近日，國內鋁合金汽車零部件廠商廣東鴻圖發布公告稱，小鵬汽車終選擇該公司作爲其正在開發的某車型底盤一體化結構件產品供應商。此前，廣東鴻圖已引進一套6800T壓鑄島並完成試模，並在2022年初籤約採購一套12000T壓鑄島。
除廣東鴻圖外，今年前幾個月還有其它一些企業報出與超大型一體化鋁壓鑄有關的項目：如文燦集團全球首套9000T壓鑄島在其天津生產基地順利試產，並繼續從力勁集團旗下意德拉公司採購9臺X-PRESS系列大型兩板壓鑄機，將在國內建立起規模化的大型、超大型壓鑄島生產線；小米汽車也與國內某主流壓鑄機制造商籤約，向後者採購一套以上超大噸位壓鑄機，用於一體化壓鑄汽車零部件生產制造項目等等。據安泰科不統計，目前國內已有二十多家汽車及零部件廠商已經或即將投資一體化壓鑄項目，除了前面提到的企業外，還包括蔚來、理想、高合、比亞迪、萬豐奧威、拓普集團等其它企業。
一體化壓鑄的工作原理是將金屬加熱熔化成液態，用動力擠壓澆入模具中，等金屬冷卻固化，就得到了符合模具形狀的零件。與傳統成熟的壓鑄工藝相比，採用這項技術生產出的產品外形尺寸超大，可將過去幾十個零部件合爲一個超大型零部件，特斯拉公司是倡導一體化壓鑄技術的先行者。作爲科學狂人，馬斯克的開創性在於，將一體化壓鑄的應用範圍，從以往較小的汽車鋁壓鑄零部件，拓展到了體積超大的汽車結構件，並且還實現了規模化量產。
當然，這項技術的出現，對壓鑄設備的噸位提出了更高要求，對所用壓鑄鋁合金也需要的綜合性能，現有壓鑄鋁合金顯然無法滿足大型一體化壓鑄工藝和產品性能的嚴格要求。其實早在兩年前，特斯拉公司就曾被報道已開發出一種新型鋁合金產品，其具有高屈服強度、高導電性和鑄造性能，可通過壓鑄工藝生產電動汽車用零部件，特斯拉公司還專門爲該合金申請了專利。當時外界以爲，特斯拉是想用該合金生產電機轉子、定子、母線、逆變器和其它電動汽車用鋁制零部件，之所以開發新型合金是由於現有鑄造鋁合金生產出的上述零部件性能不符合要求。但實際上，特斯拉此舉是爲開發應用一體化壓鑄技術而提前布局。兩年以後，特斯拉對該項技術的應用正在加速，這種重達幾百噸，佔地面積有一個籃球場大小的大型一體化壓鑄機在特斯拉全球的4家工廠均已投入使用，在其Model Y應用一體化壓鑄件之後，Cybertruck車型也有望跟進。大衆、沃爾沃和奔馳等國外主流汽車廠商和國內一衆造車新勢力也紛紛跟進，投資布局一體化壓鑄項目，這項技術在汽車領域的推廣應用儼然已是大勢所趨。國內方面，配合一體化壓鑄的興起，合金研發也快速跟進，立中集團隆達鋁業研發的免熱處理一體化成型鋁合金已經取得國家發明專利。
據一些機構測算，2030年全球範圍內一體壓鑄的滲透率有望達到30%，保守估計單車配套價值有望達到10000元，市值規模在2400億以上。顯然，資本市場中的一部分也在看好一體化壓鑄市場應用前景，堅信新的革命性技術和投資機會已經到來。
與傳統生產工藝相比，一體化壓鑄的優勢在於：
大幅縮短生產時間
特斯拉在其Model Y型車上使用的被稱爲mega或giga的一體化壓鑄件是一個整體部件，它取代了以往由大型機器人焊接的鋼衝壓件和小型鋁部件。與傳統制造工藝相比，採用的真空高壓壓鑄（HPDC）工藝使用無需熱處理即可獲得合適性能的鋁合金，運用一體式壓鑄技術，將後車身底板、後輪拱、後橫縱樑直接做成了一個鑄鋁件，傳統工藝中需要70多個零部件組裝成的大部件減少到僅由幾個一體化壓鑄件即可組裝完成，將制造時間由1-2個小時縮短爲幾分鍾，大幅節約了單位制作周期。
車身結構的穩定性和美觀度得到提升
與採用幾十個零部件，通過焊接、鉚接等多種連接技術制成的部件相比，一體化壓鑄出來的大部件結構穩定性。同時，外形美觀度也得到提升，原來肉眼可見的焊接痕跡幾乎消失不見。就連馬斯克本人也用一踩一捧的方式表示，Model 3的接縫如此明顯的根本原因在於沒有像Model Y那樣使用新的一體化壓鑄技術。
節約產線佔地面積
一體化壓鑄機盡管單體設備體積巨大，但由於取代了數量可觀的大型機器人和其它設備，且產品無需進行熱處理，從整體上仍縮短了生產線長度，節約了30%的設備佔地面積。
制造材料更易回收利用
在生產工序由衝壓-焊接被一體化壓鑄取代後，整個流程變得相對簡單，更容易對生產過程中產生的廢料進行回收。同時，包括壓鑄、變形合金在內的不同牌號鋁合金以及衝壓鋼全部被單一牌號的壓鑄鋁合金代替，很容易實現制造材料閉環回收利用。
減少用工數量
由於減少了設備數量，簡化了工序，因而不再需要以往數量的產線工人，進一步提高了生產效率。
但凡事都具有兩面性，對於大型一體化壓鑄這項主要針對汽車工業開發的生產工藝也是如此。至少從目前的起步階段來看，這項技術還存在一些短板，在今後需要加以時日，認真解決或，大致包括以下幾個方面。
降低成本優勢不明顯
對於主機廠而言，汽車在設計和生產過程中需要綜合考慮幾大要素。在激烈的市場競爭中，如何在滿足多方要求的前提下降低成本無疑是需要優先考慮的因素之一。特斯拉大膽採用這項技術應該主要也是以降本增效爲目的。從前面的分析可以看出，提高生產效率的目標初步實現，但是否降低成本還有待考量。盡管特斯拉聲稱一體化壓鑄技術使Model Y節約了20%的制造成本，但這並不意味採用這項技術的其它企業也能達到同樣的效果，這其中存在幾個難點，對降低成本構成阻礙。
首先，對生產設備而言，一體化壓鑄機貌似減少了大型機器人數量和生產線長度，使得單臺壓鑄機的設備投資具有優勢，但如果把壓鑄模具、熔煉爐、噴塗設備、拾取設備、冷卻設備、修邊機、輸送帶、油溫機、高真空設備等周邊設備也考慮進來，組成實際生產所需的壓鑄島，其整個運營維護成本其實並不低。一些券商的測算結果也表明，大型一體化壓鑄島的整體投資高於採用傳統衝壓+焊接工藝的設備投資。
其次，在技術層面也存在降低成本的難點。一體化壓鑄過程與以往的壓鑄相比省去熱處理這一重要環節，解決問題的關鍵在於採用了專門針對這項技術開發的免熱處理壓鑄鋁合金。特斯拉通過從蘋果公司高薪挖來的材料領域牛人查爾斯·柯伊曼解決了免熱處理的難題，但不是所有車企都能獲取這樣的人才，更不有能力開發出這樣的材料。同時，採用這項技術的模具成本也很高。國外研究結果表明，現階段大型一體化鑄件的模具使用壽命比衝壓件低許多。通常，壓鑄模具的使用壽命部分取決於合金。與廣泛用於變速箱和電機外殼的380鑄造鋁合金相比，未經熱處理的結構型鋁合金會降低模具的使用壽命。爲了壓鑄出如此大型的汽車鋁制部件，其模具設計工藝也更加復雜，又進一步提高了模具使用成本。
減重效果並不理想
在全球範圍，不論是傳統燃油車還是新能源汽車，都考慮輕量化的問題，但特斯拉在推廣使用一體化壓鑄技術過程中，對其可起到的減重效果很少提及。通常情況下，鋁壓鑄件非常適合剛度驅動設計，但短板在於其壁厚至多只能降至2-3 mm，而汽車板材的壁厚通常爲0.7 mm。現有數據顯示，特斯拉的整體壓鑄件比更換掉的鈑金件重20%（8千克），並未實現的減重效果。
與多材料混合使用的主流趨勢不符
經過長時期的實踐摸索，目前主機廠已基本放棄了使用單一材料的設計思路，將高強度鋼、鋁、鎂、碳纖維增強復合材料等多種材料混合使用，根據不同使用性能要求，材料各司其職，發揮各自特點，終體現爲混合使用優勢，已成爲今後主流發展趨勢。但一體化壓鑄反其道而行之，將多種材料統一爲一種材料，有可能出現部分位置使用性能低於原有要求的情況。
推廣使用具有局限性
從產業布局而言，主機廠在選擇大型整體壓鑄件還是薄板部件時需要考慮許多因素，大型一體化壓鑄件更有可能用於新建工廠的企業，而不是那些已經投資於鈑金加工的汽車公司。此外，由於初始設備及生產投資成本較高，一體化鑄件不太可能被廣泛用於小批量汽車制造，而適用於年產量至少10萬輛以上的車型。對於特斯拉而言，這顯然不是問題，但對於其它公司，特別是國內像蔚來、小鵬、理想這樣的造車新勢力而言，年銷量能超過10萬輛的單一車型確實不多。因此，其它車企在跟進這項技術時，要結合本企業的產品預期銷售規模。
後期車輛維修成本大幅增加
高鋁化率車型在後期使用過程中，一個不利的因素就是維護成本較高。由於鋁合金部件無法進行鈑金維修，一旦出現破損就需要整體更換。一體化壓鑄部件的出現，更是將這種情況進一步放大。一旦出現問題，對大型一體化部件進行更換，將使車輛的維修成本大幅增加。
通過以上對一體化壓鑄工藝技術和產品的綜合分析後可以看出，其產品特點和存在的優、缺點都很明顯。馬斯克將傳統鋁壓鑄技術在汽車應用領域繼續發揚光大，其創新精神毋庸置疑。這項技術的出現也使鋁壓鑄產品在汽車應用領域煥發出新的生機和活力，開拓出新的增長空間，也有可能改變此前對汽車用鋁發展趨勢的判斷。在汽車輕量化和電動化的發展趨勢背景下，在燃油車向電動汽車轉換過程中，人們更看好變形鋁合金在乘用車領域單位用量的提高，更看好鋁車身板、白車身用鋁板及鋁擠壓產品的未來發展。如果一體化壓鑄技術在新能源汽車應用方面今後由起步階段進入發展階段，對變形鋁合金的使用，特別是對鋁擠壓材佔比的提高顯然是不利的。對於特斯拉而言，除了車架後底板，未來還計劃採用一體化鑄造工藝生產汽車前底板、電池殼等部件。按照馬斯克的計劃，如果這些能夠實現，將可以替代原來的370多個零部件，在電池託盤、電池殼或者部分車身結構件上也將直接對鋁擠壓材構成替代。一體化壓鑄在汽車用鋁領域能否後來居上，涉及的因素很多，傳統變形鋁合金鋁加工企業需要仔細研究並加以應對。對於新能源汽車這種不受傳統設計理念束縛，可以自由創新的新事物而言，適合使用何種材料也未終定型，無論是一體化壓鑄還是鋁軋制、鋁擠壓技術，掌握了其中的發展規律，才能夠走得更遠，笑到後。（撰稿：王偉東）
