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一體化壓鑄優勢明顯
壓鑄是汽車鋁合金零部件主要加工形式
壓鑄是汽車鋁合金零部件主要加工形式。傳統的汽車制造流程主要包含沖壓、 焊裝、涂裝、總裝四大工藝。其中沖壓是運用中小型壓力機和模具,常用于鋼 材的成型,鋁合金零部件通常采用壓鑄方式。壓鑄是在高壓作用下,裝載金屬 以高速充填進入模具型腔,并在壓力作用下成形和凝固而獲得鑄件的方法。
鋁合金在新能源汽車大型零部件中的滲透率快速提升
底盤、車身、懸架等大型零部件滲透率快速提升,單車用鋁量2025/2030年有望達到250/300kg左右。根 據CME Group分析,到2025年純電車用鋁量將達到226.8kg,滲透率達50%,2030年用鋁量達283.5kg, 滲透率達56%,主要系底盤、懸架、車輪、傳動系統等零部件滲透率快速提升帶動。根據我國節能與新能源 汽車技術路線圖,我國單車用鋁的具體目標是 2025 年達到 250kg、2030 年達到 350kg。
特斯拉開啟一體化壓鑄新篇章
特斯拉開啟一體化壓鑄新篇章。一體化壓鑄本質是在零部件尺寸和應用部位上實現重大突破的鋁合金高壓鑄 造技術,是指采用特大噸位壓鑄機,將多個單獨、分散的零部件高度集成,壓鑄一次成型為幾個大型鋁鑄件, 從而替代多個零部件先沖壓再焊接或鉚接組合的方式。2020年9月,馬斯克首次宣布將一體化壓鑄技術用于 生產Model Y后車身底板的生產,并將逐步用2-3個大型壓鑄件替換整個車身底板370余個結構件,開啟汽車 大型部件鋁合金一體化壓鑄的新篇章。
一體化壓鑄騰飛,產業鏈競相布局
上游免熱合金材料:先發優勢明顯,客戶粘性高
材料端:免熱合金是一體化壓鑄必然之選。免熱處理合金指通過特殊 的合金配方,在完成壓鑄成形后,鑄件無需熱處理即可獲得理想的力 學性能,能避免在熱處理(高溫固溶和時效處理)過程中造成工件變 形。由于一體化鑄件在鑄造過程中會因熱處理產生微小形變,大型壓 鑄件形變會進一步放大,致使產品不滿足車輛要求,因此超大型零件 無法進行熱處理,免熱處理鋁合金材料成為必然之選。
材料成分復雜,專利優勢明顯。合金材料成分是免熱處理合金的核心 壁壘,先發者通過對合金材料配方成分進行專利認證,并在此基礎上 不斷迭代,降本增效;后發企業需繞過原有專利的配方成分設計研發 出符合主機廠要求的免熱合金材料,即使成功繞過專利,后續仍面臨 性能與成本權衡的問題。
認證周期長,客戶粘性高。免熱合金通常需要與下游加工及整車廠的 長期配合進行材料研發、試點,量產,周期相對較長,且后續如更換 其他免熱合金材料還需更改后續流程的模具、改沖壓工藝等,因此客 戶粘性高。
上游免熱合金材料:先發優勢明顯,競爭格局較優
市場上主要的免熱處理合金可分為 Al-Si 系和 Al-Mg 系兩大類,基本是 Al 為基礎元素,添加并控制硅、鎂、鐵、銅、錳、鋅等 元素的含量及相互關系,使材料具備符合要求的強度、韌性、延展性等。其中 Al-Si 系是目前的主流路線。 行業現狀:國外材料較為成熟,國內企業陸續突破:國外免熱合金代表性企業為美鋁、德國萊茵哈特和麥格納,此外特斯拉也加 入自研行列;國內主要為立中集團、上海交大材料學院、廣東鴻圖、蔚來等研究機構和企業在免熱處理材料上有所突破。 國內具備專利企業較少,競爭格局良好。目前國內立中集團具備自主知識產權,技術成熟并具備量產能力,其他廠家為海外合金 廠商、國內高校等授權使用,需繳納一定專利費,成本相對較高,或產品性能、良率不及預期,難以大規模應用。
上游壓鑄設備:大型壓鑄機是一體化壓鑄的關鍵
大型壓鑄機是實現汽車一體化壓鑄的關鍵:當原料以高壓注入模穴內時會產生一個撐模的力量,壓鑄機的鎖模單元必須提供足夠的鎖模 力使得模具不至于被撐開,保證制品成型符合精度要求,越大的零部件對壓鑄機的鎖模力要求也越高。 工藝復雜,開發周期長,資本投入大。大型壓鑄機工藝復雜,需要對復雜的系統進行協調控制,對理論、經驗的要求高;從“設計—試 驗—設計”周期非常長,歷史看壓鑄機的鎖模力一般1年至2年才有一次跨越,每次提升約500噸;大型壓鑄成形裝備造價高昂,一旦試 制失敗將帶來巨大的經濟損失,試錯成本高。 行業格局:力勁科技引領大型壓鑄機發展。全球范圍內能生產6000T以上的壓鑄機企業主要包括國外的瑞士布勒集團,國內的力勁科技、 海天金屬、伊之密。其中力勁科技全資子公司意德拉在2020年向特斯拉提供了全球第一臺6000T壓鑄機,目前與廣東鴻圖共同研發的 12000T超級智能壓鑄單元正式投產使用,并就16000T(噸)超級智能壓鑄單元開發項目開展合作。根據鑄造頭條網,力勁科技壓鑄機在中 國占有率超過56%,超大型壓鑄機全球占有率更是超過90%。
上游壓鑄模具:設計難度大,材料、工藝要求高
壓鑄模具:壓鑄模具對壓鑄成功與否關系重大,一直被認為是壓鑄生產的關 鍵工藝裝備,壁壘主要集中在: (1)設計難度大。超大型一體化壓鑄件壁厚變化大,結構復雜,充型距離長, 流路變化多,澆注系統設計難于滿足多方面的要求,理想的充型過程和凝固 過程更難以實現。 (2)材料性能要求高。一體化壓鑄模具的價格在每套1000萬元左右,常規 壽命周期僅8萬多次,模具的耐用性直接影響生產成本。此外,一體化壓鑄機 鎖模力更大,對模具施加的應力更大,疊加工作條件惡劣等影響,可能會導 致模具過早開裂失效。 (3)工藝要求高。由于模具的大型化,模具的熱控制難度加大。合理設計冷 卻/加熱系統,是生產中對模具溫度進行有效控制的前提條件,溫度過高或過 低都會使鑄件產生缺陷,影響產品質量。 行業主要競爭者:大型壓鑄模具具有較高的壁壘,對應國內上市公司較少, 目前該環節主要廠商包括廣州型腔、寧波賽維達、文燦雄邦(文燦股份子公 司)、瑞鵠模具等。
中游壓鑄商:工藝和資金壁壘高
中游壓鑄環節:良率較低,超高真空高壓壓鑄環節是關鍵。一體化壓 鑄工藝流程為工藝流程為合模、澆注、真空開啟、型腔抽真空排氣、 壓射、開模、取件、噴涂、再次合模等。壓鑄工藝對生產合格件十分 重要,需要長時間調試和摸索參數配置,其中抽真空環節通常需配置 高精度真空傳感器保證氣體完全排出,否則力學性能和良率將受影響。 根據中華壓鑄網,特斯拉最早的一體壓鑄合格率65%~72%,毛利率 可達到30%,2022年2月鑄件質量標準修改后,合格率達到80%以上, 目前主流壓鑄企業良率也基本保持在80%以上。 資金壁壘高。一個壓鑄島通常需要壓鑄機、壓鑄模具、周邊設備等組 成,通常9000T的國產壓鑄機價格在5000-6000萬元,模具在1000- 2000萬元,配置完善的壓鑄島總價一般在2-3億元。 先發優勢明顯。中游壓鑄企業包括文燦股份、拓普集團、廣東鴻圖、 旭升股份、美利信等,通過采購大型壓鑄設備并與車企合作的方式布 局汽車一體化壓鑄。目前來看,文燦股份自2011年開始研發相關產品, 在行業內重點客戶項目的競爭中處于領先地位。
下游車企布局一體化壓鑄
整車廠紛紛布局一體化壓鑄。除特斯拉外,國內造車新勢力如蔚來、理想、極氪、小鵬等紛紛跟進,目前實現一體化壓鑄的車型主 要有特斯拉Model Y、蔚來ET5、極氪009、高合HiPhi Y、小鵬G6,此外理想、問界等車企應用一體化壓鑄的車型或將于今年下半 年上市,傳統汽車廠商如沃爾沃、大眾、奔馳等同樣加速一體化壓鑄產業化進程。 特斯拉:2020年宣布Model Y將采用一體化后底板總成,70多個零部件壓鑄成1-2個,2022年得州奧斯汀工廠在后底板的基礎上,增 加了前地板(前縱梁)的一體化壓鑄;2023年9月Model3 正式發布,定價25.99萬起,采用一體化鑄造;2023年3季度末Cybertruck 計劃上市,將采用前車身底部一體化鑄件以及側面和后部的兩個一體化鑄件。預計2025年或將率先實現下車體總成。
長期采購模式是大勢所趨
從業務模式上來看,車企生產一體化壓鑄車型主要有兩種 方式:一種是主機廠自研模式:主機廠直接采購壓鑄機、 模具和材料等物料,自建工廠生產壓鑄件。該模式以特斯 拉、小鵬、沃爾沃為代表。另一種是采購模式:主機廠直 接向壓鑄廠商采購壓鑄件,由壓鑄廠商采購相關的物料, 生產壓鑄件后交付給主機廠。該模式以高合、蔚來、理想 為代表。長期來看,未來汽車一體化壓鑄還將逐步回歸采購模式為 主。主機廠自建產線一方面資金壓力很大,并且后期運營 管理非常耗費精力。自研模式的代表特斯拉目前已開始與 壓鑄廠商合作,計劃未來新增的產能由外部采購來解決。 主機廠自研最主要的目的還是為了掌握一體化壓鑄knowhow,便于以后與供應商之間的技術交流溝通。
投資分析
立中集團
業務介紹:公司成立于1984年,2015年公司在深交所上市,主營業務為中間合金;2016年8月收購英國MQP有限公 司,2018年和2020年分別收購立中股份、新天津合金和新河北合金股權,2021年上市公司更名為立中集團,并向上 游延伸鋰電材料項目,形成“3+1”的業務格局,主營業務包括中間合金,鋁合金車輪,鑄造鋁合金和鋰電新材料 (下半年投產)。公司是免熱合金龍頭,與國內其他企業相比,公司在技術專利、客戶開拓、產能擴張方面具備比較 優勢。
技術專利:公司自2016年開始立項免熱處理合金項目的研發,于2020年申請并相繼獲得了國家發明專利證書,打破了 國外在該領域的產品壟斷和技術封鎖,由于其采用了獨特的低Mo變質技術,解決了一體化過程中的偏稀性問題,材料 綜合性能上基本處于行業一流梯隊。
深度綁定大客戶:2022年5月公司與文燦股份簽署了戰略合作協議,文燦股份將在條件滿足情況下優先向客戶推薦公 司產品。同時,公司已與眾多下游整車廠及壓鑄廠展開合作,完成了多家新能源汽車和傳統汽車后縱梁、后底板、電 池包、前艙上橫梁、減震塔等項目的前期驗證;公司還積極加強與CTC、CTB、CTP技術公司的合作,持續加快免熱處 理合金的市場推廣和量產進程。
產能建設居前。公司于2023年6月19日宣布擬在重慶市沙坪壩區青鳳科創城投資建設年產10萬噸高性能鋁合金新材料 項目,包括一體化壓鑄用免熱處理鋁合金材料、高性能鋁合金新材料等產品,項目共分兩期建設,一期產能5萬噸,總 投資6億元,規劃2024年試生產,2025年正式投產。此外由于園區內已引進賽力斯、文燦股份、拓普集團等龍頭企業, 項目投產有利于上下游協同發展,形成產業集群優勢。