原標題：汽車行業的變革對我國壓鑄業的影響

摘要：壓鑄業高度依賴汽車行業，汽車行業的興衰或變革對壓鑄業具有強烈影響。本文綜述了汽車行業的變革對我國壓鑄業的影響。目前汽車業正處于快速變革時期，新能源汽車產銷量猛增，正在改變汽車產業格局。新能源汽車對減重和提效的迫切需求，加速了結構件的應用和車身部件高度集成的一體化壓鑄。汽車行業的變革為壓鑄帶來新的商機，同時也會對壓鑄設備和技術提出新的要求和挑戰。在這場變革中，壓鑄業應積極動作，充分提升技術實力，全力擴展市場，使利益和效益最大化。

由于環境的破壞，全球氣候變暖日益加重，對地球生態和人類生存已經構成重大威脅。世界各國對全球環境惡化和氣候變暖表示了嚴重關切，并對環境保護形成共識。在環境的壓力下，世界各國相繼制訂了一系列節能減排的政策，對汽車CO 2 排放進行了嚴格限制，并將“碳達峰、碳中和”上升為國家戰略目標。雙碳政策的嚴格實行促使主機廠必須探索新途徑和使用新技術，主要體現在新能源和輕量化兩個方面。

新能源主要指非常規的車用燃料，如電、太陽能和氫能源等。新能源汽車采用清潔能源及新技術、新結構，效率更高，節約能源和減少CO 2 排放，達到環境保護的目的。輕量化節能減排效果明顯，當整車減重10%，能源消耗可減少6%~8%，排放可減低10%。此外，還能提高輪胎的壽命，減少加速耗時與制動距離。更重要的是輕量化還可以增加新能源汽車續航里程，提高新能源汽車駕駛性能。

在這個背景下，世界多國或多家汽車主機廠公布了燃油車禁售計劃時間表。可以預見，更加嚴格的減排法規可能會加快燃油車退市步伐。為了鼓勵新能源汽車的發展，各個國家對新能源汽車給予了強力推動和政策支持。中國政府推出了補貼政策、碳積分政策和牌照發放等一系列政策，對新能源汽車的發展起到了巨大的推動作用。近年主機廠紛紛轉型，新能源汽車增長迅速，正在改變汽車行業格局。本文綜述了汽車行業的變革對我國壓鑄業的影響，以期為我國壓鑄業的未來發展提供一定思路。

1、汽車行業變革

新能源汽車的發展正在改變汽車行業格局。在政府政策和市場的雙驅動下，各汽車主機廠加大投資和研發力度，新能源汽車性能顯著提高，新能源汽車銷量快速上升。圖1是近年中國和歐洲、北美新能源汽車銷量走勢，圖2是近年中國新能源汽車銷量及增長率，表1是近年中國及其他國家新能源汽車的滲透率，圖3是中國新能源汽車滲透率增長曲線。

圖1 中國和歐洲、北美洲新能源汽車銷量走勢

圖2 近年中國新能源汽車銷量及增長率

表1 近年中國及其他國家新能源汽車的滲透率

圖3 中國新能源汽車滲透率增長曲線

從新能源車的區域市場走勢看，2020年中國和歐洲是加速上行。2021年歐洲新能源車市場總體高位穩定，而中國新能源車市場2021年繼續上揚，且后半年走勢最為強勁。北美市場新能源車相對低迷，但仍然呈小幅增長趨勢。截至2021年底，全球廣義新能源乘用車銷量達到937萬輛，其中插混、純電動、燃料電池的狹義新能源車全球銷量達到623萬輛，同比增長118%。中國新能源汽車銷量達到352萬輛，創歷史新高，增長率高達157.2%。目前，中國新能源乘用車銷量在全球占據53%的市場份額，電動車更是占據61%的市場份額。

世界新能源車滲透率總體呈現快速提升趨勢，今年已經達到7%水平，其中中國新能源汽車滲透率達到12%以上，德國達到22%，挪威達到69%，美國達到4%。雖然世界新能源發展的不均衡，但總體上升趨勢明顯。隨著美國加大新能源的滲透，世界新能源車進入強勢發展的新階段。

中國新能源汽車保有量已達784萬輛，占汽車總量的2.60%，與上年相比增長59.25%。其中，純電動汽車保有量640萬輛，占新能源汽車總量的81.63%。2021年全國新注冊登記新能源汽車295萬輛，占新注冊登記汽車總量的11.25%，與上年相比增加178萬輛，增長151%以上。同時有機構預測2022年中國新能源汽車銷量將達到500萬輛以上，同比增長42%，市場滲透率有望超過18%。

汽車屬于耐用消費品，符合“S”曲線發展規律。有學者指出，如果一個新興產業的發展符合“S”型曲線的發展規律，當市場占比超過10%以后就會形成內部正向推動力和性價比持續提升，緊接著該產業就會以較快的速度生長。據此經驗判斷，全球汽車電動化已突破臨界點，進入陡峭增長期。新能源汽車從政府驅動、市場與政府雙驅動，逐步轉型到市場驅動為主導的階段。

銷售數據和增長趨勢等數據表明，新能源汽車已經具備強大的市場能力。可以預見，在未來幾年中，新能源汽車產銷量足以改變汽車產業格局。

2、對壓鑄業的推動

2.1 加快和提升鋁合金結構件的應用

新能源汽車取代傳統燃油車，需要重大的技術突破，其中一個重點內容是增加續航里程。目前看來，突破這一困境的關鍵首先是研發高能量電池或其他新能源，其次是車輛輕量化。在傳統燃油車輕量化的過程中，壓鑄以其精凈成形、筋肋結構、高度集成、易于處理以及高效率等一系列優勢發揮了重要作用，取代了諸多黑色金屬鑄件，拓展了壓鑄件的應用范圍。進入新能源汽車階段，對輕量化的要求更加突出和迫切。新能源的汽車推動了輕量化進程，推動了壓鑄結構件的應用。

鋁合金壓鑄件主要用于汽車、機械、電子、通訊、儀器儀表、家用電器等領域，其中汽車零部件占比最大，約占70%。汽車產業是壓鑄業的支柱產業，壓鑄件產量與汽車產量呈顯著的正相關性，近年壓鑄件產量與汽車產量的走勢見圖4。由于汽車產量的持續走高，帶動壓鑄件產量上升，連續十余年增量超過10%。由圖4可看出，壓鑄件的增量由兩部分組成，一部分是汽車產量增加，拉動壓鑄件產量增加，另一部分則是由于汽車單車壓鑄件用量增加所拉動。單車壓鑄件用量增加，其中一個重要原因是近年新能源汽車的發展，加速了結構件的應用。尤其是2020年，在汽車銷量下降的情況下，壓鑄件產量逆勢上揚，主要原因也應該是結構件用量做出了很大貢獻。2021年上升趨勢會更加明顯，表明新能源汽車對結構件應用具有顯著的推動力。

圖4 壓鑄件產量與汽車產量走勢

目前，汽車結構件壓鑄生產技術已經取得長足進步，從初期的A柱、減震塔等結構件批產后，已經擴展至后側梁、副車架等工藝難度比較大的結構件，典型的結構件見圖5。其中減震塔原為10個零件組成，改為壓鑄工藝生產后集成為一件。后縱梁原為18個零件組成，壓鑄后集成為一件。副車架壓鑄工藝難度大，此前大部分采用低壓工藝或重力工藝，改為壓鑄后，形狀及尺寸精確，壁厚減薄，重量減輕，大幅提高生產效率。懸掛臂和后縱梁等鑄件性能要求比較高，一般需要進行熱處理。目前，結構件壓鑄基本上采用真空壓鑄，保證鑄件的可熱處理和可焊接性能。

圖5 典型的結構件

2.2 壓鑄件應用轉換

壓鑄件在傳統燃油車與新能源汽車中有些部位的用量產生變化，壓鑄件用量有增有減，變化主要來自動力系統和傳動系統。在燃油車中，動力和傳動系統包括發動機缸體、變速箱和離合器殼體等這部分壓鑄件用量比較大，發動機約有16個壓鑄件，傳動系統約有8個壓鑄件。但在電動車中，驅動系統約有4個壓鑄件，傳動系統約有2個壓鑄件。電動汽車與傳統燃油車相比，在動力系統和傳動系統中的應用明顯減少。但新能源汽車中混合動力汽車的動力和傳動系統包含了燃油和電動兩套系統，壓鑄件的用量有所增加。如果用ICEE（壓鑄機鎖模力（循環時間）表示壓鑄件的應用指數，大小及數量因素等），則燃油車、電動車和混動車的壓鑄件應用指數如圖6所示。

圖6 三種車型動力及傳動系統的壓鑄件應用指數

電動車雖然在動力和傳動系統方面壓鑄件的用量減少，但在三電系統中增加了壓鑄件的用量，可以部分的彌補動力和傳動系統壓鑄件用量的減少，典型的應用是電池托架，如圖7所示。電動車的不斷增加，電池箱和電機外殼的平均用鋁量將快速增長，電池箱用鋁量占未來鋁用量平均增量的近三分之二。為增加電池容量，目前車載電池的尺寸較大，電池托架的尺寸較大，有的型號長度尺寸可達2 m，使用的壓鑄機大多都在4 000 t以上，最大可達萬噸級的要求。此外，電機殼、端蓋、轉子、接線盒外殼等也采用壓鑄工藝生產，對壓鑄件用量有所彌補，見圖8。

圖7 各類電池托架

圖8 電動車驅動系統壓鑄件

如果使用雙電機驅動，則對壓鑄件用量的彌補作用更強。

2.3 推動一體化壓鑄技術

在減重、提效和降本的多重壓力下，2019年特斯拉提出了車身一體成形鑄造方法。采用一體成形壓鑄的方式生產Model Y的整個后部車體，將原先由多工序所需的70多個零件集成為1個，減少了組裝焊接等程序，減重約30%，降低制造成本約40%。Model Y 的一體壓鑄后車身僅重 66 kg，比尺寸更小的 Model 3 同樣部位輕了10~20 kg，見圖9。特斯拉Model Y4680的CTC版本將應用2-3個大型壓鑄件替換由370個零件組成的整個下車體總成，重量將進一步下降10%，對后續里程可增加14%。目前，也有壓鑄廠家在策劃或實施一體化壓鑄汽車底盤或滑板式汽車底盤，見圖10及圖11。如果采用一體化全鋁壓鑄車身，重量將在200~250 kg，而同級別鋼制車身的重量在350~450 kg，重量降低約150~200 kg。

圖9 Model Y車身后部件一體化壓鑄

圖10 一體化壓鑄車架

圖11 滑板式汽車底盤

一體化壓鑄方案大幅簡化制造流程，能夠免去大量零件連接造成的累計誤差，制造精度得以提升，并節省大量的時間成本、設備成本、人力成本，大幅降低了整車的制造成本。

一體化壓鑄帶來重量減輕、高效制造以及成本降低等技術優勢，已引起各個主機廠的高度關注。有人認為，一體化壓鑄技術是汽車制造業一項革命性技術，必將成為未來汽車制造的一個趨勢。目前，許多主機廠表示將跟進一體化壓鑄技術，或已進入實施階段。

一體化壓鑄不但為主機廠提供了制造汽車的新方法，也為汽車零部件壓鑄企業提供了機遇。許多汽車零部件壓鑄企業積極與主機廠合作，共同開發一體化技術，并加大投資、融資強度，擴充產能，加速一體化壓鑄布局，力爭在一體化壓鑄中獲得市場份額。業內人士估計，2025年搭載一體化壓鑄件的車型銷量有望升至 303萬輛，一體化壓鑄的市場空間從2021的9億元，至2025年將提升至270億元左右，市場空間巨大。目前，一體化成形壓鑄件主要應用于新能源汽車，以達到降低車身重量、降低能源消耗、提升續航里程的目的。業內認為，到2030年，新能源汽車的市場占有率將提升至50%。如果大型一體化壓鑄滲透至燃油車型，超大型一體化壓鑄成形的應用前景非常可觀。

應該注意，一體化壓鑄件增加了壓鑄總體重量，對壓鑄重量增量影響顯著。但對壓鑄件數量可能造成減少，因為一體化壓鑄件具有更高的集成度，可能會將相鄰若干壓鑄件，如后側梁、減震塔或底盤縱向件等，集合成為一件，如圖12所示。因此，生產這類壓鑄件的企業應該提前應對。

圖12 一體化壓鑄的高度集成

2.4 推動超大型壓鑄機市場

多大噸位的壓鑄機屬于超大型壓鑄機在專業上并沒有嚴格定義，一般認為能夠壓鑄車身大型一體化后部件的壓鑄機就認為是超大型壓鑄機，合模力在6 000 t以上。一體化車身壓鑄件重量一般可達60余公斤，澆注重量可達100余公斤，尺寸約為1 700 mm× 1 500 mm×800 mm，重量和尺寸都超出了壓鑄產品的極限。在此背景下，制造超大型壓鑄機成為必然。大型一體化壓鑄開啟了壓鑄機超大型化的時代，一體化壓鑄概念提出的短短3年中，壓鑄機制造企業快速研發，6 000 t超大型壓鑄機已用于生產汽車部件一體化壓鑄。8 000 t級、9 000 t級超大型壓鑄機已經進入市場并可在短時間內形成生產能力，15 000 t級也已進入研發設計階段，圖13為9 000 t級壓鑄機。汽車主機廠對一體化壓鑄的認可將會使一體化壓鑄進一步普及，大型壓鑄機市場需求將會進入常態化需求，持續存在。

圖13 9 000 t級超大型壓鑄機

3、面臨的問題

新能源汽車的發展為壓鑄業帶來新的商機，但壓鑄業面臨一些問題與挑戰。

3.1 超大型壓鑄機

汽車結構件的一體化壓鑄離不開超大型壓鑄機，超大型壓鑄機剛剛起步，處于開發導入期，尚未達到成熟階段，必然還有諸多問題需要解決。首先，應進一步優化整體結構，改善機器結構的剛性和強度，提高設計的科學合理性，保證機器整體結構穩定。超大型壓鑄機壓射系統的活動部件質量顯著增大，壓射過程的動態響應特性將會受到很大影響。為滿足大型一體化鑄件的成形要求，應改善壓射性能，使壓射速度、壓射壓力、動態響應速度等技術參數進一步提高。超大型壓鑄機零部件的尺寸增大，加工制造難度加大。一塊模板可超過百噸，采用球鐵整體鑄造成形，需要精湛的鑄造工藝保證球化良好，才能達到使用性能要求。其次，需要大型加工設備，并能夠達到要求的加工精度。目前，最突出的問題是降低設備的故障率，提高設備運行的穩定性和設備的正常運行時間。

3.2 大型一體化壓鑄技術和工藝

大型一體化鑄件的尺寸和復雜程度大幅增加，導致壓鑄工藝難度大幅上升。目前，一體化車身件澆注重量達100 kg，充型時間及成形過程延長，因此對壓鑄過程控制非常重要。理想的充型和成形過程控制，包括充型速度控制、成形壓力控制，模具溫度控制以及產品前端和末端性能的一致性控制、力學性能（抗拉、屈服、伸長率、折彎角等）和合格率控制等，都是依賴于壓鑄技術和工藝的持續提升。目前，大型一體化壓鑄件的合格率大致在40%~60%，合格率低，生產成本偏高。一體化壓鑄件的價格不會總是處于高位，必須通過降低廢品率提高生產效益。只有通過對壓鑄技術的不斷探索和持續改進，才能實現合格率的提升。

3.3 大型一體化壓鑄模具

壓鑄模具對壓鑄成功與否關系重大，一直被認為是壓鑄生產的關鍵工藝裝備。超大型模具在尺寸上達到一次飛躍，國內外對超大模具設計均無經驗可循。超大型一體化壓鑄件壁厚變化大，結構復雜，充型距離長，流路變化多，澆注系統設計難于滿足多方面的要求，理想的充型過程和凝固過程更難以實現。模具在滿足壓鑄要求的前提下，同時要考慮到模具的耐用性，模具的耐用性直接影響生產成本。一體化壓鑄機鎖模力更大，對模具施加的應力更大，對模具造成損傷的可能性增加。一體化壓鑄對模具的沖擊作用更大，工作條件惡劣，受各種應力的影響，可能會導致模具過早開裂失效，因此對模具設計和模具材料及熱
處理要求更高。

模具的熱管理在大型一體化壓鑄過程中愈發重要，但由于模具的大型化，模具的熱控制難度加大。合理設計冷卻/加熱系統，是生產中對模具溫度進行有效控制的前提條件。模具的溫度控制對一體化壓鑄件質量影響極大，溫度過高或過低都會使鑄件產生缺陷。

3.4 一體化壓鑄件的合金材料

大型一體化壓鑄件屬于汽車車身中的結構件。由于在行駛中要保證汽車的安全性，對汽車結構件的力學性能要求高，韌性相關的結構件一般要求抗拉強度≥180 MPa，伸長率≥10%；強度相關的結構件，一般要求抗拉強度≥210 MPa，伸長率≥7%。為達到要求的力學性能，通常的做法是對壓鑄件進行熱處理。一體化車身件尺寸大、壁薄、結構復雜，對其進行熱處理難度加大。處理不當會導致鑄件變形、表面氣泡等問題，由此可能會導致鑄件報廢。其次，大型一體化鑄件熱處理需要大型熱處理爐，額外的鑄件固定支架，大幅增加鑄件的成本。因此，需要合金材料的創新，研發免熱處理鋁合金材料，即在鑄態下就能獲得要求的合金組織和力學性能。已有研究表明，新型一體化壓鑄件免熱處理鋁合金可使整體力學性能提高20%~30%，能夠滿足碰撞要求。壓鑄后不需要熱處理，可直接進入下一工序，節省時間超過6 h，并省去熱處理設備和工裝。雖然目前免熱處理合金的開發取得一定進展，但仍有許多工作要做。

3.5 大型一體化壓鑄周邊設備

大型一體化壓鑄完全排除了人工作業的可能性，壓鑄單元內的所有操作必須由自動化的周邊設備完成，包括噴涂、澆注、取件、切邊、清理等各道工序。相關企業必須盡快開發適合大型一體化壓鑄的周邊設備，以便有效組織生產，縮短循環時間，提高生產效率。

3.6 競爭加劇

汽車行業變局，使許多企業看到了大型一體化壓鑄的發展機遇。業內企業積極籌措資金，購買超大型壓鑄機，提早進行大型一體化壓鑄的布局。這一機遇也吸引了其他行業企業進入大型一體化壓鑄領域，試圖在這個領域獲得發展和利益。汽車主機廠也有自主生產一體化壓鑄件的趨勢，已有新車廠像特斯拉一樣，直接建立壓鑄車間，自供一體化大型壓鑄件。一體化壓鑄件尺寸大、壁薄、容易產生變形，需要穩固的運輸托架，不適合長途運輸。汽車主機廠進入壓鑄一體化領域具有較強的優勢，將一體化壓鑄車間與沖壓、焊接、涂裝電驅等車間平行建設，在進行必要的加工后，可直接進入汽車總裝車間，縮短零部件的轉移距離，增加裝車的效率。如果新入企業過多，無疑會加劇行業的競爭趨勢，企業應做好面對競爭的準備。

3.7 風險與機遇同在

新能源汽車為壓鑄業帶來新的發展機遇，推動壓鑄行業的快速發展。但也應看到帶來機遇的同時，也有一些風險或不確定因素存在。受疫情及一些其他因素影響，全球缺芯等狀況反復影響全球汽車行業景氣度。壓鑄對汽車行業的依賴性較強，如果這種影響給汽車行業帶來下行，將會影響壓鑄終端企業。

原材料價格上漲，也給壓鑄企業帶來不利影響。2021年起，鋁錠價格飆升，最高價格超過2.2萬元/噸，漲幅超過50%。持續的價格高漲或震蕩的鋁價可能帶來系統性風險，也會造成下游企業經營困難，負擔加重。

一體化壓鑄由特斯拉提出并實現，其他汽車主機廠表現積極跟進。如果車企一體化壓鑄推進不及預期，或一體化壓鑄受其他因素影響，將會延緩一體化壓鑄的發展。

對新能源汽車補貼政策變化及雙碳目標實施，是否會影響新能源汽車的發展，也應給予關注。

俄烏戰爭可能會對全球經濟產生影響，對能源、原材料和汽車行業的影響還有待觀望。自然災害或金融市場動蕩可能阻斷供應鏈，或損害消費市場，最終也可能波及壓鑄市場。

4、展望

中國汽車業的持續快速發展，為壓鑄業提供了巨大的發展空間。汽車行業發生的變革，正在成為壓鑄業發展的新動力。在新形勢下，我國壓鑄業應該抓住汽車大發展和輕量化的契機，努力提升生產及技術水平，拓展汽車壓鑄件市場。壓鑄企業應與汽車廠加強合作，共同探索和開發壓鑄件資源，促進單車用鋁量的增加。進一步發揮技術進步的優勢，繼續加強高真空工藝、模具熱管理、高效噴涂、高性能合金、大型模具設計與制造等各種新技術的研發和應用，提高壓鑄綜合技術水平，提高壓鑄件質量，提高壓鑄工藝的競爭能力。

進一步加強高效率、智能化、性能卓越的超大型壓鑄裝備制造，為一體化壓鑄提供強有力的裝備支撐。壓鑄企業應積極向工業4.0及綠色低碳轉型升級，促進壓鑄企業高質量發展。

面臨新趨勢，順勢而為，面對新機遇，乘機而上。中國壓鑄依靠不斷的技術進步，依靠全行業的積極進取，抓住機遇，一定會在汽車行業的大變革中獲得更大紅利。

作者：

盧宏遠
布勒（中國）機械制造有限公司

本文來自:《鑄造》雜志2022年第6期第71卷