Bilindustrin genomgår en tillverkningsrevolution ungefär vart fyrtio år, och Tesla leder den nuvarande nya revolutionen. Från Fords löpande bandsproduktion till Toyotas magra produktion till Volkswagens plattformsbaserade modulära produktion, kommer ledaren för varje bilproduktionsrevolution att ha en klar fördel i efterföljande konkurrens på marknaden. Med två viktiga tekniska innovationer, 4680CTC, och integrerad pressgjutning, leder Tesla en ny omgång av tillverkningsrevolution inom bilindustrin.
- 4680CTC: Batteripaketet är integrerat i fordonets kaross och direkt anslutet till sätet. Den höga integrationsnivån minskar fordonets vikt med 10 %, ökar marschintervallet med 14 %, minskar antalet delar med 370, minskar enhetskostnaden med 7 % och minskar enhetsinvesteringen med 8 %. För närvarande har 4680CTC masstillverkats i fabriken i Austin, Texas.
- Integrerad pressgjutning: Efter att Model Y integrerade pressgjutna bakre golv minskade antalet delar från 70 till 1 till 2, fortsatte tillämpningen av tekniken att expandera. Den nuvarande lösningen vid anläggningen i Austin, Texas, kan minska antalet främre och bakre golvdelar från 171 till 2 och minska antalet svetspunkter med mer än 1 600.
Nya krafter och traditionella OEM-tillverkare följer upp integrerad pressgjutning:
Nya krafter:
- NIO går samman med Wencan Co., Ltd. för att anta en integrerad pressgjuten bakre subram för ET5;
- Xpeng Motors går samman med Guangdong Hongtu för att rulla ut de integrerade strukturella delarna av 6800T-chassit;
- Gaohe Automobile går samman med Tuopu Group för att rulla ut den integrerade superstora, pressgjutna karossen bak, vilket minskar vikten med 15~20%.
Traditionell OEM:
- Mercedes-Benz lanserar de senaste vetenskapliga forskningsresultaten i världen - VISION EQXX. Styvheten i den bakre delen av kroppen är avsevärt förbättrad, och den förväntas minska vikten med 15-20%;
- Volvo kommer att investera 10 miljarder svenska kronor i sin svenska fabrik för att introducera ny teknik och tillverkningsprocesser, inklusive integrerad pressgjutning.
Skateboardchassi har blivit en viktig drivkraft för den medellång och långa utvecklingen av CTC och integrerad pressgjutning. Skateboardchassit är en av de viktigaste revolutionerande teknologierna i den nuvarande bilindustrin. Teknikerna som är involverade inkluderar en icke-bärande kropp, trådstyrt chassi, integrerat elektriskt drivsystem och högintegrerade intelligenta moduler. Att förbättra massa/volym-energitätheten för kraftbatterier i ett begränsat utrymme är dessutom mycket konsekvent med CTC-batterisystemets integrationslösning; efter hög integration blir chassistrukturen mer komplex, och integrerad pressgjutning kan bättre möta behoven av förbättring av chassiteknologi.
Den tunga vikten av nya energifordon och ökningen av kryssningsräckvidden har tvingat fram utvecklingen av lätta fordon. Jämfört med bränslefordon av samma klass är vikten för rena elektriska modeller cirka +19~32 % och vikten för plug-in hybridmodeller är cirka +12~18 %. För att förbättra energieffektiviteten och utöka räckvidden har den lätta utvecklingen av nya energifordon blivit oundviklig.
Aluminiumlegering är den mest kostnadseffektiva och högtrycksgjutning är mer effektiv. Att byta ut stål mot aluminium kan minska vikten av kroppen-i-vitt med cirka 1/3, men aluminiummetall har en hög värmeledningsförmåga, vilket lätt kan orsaka problem såsom minskad svetsprestanda och förorening av elektroder av oxidskiktet på legeringsyta; hög värmeutvidgningskoefficient kan lätt leda till stor deformation av delar. Högtryckspressgjutning har hög effektivitet och liten väggtjocklek på bearbetade delar. Det är en effektiv processteknik lämplig för aluminiumlegeringar. Integrerad pressgjutning bygger på högtrycksgjutning. De tillverkade delarna kräver inga ytterligare interna anslutningar och processen reduceras avsevärt. Dessutom är materialanvändningsgraden för pressgjutningsskrot så hög som 90 %, vilket är mycket högre än 60 %-70 % av stans- och svetsstålkroppar.
Tillämpningen av integrerad pressgjutning i bilar kan utökas ytterligare. Vi tror att genom att justera styrkan och sträckningshastigheten kommer pressgjutningsprocessen att tillämpas på mer strukturella delar och täckande delar. Fler delar än karossen, såsom motorer och batterihöljen, kan tillverkas med pressgjutningsprocessen i framtiden.
De tekniska hindren för integrerade pressgjutgods återspeglas huvudsakligen i fyra aspekter:
- Stor pressgjutningsmaskin: Systemet är komplext och har höga krav på teori, erfarenhet och tillverkningsteknik; "design-test-design"-cykeln är lång och tidskostnaden är hög; kostnaden är hög och riskkostnaden är hög.
- Materialformel: Legeringssmältan måste ha goda reologiska egenskaper, liten linjär krympning och ett litet stelningstemperaturintervall. Nyckeln är att undvika värmebehandling.
- Pressgjutningsform: Pressgjutning har högre krav vad gäller temperatur, vakuum, gjutningsschema, processparametrar, efterbearbetning, etc., och formen är mer komplex.
- Processmetod: Höghastighetsformfyllningsegenskaper kan lätt leda till gjutfel, vilket kräver höga krav på alla processelement.
Integrated die-casting can significantly improve production efficiency and reduce manufacturing costs. Take the following car body assembly as an example. Compared with traditional stamping & welding processes, integrated die-casting can significantly reduce the amount of stamping and welding used. The processing steps are reduced from 9 to 2; supporting labor is also reduced accordingly. With an annual production capacity of 450,000 vehicles Calculated in a factory, the number of workers will be reduced from 120 to 30; the number of parts will be reduced from >370 till 2~3 kommer antalet länkpunkter att minska och kostnaden att minska; arbetstiden kommer att reduceras från 2 timmar till 180-tal, och 5 pressgjutningsmaskiner kommer att vara Den kan möta den årliga produktionskapaciteten på 600,000 stycken.
Marknadsstorleken för integrerade pressgjutkroppar förväntas överstiga 20 miljarder yuan 2025. Beräknat baserat på en produktionslinje för bilkaross bakgolv med en årlig produktionskapacitet på 500,000 stycken, kostnaderna för den traditionella stämplingen och svetsprocessen och den integrerade pressgjutningsprocessen är 630 miljoner yuan respektive 480 miljoner yuan. Den integrerade gjutna cykeln på bakgolvet kan spara kostnader med 300 yuan. Vi uppskattar att marknadsstorleken för den integrerade pressgjutningskroppen förväntas nå 21,5 miljarder yuan 2025, med en CAGR på 132% från 2021 till 2025.
Tesla leder en ny omgång av tillverkningsrevolution: 4680 CTC + integrerad pressgjutning
I den sekelgamla bilindustrins historia inträffar en tillverkningsrevolution vart fyrtio år eller så. Från Fords löpande bandproduktion på 1910-talet, till Toyotas "multi-variety, small batch"-produktion på 1950-talet, till Volkswagens plattformsbaserade och modulära produktion på 1980-talet, kommer ledarna för varje bilproduktionsrevolution att vara i framtiden. Uppta en klar fördel i konkurrensen på marknaden.
Teslas tillverkningsrevolution: 4680CTC+ integrerad pressgjutning. Teslas 4680CTC-lösning (CTV) integrerar batteripaketet i bilens kaross och ansluter det direkt till sätena, vilket avsevärt minskar antalet delar och förbättrar monteringsproduktionens effektivitet. De integrerade pressgjutna golven fram och bak i Model Y-kroppen undergräver den traditionella präglings- och svetsprocessen. Jämfört med den traditionella stämplings- och svetsprocessen är det 169 färre delar och kostnaden reduceras avsevärt. Enligt information som släpptes av Tesla på Battery Day, beroende på två revolutionerande teknologier, kan fordonet minska vikten med 10 %, öka kryssningsräckvidden med 14 % och minska antalet delar med 370.
4680 CTC: Teslas batteriteknik har alltid varit riktmärket för industriinnovation
Tesla leder trenden med innovation inom kraftbatterier. När Model S / För närvarande modell Y utrustad med CTC-lösningen med 4680 celler har levererats. Under de senaste tio åren har Tesla fortsatt att leda utvecklingen av branschen inom både battericeller och paket.
4680 CTC: Var den första att tillkännage specifika planer och leda branschens tekniska riktning
Tesla avslöjade ett patent som heter INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM i juni 2021, som beskriver 4680 Structural Battery (CTC) batterisystemintegreringsteknik. Enligt det offentligt avslöjade innehållet i patentet kan vi ha en övergripande riktningsförståelse av Tesla CTC: batteripaketets övre kåpa är direkt ansluten till fordonsstrukturen, såsom sätet, och blir strukturen i passagerarkabinens golv; cellerna är fyllda med hartsmaterial, Tesla tror att detta kan ge termiskt skydd å ena sidan, och strukturellt stöd för batterikärnan å andra sidan; Jämfört med lösningen "stor modul" har CTC-lösningen fördelarna med att minska stöddelarna, minska fordonets vikt, Öka den totala batterikapaciteten.
4680 CTC: Model Y officiellt lanserad, Texas-fabriken börjar levereras under första kvartalet
Teslas CTC-lösning kan öka fordonets räckvidd med 14 %, minska enhetskostnaderna med 7 % och minska enhetsinvesteringarna med 8 %.
I Teslas finansiella rapport för fjärde kvartalet 2021 kan man se att arbetare i Texas Gigafactory direkt kopplade Model Y-stolarna till 4680 CTC-batteripaketet. Implementeringen av CTC kommer att avsevärt förbättra dess slutmonteringsproduktionseffektivitet.
Integrerad pressgjutning: börjar med Y, fortsätter att främja utvecklingen av lättviktsbilskarosser
Integrerad pressgjutning: dedikerad layout och kontinuerliga genombrott inom forskning och utveckling
Tesla har installerat en 6,000-ton storskalig pressgjutningsmaskin-GigaPress i alla sina fyra stora bilfabriker. För närvarande har Shanghai-fabriken utrustat fem stora pressgjutningsmaskiner för tillverkning av modell Y bakre golv. Texas-fabriken startade precis massproduktion i mars. På basis av det bakre golvet i Model Y har den lagt till integrerad pressgjutning av det främre golvet (främre längsgående balk).
Layoutintegrerad pressgjuten aluminiumlegeringspatent, med titeln "Pressgjuten aluminiumlegering för strukturella komponenter", beskriver en aluminiumlegering som är både stark och har utmärkt duktilitet som inte kräver ytterligare bearbetning och som avsevärt kan minska produktionskostnaderna. .
Teslas energiabsorptionssystem kommer att integreras med stödsystemet. Den 5 juli 2021 ansökte Tesla om ett patent för "integrerade energiabsorberande gjutgods". Detta energiabsorberande system används i stor utsträckning i bilkollisionsstrukturer. Det energiabsorberande systemet kan integreras med en del av eller hela stödstrukturen genom en enda gjutprocess, vilket minskar behovet av processer inklusive punktsvetsning, sömsvetsning, nitning, bultning, limning, etc.
Integrerad pressgjutning: komponenter expanderas till främre golvet och det totala antalet lödfogar minskas med 1,600+
Teslas integrerade pressgjutning sträcker sig till främre våningen. Enligt Teslas tillkännagivande tillkännagav Tesla år 2020 den integrerade, bakre planlösningen i formgjutning, som kan minska antalet delar från 70 till 1~2; den finansiella rapporten för första kvartalet 2022 tillkännagav den integrerade pressgjutningen som produceras vid fabriken i Austin, Texas. Karosseriplanen kan minska antalet främre och bakre golvdelar från 171 till 2 och minska antalet svetspunkter med mer än 1 600.
Integrerad pressgjutning: Massproduktion vid Texas-fabriken för att påskynda teknologiapplikationen
Pressgjutningsmaskinen Giga Press som används av Tesla tillverkas av Lijin Technology och dess golvyta kan sparas med 35 % jämfört med produktionsutrustning som använder traditionella stämplings- och svetsprocesser. Enligt Teslas finansiella rapportinformation har Shanghai Gigafactory fem storskalig pressgjutningsutrustning för produktion, och den integrerade pressgjutningen av Model Y-kroppens främre golv (främre längsgående balk) vid Austin Gigafactory i Texas kommer också att vara massvis -producerat.
Nya biltillverkande krafter tar ledningen i uppföljningen av integrerad pressgjutning
NIO och Wencan samarbetade om det ET5 integrerade, pressgjutna bakre golvet. NIO ET5 använder ett integrerat pressgjutet bakgolv. Den integrerade gjutprocessen minskar vikten på karossens bakgolv med 30 %, samtidigt som bagageutrymmet ökar med 11L. I november 2021 testade Wencans 6000T ultrastora pressgjutningsö formen framgångsrikt, och den integrerade pressgjutna bakgolvsprodukten för bilar rullades framgångsrikt av produktionslinjen.
Xpeng Motors går samman med Guangdong Hongtu för att utveckla integrerad pressgjutning. 1. För närvarande har Guangdong Hongtu gått in i stödsystemet för Xpeng Motors, och båda parter utvecklar samtidigt integrerade pressgjutningsdelar. I januari 2022 rullade Guangdong Hongtu 6800T chassiintegrerade strukturdelar officiellt av produktionslinjen. 2. Wuhanbasen kommer att bygga en integrerad pressgjutningsverkstad. Projektet kommer att lanseras officiellt i juli 2021 och täcker en yta på cirka 1 500 hektar med en planerad produktionskapacitet på 100,{11}} fordon. Mer än en uppsättning ultrastora pressgjutningsöar och automatiserade produktionslinjer kommer att introduceras.
I februari 2022 rullades det integrerade, superstora, formgjutna bakre facket av Gaohe Automobile och Tuopu ut. De extremt stora konstruktionsdelarna som produceras av 7200T pressgjutningsmaskinen är nästan 1700 mm långa respektive 1500 mm breda, vilket uppnår en viktminskning på 15~20% och förkortar hela utvecklingscykeln med 1/3. När det gäller material kan partner TechCasts höghållfasta, sega, värmefria aluminiumlegeringsmaterial undvika problem som dimensionell deformation och ytdefekter på delar orsakade av värmebehandling. Dess flytbarhet är mer än 15 % högre än för material på samma nivå, och dess plasticitet är mer än 30 % högre, vilket säkerställer att fordonets kollision och andra prestanda har nått en högre dimension.
Internationella traditionella OEM-tillverkare följer upp integrerad pressgjutning
Mercedes-Benz släpper integrerade pressgjutningsresultat, vilket avsevärt förbättrar prestandan. Mercedes-Benz har lanserat sin senaste vetenskapliga forskningsprestation - VISION EQXX - i världen. Den största innovationen är appliceringen av bioniska konstruktionskomponenter på baksidan av kroppen och toppen av det främre tornet. Hela baksidan av kroppen är formad av ett oberoende och komplett aluminiumlegeringsgjutgods. Jämfört med traditionella processer är styvheten i den bakre delen av kroppen avsevärt förbättrad, och den förväntas minska vikten med 15-20%.
Volvo kommer att introducera integrerad pressgjutning. Volvo kommer att investera 10 miljarder svenska kronor i sin svenska fabrik, där man kommer att introducera några nya och mer hållbara teknologier och tillverkningsprocesser, inklusive en integrerad pressgjutningsprocess.
Skateboardchassi har blivit en viktig drivkraft för den medellång och långa utvecklingen av CTC och integrerad pressgjutning
Skateboardchassit är en av de viktigaste revolutionerande teknologierna i den nuvarande bilindustrin. Dess största egenskap är frikopplingen av över- och underkroppen, vilket avsevärt förkortar fordonsutvecklingscykeln. Därför måste skateboarden vara utrustad med en icke-bärande karosskonstruktion och ett trådstyrt chassi; för att underlätta lastning kan chassit inte uppta för mycket vertikalt utrymme, och integrerade elektriska drivsystem som "tre-i-ett" har blivit nödvändiga; mycket integrerade intelligenta moduler måste centraliseras. Den är baserad på EES och realiserar frikopplingen av mjukvara och hårdvara; den förbättrar massa/volym-energitätheten för kraftbatterier i ett begränsat utrymme, vilket är mycket överensstämmande med CTC-batterisystemets integrationslösning; efter hög integration är strukturen på chassit mer komplex, och integrerad pressgjutning kan vara mer. Det möter bättre behoven av förbättring av chassiteknik.
Under de senaste åren har många inhemska och utländska tillverkare successivt lanserat egenutvecklade skateboardchassier, och tekniken börjar gradvis bli mogen.
Förbättrad batteritid för nya energifordon tvingar fram utvecklingen av lätta fordonskarosser
Försäljningen av nya energipassagerarfordon fortsätter att växa i hög takt och förväntas överstiga 5,4 miljoner enheter 2022. Från 2018 till 2021 var försäljningsvolymen för nya energipassagerarfordon: 1,05, 1,06, 1,20 och 3,32 miljoner enheter respektive; penetrationsgraden för nya energibilar 2021 är 15,5 %. I mars 2022 nådde penetrationsgraden för nya energipassagerarfordon 24,7 % och nådde en ny topp. Vi tror att försäljningen av nya energifordon kommer att överstiga 5,4 miljoner enheter 2022.
Vikten på de tre elektriska systemen i nya energifordon ökar avsevärt. Jämfört med bränslefordon har nya energifordon färre motorer och transmissionssystem, men eftersom batteriets energitäthet (cirka 0.1-0.3KWH/KG) är lägre än bränslets (över 12KWH/KG) ), ökar vikten av det tre-elektriska systemet avsevärt. Vi valde olika kraftversioner av flera modeller under flera märken för att jämföra och beräkna tjänstevikten. Jämfört med bränsleversionen ökade vikten för den rena elektriska versionen med cirka 19 % till 32 %, och vikten för plug-in-hybridversionen ökade med cirka 12 % till 18 %.
Kravet på förbättrad cruising räckvidd har tvingat fram utvecklingen av lätta fordon. Jämfört med traditionella bränslefordon är nya energifordon tyngre, vilket allvarligt påverkar deras räckvidd.
Lättvikt för bilar kan avsevärt förbättra prestandan hos nya energifordon, främst när det gäller miljöskydd, nytta, kraft, säkerhet och bromsning.
Aluminiumlegering är för närvarande det mest kostnadseffektiva lättviktsmaterialet för bilkarosser
Lättviktningen av bilar uppnås huvudsakligen genom användning av lättviktsmaterial. De viktigaste sätten att minska fordonsvikten inkluderar strukturell optimeringsdesign, lättviktsmaterialapplikation och lättviktsprocess- och tillverkningsteknik. Bland dem är de nuvarande huvudsakliga lättviktsåtgärderna för fordon främst användningen av lättviktsmaterial.
Bland olika lättviktsmaterial har aluminiumlegering den högsta kostnadsprestanda. Jämfört med olika metallegeringar och kompositmaterial har aluminiumlegering uppenbara omfattande fördelar i prestanda, densitet och pris, och är det mest kostnadseffektiva lättviktsmaterialet.
Anslutningsteknik, strukturella komponenters prestanda och storlek begränsar användningen av aluminiumlegeringsmaterial i bilar
Tillverkningsprocessen för en aluminiumlegeringskropp är mycket mer komplex än den för stålkropp. Om aluminiumlegering används istället för stål, kan vikten av kroppen-i-vitt vanligtvis minskas med cirka 1/3. Ta Audi A8 som exempel. Tack vare sin kropp helt i aluminium väger kroppen i vitt endast 215 kg. Den höga värmeledningsförmågan hos aluminiummetall kan dock lätt orsaka problem såsom minskad svetsprestanda och förorening av elektroder av oxidskiktet på legeringsytan. Dessutom kan den höga värmeutvidgningskoefficienten för aluminium lätt leda till stor deformation av delar. Fortfarande med Audi A8 som exempel, dess karosstillverkning kräver 14 typer av anslutningsprocesser inklusive MIG-svetsning, fjärrlasersvetsning, etc. Processens komplexitet är mycket högre än för stålkroppen-i-vitt, som huvudsakligen är motståndssvetsning .
Bilkarossens strukturella delar har höga prestandakrav och permeabiliteten hos aluminiumlegeringsmaterial är begränsad. Vanligtvis är kroppskonstruktionsdelar stora i storlek, komplexa i struktur och väggtjockleken är vanligtvis bara 2-3 mm. De måste ha hög töjning och hög hållfasthet för att uppfylla kraven på säkerhetsprestanda (krocktest) och krav på delkoppling. Med genombrott inom nyckelteknologier som processer/material/utrustning förväntas penetrationshastigheten för konstruktionsdelar av aluminiumlegering att fortsätta att öka.
Pressgjutningstekniken fortsätter att utvecklas och förnyas
Pressgjutningsprocessen har sitt ursprung 1885 och användes först i bilindustrin 1904 i form av pressgjutna vevstakeslager. Pressgjutningsmaskiner har upplevt tekniska genombrott såsom pneumatisk pressgjutning, kallkammarpressgjutning och dubbelstansgjutning. För närvarande har pressgjutningsutrustning utvecklats till en pressgjutningsö med pressgjutningsmaskinen/formen som kärna och med hjälp av annan kringutrustning.
Högtryckspressgjutning är en effektiv bearbetningsteknik lämplig för aluminiumlegeringsmaterial
Högtryckspressgjutning är en effektiv bearbetningsteknik lämplig för aluminiumlegeringsmaterial. Tryckgjutning är huvudsakligen uppdelad i högtrycksgjutning, lågtrycksgjutning, differentialtrycksgjutning etc. Bland dessa används mestadels lågtrycksgjutning och differentialtrycksgjutning i motor- och chassiområdena, medan högtrycksgjutning i allt större utsträckning används. används i bilkarosser på grund av dess höga effektivitet och små väggtjocklek på bearbetade delar, och är en viktig riktning i framtiden.
Pressgjutning är uppdelad i pressgjutning med kall kammare och pressgjutning med varm kammare: pressgjutning med kall kammare används huvudsakligen vid tillverkning av stora delar, såsom bildelar, kylkomponenter för kommunikationsbasstationer etc.; varmkammarpressgjutning används i stor utsträckning vid produktion av små elektronik- eller 3C-produkter, såsom USB-kontakt, laptopfodral, etc.