当前位置 爱咖号首页 压铸,汽车制造的革命来了!

压铸,汽车制造的革命来了!

踢车帮 3浏览 2022-05-30 IP属地: 未知

当燃油巨头们仍在智能、电动领域苦苦追赶,特斯拉却在他们最擅长的制造领域起了惊雷。

我比地球上任何人都更懂制造业!TED 2022年度演讲会,马斯克再爆金句。

马斯克是不是最懂制造业的那一个,我们无从而知,但以一体压铸技术为代表,特斯拉正在深刻改变着汽车制造。

目前可以公开的情报:

在特斯拉引领的这场汽车制造变革中,已经确定跟进的,既有国内造车新势力的御三家蔚小理,也有传统跨国大厂奔驰、沃尔沃等。

横空出世

美东时间2020年9月22日的特斯拉电池日上,一体压铸正式揭开面纱。马斯克表示Model Y的后下车体将由大型压铸设备一体压铸成型,不再由70多个冲压件、铸造件通过焊接、铆接而来。

因为采用一体压铸技术,Model Y后下车体总成的重量降低30%,制造成本降低40%,制造时间由1-2小时革命性地缩短为约140秒。

而一体压铸在后下车体总成上的应用只是开始,前下车体的一体压铸技术已经在特斯拉得州超级工厂投产应用,之后会是柏林、上海、加州,以及特斯拉在全球的每一个超级工厂。

特斯拉的终极目标是用2-3个大型压铸件和Structual Battery(4860结构电池组)的组合,替换掉370多个零件组成的整个下车体总成。届时特斯拉下车体总成的重量可以降低10%,续航里程预计增加14%。

70到1,370到1,一体压铸足以震动整个汽车制造业。因为除了轻量化和续航提升,一体压铸给汽车制造带来的更深刻影响是成本控制和效率革命。

一体压铸对汽车制造的成本控制提升有多明显?一体压铸采用的材料为铝合金,而主要从事铝合金精密铸件生产销售的文灿集团就曾测算过:

如果汽车白车身全部采用压铸铝合金工艺,车身重量为200-250kg,根据铝合金的市场价格35元/kg(文灿测算时市场行情),其理论压铸成本为每辆7000-8500元。

相比之下,传统焊接制造的钢制白车身重量一般为350-450kg,钢材料价格约为18元/kg(测算时行情),钢制白车身成本为每辆6300-8100元。再考虑到压铸材料的可回收性带来的近乎100%的原料利用率,全铝压铸车身的制造成本近乎相同于钢制焊接车身。

这意味着,未来通过终极体的一体压铸技术,过去只属于特斯拉Model S/X、蔚来ES8、奥迪A8L这类旗舰车型的全铝车身可以下沉到特斯拉Model Y、蔚来ET5、奥迪A4L这类入门车型上。

一体压铸引起的效率革命则更是颠覆级。传统汽车制造流程围绕着冲压、焊装、涂装、总装四大环节展开,一体压铸的横空出世意味着对冲压、焊接环节的直接冲击,和对总装环节的间接影响。

以后一体压铸为例,Model Y对比传统制造流程下的Model 3,首先是后下车体由70个冲压件、压铸件减少为1个压铸件,焊点也随之由700-800个减少到50个,同时因为一体压铸铝合金的材料特性,免去了大量的热处理流程。

删繁就简下,制造效率的提升一方面体现在时间效率上,除了上面提到的每件生产耗时由1-2小时缩短为约140秒,还有背后相关联的零件储存、运输等环节的效率提升。

另一方面体现在空间效率上。马斯克表示,采用大型压铸设备后,工厂的占地面积减少30%。

因为一台占地100平米的大型压铸机,即可替代300个机械臂。

工程魔法

压铸作为一种金属铸造工艺,利用模具对腔内熔融金属进行定型,分为重力浇铸、低压铸造和高压铸造。

压铸工艺并不是汽车制造的稀客,尤其是高压铸造。汽车的发动机缸体、平衡轴壳体等结构复杂、表面质量要求高的大体积零件都是采用高压铸造工艺。

但在车身结构件的制造中,仅有前横梁、左右门框、减震塔、尾盖箱、纵梁等结构简单的小型零部件采用压铸工艺生产。

大型车身结构件难以铸造冲压,首先是受限于自身复杂的结构。繁多的边角结构和薄厚变化会造成流动通道的复杂,阻碍熔融金属流液的有效填充,气体和杂质的排出就是个难题。

此外,流液流经狭窄处时,由于流速加快,可能会发生湍流,在流体内部产生许多小漩涡,导致结构缺陷。而车身结构件的平均壁厚仅为2.5-3mm,本身对零件强度的要求就很高。

其次,大型压铸件的形变问题也无法忽视。传统压铸工艺下,大型复杂车身结构件的成形本就困难,而在初步成型后,铝合金压铸结构件还必须进行热处理来消除残余应力,这一过程会进一步加大形变概率。

如果一定要使用一体压铸技术呢?毕竟在马斯克眼中,“一体铸造结构件要好很多,不再有缝隙出现在密封胶处,不再需要不同类型的金属,还可以大幅减小车架尺寸。”

首先,要解决设备问题。过去汽车工厂中的高压压铸机提供的4400T极限压力远远不够,因为在特斯拉工程师们设计的新压铸系统中,“模具的填充要求是在60-100毫秒内将大约100公斤的铝(合金)注入模具腔。”

而在当时的汽车供应体系中,并不存在一台更高极限的高压压铸设备,特斯拉需要自己造一台。为此,特斯拉找了世界上最主要的六家铸造企业,五家企业说了“不”,一家企业说了“也许”。但在马斯克脑回路中,“这(也许的回复)听起来像是肯定的(回复)”。

这家回复“也许”的企业就是意大利压铸厂商IDRA,他们联合特斯拉研发、并耗时两年打造出了6000T的Giga Press,用于Model Y前、后下车体的一体压铸制造。在这之后,还会有8000T的Giga Press用于Cybertruck的生产,以及可能的12000T规格Giga Press用于整个下车体的压铸。

其次,要解决材料问题。特斯拉的解题思路很简单,如果传统压铸用铝合金在热处理后会发生形变,那么索性就不要热处理这道工序,我们开发一种不需要热处理也能保证足够强度的铝合金材料。

2015年12月,马斯克从苹果公司挖来了合金材料大神查尔斯·柯一曼(Charles Kuehmann),担任特斯拉和SpaceX的材料技术副总裁。在苹果任职期间,查尔斯就曾领导其团队开发出同等密度下强度高出标准水平60%的铝合金。

最终,查尔斯不负众望,带领特斯拉的材料工程团队,开发出不需要热处理的铝合金。至此,一场工程魔法备齐了开幕要素。

燎原之势

新技术的诞生必然伴随争议,一体压铸也是如此,例如一体压铸结构件的维修成本问题。

网传的今年2月无锡特斯拉Model Y右后侧碰撞事件中,高达20万元的定损预估费用让车主直呼“这么贵,车子才28啊”。诚然,从另一侧的视角看去,可以发现其实这是一次非常严重的碰撞,以墙体侵入车体的程度来判断,底盘结构件、后避震系统、后防撞梁都有受损(甚至不排除乘员舱也有受损)。

但在中保研最新评测中,特斯拉Model Y的可维修性和维修经济性成绩均为P(最差)也是事实。起码可以说,Model Y存在碰撞维修成本格外高昂的不确定性。

其实,在关于一体压铸件维修成本的争议热度下,是一个涉及消费决策的取舍问题。

首先一体压铸技术切实提高了汽车的制造效率,降低了汽车的制造成本。同时Model Y的一体压铸后下车体是作为结构件是被深度包裹在车身内的,只有在严重碰撞事故中才会被触及,也就是说一体压铸件碰撞损坏的概率较小。

所以这个取舍就是:更低的购车成本、更短的交付周期VS.发生概率小、但可能会很高昂的潜在维修费用。消费者完全可以用脚来投票,但这不会动摇特斯拉的意志,因为以一体压铸为代表的技术关系到其贯彻简化制造、提升效率、降低成本的企业战略。

而在未来某个节点,当纯电动汽车普及开来,消费者可能会没得选,因为特斯拉引导的这场电动汽车制造革命,有燎原整个汽车行业的势头。

“特斯拉为什么要做一体式铸造的车身?不是为了降低成本,而是为了提升生产效率。”理想汽车CEO李想一针见血地指出,“效率是Ta(特斯拉)思考得很多的问题。上海工厂占地1300亩,今年大概能做到80万到90万的产能,这在历史上从来没有出现过的。”

围绕效率,特斯拉通过一体压铸和未来的结构电池组技术,极大地削减了车辆的零部件数量。围绕效率,上海、柏林、得州这样的单体超级工厂布局取带了传统的分散式布局,以提升物流效率。

所以,特斯拉可以在柏林工厂用7000人生产50万辆汽车,每辆汽车的生产时间可以压缩到10小时。而在大众的茨维考工厂,生产70万辆汽车需要25,000名工人,每辆汽车的生产用时超过30小时。

其实,汽车制造也是特斯拉的核心竞争力,只是不像智能化、电动化能力那般为普罗大众所认知到。而这场由特斯拉主导、以一体压铸技术为代表的效率革命如平地起惊雷,炸裂在了传统大厂最擅长的制造领域。

顶着超级汽车大厂的Title,大众集团不会甘于人后。大众集团CEO赫伯特·迪斯(Herbert Diess)直言不讳地警告到,德国人必须加快速度,以免在自己的地盘上挨打。4月29日,大众零部件公司CEO托马斯·施莫尔(Thomas Schmall)参加了大众卡塞尔工厂的技术研讨会。

卡塞尔工厂将会是大众集团的电驱动能力中心,其正在与大众和奥迪共同开发超级可拓展纯电平台SSP。而卡塞尔工厂的另一重要使命就是和欧洲最大的铸造厂家合作,为后车体生产一个大型铸造组件,取代原本的33个零散部件。

大众集团生产主管克里斯蒂安·沃尔默(Christian Vollmer)表示,“如果我们能达到10个小时(汽车制造效率),我们就取得了一些重要成就”。显然,大众已经行动起来。

同样行动起来的,还有全球最大豪华品牌奔驰,采用一体压铸车身的VISION EQXX概念车已经开始路测。以及瑞典豪华品牌沃尔沃,正式宣布了大型铝制车身部件铸造工艺的引入计划。

跨国大厂们的纷纷跟进意味着,一体压铸技术已经被行业认可。

本文作者为踢车帮 孙小树

文章标签:
技术解析
 
相关推荐
踢车帮 33.8万粉丝    5313作品 关注 只为爱车的你!
推荐作者
小马闲话 关注
闲话汽车,行摄四方
明白说车 关注
明明白白了解车,轻轻松松驾驭车!明白说车,坚持原创!
予墨Auto 关注
跟我们一起慢慢懂车!
鳌拜Who驾 关注
一起和幽默的鳌拜,体验汽车的乐趣人生
Soul车 关注
资讯类自媒体
xuser3801153 关注
蓝鲸车市
车宇世界 关注
车圈老干部,只做最客观的车评。
二手车大智慧潘 关注
中国二手车自媒体联盟联合发起人,行业深度观察者。
全部爱咖号