一体化压铸

‍2020年中国汽车工程学会组织全行业专家修订编制的《节能与新能源汽车技术 路线2.0》发布，对于乘用车新车的油耗做了具体的要求，2025/2030/2035年乘用车新车的平均 油耗需要达到4.6、3.2、2.0L/100km，节能减排标准持续升级。

资料来源：嘉合基金

轻量化助力节能减排，铝合金材料性价比最佳。根据“布勒中国”的数据，汽车重量每减轻10%，最多可实现节油5-10%，整备质量每减少100kg，百公里油耗可以降低0.3-0.6L，减少CO2排放8.5g/km，因此轻量化成为节能减排领域的重点发展技术。同时在不同的轻量化材料中，对比多种金属合金和碳纤维，铝合金的性能、密度以及价格等多方面具备优势，是最具有性价比的轻量化材料。

铝合金铸造按照是否有外力作用分为压力铸造和重力铸造。压力铸造又分为低压铸造和高压铸造，其中高压铸造是将金属液倒入压室，然后压射杆将压室中的金属液高速 推入浇道和型腔，并使其在高压下凝固形成铸件，填充时金属液的流动速度在10-80m/s 甚至更高，金属液凝固时承受的压力高达 40-120MPa，其产品具有表面光洁度好、尺寸稳定、可直接成型薄壁结构、生产效率高等优点。基于高压压铸的基础，真空高压铸造工艺增加了抽真空操作，可将型腔中的气体抽出，金属液体在真空状态下充填型腔，减少了卷入的气体，铸件可进行热处理，力学性能优于普通高压铸件。低压铸造是使金属 液从在较低压力（0.01-0.05MPa）下，在密闭容器中沿着升液管自下而上流经升液通道、铸型浇口，平稳填充型腔，随后增压凝固的工艺，充型能力强但生产率较低。

一体化压铸本质上属于高压铸造工艺。2019 年以前压铸机锁模力通常在400-5000吨 不等，汽车高压铸造工艺主要应用于发动机系统、变速箱系统、离合器等精密件，以及 横梁、纵梁、减震塔等车身结构件。

一体化压铸指的是车身件的一体化，即原本设计中多个单独、分散的小件经过重新设计高度集成，再利用压铸机进行一次成型，省略焊接的过程直接得到一个完整大零件，一体化车身件尺寸大、材料特殊、模具复杂、制造工艺难度较高，需要大吨位压铸机进行生产。高压压铸工艺包括合模、射料、回锤、冷却、充氮气（惰性气体）、离嘴开模、顶出、 顶回等步骤。当压铸生产时，先将熔融的液态铝合金倒入压铸机的压射机构内，压射机构将铝液快速推入模具内并加压成型，通过模具内的冷却系统将铝合金零件快速冷却至固态，最后模具打开由机器手取出零件、清理喷涂脱模剂再进行下一循环生产，整个生产过程温度极高、烟气多、噪音大，业内通常使用自动化生产。

特斯拉一体化压铸工艺有两大核心：一体化设计与一体化制造。在一体化设计上， 特斯拉于 2019 年 7 月发布专利“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”， 将一整套固定的模具放置在中心，四套可以移动的模具放置在四个不同方向。通过液态 设备，四个可移动模具与中心固定模具贴合，共同形成了一个封闭的空腔。熔融状态的 铝合金会受压力从四个移动模具上的浇筑口压入模具空腔，最终在空腔内汇合并凝固形 成了大型的一体式压铸结构整件。

在一体化制造上，特斯拉向 IDRA 采购压铸机，实现一体化生产。零件一体化尺寸增大，对设备的性能需求大幅提升。IDRA（力劲科技控股）专注于压铸机76年，其开发的OL6200CS设备，可以提供最大6218吨的锁模力（传统高压压铸的锁模力通常在5000 吨以下）。根据IDRA在2011年申请专利，其能够将铸造半模之间形成空腔，向空腔中注入带有保护的熔融金属，经由抽真空装置在模空腔中产生负压，能够有效消除铸造湍流产生的气泡，有助于增强压铸材料的一致性和提升压铸速度。

图5：特斯拉一体化压铸底盘（前车身+底盘+后座板）

一体化压铸工艺的优势集中在降本、轻量化、提高生产效率上，有望颠覆冲压焊接工艺。