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一体化压铸,让造车更简单?

导读 2018年还处在生产地狱的特斯拉正在用一体化压铸技术引领汽车的生产制造变革。  先是2022年2月,一起特斯拉倒车时与墙角相撞、维修费需...

 2018年还处在“生产地狱”的特斯拉正在用一体化压铸技术引领汽车的生产制造变革。

  先是2022年2月,一起特斯拉倒车时与墙角相撞、维修费需要20万元(新车28万元)的单边事故让原本只在汽车圈内闻名的“一体化压铸”技术被普通公众知晓。

一体化压铸,让造车更简单?

  然后是3月、4月,特斯拉柏林工厂和得州工厂先后开业,铺天盖地的报道和一条无人机高难度穿越柏林工厂生产线拍摄的视频让“一体化压铸”再次被频繁提起。

  全世界汽车生产的四大工艺都是冲焊涂装,第一步将钢板冲压成小零件,然后把小零件焊接成大部件乃至白车身。特斯拉一体铸造是把冲压改为压铸,前两步合成一步,直接铸造出大部件。

  这不仅改变了冲焊涂装的汽车制造四大工艺,更是从思维上对传统造车方式的改造。

  最先采用该技术的Model Y(配置|询价)后车架原本由70个零件冲压、焊接而成,一体化压铸把它变成了一个零件,制造时间从1-2小时缩短至45秒-2分钟,制造过程减少了300台机器人,同时缩短生产线,节省30%占地面积。人工方面,主流汽车工厂焊装车间要配 200~300 名工人,一体式压铸车间只需要 20-30 名工人。特斯拉官方称一体化压铸技术将给 Model Y节省约 20%制造成本。

  也就是说,零部件的70合一有多方面的优势,可以让车身轻量化,节省成本,提高效率,缩短供应链,整车的制造时间和运输时间缩短,减少人工和机器人,提升制造规模。

一体化压铸,让造车更简单?

  还有,大型铝合金零部件让回收再利用变得更加简单高效。铝合金代替钢材用于车身的一个缺点是碳排放,从矿山到金属原料,铝的碳排放大约是钢材的4倍左右。铝合金大铸件会让回收利用变得简单高效,从而提升回收利用率,在全生命周期降低碳排放。

  特斯拉的大型压铸机最早在加州工厂落地投产,目前加州工厂2台,上海工厂4台,得州工厂4台,柏林工厂2台、计划再增加6台。该压铸机供应商是的意德拉公司(IDRA),意德拉在2008年被力劲集团收购。

  Model Y后车架的压铸机锁模力为6000吨,三维尺寸为20米、7.5米、6米,重量410吨。

  2023年将在得州工厂量产的皮卡车型Cybertruck压铸机为8000吨。未来,特斯拉还计划将前车架&座舱、地板&电池壳也采用一体化压铸工艺,如果全部实现,可以代替原本370多个零部件的冲压焊接,使整车减重10%,续航提升 14%。

一体化压铸,让造车更简单?

  外界普遍认为,马斯克的第一性原理和特斯拉2015年12月从苹果挖来顶级材料科学专家查尔斯·柯伊曼(Charles Kuehmann)是推动一体化压铸技术产业化最重要的两股力量。

  柯伊曼是西北大学材料科学与工程博士,1994年毕业,2年后与导师Gregory Olson教授一起创办了QuesTek公司,担任CEO。QuesTek的愿景是用计算机来设计材料。

  2012年,硅谷一家神秘公司收购了QuesTek的技术,从柯伊曼和其他创始人在2012年同时加盟苹果来看,买主应该就是苹果。柯伊曼在苹果的成名作是Mac电脑的一体化铝合金机身。在同等密度下,其材料强度比标准铝合金高60%。

  被马斯克挖角后,柯伊曼同时担任特斯拉和SpaceX材料技术副总裁。在此之前,还没有过材料技术负责人担任汽车公司副总裁。在SpaceX,柯伊曼还说服了固执的马斯克用不锈钢代替碳纤维造火箭。

  值得一提的是,柯伊曼在2019年当选为国家工程院院士。他的导师Olson教授,在2010年就成为了国家工程院院士,是业界公认的“材料设计之父”。

  最终,马斯克和柯伊曼手把大型零部件一体化压铸技术带进了汽车制造,代替一部分冲压焊接。

一体化压铸,让造车更简单?

  这项新技术已有多家国内外厂商跟进,沃尔沃、大众、奔驰已经见诸报道,国内有蔚来、小鹏、理想、高合这些造车新势力,据说也有广汽、上汽、长安、东风、小康这些传统车企,甚至还有小米这种刚官宣造车一年多的。

  理想汽车CEO李想今年2月在轩辕之学巨浪班授课中分析过特斯拉的一体化压铸技术,“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。在它眼里成本和效率不是一个概念,效率是说怎么在最短时间内提供足够多的产能,这是它思考的很多、很多问题。上海工厂1300亩地,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。”

  高投入

  也有跟李想观点不同的。汽车商业评论记者采访了某合资车企研究院李院长,他认为一体化压铸最显著的贡献让然是降低成本,效率问题也是成本问题。

  因为原本是70个钢制零件,就要70套模具,按照常规的主机厂的分工,车身工程师管零件,制造工程师管模具。就算工程师比较能干,一个人管7个零件,就需要10个车身工程师,对应的模具可能也是10个制造工程师管,背后还有采购工程师……一条线下来,这是很大一笔系统成本。

  汽车公司的整车BOM表里面,每一个零件就会有一个对应的零件号,因此IT部门管理的BOM表里就是多了70行。假如这70行精简成为1行,从系统角度来看,肯定也有相应的管理效率提升,只是很难定量测算。

  李院长指出,特斯拉的革命性在于把成熟的压铸技术用在了如此大型的零部件上,而不是很多人因为特斯拉的几个专利申请就认为其在铝合金材料上也有创新突破,“实际上特斯拉专利里写的合金成分与实际用的并不一样,我们做过分析。也不是他放烟雾,他写专利的时候还没这样干大铸件,可能真正干的时候发现把常用的铸造铝合金适当调整以后更合适制造而已。”

一体化压铸,让造车更简单?

  他认为一体化压铸首先的挑战是投资大。

  “压铸机、模具、周边设备,一条线我们叫一个压铸岛,加起来光前期要1亿元以上,一副模具1500万元。所以你得算账,假设一天压铸600个零件,不会100%是正品,有比较高的废品率,打个八折甚至七折,折合一天三四百个合格零件,一个月一万多个,一年十多万。一亿的投资,1500万的模具,分母要除以造多少辆车来分摊。我个人感觉一年卖不了5万台的车型这个分摊是很大的,所以它只适合用在爆款车型上,否则成本下不来。”

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