2018年還處在“生產(chǎn)地獄”的特斯拉正在用一體化壓鑄技術(shù)引領(lǐng)汽車的生產(chǎn)制造變革。

先是2022年2月，一起特斯拉倒車時(shí)與墻角相撞、維修費(fèi)需要20萬(wàn)元（新車28萬(wàn)元）的單邊事故讓原本只在汽車圈內(nèi)聞名的“一體化壓鑄”技術(shù)被普通公眾知曉。

然后是3月、4月，特斯拉柏林工廠和得州工廠先后開(kāi)業(yè)，鋪天蓋地的報(bào)道和一條無(wú)人機(jī)高難度穿越柏林工廠生產(chǎn)線拍攝的視頻讓“一體化壓鑄”再次被頻繁提起。

全世界汽車生產(chǎn)的四大工藝都是沖焊涂裝，第一步將鋼板沖壓成小零件，然后把小零件焊接成大部件乃至白車身。特斯拉一體鑄造是把沖壓改為壓鑄，前兩步合成一步，直接鑄造出大部件。

這不僅改變了沖焊涂裝的汽車制造四大工藝，更是從思維上對(duì)傳統(tǒng)造車方式的改造。

最先采用該技術(shù)的Model Y后車架原本由70個(gè)零件沖壓、焊接而成，一體化壓鑄把它變成了一個(gè)零件，制造時(shí)間從1-2小時(shí)縮短至45秒-2分鐘，制造過(guò)程減少了300臺(tái)機(jī)器人，同時(shí)縮短生產(chǎn)線，節(jié)省30%占地面積。人工方面，主流汽車工廠焊裝車間要配 200～300 名工人，一體式壓鑄車間只需要 20-30 名工人。特斯拉官方稱一體化壓鑄技術(shù)將給 Model Y節(jié)省約 20%制造成本。

也就是說(shuō)，零部件的70合一有多方面的優(yōu)勢(shì)，可以讓車身輕量化，節(jié)省成本，提高效率，縮短供應(yīng)鏈，整車的制造時(shí)間和運(yùn)輸時(shí)間縮短，減少人工和機(jī)器人，提升制造規(guī)模。

還有，大型鋁合金零部件讓回收再利用變得更加簡(jiǎn)單高效。鋁合金代替鋼材用于車身的一個(gè)缺點(diǎn)是碳排放，從礦山到金屬原料，鋁的碳排放大約是鋼材的4倍左右。鋁合金大鑄件會(huì)讓回收利用變得簡(jiǎn)單高效，從而提升回收利用率，在全生命周期降低碳排放。

特斯拉的大型壓鑄機(jī)最早在加州工廠落地投產(chǎn)，目前加州工廠2臺(tái)，上海工廠4臺(tái)，得州工廠4臺(tái)，柏林工廠2臺(tái)、計(jì)劃再增加6臺(tái)。該壓鑄機(jī)供應(yīng)商是意大利的意德拉公司（IDRA），意德拉在2008年被香港力勁集團(tuán)收購(gòu)。

Model Y后車架的壓鑄機(jī)鎖模力為6000噸，三維尺寸為20米、7.5米、6米，重量410噸。

2023年將在得州工廠量產(chǎn)的皮卡車型Cybertruck壓鑄機(jī)為8000噸。未來(lái)，特斯拉還計(jì)劃將前車架&座艙、地板&電池殼也采用一體化壓鑄工藝，如果全部實(shí)現(xiàn)，可以代替原本370多個(gè)零部件的沖壓焊接，使整車減重10%，續(xù)航提升 14%。

外界普遍認(rèn)為，馬斯克的第一性原理和特斯拉2015年12月從蘋果挖來(lái)頂級(jí)材料科學(xué)專家查爾斯·柯伊曼（Charles Kuehmann）是推動(dòng)一體化壓鑄技術(shù)產(chǎn)業(yè)化最重要的兩股力量。

柯伊曼是美國(guó)西北大學(xué)材料科學(xué)與工程博士，1994年畢業(yè)，2年后與導(dǎo)師Gregory Olson教授一起創(chuàng)辦了QuesTek公司，擔(dān)任CEO。QuesTek的愿景是用計(jì)算機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)材料。

2012年，硅谷一家神秘公司收購(gòu)了QuesTek的技術(shù)，從柯伊曼和其他創(chuàng)始人在2012年同時(shí)加盟蘋果來(lái)看，買主應(yīng)該就是蘋果?？乱谅谔O果的成名作是Mac電腦的一體化鋁合金機(jī)身。在同等密度下，其材料強(qiáng)度比標(biāo)準(zhǔn)鋁合金高60%。

被馬斯克挖角后，柯伊曼同時(shí)擔(dān)任特斯拉和SpaceX材料技術(shù)副總裁。在此之前，還沒(méi)有過(guò)材料技術(shù)負(fù)責(zé)人擔(dān)任汽車公司副總裁。在SpaceX，柯伊曼還說(shuō)服了固執(zhí)的馬斯克用不銹鋼代替碳纖維造火箭。

值得一提的是，柯伊曼在2019年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家工程院院士。他的導(dǎo)師Olson教授，在2010年就成為了美國(guó)國(guó)家工程院院士，是業(yè)界公認(rèn)的“材料設(shè)計(jì)之父”。

最終，馬斯克和柯伊曼聯(lián)手把大型零部件一體化壓鑄技術(shù)帶進(jìn)了汽車制造，代替一部分沖壓焊接。

這項(xiàng)新技術(shù)已有多家國(guó)內(nèi)外廠商跟進(jìn)，沃爾沃、大眾、奔馳已經(jīng)見(jiàn)諸報(bào)道，國(guó)內(nèi)有蔚來(lái)、小鵬、理想、高合這些造車新勢(shì)力，據(jù)說(shuō)也有廣汽、上汽、長(zhǎng)安、東風(fēng)、小康這些傳統(tǒng)車企，甚至還有小米這種剛官宣造車一年多的。

理想汽車CEO李想今年2月在軒轅之學(xué)巨浪班授課中分析過(guò)特斯拉的一體化壓鑄技術(shù)，“特斯拉為什么要做一體式鑄造的車身？不是為了降低成本，而是為了提升生產(chǎn)效率。在它眼里成本和效率不是一個(gè)概念，效率是說(shuō)怎么在最短時(shí)間內(nèi)提供足夠多的產(chǎn)能，這是它思考的很多、很多問(wèn)題。上海工廠1300畝地，今年大概能做到80萬(wàn)到90萬(wàn)的產(chǎn)能，這在歷史上從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)的。”

高投入

也有跟李想觀點(diǎn)不同的。汽車商業(yè)評(píng)論記者采訪了某合資車企研究院李院長(zhǎng)，他認(rèn)為一體化壓鑄最顯著的貢獻(xiàn)讓然是降低成本，效率問(wèn)題也是成本問(wèn)題。

因?yàn)樵臼?0個(gè)鋼制零件，就要70套模具，按照常規(guī)的主機(jī)廠的分工，車身工程師管零件，制造工程師管模具。就算工程師比較能干，一個(gè)人管7個(gè)零件，就需要10個(gè)車身工程師，對(duì)應(yīng)的模具可能也是10個(gè)制造工程師管，背后還有采購(gòu)工程師……一條線下來(lái)，這是很大一筆系統(tǒng)成本。

汽車公司的整車BOM表里面，每一個(gè)零件就會(huì)有一個(gè)對(duì)應(yīng)的零件號(hào)，因此IT部門管理的BOM表里就是多了70行。假如這70行精簡(jiǎn)成為1行，從系統(tǒng)角度來(lái)看，肯定也有相應(yīng)的管理效率提升，只是很難定量測(cè)算。

李院長(zhǎng)指出，特斯拉的革命性在于把成熟的壓鑄技術(shù)用在了如此大型的零部件上，而不是很多人因?yàn)樘厮估膸讉€(gè)專利申請(qǐng)就認(rèn)為其在鋁合金材料上也有創(chuàng)新突破，“實(shí)際上特斯拉專利里寫的合金成分與實(shí)際用的并不一樣，我們做過(guò)分析。也不是他放煙霧，他寫專利的時(shí)候還沒(méi)這樣干大鑄件，可能真正干的時(shí)候發(fā)現(xiàn)把常用的鑄造鋁合金適當(dāng)調(diào)整以后更合適制造而已。”

他認(rèn)為一體化壓鑄首先的挑戰(zhàn)是投資大。

“壓鑄機(jī)、模具、周邊設(shè)備，一條線我們叫一個(gè)壓鑄島，加起來(lái)光前期要1億元以上，一副模具1500萬(wàn)元。所以你得算賬，假設(shè)一天壓鑄600個(gè)零件，不會(huì)100%是正品，有比較高的廢品率，打個(gè)八折甚至七折，折合一天三四百個(gè)合格零件，一個(gè)月一萬(wàn)多個(gè)，一年十多萬(wàn)。一億的投資，1500萬(wàn)的模具，分母要除以造多少輛車來(lái)分?jǐn)?。我個(gè)人感覺(jué)一年賣不了5萬(wàn)臺(tái)的車型這個(gè)分?jǐn)偸呛艽蟮模运贿m合用在爆款車型上，否則成本下不來(lái)。”

鑄造技術(shù)專家趙揚(yáng)（化名）接受汽車商業(yè)評(píng)論采訪時(shí)也算了一筆賬。

壓鑄機(jī)國(guó)產(chǎn)設(shè)備和進(jìn)口設(shè)備價(jià)格差異較大，國(guó)產(chǎn)9000噸在5000萬(wàn)元到6000萬(wàn)元之間，再加上周邊設(shè)備，一個(gè)島配置完善一點(diǎn)，總價(jià)不會(huì)低于1.5億元。再機(jī)上機(jī)加工設(shè)備的話，兩三億元是很常規(guī)的投入。如果全進(jìn)口設(shè)備，估計(jì)要三四個(gè)億。

“舉個(gè)例子，以前有句壓鑄機(jī)口頭禪，布勒機(jī)一噸一萬(wàn)元，現(xiàn)在可能是一噸7000多，國(guó)產(chǎn)的一噸5000多。還沒(méi)有包括油溫機(jī)、模具、取件機(jī)械手、噴涂機(jī)器人，熔煉爐、除氣除渣設(shè)備、高真空抽氣設(shè)備，傳送帶等周邊設(shè)備。包括上面的吊車也要重新建，以前的吊車適配不了這種大機(jī)子，還有空壓機(jī)，也需要專門定制，所有東西都要全新的。這一串周邊設(shè)備下來(lái)跟主機(jī)設(shè)備投入基本上1:1了，比如6000萬(wàn)元的主機(jī)，周邊設(shè)備也得6000萬(wàn)元，還沒(méi)包括模具，公輔施（大的空壓站改造，行車改造）。”

模具需要單算，“模具的價(jià)格差異主要來(lái)自尺寸和重量。模具材料比較穩(wěn)定，以前長(zhǎng)期是一公斤124元，現(xiàn)在漲了點(diǎn)，大概140多元，如果是大尺寸模具材料還要再加價(jià)，估計(jì)能到150元一公斤。模具差一噸的話就差很多錢，像特斯拉后車架那種規(guī)格的也有大有小，總價(jià)從800萬(wàn)元到1500萬(wàn)元不等。”

“特斯拉宣傳壓鑄成本比鋼板要低，但實(shí)際能低多少，其實(shí)我有點(diǎn)懷疑。或者可能確實(shí)低，目前也不見(jiàn)得低那么多。”趙揚(yáng)說(shuō)。

改進(jìn)中

鑄造是比沖壓古老得多的工藝，非常成熟，只是在特斯拉以前，壓鑄只應(yīng)用在較小的零部件上，比如變速箱殼、電池殼、保險(xiǎn)杠，汽車鋁合金高壓鑄件主要市場(chǎng)在動(dòng)力總成殼體件為主，最大鎖模力4500噸、5000噸。鎖模力越大，可壓鑄零件的面積越大。

受訪鑄造專家告訴汽車商業(yè)評(píng)論，“按照特斯拉Model Y后車架面積計(jì)算，原本應(yīng)該用8000噸或更大的壓鑄機(jī)?？赡苁鞘芟抻诋?dāng)時(shí)只能制造6000、7000噸級(jí)壓鑄機(jī)，其實(shí)有一點(diǎn)小馬拉大車，后面出了比較多鑄件問(wèn)題，合格率比較低。特斯拉的風(fēng)格是速度第一，條件不成熟也要做這個(gè)事情，有問(wèn)題邊走邊改，這種快速推進(jìn)，從市場(chǎng)角度出發(fā)，是對(duì)的，可以快速占領(lǐng)制高點(diǎn)。因?yàn)槿魏我患略谧铋_(kāi)始都不要過(guò)分追求完美，那樣會(huì)失去市場(chǎng)先機(jī)，技術(shù)完美了，市場(chǎng)沒(méi)有了，這個(gè)技術(shù)也就沒(méi)用了。”

據(jù)了解，特斯拉的一體化壓鑄目前合格率還不夠高，“特斯拉一體式壓鑄合格率很低，隨著生產(chǎn)推進(jìn)和生產(chǎn)熟練度提高，問(wèn)題點(diǎn)的攻克，估計(jì)現(xiàn)在能提高到80%～90%，壓鑄的好處是不合格件和切邊費(fèi)料都可以回爐，每融化一次有2%～3%的損耗。如果回爐率太高能耗也是一筆不小的開(kāi)銷，用電太貴，一般熔化用天然氣，一噸鋁得100多立方天然氣，保溫用天然氣和電都有。”

一體化壓鑄技術(shù)必須配備金屬熔化爐，將原料鋁錠融化后供給壓鑄機(jī)。趙揚(yáng)介紹，還有一種模式是產(chǎn)業(yè)鏈整合，跟鋁錠廠比鄰而建，直接運(yùn)鋁水到壓鑄車間，但距離不能大于90公里。這樣可以節(jié)約較大的熔化成本，特斯拉工廠周圍沒(méi)有鋁廠，只能自己熔煉。

鋁錠熔化成鋁水后用活塞高壓將鋁水注入模具，類似打針，這個(gè)過(guò)程要涂料噴霧器、模溫機(jī)（為模具保溫）、機(jī)邊爐（為鋁水保溫）、取件機(jī)器、模具溫度監(jiān)控設(shè)備、高真空抽氣設(shè)備等周邊設(shè)備配合。零件壓鑄后由傳送帶輸送零件，要進(jìn)行澆冒口去除，飛邊打磨后處理，還需進(jìn)行無(wú)損探傷檢測(cè)，像是給人體拍X光片，探測(cè)內(nèi)部空洞情況。

該專家稱，要充分發(fā)揮大型一體化鑄造的優(yōu)勢(shì)，特斯拉一體化壓鑄當(dāng)前主要任務(wù)是降低廢品率，加快生產(chǎn)節(jié)拍和提高生產(chǎn)效率。高壓壓鑄一體式鑄件最大優(yōu)勢(shì)完全發(fā)揮出來(lái)還有很長(zhǎng)的路要走。

“高壓鑄造速度太快的話充型過(guò)程翻滾紊流大，氣體多，鑄件內(nèi)部空洞多，機(jī)械性能就差了。太慢充不滿型腔，液體在凝固變成固體過(guò)程中要熱脹冷縮，如果沒(méi)有足夠的補(bǔ)充，冷縮部分會(huì)產(chǎn)生縮孔。還有，金屬液凝固的時(shí)候有一個(gè)收縮應(yīng)力，在模具上模具在給它固定，但換到空氣中沒(méi)有約束了可能會(huì)繼續(xù)應(yīng)力變形。氣縮孔引起材料機(jī)械性能弱化和變形都是工藝是高壓要著重關(guān)注的兩個(gè)質(zhì)量問(wèn)題。”

特斯拉一體化壓鑄的一大特色是免熱處理，其原因就是熱處理容易變形。小零件變形了可以做做整形，這么大的零部件整形不現(xiàn)實(shí)，目前特斯拉的解決方向是新材料研發(fā)，免熱處理高強(qiáng)度鋁合金材料研發(fā)，研發(fā)更適合壓鑄大型零部件的材料。

在壓鑄技術(shù)上非常資深的該專家對(duì)特斯拉的思維模式非常贊賞。他認(rèn)為，大部分的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路是設(shè)計(jì)產(chǎn)品和工藝時(shí)先考慮現(xiàn)市場(chǎng)上的條件能力，如設(shè)備最大噸位多少、能壓鑄的最大零件有多大，在這些前提下設(shè)計(jì)。特斯拉是反過(guò)來(lái)，采用極限思維，零件做多大能實(shí)現(xiàn)效果最優(yōu)就做多大，再反推這么大零件去計(jì)算需要什么樣的設(shè)備，工裝和材料，然后在全力和相關(guān)工裝設(shè)備供應(yīng)商一起開(kāi)發(fā)新設(shè)備，匹配的模具和材料，開(kāi)發(fā)全新工藝。這種思路極大促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)革新和創(chuàng)造。這樣的思維帶來(lái)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)大革新，大變革，顛覆和二次創(chuàng)新。

追隨者

特斯拉生產(chǎn)制造的高效率、低成本不只是一體化壓鑄帶來(lái)的，而是整個(gè)工廠，或者說(shuō)整個(gè)制造體系設(shè)計(jì)優(yōu)化帶來(lái)的。

比如它的組裝線是層疊的而不是平面的，再比如特斯拉工廠沒(méi)有單獨(dú)的倉(cāng)儲(chǔ)庫(kù)房，通過(guò)設(shè)計(jì)所有集裝箱車都可以直接開(kāi)入工廠通道，車尾正對(duì)生產(chǎn)車間的物料入口大門，物料可以通過(guò)裝卸車從集裝箱車直接到生產(chǎn)線。

目前來(lái)看這一系列制造革新中最被廣泛學(xué)習(xí)的還是一體化壓鑄。匿名鑄造專家認(rèn)為這輪熱潮最大的影響可能是讓歐美快要死掉的壓鑄公司重新活過(guò)來(lái)。

“高度自動(dòng)化，大型一體式壓鑄件發(fā)展會(huì)讓歐美鑄造企業(yè)復(fù)活，車架這么大的零部件遠(yuǎn)洋運(yùn)輸成本很高，因?yàn)檎伎臻g太大了。大型一體化壓鑄件只能本地化生產(chǎn)或鑄造廠離主裝線比較近進(jìn)行生產(chǎn)。高度自動(dòng)化讓人工成本占比很小，歐美如果自己做壓鑄，會(huì)讓很多本地鑄造廠復(fù)活。以前壓鑄行業(yè)做變速箱殼、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，電機(jī)殼體，電池殼或其他電器殼體，中國(guó)有巨大的成本優(yōu)勢(shì)，歐美基本都不做了，中國(guó)或者發(fā)展中國(guó)家做好出口到歐美。”

對(duì)中國(guó)鑄造企業(yè)來(lái)說(shuō)更是一大波商機(jī)。目前跟進(jìn)一體化壓鑄技術(shù)的主機(jī)廠一般有兩種模式，一種是像特斯拉一樣購(gòu)置壓鑄島、設(shè)計(jì)產(chǎn)線自己生產(chǎn)，另一種是和鑄造廠合作。

例如蔚來(lái)與南通雄邦和重慶美利信合作，由這兩家供應(yīng)商提供ET5的一體化壓鑄件。南通雄邦母公司文燦集團(tuán)4月發(fā)布的公告中稱“一臺(tái)6000T壓鑄設(shè)備已于去年11月18日完成首次半片式后地板試制，目前試制產(chǎn)品已在知名頭部新勢(shì)力客戶整車廠中完成白車身安裝下線”指的應(yīng)該就是蔚來(lái)ET5項(xiàng)目。

文燦公告還提到公司于2021年繼續(xù)向力勁科技采購(gòu)了2臺(tái)9000噸壓鑄機(jī)，分別在天津和南通工廠各配置一臺(tái)。目前天津工廠9000噸壓鑄機(jī)已完成安裝，處于產(chǎn)品試制階段。南通工廠9000噸壓鑄機(jī)已經(jīng)完成地基建設(shè)，預(yù)計(jì)相關(guān)設(shè)備在今年5月安裝調(diào)試完畢并在6月為客戶超大型一體化車身結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品試模。

重慶美利信與蔚來(lái)合作的是8800噸的壓鑄機(jī)。

與之配套的還有2021年10 月，國(guó)內(nèi)免熱處理鋁合金材料生產(chǎn)企業(yè)帥翼馳表示其與蔚來(lái)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的可用于制造大型壓鑄件的免熱處理鋁合金材料已成功得到蔚來(lái)驗(yàn)證，將應(yīng)用于蔚來(lái)第二代平臺(tái)車型。

李院長(zhǎng)認(rèn)為，考慮到一體化壓鑄件的重量和零件的集成度，將來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)一類“Tier 0.5”類型的供應(yīng)商。相比于傳統(tǒng)的Tier 1零件供應(yīng)商，Tier 0.5將會(huì)是更緊密地和OEM合作，并且將更早地，更有深度地，且多維度地參與整車項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)和量產(chǎn)。

還有幾家在免熱處理鋁合金材料上采取校企聯(lián)合研發(fā)：清華大學(xué)在和一汽有色研究高強(qiáng)度免熱處理鋁合金材料，滿足一體式大零件壓鑄的需求。上海交大材料學(xué)院和高合汽車共同研發(fā)高強(qiáng)度免熱處理鋁合金材料。

小鵬在一體鑄造上采取了采購(gòu)+自建方式。

小鵬肇慶工廠采購(gòu)了廣東鴻圖提供的一體化壓鑄零部件。在最新的武漢工廠則自建壓鑄車間，計(jì)劃5月調(diào)試設(shè)備、7月壓出樣件、10月正式投產(chǎn)。小鵬訂購(gòu)的壓鑄機(jī)和廣東鴻圖為小鵬配套的壓鑄機(jī)均為1.2萬(wàn)噸，目測(cè)是目前已知噸位最大的壓鑄機(jī)。

高合的模式稍特殊一些，高合不自己建壓鑄車間，與拓普集團(tuán)合作，從設(shè)備研發(fā)就與拓普合作，自己規(guī)劃設(shè)計(jì)整個(gè)工藝流程。壓鑄機(jī)為7200噸，已于2022年2月在拓普杭州灣制造基地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

2022年，將是一體化壓鑄技術(shù)遍地開(kāi)花之年。

本文來(lái)自：汽車商業(yè)評(píng)論

作者：劉寶華