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陶永亮 新能源汽车销量促进压铸产业及一体化压铸发展

贝博体育app苹果手机下载:陶永亮 新能源汽车销量促进压铸产业及一体化压铸发展

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Details

  陶永亮,教授级高级工程师,从事高分子材料应用模塑成型工艺研究。中国模具工业协会技术专家、中国塑料加工工业协会专家委专家、中国塑料机械工业协会专家委专家等。曾在企业从事模具设计与制造,注塑成型工艺和真空镀铝工艺管理等工作;参与各种产品开发工作和技术管理,为企业技术进步和提高经济效益做出了应有贡献,曾获得各级技术进步奖励等;结合生产现场需要,解决生产上疑难问题;发表技术论文180多篇,涉及模具设计、注塑工艺、真空镀铝、材料应用、智能制造和汽车灯具技术等,被EI、CA等收入,实际应用性强。退休后仍活跃在行业上,密切关注行业发展,加入各级相关行业学(协)会专家委,并积极参加专家委的活动,进行对企业、学校和学生(个人)的技术指导、资源引导,职称辅导等工作,继续为行业的科学技术进步发挥积极作用!

  摘要:2021年我国新能源汽车全年销量超过350万辆,市场占有率提升至13.4%。特斯拉一体压铸化效应轰动了铸造厂和车企,带来了汽车车身工程工艺的变革。本文以压铸件在汽车上应用,讲述了特斯拉一体压铸件用于汽车底盘等案例,对我国车企等有着很重要的启示。描述了我国在开发超大型压铸机方面做出积极地成效,各个企业做出积极地反响,制定一系列措施,投向大型压铸机和模具制造,以新能源汽车销量和一体压铸化效应共同促进压铸产业及一体化压铸发展。

  据中国汽车工业协会消息,2021年,我国汽车产销分别完成2608.2万辆和2627.5万辆,同比分别增长3.4%和3.8%,结束了连续3年的下降趋势。新能源汽车产销分别完成354.5万辆和352.1万辆,同比增长均为1.6倍,市场占有率提升至13.4%,进一步说明了新能源汽车市场已经从政策驱动转向市场拉动。从4月份以来,年度出口首次超过200万辆,实现了多年来一直徘徊在100万辆左右的突破;中国品牌汽车受新能源、出口市场向好带来的拉动作用,市场份额已超过44%[1]。新能源汽车产销较上一年增长1.6倍,成为近年来增长最快的一年。对于高度依赖汽车产业的压铸业来说,这无疑是一个利好消息。同时,目前新能源车企争先恐后采用大型一体化压铸结构件,用于汽车底盘、电池包等,为“一体化压铸发展”提供强劲动力。

  压铸件几乎涉及到所有的工业领域,如汽车、摩托车、仪表、通讯、航空等,其中汽车零部件压铸件应用最多,压铸件的加工依赖于模具上成型。发达国家与汽车相关的模具需求占模具总需求量的40%以上,目前我国与汽车相关的模具需求约占模具总需求量的30%,其中大部分压铸需求直接来源于汽车压铸件。在新能源汽车政策频繁出台的背景下,汽车行业升级换代、周期缩短以及产量连年攀升也为压铸行业及压铸模的发展带来了新的市场机遇和挑战。近年来,压铸行业的发展也促进了模具制造业的增长速度较快,我国压铸模总产量仅次于美国,跃具世界第二位,可见压铸件行业生产量之大[2]。

  压力铸造简称压铸,在一定压力作用下使溶体填充型腔,使铸件组织致密、力学性能高、尺寸精密、加工余量小等优点。根据压力高低可大体上分为低压铸造与高压铸造两类。目前几乎全部轿车变速器壳体、离合器壳体、水泵壳体、转向机壳体等均为铝合金压铸件[3]。还有汽车上的凸轮箱、发动机气缸体、气缸盖、进气歧管、摇臂、连接支架、传动器壳体、离合器壳体、车轮、制动器零件、罩盖壳体类零件等均可以实现压铸成型,图1发动机气缸体示意图。

  2019年,特斯拉在Model Y车型生产项目中,对生产制造进行重大改进,引入一台大型压铸机,可将Model Y车型的大部分框架组装成一个大件[4]。到2021年初,特斯拉官方公布了上海超级工厂大型压铸机,至此,美国加州弗里蒙特工厂、得克萨斯州奥斯汀超级工厂,以及德国柏林工厂、中国上海超级工厂四座整车工厂都已安装超大型压铸机,用于生产Model Y一体成型的后底板[5]。消息传出就在造车界和压铸行业引起了“轩然大波”。不管是业内媒体还是行业内专业人士、企业家大家都纷纷惊叹。一体压铸成型工艺将会是“汽车车身工程的一场革命”。同时也是“压铸界前所未有的一场变革”。

  汽车整车生产有四大工艺流程。冲压,生产出各种车身冲压零部件;焊接,将各种车身冲压部件焊接完成车身;涂装,防止车身绣蚀,给车身穿上靓丽外套;总装,将车身、底盘和内饰等各个部分组装到一起,装配成一辆完整车型。而采用了一体式压铸后地板总成的Model Y,由于所有零件一次压铸成型,零件数量比Model 3减少79个,焊点大约由700-800个减少到50个,由于应用了新的合金材料,特斯拉一体压铸的后地板总成不需要再进行热处理,制造时间由传统工艺的1-2小时缩减至 3-5分钟,并且能够在厂内直接供货。这意味着,从供应商的审查、冲压零件的采购定点、冲压模具的制造、冲压设备的使用,到焊接夹具的制造、焊枪的使用、检具的开发、零部件的物流运输,所有传统冲焊的供应链环节,全部被取消,意味着以冲压、焊装为主导的整车制造工艺模式将被彻底颠覆[6],这将带来的是实实在在的效益。

  特斯拉Model Y 将采用一体式压铸后地板总成,车体总成重量降低30%,制造成本因此下降40%。并且特斯拉下一步计划将应用2-3个大型压铸件替换由370个零件组成的整个下车体总成,重量将进一步降低10%,对应续航里程可增加14%。以普通电动车电池容量80kWh为例,若采用一体压铸车身减重并保持续航里程不变,则电池容量可减少约10kWh。以目前磷酸铁锂电池pack成本600元/kWh计算,则单车成本可降低6000元。按照年产10万台计算,一年可降本6亿元! 全球汽车制造业随之震动[7]!图2所示特斯拉Model Y 一体式压铸后地板总成。

  一体式压铸,一次成型,没有先冲压后焊接的复杂过程。制造过程极简。只有一个零件,不需要开发过多的工装设备,也没有了大量零件连接带来的误差累计。制造精度可控。不需要再排查每个零件的制造状态,传统车身匹配调试所需要消耗的时间和金钱,在一体式压铸这里,全部被节省下来。维护成本极低。同时,一体式压铸只有一种材料,回收时可以将废料融化,直接制造其他产品。材料的回收利用率极高。图3为特斯拉一体成型的部位,是一个车厢壳体,Model 3上需要的70多个零件,在Model Y只需两个。两种颜色代表两个铸件装配。图3所示特斯拉Model Y 一体式压铸车身总成。

  工欲善其事,必先利其器。一体式压铸给压铸界前所未有的一场变革,包含着两个方面,压铸机的制造和压铸模具的制造。特斯拉在得州超级工厂第一个Model Y巨型压铸件,是使用意德拉公司Giga Press6000吨级压铸机。而特斯拉上海超级工厂大型压铸机是特斯拉与力劲科技子公司 IDRA 联合研发的 6000T 压铸机[8]。意德拉是国外第一家历史悠久、开发设计专用压铸机的老牌企业,其产品主要用于生产汽车结构件。2008年中国力劲集团注资控股意德拉,帮助深陷债务危机的意德拉走出困境重回行业全球排名首位,尤其在高性能铸件的大型高科技压铸机领域处于领先地位。2021年4月第十六届中国国际压铸会意德拉X-PRESS系列6000吨两板式压铸机在深圳全球首发。机型具有高效、稳定、重复精度高等优势。与同吨位的三板式压铸机相比,体积更小、重量更轻、容模空间更大,为压铸机的超大型化提供了更多可能。值得一提的X-PRESS系列压铸机是完全按照高端压铸机进行设计、生产制造的。系列机型具有意德拉压铸机的可靠性特点,价格非常有竞争力。为国内压铸企业尤其是新能源汽车超大型结构件(一体压铸成型工艺)企业提供了攻坚克难的利器。2021年4月,力劲集团在宁波全球首发9000T巨型智能压铸机。该压铸机在技术和结构上取得了很大的突破,区别于传统的三板式和两板式压铸机,性能更卓越、应用范围更广,充分满足汽车领域、大型重型压铸件及多部件的一体化生产工艺,为国内、国际压铸装备领域的可持续发展打下坚实基础[9],这充分说明了我国在巨型压铸机研发与生产达到世界的先进水平。除了力劲集团,伊之密、海天金属等压铸机制造企业加入超大型压铸设备研发,更大幅提升了中国压铸装备的生产制造能力,为我国高端装备崛起、让国产大吨位压铸装备拥有了更强的国际竞争力。图4所示力劲集团9000T巨型智能压铸机。

  2021年4月10日,美利信科技向海天金属购买了一套HDC8800吨超大型压铸机,并在重庆美利信现代工业园隆重举行了签约仪式暨技术研讨会[10]。2021年12月下旬,已经将压铸机运到重庆,现在正在加进安装和调试,力争早日投产。重庆美利信科技聚焦“5G通信”和“新能源+智能网联汽车”两大前瞻领域,与全球优质客户同步开发新能源汽车零部件及大型结构件的轻量化。海天金属8800吨压铸机的引进,可实现包括新能源汽车在内的车身、底盘等大型结构件一体化、集成化压铸成型,是未来汽车轻量化发展趋势,也将原本需要的铆接、冲压、焊接、锻造成型的复杂工艺化繁为简,不仅减少了加工工艺,降低了零件重量,更是实现了轻量化和成本降低,有力提升了产品竞争力,将彻底解决未来生产大型汽车结构件的工艺瓶颈,实现全流程“中国智造”。美利信科技将继续以振兴民族工业为己任,与以海天为代表的国产优秀装备供应商加深合作,共同推动中国压铸产业的兴旺发展,走向世界!目前美利信安装了200吨位的行车,专门成立大型压铸模具公司引进大型、先进的模具加工设备和组建大型压铸车间,将1200T以下的压铸机另行处置,将全面向大型压铸件加工发展,将提升重庆的压铸水平和大型压铸模制造能力!图5所示海天HDC8800吨超大型压铸机。

  超大型压铸模制造在我国模具界是一件前所未有的大事,无论是模具加工设备,还是模具制造工艺都是面临着严峻地挑战,涉及到方方面面的工作,我们也应将在模具领域发挥好协同作战,举全国之力做好模具制造,共同做好一体式压铸开发和研制工作。

  特斯拉上海超级工厂大型压铸机的示范性应用有望带来其他新能源车厂乃至传统车厂的效仿,进而使传统车身生产模式发生变革,同时也给国内相关行业的厂家带来了巨大的压力和促进作用。资料显示特斯拉上海超级工厂,一体化压铸降低成本约40%;加快生产流程,70+个零件变成一个,1000多个工业机器人降至700;加固车体,减轻重量,有利于续航;提升产品一致性。190秒内完成一个铸件。考虑20%维护时间,90%良品率,大致产量为330件/台/天[11]。一石激起千层浪。我国压铸行业、车企激励反响,都在积极做出新的计划,引进大型压铸机,谋划好未来。从2021年4月10日美利信科技购买了8800吨超大型压铸机后,压铸企业和车企都有不同的表现。

  2021年9月4日,拓普集团与力劲集团大型压铸单元签约仪式在宁波北仑举行,就汽车轻量化、大型汽车结构件一体化成型项目达成战略合作。拓普集团采购21台(套)力劲压铸单元,包括6台合模力7200T、10台4500T、5台2000T的大型压铸机,集团拥有多个规模化的压铸工厂[12]。

  2021年9月6日,文灿集团股份有限公司发布公司董事会议案,同意拟投1.9亿元建新能源车一体化压铸件机加项目,该新项目已在江苏南通完成了备案[13]。

  2021年9月18日,东莞宜安科技订购一台6100T超大吨位压铸机为布勒品牌的设备。6100吨超大型压铸设备用于生产大型精密压铸件整体集成产品,如汽车一体化车身零部件等。宜安科技在新能源汽车领域重点发展汽车产品整体集成,已配置4200T、4000T、2700T等不同吨位的压铸机[14]。

  2021年10月13日,小鹏汽车(武汉)有限公司向武汉经开区(汉南区)申报“小鹏汽车武汉产业基地项目”规划建筑方案。其中,将引进一套(条)以上超大型压铸岛及自动化线日,浙江华朔科技股份有限公司、力劲集团宁波力劲科技有限公司战略合作签约仪式在宁波举行。华朔科技订购了力劲6800T、8000T超大型智能压铸单元各一台套,2000T大型智能压铸单元六台套,共计8台套大型智能压铸装备。用于新能源汽车、多部件一体化成型、汽车零部件轻量化制造等[16]。

  2021年12月9日,广东鸿图科技股份有限公司今年已开展结构件一体化成型项目的大型压铸岛整体规划,并购置了一台6800T压铸设备,目前正在进行设备安装,计划于明年初进行产品试制送样。目前正处于与客户同步开发阶段,待完成新购置大型压铸设备的安装调试后,将进入试产送样阶段。已进入小鹏汽车的配套体系,双方将在一体化零件方面进行同步开发[17]。

  2022年1月4日,天津市工业和信息化局发布消息,拟对天津雄邦压铸有限公司改造升级建设项目产能置换方案进行公示。置换方案为原天津雄邦压铸有限公司位于天津市经开区工厂的6台套840T压铸机项目退出,置换成1台套9000T压铸机项目,产能不变。新项目计划2022年3月开工,4月投产[18]。

  2022年1月7日,小康股份召开投资者电话交流会,公司主要领导张兴海、马剑昌、申薇与广发基金、华夏基金等82家机构连线进行线上交流。其中有小康股份表示,预计今年年底到明年上半年,会实现一体化压铸车身。目前已经进入全面研发阶段。一体化压铸车身的应用将会减轻车身重量,提高产量[19]。

  2022年1月13日,精诚工科汽车系统有限公司压铸分公司联合力劲、宁波赛维达、隆达铝业成功举办“集成式车身结构件压铸技术论坛”及“集成式车身结构件项目战略合作签约仪式”。精工压铸签约采购一套8000T超大型压铸岛,部署集成式车身结构件的研发和生产[20]。

  在工业 4.0 时代,高度集成化和自动化的生产线所打造的智能工厂,是汽车制造商乃至制造行业的追求。力劲科技与特斯拉联手打造的车身一体压铸机,无疑为汽车生产的变革带来了一个新的选择。目前,特斯拉已经采购了 15 台 IDRA 6000T 巨型压铸机。最近工信部表示,2022年中国汽车市场将继续保持增长,汽车总销量预计达到2750万辆,同比增长5%左右。其中,新能源汽车将达到500万辆[21]

  。随着产能的提升和压铸一体件的推广,压铸机迎来的可能是高达百亿的行业空间。面对着行业的变革,总会是“几家欢喜几家忧”的现象,压铸行业和压铸模具迎来新的机遇,随着行业变革向朝着智能制造、解放生产力、提高效益方向发展,带动经济向前发展,提高综合国力,提高我国在大型压铸件加工设备和大型压铸模制造能力在国际的地位。

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