旦热处理会导致变形等等问题。这些传统的企业包括一些不是很主流的新能源企业，他们对这种大型的一体式压铸车身结构件，我认为在短期内他们的兴趣还是没有太大，特别是传统的汽车厂，他们本身有很成熟的冲压、焊接工艺，而且现在产能也没有不足的，都是产能过剩的状态，也没有那个需求，要把这个东西全部改成一体式压铸。

针对车身结构件的一体式压铸，在汽车这个行业里，大家还是有不同的声音，有一些人认为这个好，可以提高效率等等，也有部分观点认为这个并不是一个很好的做法，可能会带来这样那样的弊端，包括它的缺陷，后期维修，如果整个车像特斯拉说的，他们以后的终极目标是要把整个白车身做成一体式压铸的，直接几个压铸机就把整个车身做出来了，万一以后发生碰撞怎么办，大家还是有很多不同的意见，特别是在传统的整车企业里，对这个持有怀疑态度的人还是不少。

二、交流环节 Q&A

问：首先，您刚刚介绍了一体化压铸不同的结构部位是不太一样的，不知道您能不能介绍一下一体化压铸里要用免热处理合金，这种是不是一一对应关系，是不是一条压铸里必须要用这个东西？以及为什么要用免热处理？这个材料的优势主要体现在哪些方面？
答：今天讲的这些零部件一定是要用到所谓的免热处理材料，从名字就能听出来，这个材料要实现压铸出来就能够用，强度各方面的性能都能达到要求，因为大部分的铝合金材料，比如我们用的比较多的，做这种结构件的以前也有，比如德国的莱茵铝业是铸造铝合金的NO.1的地位，国内外大部分铸造铝合金的材料都来自于莱茵铝业，在它的基础上大家做了各种各样的改变、改进等等。

在压铸这个结构件，也就是受力的零件叫结构件，在这种材料的应用上以前用得比较多的，比较好一点的材料就是德国莱茵铝业的一个叫铝硅镁锰的材料，这个材料现在都还在用，但是它需要通过热处理，就是在一个有高温低温的处理，才能够达到性能。这就是带来一个问题，就是变形，这是一个不可避免，在高温下零件会变形，但是这个在我们今天说到这些一体化压铸，特别像车身这么大尺寸的情况下，哪怕是很小的变形都会受不了，因为这个东西做出来以后还要跟车身上其他部位做安装和匹配。所以对精度的要求是非常高的，更何况如果真的做像之前莱茵铝业的铝硅镁锰材料，做热处理的话，变形会非常大。

当然可以通过矫形的方式把它强行的调整过来，但是这个会造成一些零部件上的损失，最后带来的结果是，合格率非常低，这样的话成本就会很高，这个事就没有办法做。这个是我们目前做一体化压铸为什么要用免热处理，主要的问题就是变形的问题。

问：您刚刚提到免热处铝合金需要的每一种都不太一样，有的可能注重延伸率，有的可能注重流动性。相对于普通的材料，它研发的难度到底是多大？另外想做出产品的路线是否是单一的，感觉大家现在都在研发，也都在注册专利等等，一旦前面做出来了，对构成的壁垒效应有多强？
答：材料研发路径的问题，其实从目前来我觉得还不是单一的，因为目前大家对究竟什么样的材料是最好的，虽然说特斯拉现在用他的材料，做出来了一体化的大型结构件，但是这个也不能说其他材料就不行，我觉得现在的路径上没有一个很统一的。

单说这几种材料，有一个前提是，都是比较好材料的情况下，材料一些基本的性能必须要比传统的压制铝合金要好，比如说流动性是一定要好的，因为这个零件太大了，流动性不好的话，连成型都困难。这个情况下强度、韧性等各方面都要好，都实现的情况下，大家有不同的特点，有高强度的、有低强度的，有延伸率高的、低的。但是最终谁真正把零件用这种材料，结合它的结构设计，把零件给干出来，而且很稳定的能够生产，这个才是关键的。

有可能说那个材料不一定是最好的，但是它很能适应某一种结构，或者某一种工艺，我们就认为这个材料针对这个来说就是好的，这样的话这种材料会得到很好的推广和应用。因为我们比较材料好、不好，我们从材料角度看的话，我们就会说参数、指标谁的高、谁的低，强度、韧性肯定是越高越好，包括成本大家都差不多的情况下。这样的话我们会对材料有一个评比，但是在零件应用上，真的不是说谁的指标高，做出来就是最稳定的。

问：比如有一些有专利的、能规模生产的不一定是最好的，但只要是先在车企推广开了，可能在后续的这套体系里就是早期的标准制定者，等于这个新的材料要重新改后面的模具，改冲压工艺等等，很复杂，很多车企未必就愿意再去做这种调整和改变了。换句话说，现在谁能尽快地抢占这块市场，未来谁可能就会在这块赛道里成长得更快，先发优势还是很重要的。
答：对，一旦材料定了以后，即使宣称哪一款材料怎么怎么好，这个是要去试的，推广难度就太大了，试的代价是很大的。

问：您说有没有一种可能性，这些大型结构件的生产企业，我一开始想直接跳过去还是有难度的，无论如何车企要找一个大型结构的，一定要找这些结构件的生产企业，再去找一些材料企业和模具生产企业，组一个体系出来？
答：对，他们也没有办法完全自己来做这个事，也没有这个能力，现在也做不到。但后期可能想往这种方向去发展，目前肯定还差得比较远。

问：这个材料开发过程中难到底是难在配方上，您方便简单介绍几个关键点吗？配方肯定是每家不太一样。
答：这个配方是有一定难度的。我觉得生产工艺也取决于配方，举一个例子，比如铝合金那里面的铁，现在一般是工业纯铝，叫A00铝，它里面本身会有一定的铁含量，对于材料的延伸率是很不好的元素，我们认为它是一种杂质元素，但又在整个生产过程中逐渐累积的。如果在材料设计里对它的容忍度很低，那么整个生产工艺就会要很小心，就要很好的控制，也有一些办法，在成分配方设计的时候，通过一些方式能够使得这个材料容忍一部分的铁含量，这个工艺可能又不一样，所以针对不同的材料这里面还是不同的。

问：像T公司这种自己搞压铸机这种方式短期内应该比较难，其余企业把这个业务交给压铸厂之类的，他帮我压好，我直接从压铸厂这边把这个件买回来就好了，这种方式是OK的吗？
答：我认为小零件可以这样做，而且一定会这样做，因为车身不全是大零件，也有很多减震等等的小零件。比如后车体这些大件，我认为还是会拿到自己工厂来做。

问：所以您倾向于特斯拉的方式是主流的？
答：从汽车生产制造上来说，我觉得这个可能要合理一点。

问：这个需求的提供方到底是谁？一个是材料供应商，他可能擅长研究配方，但他不知道车厂或者说不同车厂的不同车型的不同部位需要什么样品质的材料，他们是直接在对话，车厂定一个指标，然后材料商来实现？这个过程我有点好奇，您能介绍一下吗？
答：它这个需求是怎么来的，我们现在也反复跟这些车厂在沟通，我说你到底需要把这个材料调到什么样的强韧性对你来说是最好的，其实现在很多车场还回答不了这个问题，这个问题要怎么才能回答呢。从最初的原始设计，原来是一个冲压传统模式的结构件，我现在要把几十个零件换成一体式压铸的铸造理念，我需要重新设计和研究结构性，研究以后我会通过一些模拟分析判断出每个位需要的强度最低是什么样的，延伸率考虑碰撞的情况下应该是什么样的。

这些东西都分析出来以后，它才能提出来，我这个材料最终应该是怎么怎么样的，目前来看，国内主机厂，因为原来大家都没有做过这个事，现在提出来的一些需求是非常粗糙的，都还不是很准确的。它现在需要车企有非常强的开发设计能够，他们提出一个明确的需求，但是目前来看，车企对这个事来说，它也是在尝试，材料厂也是更不清楚具体的情况，我们只能说有一个需求的情况下，我们通过材料的研究来满足。现在的情况是，这个需求可能随时都会变，现在很难有一个统一的需求，而且设计方案上，就会有不同的，有偏向于强度方面设计的，材料可以做软一点，但是我延伸率要好，韧性好，也有这种不同的方案，现在都还不是很统一。

问：我可不可以这样理解，专利方面，比如特斯拉用的配方，我用专利来保护了，别家还能用吗？还是说要用个新的。
答：理论上来说，肯定不能直接用它专利里面的材料，但实际上，它的材料也不一定适合所有的，因为目前我们这些主机厂正在试的材料里面，也有类似于这种材料的成分，我了解到的情况，实际的效果并不怎么好。反倒是有一些其他类型的材料，现在看起来成功的概率还大一些。

问：小件跟大件涉及到免热处理的铝合金，我可以理解为大件是升维，小件是降维，两个难度完全不是一回事，可以这样理解吗？
答：对，首先零件小了，比如说我对材料的流动性考虑的没有那么重要，我的零件小了以后，我可能更多的把它的强度、韧性做的更好一些，但是大件就不行，必须要有流动性，它们对材料要求的难度是不一样的。

问：我做一个不恰当的比方，可能有不少家可以供应小件的免热处理铝合金，但是大件也就那么一两家，可以这么理解吗？
答：不管大件小件，整个免热处理铝合金，因为我本身就做材料的，目前来说市面上并不多，就是做免热处理材料的，能够买到的可能很少，真正得到量产的就更少了。

问：铝合金虽好，但是不见得适用所有的车型，因为考虑到后续维修，可能成本还不一样。但是也有人说车体的框架，除非是大的事故，要不然是撞不到的，就是涉及到比较大的维修更换的费用，这个您也认同吗？
答：这个要看部位，特斯拉为什么先在后车体上做，那个地方不涉及到碰撞等等，但是在前机舱，现在就是碰撞这个地方过不去，这个是法规的要求，不是说我们事故上会不会出现，因为法规对各种碰撞是有一定要求的。这些部位的强度必须要达到一定的要求才可以。像你说的是属于车身覆盖件，一般不用压铸铝合金来做，一般就是变形铝合金做冲压。

问：您觉得如果用带车体的产品来看，中长期单量车的用量大概是什么概念？
答：这个很不好说，比如像后车体整个都用的话，那好几十公斤一个零件，这个的用量就很大。但是这个大部分企业不会用到，但是在一些小的，比如减震塔，这个需求会很强，各个企业都想把减震塔改成压铸铝合金的，因为它不光减重，也提高效率。还有一个好处是，铝合金本身比钢的弹性更好，它的NBH各方面的减震效果会比较好。但是这个零件本身不是很重，就那么几公斤。

外像电池包，大的电池包就比较可观，但是具体的用量前来还不是很好去估计，但是我觉得电池包箱体的压铸，本身也是一个很大的趋势，我觉得最早大面积用免热处理材料的零件，很可能不是自身结构件，还是电池包的箱体。如果按这个来算的话，我把电池包等等一些小的结构件算上的话，我认为应该在100-200公斤级别。

问：从现在看，各种铸铝合金也是一个问题，比如硅铝系的强度比较低，镁系的铸造性能差一些，铝铜系的更适合砂型的铸造，不知道铝镁、铝铜系的合金现在能解决这个问题吗？现在大概进度什么样？
答：我刚才举的减震塔的例子，现在是有两种材料方向，首先是铝硅系的，现在用得最多的，包括一体式压铸，目前来看肯定是要铝硅系的。像底盘的一些小件，铝镁系的也是有一定的机会。虽然铝镁系的压铸工艺性要差一些，好处是长度各方面的性能要比铝硅系的好一点，所以铝镁系在一些小件上，底盘的零件上还是有很多尝试的机会。即使是在浇铸等等领域，虽然铝铜系强度非常高，甚至可以做到300多兆帕这种超高强度，可能铝铜系用得不会很多，在压铸上更是，可能不太会用到。

问：大部分铝硅系性能都还是挺差的，在这种情况下实际的轻量化效果怎么样，还是只是减少一下整个的工业流程而已，对轻量化没有什么太大帮助？
答：也不算差，铝硅系差可能是原来的ADC12，A380这种传统的压铸材料的概念，实际上现在铝硅系通过材料的设计，它的强度也能做到比较高，各方面综合性能还是可以的，它不光通过压铸会提高生产效率，在强度上也是能提高的，轻量化也是比较有优势的。

问：现在大概能达到什么样的程度？
答：其实市面上各种材料我都分析过，就说屈服强度，这是比较关键的参数，有低的，再比如110、120兆帕水平的屈服强度，也有高的，150、160的，还有更高的，能做到190，接近200的，压铸出来达到200兆帕的屈服强度这种材料都有，宽度还是比较大的。但是车身有连接的要求，要求延伸率，有些是要求最少延伸到12%，有些要10%，这是大家多多少少必须要达到的一个门槛，就是10%以上，但是也有做的好的。现在的屈服强度，市面上的免热处理材料有能做到120，也有能做到接近200的。 $广东鸿图(sz002101)$ $文灿股份(sh603348)$ $瑞鹄模具(sz002997)$