特斯拉一体化压铸生产过程，汽车行业深度报告
特斯拉一体化压铸生产过程，汽车行业深度报告新能源汽车自重大 ，续航里程提升倒逼车身轻量化发展 。相比同级燃油车 ，纯电动车型重量约 19~32%，插混车型约 12~18%。为了提升能源效率、提升续航里程，新能源汽车的轻量化发展成为必然。2019（第十三届）汽车轻量化大会中 有数据显示，纯电动汽车整车重量每降低10%，平均续航里程将增加5~8%。滑板底盘成为推动CTC和一体化压铸中长期发展的重要推动力。滑板底盘是当前汽车行业最重要的革命性技术之一，涉及到 底的技术包括：非承载式车身、线控底盘、集成式电驱系统、高度集成智能化模块。此外，在有限空间内提升动力电池的质 量/体积能量密度，与CTC电池系统集成方案高度契合；高度集成后，底盘的结构更加复杂，一体化压铸能够更好匹配底盘 工艺提升的需求。新势力&传统主机厂跟进一体化压铸：新势力：1）蔚来携手文灿股份，ET5采用一体化压铸后副车架；2）小鹏汽车携手广东鸿图，6800T底盘一体化结
（报告出品方/作者：国海证券，刘虹辰）
一、核心提要汽车产业约每四十年出现一次生产制造革命，特斯拉引领当前新革命。从福特流水线生产到丰田精益生产，再到大众平台化 模块化生产，每一次汽车生产革命的领导者均将在之后的市场竞争中占据明显优势。凭借4680 CTC 和一体化压铸两项重 要技术创新，特斯拉正在引领汽车产业新一轮的生产制造革命。
4680 CTC：将电池包集成到车体，并直接与座椅连接，高集成度使车辆降重10%，续航里程增加14%，零件减少 370个，单位成本下降7%，单位投资下降8%。目前4680 CTC已经在德州奥斯汀工厂量产落地。
一体化压铸：从Model Y一体化压铸后地板将零件数量由70个减少至1~2个后，技术应用不断拓展。目前德州奥斯汀 工厂的方案可将前&后地板零部件数量从171个减少至2个，焊接点数量减少超1600个。
新势力&传统主机厂跟进一体化压铸：
新势力：1）蔚来携手文灿股份，ET5采用一体化压铸后副车架；2）小鹏汽车携手广东鸿图，6800T底盘一体化结构 件下线；3）高合汽车携手拓普集团，一体化超大压铸车身后舱下线，减重15~20%的。
传统主机厂：1）奔驰全球首发最新科研成果—VISION EQXX，车身后部刚性大幅提高，有望减重15-20%；2）沃 尔沃将对其瑞典工厂投资100亿瑞典克朗引进新技术和制造工艺，其中包括一体化压铸。
滑板底盘成为推动CTC和一体化压铸中长期发展的重要推动力。滑板底盘是当前汽车行业最重要的革命性技术之一，涉及到 底的技术包括：非承载式车身、线控底盘、集成式电驱系统、高度集成智能化模块。此外，在有限空间内提升动力电池的质 量/体积能量密度，与CTC电池系统集成方案高度契合；高度集成后，底盘的结构更加复杂，一体化压铸能够更好匹配底盘 工艺提升的需求。
新能源汽车自重大 ，续航里程提升倒逼车身轻量化发展 。相比同级燃油车 ，纯电动车型重量约 19~32%，插混车型约 12~18%。为了提升能源效率、提升续航里程，新能源汽车的轻量化发展成为必然。2019（第十三届）汽车轻量化大会中 有数据显示，纯电动汽车整车重量每降低10%，平均续航里程将增加5~8%。
铝合金最具性价比，采用高压压铸更高效。以铝代钢可使白车身降重约1/3，但是铝金属①导热系数大，易造成焊缝性能下 降、合金表面氧化层污染电极等问题；②热膨胀系数高易导致零件变形大。高压压铸效率高、加工零件壁厚小，是适用于铝合金的高效加工工艺。一体化压铸以高压压铸为基础，生产的部件内部不需要额外连接，工序大幅减少。此外，压铸废品材 料利用率高达90%，远高于冲压&焊接钢制车身时60%-70% 。
一体化压铸在汽车中的应用可进一步扩展。我们认为，通过调整强度、拉伸率，压铸工艺将应用于更多结构件及覆盖件，电 机和电池包外壳等更多车身之外的零部件将来均可采用压铸工艺制造。
一体化压铸件的技术壁垒主要体现在4个方面：
1. 大型压铸机：①系统复杂，对理论、经验以及制造工艺都有很高的要求；②“设计—试验—设计”周期长，时间成本 高；③造价高昂，风险成本大。
2. 材料配方：合金熔液需具备良好的流变性能、较小的线收缩率和较小的凝固温度区间，免热处理是关键。
3. 压铸模具：压铸在温度、真空、成型方案、工艺参数、后处理等方面要求更高，模具更复杂。
4. 工艺方法：高速充型特征易导致铸件失效，对全工艺要素均有较高要求。
一体化压铸可显著提升生产效率、降低制造成本。以下车体总成为例，相比传统冲压&焊接工艺，一体化压铸可大幅减少冲 压、焊接使用量，加工工序从9道下降至2道；配套人工也相应削减，以45万辆年产能的工厂来算，工人将从120人降至30 人；零部件数量从>370个降至2~3个，链接点数量下降减少，成本下降；工时从2小时降至180s，5台压铸机即可满足60 万件年产能。
一体化压铸车身市场规模有望于2025年突破200亿元。以年产能50万件的车身后地板生产线来计算，传统冲压焊接工艺和 一体化压铸工艺的成本分别为6.3亿元和4.8亿元，一体化压铸后地板单车可节约成本300元。我们预计2025年一体化压铸 车身市场规模有望达到215亿元，2021-2025年CAGR达132%。
二、报告摘要：1、特斯拉引领新一轮生产制造革命：4680 CTC 一体化压铸
汽车百年工业史，每四十年左右出现一次生产制造革命。从20世纪10年代福特流水线生产，到50年代丰田“多 品种，小批量”的精益生产，再到80年代大众的平台化、模块化生产，每一次汽车生产革命的领导者均将在之 后的市场竞争中占据明显优势。
特斯拉生产制造革命：4680 CTC 一体化压铸。特斯拉4680 CTC方案（CTV），将电池包集成到车体，并直 接与座椅连接，大幅减少零部件数量，提高总装生产效率。一体化压铸的Model Y车身前&后地板，颠覆传统冲 压&焊接工艺，相比传统冲压&焊接工艺零部件减少169个，成本大幅下降。据特斯拉电池日公布信息显示，依 托两项革命性技术，整车可减重10%，续航里程增加14%，零件减少370个。
2、4680 CTC：特斯拉电池技术始终作为行业创新的标杆
特斯拉引领动力电池创新趋势。Model S/X上市时，电池包搭载18650电芯，共14/16个模组；Model 3上市时， 电池包搭载2170电芯，共4个模组，引领了行业的大模组CTP方案；目前，搭载4680电芯的CTC方案的Model Y开启交付。过往十年，特斯拉无论在电芯还是pack上都在持续引领行业的发展。
4680 CTC：率先公布具体方案，引领行业技术方向
特斯拉在2021年6月公开了一份名为INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM的专利，专利中详细阐述 了4680 Structural Battery（CTC）电池系统集成技术。根据专利中公开披露的内容，可以对特斯拉CTC有整 体的方向性认知：①电池包上盖与车辆结构如座椅直接连接在一起，成为乘员座舱地板的结构；②电芯之间填充 树脂材料，特斯拉认为这一方面可以提供热保护，另一方面可以为电芯提供结构性支撑；③在与“大模组”方案 的对比中，CTC方案具有减少支撑件、减轻整车质量、提升整体电池容量。
4680 CTC：正式上车Model Y，德州工厂Q1开启交付
特斯拉的CTC方案，能够使车辆续航里程增加14%，单位成本下降7%，单位投资下降8%。
在特斯拉2021年Q4财报中，可以看到在德州超级工厂中工人将Model Y座椅与4680 CTC电池包直接连接， CTC的落地将显著提高其总装生产效率。
3、一体化压铸：以Y为始，持续推动车身轻量化进阶
一体化压铸：倾力布局，研发不断突破
特斯拉在其四大汽车工厂均部署了6000吨级大型压铸机-GigaPress。目前，上海工厂已装配5个大型压铸机， 用于Model Y后地板的生产。德州工厂3月刚刚开启量产，在Model Y后地板的基础上，增加了前地板（前纵 梁）的一体化压铸。
一体化压铸：倾力布局，研发不断突破
布局一体化压铸铝合金专利，专利名为“用于结构部件的压铸铝合金”，其中描述了一种既坚固又具有出色延 展性的铝合金，该铝合金无需进一步加工，可以显著降低生产成本。
特斯拉一体化压铸技术持续突破。2019年7月，特斯拉发布新专利，计划通过一套固定在中心的模具以及四套 可以移动的模具，压铸成型大型的一体式结构零件。
特斯拉吸能系统将与支撑系统集成。2021年7月5日，特斯拉申请了“集成吸能铸件”专利，这种能量吸收系 统广泛应用于汽车碰撞结构。通过单一铸造工艺可将该吸能系统与部分或全部支撑结构集成，从而减少对包括 点焊、缝焊、铆接、螺栓连接、粘合等工艺的需要。
一体化压铸：部件拓展至前地板，整体焊点减少1 6 0 0 个
特斯拉一体化压铸拓展至前地板。根据特斯拉公告显示，2020年特斯拉公布Model Y一体化压铸后地板方案， 可将零件个数由70个减少至1~2个；2022年Q1财报公布德州奥斯汀工厂生产的一体化压铸车身方案，可将前& 后地板零部件数量从171个减少至2个，焊接点数量减少超1600个。
一体化压铸：德州工厂量产，加速技术应用
特斯拉使用的压铸机Giga Press由力劲科技生产，占地面积相比于传统冲压焊接工艺的生产设备能够节省35%。 根据特斯拉财报信息，上海超级工厂已有5台大型压铸设备用于生产，德州奥斯汀超级工厂Model Y车身前地 板（前纵梁）一体化压铸也将实现量产。
◼ 蔚来与文灿合作ET5一体化压铸车身后地板。蔚来ET5采用一体化压铸后地板，一体铸造工艺使车身后地板重量 降低30%，同时后备箱空间增加11L。2021年11月，文灿6000T超大型压铸岛成功试模，一体化压铸的汽车后 地板产品成功下线。
4、造车新势力抢先跟进一体化压铸
蔚来与文灿合作ET5一体化压铸车身后地板。蔚来ET5采用一体化压铸后地板，一体铸造工艺使车身后地板重量 降低30%，同时后备箱空间增加11L。2021年11月，文灿6000T超大型压铸岛成功试模，一体化压铸的汽车后 地板产品成功下线。
小鹏汽车携手广东鸿图布局一体化压铸。1、目前广东鸿图已进入小鹏汽车的配套体系，双方同步开发一体化压 铸零部件。2022年1月，广东鸿图6800T底盘一体化结构件正式下线。2、武汉基地将建设一体化压铸车间， 2021年7月该项目正式启动，占地约1500亩，规划产能10万辆，将引进一套以上超大型压铸岛及自动化生产线。
2022年2月高合汽车与拓普合作的一体化超大压铸车身后舱下线。本次7200T压铸机生产的超大型结构件长宽分 别近1700mm和1500mm，实现15~20%的减重，整个开发周期缩短1/3。材料方面，合作方TechCast™高强 韧性免热处理铝合金材料可以避免因热处理带来的零件尺寸变形及表面缺陷等问题，流动性高于同级别材料15% 以上、强塑积高出30%以上，保证了整车碰撞等性能达到更高维度。
5、国际传统主机厂跟进一体化压铸
奔驰发布一体化压铸成果，性能提升显著。奔驰全球首发最新科研成果—VISION EQXX，其中最大的创新在于 车身的后部及前部塔顶应用了仿生工程结构部件，整个车身后部是由一块独立完整的铝合金铸件形成。与传统 工艺相比，车身后部的刚性得以大幅提高，并有望减轻15-20%的重量。
沃尔沃将引入一体化压铸。沃尔沃将对其瑞典工厂投资100亿瑞典克朗，将在该工厂引进一些新的、更具可持续 性的技术和制造工艺，其中包括一体化压铸工艺。
6、滑板底盘成为推动CTC和一体化压铸中长期发展的重要推动力
滑板底盘是当前汽车行业最重要的革命性技术之一，其最大的特点是上下车体解耦，从而大幅缩短整车研发周 期。因此，滑板需要搭载非承载式车身结构和线控底盘；为了便于上装，底盘不能占据过多纵向空间，“三合 一”等集成式电驱系统成为必需；高度集成智能化模块，需要以集中式EEA为基础，并实现软硬件解耦；在有 限空间内提升动力电池的质量/体积能量密度，与CTC电池系统集成方案高度契合；高度集成后，底盘的结构更 加复杂，一体化压铸能够更好匹配底盘工艺提升的需求。
近几年众多国内外厂商陆续推出自研的滑板底盘，技术正在逐步走向成熟。
7、新能源汽车续航提升倒逼车身轻量化发展
新能源乘用车销量持续高增，2022年预计将超540万辆。2018年~2021年，新能源乘用车销量分别为：105、 106、120、332万辆；2021年新能源乘用车渗透率为15.5%。2022年3月新能源乘用车渗透率已达24.7%， 再创新高。我们认为，2022年新能源乘用车销量将超540万辆。
新能源汽车三电系统增重较大。相比燃油车，新能源汽车虽减少发动机、变速箱系统，但因电池能量密度（约 0.1-0.3KWH/KG）低于燃油（12KWH/KG以上），三电系统增重较大。我们选取若干品牌下几款车型的不同 动力版本进行整备质量的对比测算 ， 相比于燃油版车型 ， 纯电版重量增加约 19%~32% ， 插 混 版 增 加 约 12~18%。
续航里程提升诉求倒逼汽车轻量化发展。相比传统燃油汽车，新能源汽车重量大导致续航里程受到严重影响。 2019（第十三届）汽车轻量化大会中有数据显示，纯电动汽车整车重量每降低10%，平均续航里程将增加5%- 8%。
汽车轻量化可显著改善新能源汽车各项性能，主要体现在环保性、效用性、动力性、安全性、制动性方面。
8、铝合金是当前性价比最高的车身轻量化材料
汽车轻量化的实现主要通过轻质材料的运用。汽车轻量化的主要途径有结构优化设计、轻量化材料应用、轻量 化加工制造技术。其中，当前的主要汽车轻量化措施主要是采用轻质材料。
各类轻量化材料中，铝合金性价比最高。对比多种金属合金和复合材料，铝合金在性能、密度以及价格等多方 面综合优势明显，是最具性价比的轻量化材料。
9、连接工艺、结构件性能及尺寸制约铝合金材料在汽车中的应用
铝合金车身的制造工艺复杂度远超钢制车身。若采用铝合金替代钢材，白车身通常可降重1/3左右。以奥迪A8 为例，因采用全铝车身，白车身重量仅为215kg。但铝金属导热系数大，易造成焊缝性能下降、合金表面氧化 层污染电极的问题，并且铝的热膨胀系数高易导致零件变形大。仍以奥迪 A8 为例，其车身制造需要包括MIG 焊、远程激光焊等在内的14种连接工艺，工艺复杂度远高于以电阻焊为主的钢制白车身。
车身结构件对性能要求高，铝合金材料渗透率受限。通常，车身结构件尺寸大、结构复杂，且壁厚通常只有2- 3mm，并需要具有高延伸率及较高强度，以满足安全性能（碰撞测试）要求和零件连接要求。随着工艺/材料 /设备等重点技术突破，铝合金车身结构件渗透率有望持续提升。
10、压铸工艺持续进步与革新
压铸工艺起源于1885年，于1904年以压铸连杆轴承的形势最先应用于汽车工业中。压铸机经历气压压铸、冷 室压铸、双冲头压铸等技术突破，目前压铸设备已发展为以压铸机/模具为核心、其他外围设备辅助的压铸岛。
11、高压压铸是适用于铝合金材料的高效加工工艺
高压压铸是适用于铝合金材料的高效加工工艺。压力铸造主要分为高压铸造、低压铸造、差压铸造等。其中， 低压铸造与差压铸造多用于发动机、底盘区域，而高压铸造因效率高、加工零件壁厚小等特点，在汽车车身 中的运用越来越多，是未来的重要方向。
压铸分为冷室压铸和热室压铸：冷室压铸主要应用于大型零部件的制造，如汽车零部件、通讯基站冷却部件 等；热室压铸则广泛应用于小型电子或3C产品的生产，比如USB接头、笔记本壳体等。
报告节选：
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精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站
