機(jī)動(dòng)車成為重要大氣污染源朦盲，碳減排目標(biāo)下汽車低碳化發(fā)展刻不容緩码杆。根據(jù) 中國政府網(wǎng)發(fā)布的《第二次全國污染源普查公報(bào)》榛青，2017 年全國大氣氮氧化物排 放量 1785.22 萬噸记浸，顆粒物排放量 1684.05 萬噸惯醇，揮發(fā)性有機(jī)物排放量 1017.45 萬噸。2017 年統(tǒng)計(jì)匯總機(jī)動(dòng)車保有量 2.67 億輛罚迹，其排放氮氧化物 595.14 萬噸牧僻、 顆粒物 9.58 萬噸、揮發(fā)性有機(jī)物 196.28 萬噸异这，分別占全國比重為 0.57%臊整、33.34%、 19.29%愤售。對此蛔琅，《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》提出，我國汽車技術(shù)發(fā)展的 總體目標(biāo)之一為汽車產(chǎn)業(yè)碳排放總量先于國家碳減排承諾于 2028 年左右提前達(dá) 到峰值峻呛，到 2035 年排放總量較峰值下降 20%以上罗售，汽車減排、低碳化發(fā)展迫在 眉睫钩述。

汽車輕 量化就是在保證汽車的強(qiáng)度和安全性能的前提下寨躁，盡可能地降低汽車的整備質(zhì)量， 從而提高汽車的動(dòng)力性牙勘，減少燃料消耗职恳，降低排氣污染。世界鋁業(yè)協(xié)會(huì)的報(bào)告指 出方面，汽車整車重量降低 10%放钦，燃油效率可提高 6%-8%。大眾汽車研究認(rèn)為恭金，汽車 整備重量每減少 100 千克操禀，每公里二氧化碳排放可減少 8-11g，百公里油耗可降 低 0.3-0.5 升横腿。因此颓屑，在當(dāng)前汽車減排壓力日益增大的背景下，汽車輕量化對于節(jié) 約能源灰深、減少排放玛呐、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有十分積極的意義。

1.1. 燃油車減耗目標(biāo)高蟋晾，整車減重可有效提升燃油效率

輕量化成為燃油車發(fā)展重點(diǎn)方向，2025 年燃油乘用車整車輕量化系數(shù)降幅目 標(biāo)為 10%殿膏。在燃油車減耗目標(biāo)下策哈，大力發(fā)展汽車輕量化技術(shù)、持續(xù)構(gòu)建汽車輕量 化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用體系變得至關(guān)重要尘箫±嵊В《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》摒棄 以整車裝備質(zhì)量和輕質(zhì)材料用量為衡量標(biāo)準(zhǔn)的傳統(tǒng)做法媚瘫，引入整車輕量化系數(shù)等 作為衡量整車輕量化水平的依據(jù)，并提出 2025 年虱忙、2030 年逢痕、2035 年我國燃油乘 用車整車輕量化系數(shù)需分別降低 10%、18%狼楔、25%钳枕，載貨車、牽引車和客車分別 降低 5%赏壹、10%鱼炒、15%。

1.2. 電動(dòng)車三電系統(tǒng)重量大蝌借，提升續(xù)航里程需求推動(dòng)輕量化發(fā)展

2022 年新能源汽車滲透率同比快速提升昔瞧，全國新能源汽車保有量大幅增長至 1310 萬輛。據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)菩佑，2022 年全國新能源汽車保有量達(dá) 1310 萬輛自晰，占汽車 總量的 4.10%，扣除報(bào)廢注銷量比 2021 年增加 526 萬輛稍坯，增長 67.13%酬荞。其中， 純電動(dòng)汽車保有量 1045 萬輛劣光，占新能源汽車總量的 79.78%袜蚕。2022 年全國新注 冊登記新能源汽車 535 萬輛，占新注冊登記汽車總量的 23.05%绢涡，與上年相比增 加 240 萬輛消弧，增長 81.48%。新注冊登記新能源汽車數(shù)量從 2018 年的 107 萬輛 到 2022 年的 535 萬輛搀尊，呈高速增長態(tài)勢室域。

與燃油車相比，新能源汽車減重需求更為迫切： 1）新能源車整車質(zhì)量高于傳統(tǒng)燃油車针容。與燃油車配備發(fā)動(dòng)機(jī)杜域、變速箱不同， 新能源汽車動(dòng)力來源于電池补蛋、電驅(qū)唁谣、以及電控三大系統(tǒng)，合計(jì)占整車質(zhì)量的 30- 40%为毛。在現(xiàn)有電池密度水平下溪惶，新能源汽車的動(dòng)力系統(tǒng)質(zhì)量顯著高于燃油車。尤 其是圍著網(wǎng)聯(lián)化芦格、智能化不斷推進(jìn)终距，未來搭載相關(guān)配置后尊捞，整車質(zhì)量將進(jìn)一步提 升。 2）新能源汽車?yán)m(xù)航里程為用戶核心關(guān)切宏怔，降低整車質(zhì)量提升續(xù)航能力將進(jìn)一 步增強(qiáng)新能源汽車競爭力奏路。一般而言，新能源汽車?yán)m(xù)航里程取決于電池容量臊诊、電 機(jī)效率鸽粉、溫度、工況等多種因素影響妨猩。盡管當(dāng)前新推出車型續(xù)航里程有所增加潜叛，然 而實(shí)際行駛續(xù)航里程往往與官方公布的有較大差距，甚至在冬季出現(xiàn)續(xù)航減半的現(xiàn)象壶硅，這嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的購買決策威兜。而國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心研究表 明，降低整車質(zhì)量能顯著提升續(xù)航里程庐椒，整車重量每降低 10kg椒舵，續(xù)航里程可增加 約 2.5km。 因此约谈，中國汽車工程學(xué)會(huì)提出到 2025 年笔宿、2030 年、2035 年純電動(dòng)乘用車輕 量化系數(shù)分別降低 15%填篱、25%徙掠、35%。

2. 材料革陋、結(jié)構(gòu)乌窿、工藝輕量化為汽車減重三大著手點(diǎn)

為滿足汽車輕量化壓鑄的技術(shù)需求，目前行業(yè)內(nèi)主要在材料锦钓、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)庙炮、工 藝三方面進(jìn)行突破，根據(jù)產(chǎn)業(yè)前沿技術(shù)：

1）材料輕量化：選用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有保障的求驳、密度相對低的材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼材 料种司，包括高強(qiáng)度鋼、鋁合金粥谐、鎂合金娶得、碳纖維等材料。從而通過降低材料密度和用 量實(shí)現(xiàn)整車減重漾群。從減重效果來看悬朱，碳纖維最好；從成本來看，高強(qiáng)度鋼較低士鸥。

2）結(jié)構(gòu)輕量化。在不影響車身基本狀態(tài)的情況下谆级，通過采用先進(jìn)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 方法和技術(shù)手段烤礁，優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)參數(shù)，去除零部件冗余部分的同時(shí)實(shí)現(xiàn)壁化肥照、中 空化脚仔、小型化、復(fù)合化舆绎，從而提高材料利用率鲤脏。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減少材料用量 實(shí)現(xiàn)輕量化。根據(jù)設(shè)計(jì)變量及優(yōu)化問題類型的不同吕朵，結(jié)構(gòu)輕量化可分為拓?fù)鋬?yōu)化猎醇、 尺寸優(yōu)化、形狀優(yōu)化努溃、形貌優(yōu)化四種硫嘶。一般而言，采用新材料和新工藝會(huì)使得開發(fā) 成本大幅增加檩翁，而結(jié)構(gòu)優(yōu)化由于未采用新的材料纤厨，實(shí)現(xiàn)減重的同時(shí)能降低成本， 是車身輕量化最常用的方法之一景絮。

3）工藝輕量化守镰。激光拼焊技術(shù)是汽車廠商最常用的方法，其原理是采用不等 厚度軋制板说悄，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制和調(diào)整軋輥的間距猖右，以獲得沿軋制方向上按預(yù) 先定制的厚度連續(xù)變化的板料。此外還有液壓成形弹臂、熱成形秒聪；輥壓成形技術(shù)；低 （差）壓鑄造成型技術(shù)以及各種汽車輕量化連接技術(shù)等梨伸。值得一提的是跷焚，特斯拉 推出的一體化壓鑄技術(shù)則在制造工藝端和材料端引領(lǐng)革新。

2.1. 材料輕量化：高強(qiáng)度鋼為當(dāng)前主流痪罐，鋁合金增量可期

在三大輕量化手段中逸萄，材料輕量化是基礎(chǔ)。在采用輕量化材料的基礎(chǔ)上竭鞍，通 過優(yōu)化結(jié)構(gòu)板惑、升級(jí)工藝等方式，實(shí)現(xiàn)整車減重。因此在輕量化材料發(fā)展方面冯乘，《節(jié) 能與新能源汽車技術(shù)路線圖 2.0》指出洽胶，我國自主輕量化技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用體系的構(gòu) 建，近期以完善高強(qiáng)度鋼應(yīng)用為體系重點(diǎn)裆馒，中期以形成輕質(zhì)合金應(yīng)用體系為方向姊氓， 遠(yuǎn)期形成多材料混合應(yīng)用體系為目標(biāo)。

2.1.1. 高強(qiáng)度鋼：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高喷好，當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛

高強(qiáng)度鋼板屈服強(qiáng)度翔横、抗拉強(qiáng)度高。按照國際鋼鐵協(xié)會(huì) USL-AB 項(xiàng)目梗搅，可將 鋼種按其力學(xué)性能進(jìn)行分類禾唁，分為低強(qiáng)鋼（軟鋼）、高強(qiáng)鋼以及超高強(qiáng)鋼无切。低強(qiáng)鋼 的抗拉強(qiáng)度 Rm（σb）<270MPa穗狞，屈服強(qiáng)度 Re（σs）<210MPa；超高強(qiáng)鋼的 抗拉強(qiáng)度 Rm（σb）>700MPa捅冈，屈服強(qiáng)度 Re（σs）>550MPa耍缩；高強(qiáng)鋼的力學(xué) 指標(biāo)介于這兩者之間。其中舌多，低強(qiáng)度鋼分為 IF 鋼和軟鋼交印；普通高強(qiáng)度鋼分為碳錳 鋼、BH 鋼盘秕、高強(qiáng)度 IF 鋼和 HSLA 鋼等丘梭；先進(jìn)高強(qiáng)度鋼（AHSS）包括雙相鋼（DP 鋼）、相變誘發(fā)塑性鋼（TRIP 鋼）抢熟、復(fù)相鋼（CP 鋼）和馬氏體鋼（MS 鋼）等柄叹。

整車中鋼材用量大，占整車自重 55-60%匾蛆。據(jù)汽車材料網(wǎng)漓客，以現(xiàn)代轎車用材為例，按照重量換算切油，鋼材占汽車自重的 55%-60%蝙斜，鑄鐵占 5%-12%，有色金屬占 6%-10%澎胡，塑料占 8%-12%孕荠，橡膠占 4%，玻璃占 3%攻谁，其他材料（油漆稚伍、各種液 體等）占 6%-12%。可見鋼材在汽車中用量較大个曙，高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用能減輕沖壓件的重量锈嫩，節(jié)省能源和降低沖壓產(chǎn)品成本。用于汽車零件的高強(qiáng)度鋼板垦搬，其抗拉 強(qiáng)度可以達(dá)到600-800MPa祠挫，而相應(yīng)的普通冷軋軟鋼板的抗拉強(qiáng)度只有300MPa。 目前悼沿，全球最大的鋼鐵公司 Acelor 開發(fā)了熱沖壓成形鋼板 USIBOR1500。該鋼板 為鍍鋅板骚灸，鍍層質(zhì)量為 120-160g/m2摊咨，淬火后力學(xué)特性明顯，強(qiáng)度值可達(dá)到 1600MPa热跨。

根據(jù) AEE 汽車技術(shù)平臺(tái)氏长，高強(qiáng)度鋼可以應(yīng)用于汽車面板、車體框架以及底盤 等多個(gè)部位：

1）汽車面板：車頂悍暴、車門等部件要求具有變形剛度和抗凹陷性壳荣，主要使用抗 拉強(qiáng)度為 340-390MPa 的烘烤硬化鋼板（BH 鋼板）。BH 鋼板的屈服強(qiáng)度在烘烤 涂漆時(shí)升高汽心，可在不損失成形性的前提下吟钻，提高抗凹陷性，減薄鋼板⊙玻現(xiàn)在有的車 型已使用 440MPa 級(jí) BH 型高強(qiáng)度鋼板溶豌。新馬自達(dá) 2 的車身結(jié)構(gòu)中就使用了 440、 590葵昂、780 和 980Mpa 級(jí)別的高強(qiáng)度鋼板和超高強(qiáng)度鋼板桶淡。

2）車體框架：隨著正面撞擊、側(cè)面撞擊的撞擊安全性標(biāo)準(zhǔn)的提高寥掐，結(jié)構(gòu)件靴寂、 加強(qiáng)件等主要使用 590MPa 級(jí)高強(qiáng)度鋼板，也有廠家使用 780MPa 級(jí)召耘、980MPa 級(jí)高強(qiáng)度鋼板百炬。有些廠家甚至采用將 390MPa、440MPa 級(jí)高強(qiáng)度鋼板沖壓成形 后怎茫，對強(qiáng)化部分進(jìn)行高頻加熱和淬火收壕，以使部件局部抗拉強(qiáng)度達(dá)到 1200MPa，并 在沖壓加熱鋼板的同時(shí)進(jìn)行冷卻轨蛤，以使部件整體抗拉強(qiáng)度達(dá)到 1470MPa 的方法蜜宪。 此外，還有采用激光拼焊方法，將不同厚度圃验、不同材質(zhì)鋼板拼合起來掉伏，使材料配置 適用于所要求材質(zhì)和使用部位。

3）汽車底盤：汽車底盤的用材已從傳統(tǒng)的 440MPa 級(jí)熱軋板發(fā)展到 780MPa澳窑， 最大減重達(dá) 30%斧散。近年來，高強(qiáng)度鋼板在底盤上的使用比例正在急劇增加圾篱。今后啸席， 高強(qiáng)度鋼板的使用比例及更高強(qiáng)度鋼板的應(yīng)用有望進(jìn)一步提高。

多個(gè)項(xiàng)目證實(shí)高強(qiáng)度鋼能在不增加成本的條件下實(shí)現(xiàn)輕量化玫惧。根據(jù)《軋鋼》 雜志币皂，為了推進(jìn)高強(qiáng)度鋼在汽車上的應(yīng)用，國際鋼鐵協(xié)會(huì)組織開展了多個(gè)項(xiàng)目庞蠕， 包括超輕鋼制車（ULSAB）筋擒、先進(jìn)概念車超輕鋼制車身計(jì)劃（ULSAB-AVC）、未來 鋼制汽車（FSV）等则菌。

1）ULSAB 項(xiàng)目：主要目標(biāo)是減小車身質(zhì)量破卜、提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高安全性踏靴、 簡化制造工藝及降低生產(chǎn)成本廷前。ULSAB 車身重量 203kg，與對標(biāo)車相比減重 25%纺倍， 高強(qiáng)度鋼應(yīng)用比例 91%嗡身。冷沖壓成形應(yīng)用比例 42.8%，激光拼焊板應(yīng)用比例 44.9%讲仰， 液壓成形比例 9.3%慕趴。 2）ULSAB-AVC 項(xiàng)目：通過車輛的整體設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)車身的輕量化，高強(qiáng)度鋼 的應(yīng)用比例達(dá)到 97%鄙陡。在成形技術(shù)方面冕房，有 30%以上的零件采用激光拼焊板，20% 以上的零件采用液壓成形技術(shù)趁矾。 3）FSV 項(xiàng)目：表明先進(jìn)高強(qiáng)度鋼能夠達(dá)到碰撞安全五星評(píng)價(jià)的要求耙册，并降低 車輛在整個(gè)使用周期內(nèi)的總排放量，在不增加成本的條件下實(shí)現(xiàn)輕量化毫捣。

2.1.2. 鋁合金：減重性價(jià)比高详拙，中長期增量可觀

鋁合金減重效果、提升汽車性能蔓同、循環(huán)利用等優(yōu)勢顯著饶辙。鋁合金是地殼中含 量最為豐富的綠色金屬蹲诀，與其他材料相比，鋁件不但輕弃揽、比強(qiáng)度高管员，而且易于成 形，吸能效果好巷卵，耐腐蝕溅逃，循環(huán)利用價(jià)值大。此外帘衣，鋁合金在減重的同時(shí)少锭，能實(shí)現(xiàn) 汽車更好的剎車性、更優(yōu)的操控性税则、更好的駕駛舒適度和更突出的動(dòng)力豌挫。根據(jù)汽 車材料網(wǎng)，其具體優(yōu)勢優(yōu)勢在于：

1）減重纹轩、節(jié)能減排效果好。 ①減重效果宦噩。根據(jù)美國鋁業(yè)學(xué)會(huì)的報(bào)告缅科，汽車中每使用 1kg 鋁，可以獲得 2.2kg 的減重效果衰拄，且服役期內(nèi)將減少 20kg 尾氣排放耗跛。鋁合金由于密度較鋼材小，用在 汽車零部件上能夠?qū)崿F(xiàn)二次輕量化攒发。據(jù)美國鋁業(yè)公司的研究调塌，汽車典型零件用鋁 的一次輕量化效果可達(dá) 30%-40%（以高強(qiáng)度鋼代替普通鋼材能減重約 11%），二 次輕量化效果可提高至 50%惠猿。 ②減排效果羔砾。汽車的油耗一定程度上與整車質(zhì)量相關(guān)，一般而言偶妖，整車質(zhì)量 越大姜凄，汽車油耗越高。而二氧化碳排放量又與油耗呈正相關(guān)趾访。因此通過降低整車 質(zhì)量态秧，能夠減少汽車油耗，從而使得二氧化碳排放量減少扼鞋。

2）提高行駛性能申鱼、安全性能、舒適性及穩(wěn)定性云头。 ①行駛性能捐友。由于使用鋁合金能夠減輕汽車質(zhì)量晋粱，從而能夠減少百公里加速 時(shí)間，提升行駛性能跛脾。據(jù)美國鋁業(yè)協(xié)會(huì)研究批贴，若鋁合金在汽車中實(shí)現(xiàn) 25%的輕量 化效果，那么汽車加速到 96.56km/h 的時(shí)間就能夠縮短 4s癣跟。 ②安全性能用噪。在同樣設(shè)計(jì)要求條件下，鋁合金吸收碰撞的性能比鋼材優(yōu)異景顷。 因此當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)誓籽，與鋼材相比，鋁合金材料更容易形成褶皺和變形强男，會(huì)多 吸收 50%-70%的沖擊力洪业，從而提高汽車安全性。 ③舒適性及穩(wěn)定性眨仪。鋁合金在汽車上使用通常會(huì)使得汽車整體重心降低峭桅，汽 車駕駛的舒適性及穩(wěn)定性相應(yīng)得到提高。

3）裝配效率高柑爸、易回收吵护。鋁合金整體車身需要點(diǎn)焊的部分較少，加工工序縮 短表鳍，且其不易生銹馅而，不需要做防銹處理，可顯著提高汽車裝配效率譬圣。此外瓮恭，由于鋁 合金熔點(diǎn)較低，在使用期間腐蝕率低且程度輕微厘熟，因此便于回收利用屯蹦。

4）成本較碳纖維低、原材料自供率高绳姨。鋁合金價(jià)格僅高于高強(qiáng)度鋼颇玷，遠(yuǎn)低于 碳纖維復(fù)合材料。而鎂合金由于自身化學(xué)特性就缆，耐腐蝕性不及鋁合金帖渠，這一定程 度上限制了其在汽車領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。因此綜合而言资担，現(xiàn)階段鋁合金是理想的 汽車輕量化材料旬效。此外，我國氧化鋁踱孕、電解鋁產(chǎn)量均為世界第一讯匈，原材料自供率 高艾蜓。

鋁合金為輕量化最優(yōu)材料之一，中長期增量可觀策坏。與高強(qiáng)度鋼相比零反，鋁合金 由于密度低，減重效果更明顯烈肉，且不存在鎂合金易腐蝕迫讨、加工成本高昂以及碳纖 維原材料價(jià)格高、回收利用較為困難等問題甩高。此外凤阱，鋁合金優(yōu)良的金屬性質(zhì)使其 可以更好地結(jié)合結(jié)構(gòu)、工藝輕量化霸督，達(dá)到綜合減重的目的芹枷。《節(jié)能與新能源汽車技 術(shù)路線圖》中規(guī)劃了我國輕量化分階段目標(biāo)莲趣，2025 年與 2030 年單車鋁合金將分別達(dá)到 250kg鸳慈、350kg，用量將大幅超越高強(qiáng)度鋼喧伞。未來隨著輕量化趨勢不斷加深蝶涩， 輕量化材料、技術(shù)不斷提升絮识，鋁合金將成為汽車市場主要的材料，長期增量優(yōu)勢 明顯嗽上。

2.1.3. 工程塑料：由內(nèi)外飾件延伸至功能結(jié)構(gòu)件次舌，發(fā)展前景廣闊

塑料種類繁多，是汽車輕量化的重要材料兽愤。隨著汽車節(jié)能減排彼念、新能源汽車 的興起，汽車輕量化成為行業(yè)主流浅萧，塑料在汽車上的應(yīng)用也越來越多逐沙。根據(jù)各種 塑料不同的使用特性，通常將塑料分為通用塑料版挣、工程塑料和特種塑料三種類型蔓酣。 工程塑料用于汽車的主要作用是使汽車輕量化，從而達(dá)到節(jié)油高速的目的婆裹。發(fā)達(dá) 國家將汽車用塑料量作為衡量汽車設(shè)計(jì)和制造水平高低的一個(gè)重要標(biāo)志载甸，世界上 汽車塑料單用量最大的是德國，塑料用量占整體材料的 15%乱险。據(jù)汽車工藝師齐犀，新 能源汽車高壓電氣部分托习，在性能滿足要求的情況下將部分金屬更換為塑料可以減 重 30%左右。目前一輛純電動(dòng)車采用塑膠輕量化可減重 100KG 左右滥捣，實(shí)現(xiàn)節(jié)能 減排虏淋。工程塑料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用已從汽車用內(nèi)外飾零部件延伸至結(jié)構(gòu)性及功能性 部件。根據(jù)汽車材料網(wǎng)沦昆，車用塑料有很多以往傳統(tǒng)材料沒有的優(yōu)點(diǎn)尸查，主要表現(xiàn)在 重量輕、有良好的外觀裝飾效果夭寺、有多種實(shí)際應(yīng)用功能凛驮、有良好的理化性能、容易 加工成型条辟、節(jié)約能源黔夭，可持續(xù)利用等各方面。1）在汽車外裝件上的應(yīng)用是為了以 塑代鋼羽嫡，減輕汽車自重本姥。主要應(yīng)用包括：保險(xiǎn)杠、擋泥板杭棵、車輪罩婚惫、散熱器格柵、 擾流板等魂爪。2）在汽車內(nèi)裝件上的應(yīng)用是為了安全先舷、環(huán)保和舒適。主要應(yīng)用包括： 儀表板滓侍、車門內(nèi)板蒋川、副儀表板、雜物箱撩笆、座椅后護(hù)板等倡挚。3）結(jié)構(gòu)件和功能件主要 采用高強(qiáng)度的工程塑料，主要應(yīng)用包括：油箱筷疹、散熱器水室蒸拦、空濾器殼體、風(fēng)扇葉 片等瞳竖。

2.1.4. 碳纖維：減重幅度最大蜘把，成本高+回收利用困難制約發(fā)展

日美碳纖維發(fā)展處于領(lǐng)先地位，中國正加快發(fā)展步伐乡捧，2021 年碳纖維國產(chǎn)化 率水平已達(dá) 47%庆牵。我國碳纖維行業(yè)起步于 20 世紀(jì) 60 年代，幾乎和日美等國家同 時(shí)起步青蝗，但由于相關(guān)知識(shí)儲(chǔ)備不足遏填、知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬等問題配评，發(fā)展緩慢。同時(shí)氛赞，日本再拴、美國等國家對碳纖維核心技術(shù)形成壟斷，我國碳纖維生產(chǎn)技術(shù)和裝備水平整 體落后于國外赔癌。2000 年以來诞外，國家加大對于碳纖維領(lǐng)域自主創(chuàng)新的支持力度，將 碳纖維列為重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目灾票。伴隨著國家政策的大力扶持峡谊，國內(nèi)碳纖維行業(yè)在技術(shù) 上取得重大突破，產(chǎn)業(yè)化程度快速提升刊苍，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大既们，地區(qū)上目前已形成 以江蘇、山東和吉林等地為主的碳纖維聚集地正什。國內(nèi)主要企業(yè)有吉林化纖啥纸、中復(fù) 神鷹、中材科技婴氮、光威復(fù)材等斯棒。據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院，2021 年中國大陸地區(qū)碳纖維 產(chǎn)能首次超過美國成為全球最大產(chǎn)能國主经，產(chǎn)能達(dá)到 6.34 萬噸荣暮，占全球總產(chǎn)能比重 超過 30%，產(chǎn)量達(dá)到 2.43 萬噸仇钞，同比增長 30.03%嗡窑。

材料成本、加工工藝及材料回收再利用問題制約碳纖維在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用俐番。 根據(jù)汽車輕量化技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，當(dāng)前阻礙碳纖維材料在新能源汽車領(lǐng)域中得 到大范圍普及運(yùn)用的關(guān)鍵在于： 1）材料成本高昂绵扇。碳纖維材料與傳統(tǒng)的鋼材料及鋁合金相比較撇熬，其實(shí)際加工 更為昂貴，部分汽車采用碳纖維材料后仓煌，僅車身的材料成本價(jià)就高達(dá)上萬元烧已，部 分采用優(yōu)質(zhì)碳纖維材料的汽車車身甚至超過 2 萬元。 2）加工工藝局限使得碳纖維制品抗穿刺性能差熔徊。相對于傳統(tǒng)材料來說烘牌，碳纖 維材料抗剪斷能力較弱，因此在具體應(yīng)用過程中必須要進(jìn)行重疊成型朽晓，以此來保 障應(yīng)用后的質(zhì)量及效果撮点。此種生產(chǎn)工藝促使碳纖維材料具有良好的抗沖擊性能令聂， 但實(shí)際抗穿刺性能卻較差，在受力過大的情況下將會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件斷裂等問題固棚，并且 此問題在出現(xiàn)后無法進(jìn)行修復(fù)统翩，僅能夠更換處理。 3）材料回收再利用此洲。CFRP 不能自然降解厂汗，焚燒或填埋是早期通行的處理方 法，但 CFRP 廢棄物焚燒會(huì)產(chǎn)生大量有毒呜师、有害氣體娶桦，影響自然環(huán)境，同時(shí)填埋 焚燒后的廢渣也會(huì)造成土壤二次污染汁汗；而填埋法處理 CFRP 廢棄物在污染土壤同 時(shí)會(huì)占用大量土地資源衷畦。目前主要回收方法有機(jī)械回收法、熱回收法及溶劑回收 法等碰酝，但國內(nèi) CFRP 回收尚未形成規(guī)啮伲化、產(chǎn)業(yè)化送爸。

2.1.5. 鎂合金：減重效果僅次于碳纖維铛嘱，腐蝕問題和制造工藝難題有待突破

鎂合金性能優(yōu)點(diǎn)顯著，用于汽車殼體窗蠕、支架波烘、扶手結(jié)構(gòu)以及汽車顯示系統(tǒng)等 多領(lǐng)域。鎂合金作為最輕的金屬材料骏疆，具有密度低亥矿、強(qiáng)度高、散熱性能好潜佑、抗震減 噪性能優(yōu)等特征锨飞。壓鑄鎂合金的密度僅為鋁合金的 2/3，鋼鐵的 1/4镐准，比強(qiáng)度和比 剛度均優(yōu)于鋼和鋁合金徘敦，遠(yuǎn)高于工程塑料。由于其特性優(yōu)良诈金，可用于汽車殼體虾钾、支 架、扶手結(jié)構(gòu)以及汽車顯示系統(tǒng)等多領(lǐng)域拐棺，目前市場客戶群體對于車燈散熱支架透嫩、 儀表盤支架、轉(zhuǎn)向支架、中控骨架以及車載顯示屏框架等車身部件關(guān)注度相對較 高干签，接受程度較好津辩。

據(jù) AEE 汽車技術(shù)平臺(tái)，鎂合金材料的成形方法分為鑄造加工成形和塑性成 形筒严，制造工藝同樣制約了鎂在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用丹泉。 1）鑄造成形。當(dāng)前主要運(yùn)用方法鸭蛙，且壓鑄方法是鎂合金鑄造成形方法中應(yīng)用 最廣泛的摹恨。最近發(fā)展起來的鎂合金壓鑄新技術(shù)包括充氧壓鑄和真空壓鑄，充氧壓 鑄在生產(chǎn)汽車鎂合金零部件上的應(yīng)用較廣泛娶视，真空壓鑄可生產(chǎn)出 AM60B 鎂合金 汽車方向盤和輪轂晒哄。鎂合金成形以鑄造工藝為主，但鑄件的缺陷限制了鎂合金性 能的提高肪获，局限了鎂合金的廣泛應(yīng)用寝凌。 2）塑性成形。鎂合金使用塑性成形方法孝赫，可有效地消減鑄件缺陷的影響央颈，通 常采用熱處理強(qiáng)化和形變強(qiáng)化可明顯地提高合金的性能，但由于鎂的密排六方結(jié) 構(gòu)岗制，變形難度比鋼械耙、鋁和銅等要大。如果直接運(yùn)用鋁合金已有的塑性成形方法刷男，往 往會(huì)使得鎂合金材料的成品率很低袖蝙，使塑性加工成形成本過高，影響了鎂合金在 各領(lǐng)域的應(yīng)用剪碱。因此羊耸，加快發(fā)展鎂合金塑性成形方法也是研究的熱點(diǎn)和發(fā)展的趨 勢。

2.2. 結(jié)構(gòu)輕量化：幾種方式各具優(yōu)勢穆递，拓?fù)鋬?yōu)化為事前優(yōu)化極具應(yīng)用價(jià)值

據(jù)《汽車結(jié)構(gòu)輕量化的研究與進(jìn)展》葵伟，結(jié)構(gòu)輕量化是指通過參數(shù)優(yōu)化（尺寸、 形狀词惭、位置和厚度等）夕谬、形貌優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化等方式對零件進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)莫辨，在 剛度傲茄、強(qiáng)度保持不變或增加的基礎(chǔ)上毅访，改變零部件的形狀和形式沮榜，以減少重量。

1）尺寸優(yōu)化：發(fā)展最早，也是最為成熟的一種汽車結(jié)構(gòu)輕量化技術(shù)蟆融。尺寸優(yōu) 化的原理是在結(jié)構(gòu)的類型草巡、材料、外形以及布局給定的情況下型酥，以滿足典型工況 下的剛度山憨、強(qiáng)度和模態(tài)為約束條件，以汽車結(jié)構(gòu)質(zhì)量最小作為目標(biāo)函數(shù)弥喉，將部件 的尺寸作為設(shè)計(jì)變量郁竟，來搭建優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的一種優(yōu)化方法。王繼峰《參數(shù)優(yōu)化 技術(shù)在汽車車架輕量化中的應(yīng)用》一文中以車架厚度為自變量由境，對重型汽車車架 進(jìn)行了結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)棚亩，經(jīng)過優(yōu)化后，車架部分梁厚度減小虏杰，車架總質(zhì)量由 691kg 降低到 654kg腹瞒，減輕了 5.4%輕量化效果顯著。

2）形狀優(yōu)化：不改變現(xiàn)有拓?fù)淠Ｊ较滤豪蓿粤悴考膸缀瓮庑巫鳛樵O(shè)計(jì)變量進(jìn) 行優(yōu)化孝尺，結(jié)構(gòu)受力更均勻，材料利用更充分泉蠢。形狀優(yōu)化的主要原理是在汽車結(jié)構(gòu) 的類型洼宪、布局和材料給定的情況下，對結(jié)構(gòu)的幾何外形進(jìn)行改變费赋，使得結(jié)構(gòu)受力 更加均勻困碰，材料利用更加充分，從而達(dá)到汽車結(jié)構(gòu)輕量化尽瑰。一般而言西龟，形狀優(yōu)化 主要分為有參形狀優(yōu)化（對于形狀規(guī)則的結(jié)構(gòu)，將結(jié)構(gòu)的幾何外形進(jìn)行參數(shù)化奠拢， 然后對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化）和無參形狀優(yōu)化（對于形狀不規(guī)則的結(jié)構(gòu)镣学，以形狀變量為 設(shè)計(jì)變量，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀優(yōu)化）瘟则。

3）形貌優(yōu)化：能在減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)能滿足強(qiáng)度黎炉、頻率等要求，尤其適合 用于板殼結(jié)構(gòu)醋拧。形貌優(yōu)化的原理是以加強(qiáng)筋慷嗜、凹凸結(jié)構(gòu)的形狀、位置和數(shù)量等為 變量丹壕，在不顯著增加質(zhì)量的條件下庆械，以形狀為變量改善鈑金結(jié)構(gòu)件的剛度及模態(tài) 等薇溃。形貌優(yōu)化由于不刪除材料，能在減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量的同時(shí)能滿足強(qiáng)度缭乘、頻率等要 求沐序，可以靈活設(shè)定平面起筋的類型，包括高度堕绩，寬度和角度策幼，從而滿足工藝要求， 尤其適合用于板殼結(jié)構(gòu)奴紧。

4）拓?fù)鋬?yōu)化：在結(jié)構(gòu)布局尚未確定的情況下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)特姐，極具應(yīng)用價(jià)值。 與尺寸優(yōu)化和形狀優(yōu)化不同冬蝶，而拓?fù)鋬?yōu)化是在概念設(shè)計(jì)階段搜计，在布局尚未確定的 情況下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，是有限元分析和數(shù)學(xué)優(yōu)化方法的有機(jī)結(jié)合娘介。其原理是是在 指定的設(shè)計(jì)空間內(nèi)杉藐，在滿足約束條件和設(shè)計(jì)目標(biāo)的前提下，在一個(gè)給定的空間區(qū) 域內(nèi)用载，依據(jù)已知的外載及支承等約束條件攒置，尋找承受單載荷或多載荷物體的最佳 結(jié)構(gòu)材料分配方案，從而使結(jié)構(gòu)的剛度達(dá)到最大或使輸出位移披蚕、應(yīng)力等均達(dá)到規(guī) 定要求的一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法尖坦。其優(yōu)點(diǎn)在于可以避免設(shè)計(jì)的盲目，提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的 效率讹渴，用較少的材料生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品装屈，達(dá)到結(jié)構(gòu)輕量化等工程目的。

2.3. 工藝輕量化：多種輕量化工藝協(xié)同發(fā)展擒欢，熱成形過去十年應(yīng)用廣泛

輕量化工藝作為汽車輕量化的三大途徑之一路学，可以從制造層面有效地幫助汽 車達(dá)到節(jié)能減重的效果。汽車輕量化技術(shù)追求在保證汽車使用性能盒件、安全性和性 價(jià)比的前提下蹬碧，將輕量化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與多種輕量化材料、輕量化工藝技術(shù)集成應(yīng)用炒刁， 降低汽車的整車質(zhì)量恩沽，從而減少燃料消耗，提高汽車動(dòng)力翔始，減輕排放污染罗心。工藝輕 量化以汽車整體輕量化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，綜合考慮所采用輕量化材料的特性城瞎、輕量化 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求和產(chǎn)品成本控制而采用的制造技術(shù)渤闷。

1）激光拼焊：可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接

激光拼焊技術(shù)是指采用先進(jìn)的激光技術(shù)及設(shè)備俏脊，將一定數(shù)量的不同材質(zhì)、厚 度肤晓、涂層的鋼材、鋁合金等材料通過自動(dòng)拼合和焊接組成一塊整體板材认然，通過沖 壓制造成為零部件补憾，用以滿足不同的零部件因作用不同而需具有不同材料性能、 厚度及抗腐蝕性等要求反俱。根據(jù)零部件的構(gòu)造及功能需求忱厨、材料性質(zhì)及厚度等要素 的區(qū)別，汽車車身焊接所采用的激光拼焊技術(shù)主要包含直線焊接炸一、折線焊接鲤瞪、曲 線焊接、多零件組合焊接等形式校槐，利用激光設(shè)備采用拼焊方式將不同性質(zhì)的材料 焊接成拼焊板揉拯，進(jìn)而沖壓形成最終所需的零部件，這樣的工藝使得現(xiàn)代汽車既輕 便又節(jié)能另焕。

2）液壓成形：可將形狀復(fù)雜液斩、要求高精度、空心化的零部件一次整體成形

液壓成形是以液體為傳力介質(zhì)惦鄙，在液體壓力和模具型腔的共同作用下谤赛，將標(biāo) 準(zhǔn)的管材或板材制成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的單一整體結(jié)構(gòu)件，用其代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接或鑄造工藝, 既節(jié)省工序又發(fā)揮了材料的最大效能喧久。高強(qiáng)鋼的液壓成形技術(shù)可以在保持各項(xiàng)安 全性能指標(biāo)的同時(shí)追城，實(shí)現(xiàn)減重與空間合理利用。液壓成形可分為板料液壓拉深成 形燥撞、管材液壓脹形座柱、殼體液壓成形。按照模腔內(nèi)液體所承受壓力大小差異物舒，還可以 劃分為高壓成形和低壓成形兩種辆布。

3）熱成形：過去十年的首選技術(shù)

熱成形技術(shù)是將板材加熱到奧氏體溫度后，然后在模具中進(jìn)行熱成形茶鉴，經(jīng)通 水冷卻锋玲，在保持零件良好形狀的前提條件下得到高強(qiáng)度的馬氏體組織。熱成形工 藝能夠很好地解決冷成形過程中存在裂紋涵叮、回彈惭蹂、起皺等缺點(diǎn)，該方法制造的零件滿足汽車輕量化中重量輕割粮、強(qiáng)度高等特點(diǎn)盾碗，符合生產(chǎn)及市場需求媚污，在過去十年 中迅速發(fā)展成為汽車制造中首選的制造工藝技術(shù)。

三種汽車工藝輕量化技術(shù)具有不同的優(yōu)勢廷雅，未來可以根據(jù)汽車不同部分零部 件的特點(diǎn)和需求選擇對應(yīng)的技術(shù)皿掂。激光拼焊技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以將不同厚度、 不同材質(zhì)唆逻、不同強(qiáng)度般供、不同沖壓性能和不同表面處理狀況的板坯拼焊在一起，再 進(jìn)行沖壓成形唇墅。液壓成形技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以將形狀復(fù)雜栅告、要求高精度、空 心化的零部件一次整體成形特奇，適用于汽車領(lǐng)域的沿構(gòu)件軸線變化的圓形域抚、矩形截 面或各種異形截面空心構(gòu)件，例如排氣管道剧么、發(fā)動(dòng)機(jī)涵蔓、副車架主管等部分，具有提 高成形件的強(qiáng)度與剛度苫治、減少模具數(shù)量鬓预、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢。熱成形技術(shù)適用 于對舒適性颜说、強(qiáng)度和安全性要求高的零件购岗，典型的熱沖壓零件有前、后門左右防 撞桿（梁）门粪，前后保險(xiǎn)杠橫梁喊积，A/B 柱、地板中通道和車頂加強(qiáng)梁玄妈、懸置固定架等 部分乾吻，在不降低安全性的同時(shí)，達(dá)到降低汽車重量的輕量化目的拟蜻。

4）壓力鑄造：鑄造方法多樣绎签，各有優(yōu)劣

壓力鑄造是一種將液態(tài)或半固態(tài)金屬或合金，或含有增強(qiáng)物相的液態(tài)金屬或 合金酝锅，在壓力下以較高的速度填充入壓鑄型的型腔內(nèi)诡必，并使金屬或合金在壓力下 凝固形成鑄件的鑄造方法。壓力鑄造可分為低壓壓鑄搔扁、高壓壓鑄爸舒、真空高壓鑄造、 差壓鑄造遇冶、擠壓鑄造等材又。

5）連接技術(shù)：輕量化關(guān)鍵技術(shù)之一枫须，復(fù)合連接可使不同連接方式優(yōu)勢互補(bǔ)

連接技術(shù)是輕量化制造技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，它關(guān)系到被連接結(jié)構(gòu)的性 能药屠、重量新俗、加工工藝、裝配崇旺、安全與回收等諸多方面都鸳。傳統(tǒng)的連接技術(shù)主要有電 阻點(diǎn)焊和情性氣體保護(hù)焊接/活性氣體保護(hù)焊接（MIG/MAG）。但隨著越來越多的 材料輕量化設(shè)計(jì)需要皱蝙，激光焊接、鉚接與自沖鋼接涕肪、粘接及復(fù)合連接等新的連接 技術(shù)逐步發(fā)展并得到越來越多的應(yīng)用矮层。機(jī)械連接技術(shù)包括壓焊、鉗鉚锌烫、自沖鉚接晓言、 盲鉚和折疊等。采用機(jī)械連接技術(shù)代替電阻點(diǎn)焊其優(yōu)點(diǎn)在于：可用于多種材料組 合或夾層材料啸盏，允許表面帶有涂層重贺，不需加熱（變形小、不改變材料性能）回懦，無需 預(yù)處理及加工气笙。粘接技術(shù)是指利用適宜的膠黏劑作為工藝材料，采用適當(dāng)?shù)慕宇^ 形式和合理的粘接工藝而達(dá)到連接目的怯晕。粘接連接產(chǎn)生連續(xù)的連接潜圃，應(yīng)力分布更 加均勻，因而與點(diǎn)焊和機(jī)械連接的局部的舟茶、斷續(xù)的連接相比谭期，提高了連接剛度。

3. 一體化壓鑄助力整車制造成本下探吧凉、效率提升

3.1. 一體化壓鑄降本增效隧出，設(shè)備成本、模具制造難度阀捅、材料要求為主要壁 壘

一體化壓鑄將傳統(tǒng)汽車生產(chǎn)中沖壓和焊裝整合為壓鑄胀瞪，工藝高度簡化。傳統(tǒng) 汽車生產(chǎn)制造由沖壓芳倒、焊裝念澜、涂裝、總裝四大工藝組成牌度。其中禾样，沖壓就是將金屬板 材壓制成車身所需的各個(gè)組成部件驱香，而后再采用焊接或鉚接組合的方式制造出大 型鋁制件。而一體化壓鑄則是采用特大噸位壓鑄機(jī)怨瑰，把沖壓與焊裝改為壓鑄示奉，前 兩步合成一步，將多個(gè)單獨(dú)惨琼、分散的零部件高度集成皇铝，直接鑄造出大部件。

一體化壓鑄模式與傳統(tǒng)“沖壓+焊接”模式相比涧馋，其優(yōu)勢表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）生產(chǎn)線锡胡、材料、人力三重降本蚜懦。 ①生產(chǎn)線建設(shè)成本及占地面積降低绘雁。傳統(tǒng)汽車制造工藝由于需要單獨(dú)加工的 零部件眾多，每個(gè)零部件均需布置機(jī)器和模具援所，以及生產(chǎn)線周邊的機(jī)器臂庐舟、傳輸 線、夾具等住拭，全套生產(chǎn)線規(guī)模大挪略、占地多、成本高滔岳。相較而言杠娱，一體化壓鑄將多 個(gè)單獨(dú)、分散的零部件高度集成谱煤，僅需要 1 大型壓鑄機(jī)墨辛，少量輔機(jī)及模具，省去 了熱處理設(shè)備趴俘、塑型設(shè)備睹簇、鈍化設(shè)備等，產(chǎn)線建設(shè)成本及占地面積大幅下降寥闪， 采用大型壓鑄機(jī)后太惠，工廠占地面積減少了 30%。 ②材料利用率提升椭梁。傳統(tǒng)車身在沖壓過程中原材料不可避免地會(huì)產(chǎn)生邊角料逼读， 且其用料復(fù)雜，不同零部件通常對應(yīng)不同種類及材料型號(hào)捻奉，傳統(tǒng)沖壓-焊接工藝青先， 通常板材利用率僅為 60%-70%。然而一體化壓鑄是將液體金屬一比一等同于鑄件 用料，材料利用率更高委鸯。此外由于僅使用單一鋁合金脓大，車身回收后可直接融化重 制，回收利用率在 90%以上菲国。 ③人力成本降低过桌。傳統(tǒng)車身制造涉及焊接工序，焊接點(diǎn)眾多射屿，需要大量的焊 接技術(shù)工人诚摹，目前國內(nèi)主流焊裝工廠通常配備 200-300 個(gè)工人。采用一體壓鑄技 術(shù)后殴胧，由于焊接點(diǎn)減少渗稍，所需的技術(shù)工人至少可縮減到 30-40 人。

2）工藝流程簡化团滥，生產(chǎn)效率提升竿屹。 傳統(tǒng)車身的制造工藝主要分為沖壓-焊裝-涂裝-總裝四大環(huán)節(jié)。主車廠采購由 全國各供應(yīng)商通過沖壓惫撰、壓鑄制造的多個(gè)結(jié)構(gòu)件羔沙，將之組裝連接（包括焊接躺涝、鉚 接厨钻、涂膠等）在一起，形成汽車的白車身總成坚嗜。而一體化壓鑄工序中沖焊與熱處理 工作量減少夯膀、省去大量涂膠工藝環(huán)節(jié)，生產(chǎn)效率得到大幅提升苍蔬。特斯拉 Model Y 后地板采用一體式壓鑄工藝诱建，所有零件一次壓鑄成型，應(yīng)用了新合金材料碟绑，一體 壓鑄的后地板總成不再熱處理武骆，制造時(shí)間由傳統(tǒng)工藝的1h-2h縮減至3min-5min。

3）車身重量減輕溃杖，減少電池裝機(jī)量硝锨。 根據(jù)車乾信息，電池降本是鋼換鋁式車身材料增加成本的 6.6 倍卢圈。特斯拉新 一代一體壓鑄底盤有望降低 10%車重储佣，對應(yīng)續(xù)航里程增加 14%。以普通電動(dòng)車電 池容量 80kwh 為例借衅，若采用一體壓鑄車身減重并保持續(xù)航里程不變位蓉，則電池容量 可減少約 10kwh。按照磷酸鐵鋰電池 pack 成本 800 元/kwh 計(jì)算鹊属，則可降低成本 8000 元冶媚。

除上述優(yōu)勢外聪戳，一體化壓鑄同樣具有一定劣勢或是進(jìn)入壁壘，具體而言：

1）設(shè)備投入成本高太迈。一體化壓鑄件的投影面積更大针执，壓鑄機(jī)需要更大的鎖模 力防止模具脫落，目前市場上最大規(guī)格的壓鑄機(jī)為 12000T围辙。隨著鎖模力提升我碟，一 臺(tái)重型壓鑄機(jī)的采購價(jià)往往要上億，而傳統(tǒng)沖壓機(jī)僅需千萬元姚建。

2）模具制造難度提升矫俺。模具是決定零部件的精密程度，支撐零部件強(qiáng)度的關(guān) 鍵掸冤。壓鑄模具較為復(fù)雜厘托，加工成本高，隨著壓鑄機(jī)鎖模力不斷提升稿湿，對模具抗壓 力铅匹、形狀設(shè)計(jì)要求提升明顯，模具的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于需要考慮熱平衡饺藤、脫模包斑、進(jìn)漿料 方向等等諸多問題。此外模具原材料的選取與創(chuàng)新也至關(guān)重要涕俗，材料端需要較高 的高熱穩(wěn)定性罗丰、高溫強(qiáng)度、耐磨性山堵、韌性腊囤、導(dǎo)熱性等性能。

3）原材料需要免熱處理高強(qiáng)韌鋁合金硅决。一體化壓鑄零件通常具有尺寸大韭展、壁 厚薄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)拂是，這就對鋁合金材料性能提出了更高的要求酬裆。綜合考慮使 用性能、工藝特點(diǎn)和生產(chǎn)條件等因素责祥，一體化壓鑄鋁合金材料不僅在常規(guī)性能上 比普通壓鑄高牡增，而且還有其獨(dú)特的要求。包括高韌性壳坞、優(yōu)異的鑄造性能柑耙、高的連接 包容性、更高的微量元素和雜質(zhì)元素的容忍度以及長效高效的變質(zhì)劑。

4）工藝復(fù)雜雷鸟，對參數(shù)經(jīng)驗(yàn)要求高雇寇。一體化壓鑄工藝復(fù)雜，全工藝要素均有較 高要求蚌铜。壓鑄工藝對生產(chǎn)合格的汽車結(jié)構(gòu)件十分重要锨侯，正確地選擇壓射模式、壓 射參數(shù)等有利于減少壓鑄件中的缺陷冬殃。壓鑄冷卻水的布局囚痴、周邊機(jī)的設(shè)置、采用 的壓力參數(shù)等是通過多年項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)積累下來的审葬，因此如果要保證較高的產(chǎn)品良 率深滚，需要多年壓鑄參數(shù)經(jīng)驗(yàn)的累積。

3.2.上游：材料端競爭充分涣觉，模具端未上市企業(yè)為主痴荐，設(shè)備端力勁科技位居龍頭

1）材料：一體化壓鑄需要免熱處理鋁合金材料

熱處理易致大尺寸壓鑄件形變，免熱處理材料成為重要技術(shù)壁壘官册。熱處理是 保障壓鑄零部件機(jī)械性能的有效途徑生兆，但也易引起汽車零部件尺寸變形及表面缺 陷。一體化壓鑄的大型鋁合金部件對精度要求較高膝宁，熱處理過程易引起汽車零部 件尺寸變形及表面缺陷鸦难，雖然通過矯正工藝可以改善一定的尺寸精度，但會(huì)降低 良品率嚎区，導(dǎo)致成本急劇上升拘挡，因此免熱處理鋁合金材料是大型一體化壓鑄結(jié)構(gòu)件 的關(guān)鍵疚都。國外免熱處理鋁合金材料廠商主要有美國鋁業(yè)蝶桑、德國萊茵菲爾德和特斯 拉，國內(nèi)廠商正在積極研發(fā)哥笤，目前立中集團(tuán)窄切、上海交大、廣東鴻圖协悼、湖北新金洋已 研制成功炫胡。

2）模具：6000 噸模具已量產(chǎn)，12000 噸正在研發(fā)中

一體化壓鑄對模具的強(qiáng)度及韌性要求更高残昔。與其他鑄造工藝相比狗城，壓鑄工藝 特性主要體現(xiàn)在“高速充型與高壓凝固”上，在溫度物即、真空蚊楞、成型方案、工藝參 數(shù)、后處理等方面都比傳統(tǒng)鑄造工藝存在更高要求澈驼。相比普通壓鑄的模具辛燥，一體 化壓鑄模具更復(fù)雜，對強(qiáng)度和韌性要求更高缝其。一般壓鑄廠商不具備大型壓鑄模具 的設(shè)計(jì)能力挎塌，通過外部采購來滿足需求，目前我國的大型壓鑄模具廠商主要有廣 州型腔内边、寧波臻至榴都、寧波賽維達(dá)、合力科技等漠其。

3）壓鑄機(jī)：力勁科技為行業(yè)龍頭缭贡，12000 噸以上壓鑄機(jī)有望助力整車級(jí)別一 體化壓鑄件

大型壓鑄機(jī)是汽車實(shí)現(xiàn)一體化壓鑄的基礎(chǔ)。根據(jù)佐思汽研辉懒，一般來說一體化 壓鑄所需要的壓鑄機(jī)鎖模力都在 6000T 以上阳惹，當(dāng)前全球能生產(chǎn) 6000T 壓鑄機(jī)的 企業(yè)有海外的意德拉集團(tuán)（力勁科技全資子公司）和瑞士布朗集團(tuán)，國內(nèi)的力勁 科技眶俩、海天金屬和伊之密琢播，其中力勁科技為國內(nèi)龍頭。更大噸位的壓鑄機(jī)意味著壓鑄件的尺寸和結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步突破荠补，目前特斯拉茄颈、力勁科技瞭剧、廣東鴻圖遣株、海天金 屬等企業(yè)均在研發(fā) 12000 噸以上的壓鑄機(jī)倍试。2022 年 9 月涣脚，力勁科技與廣東鴻圖 發(fā)布 12000 噸超大型智能壓鑄單元惩阶，這是迄今為止全球最大噸位的壓鑄機(jī)鸿竖，有望 助力整車級(jí)別一體化壓鑄件盅力。

3.2.2. 中游：文燦伶肚、鴻圖等布局企業(yè)數(shù)量多冀肆，壓鑄制造行業(yè)集中度較低

目前國內(nèi)壓鑄行業(yè)集中度較低铆寓，參與企業(yè)眾多。根據(jù)文燦股份招股說明書凄恤， 截至 2016 年國內(nèi)注冊壓鑄相關(guān)企業(yè)超 12600 家陵蜻，企業(yè)主要分布在廣東、江蘇嘿辟、 浙江舆瘪、重慶、山東等地红伦，生產(chǎn)規(guī)模較大英古、專業(yè)化程度較高的企業(yè)主要集中在珠三角 和長三角地區(qū)堤舒。國內(nèi)自主品牌的汽車壓鑄供應(yīng)商可分為兩大類，一類是下游主機(jī) 廠配套壓鑄事業(yè)部或壓鑄子公司哺呜，為主機(jī)廠提供壓鑄件產(chǎn)品配套舌缤，如長城汽車的 壓鑄事業(yè)部、比亞迪的弗迪精工某残、一汽集團(tuán)旗下的一汽鑄造等国撵。另一類是第三方 汽車壓鑄件供應(yīng)商，其中僅少數(shù)企業(yè)具備生產(chǎn)中大型壓鑄產(chǎn)品能力玻墅。

3.3. 特斯拉引領(lǐng)輕量化發(fā)展介牙，大眾、新勢力等紛紛跟進(jìn)

3.3.1. 特斯拉：率先推出一體化壓鑄澳厢，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向

特斯拉率先推出一體化壓鑄后車身环础，Model Y 的后車身實(shí)現(xiàn)減重提效。2020 年 4 月 30 日姊康，特斯拉在一季度財(cái)報(bào)文件中首次披露了 Model Y 的一體壓鑄后車 身岗翔。和 Model 3 相比，這塊區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了將 70 個(gè)零件精簡為 1 個(gè)零件的進(jìn)步碎瓢。將 Model 3 后車身 70 個(gè)零件合而為一之后蹲鱼，Model Y 的后車身制造時(shí)間大大縮短， 是 Model 3 的幾分之一戴仁。此外哲耐，盡管 Model Y 相比 Model 3 尺寸全面增大，但Model Y 的一體壓鑄后車身僅重 66 公斤贱僚，反而比尺寸更小的 Model 3 同樣部位輕 了 10-20 公斤鳞爱。

后底板成功減重后，Model Y 實(shí)現(xiàn)一體式壓鑄后底板總成吝沃。根據(jù)汽車工藝師 公眾號(hào)便师，2020 年 9 月特斯拉宣布 Model Y 將采用一體式壓鑄后地板總成，原來通 過零部件沖壓俐逛、焊接組裝的后地板總成將采用一體式壓鑄一次成型乙淡，相比原來形 式可減少 79 個(gè)部件绊含，焊點(diǎn)由 700-800 個(gè)減少到 50 個(gè)桑嘶，同時(shí)由于應(yīng)用了新型鋁合 金材料，特斯拉一體壓鑄的后地板總成不需要進(jìn)行熱處理躬充，整個(gè)制造時(shí)間由傳統(tǒng) 工藝的 1-2h 縮減至 3-5min逃顶，并且能夠在廠內(nèi)直接供貨，整體制造成本下降 40%充甚。 同時(shí)以政，特斯拉宣布下一步計(jì)劃將應(yīng)用 2-3 個(gè)大型壓鑄件替換由 370 個(gè)零件組成的 整個(gè)下車體總成霸褒，質(zhì)量將進(jìn)一步降低 10%，對應(yīng)續(xù)航里程可增加 14%盈蛮。此外废菱，特 斯拉已經(jīng)申請采用巨型壓鑄設(shè)備一次壓鑄整個(gè)白車身的專利技術(shù)。

前身車和 Cybertruck 一體化壓鑄接力后底板總成抖誉。Model Y 后底板總成采 用的是 6000 噸壓鑄機(jī)殊轴，而要實(shí)現(xiàn)前身車和 Cybertruck 一體化壓鑄需要更大鎖模 力的壓鑄機(jī)。2020 年 3 月特斯拉在財(cái)報(bào)會(huì)上宣布已經(jīng)訂購 8000 噸壓鑄機(jī)用來生 產(chǎn) Cybertruck 車身后底板袒炉。Cybertruck 采用一體成形金屬無烤漆框架將鐵旁理、鋁、 硅和鎂等金屬塊送進(jìn)爐內(nèi)思早，以攝氏 850 度高溫熔化后个宾，通過多道的氣體、碳化硅 等物質(zhì)加工包萧，將液態(tài)金屬灌入模具颁音，高壓成形后以機(jī)械手臂取出，再通過 X 光和 激光檢驗(yàn)加工荠划，完成整個(gè)工序冤兄。 根據(jù)電動(dòng)新視界，Giga Press 壓鑄機(jī)和鋁合金配方為特斯拉一體化壓鑄的壁 壘杀铆。特斯拉的一體化壓鑄機(jī) Giga Press沮汇，由特斯拉和壓鑄機(jī)廠商 IDRA Group 聯(lián) 合定制，深度參與了軟硬件的設(shè)計(jì)制造抚袁，其大小與房子相當(dāng)嬉咐，長 19.5 米、高 5.3 米多尺，重達(dá) 410 噸绕睹。除了壓鑄機(jī)定制設(shè)計(jì)與開發(fā)的技術(shù)壁壘之外，如果沒有大批量 生產(chǎn)帶來的規(guī)模效益憨琳，車企很難分?jǐn)倝鸿T工藝使用的昂貴的壓鑄機(jī)和壓鑄模具的 綜合成本诫钓。Giga Press 所使用的鋁合金材料是特斯拉為改進(jìn)生產(chǎn)工藝的獨(dú)家配方， 是一種不需要涂層和熱處理的高強(qiáng)度合金篙螟。由前蘋果合金專家查爾斯·柯伊曼主 導(dǎo)研發(fā)菌湃，柯伊曼 2016 年加入特斯拉，同時(shí)領(lǐng)導(dǎo)特斯拉和 Space X 的材料工程團(tuán) 隊(duì)遍略。

CTC 技術(shù)配合一體化壓鑄技術(shù)惧所，開辟新方向。在 2020 年 9 月的電池日上绪杏， 特斯拉發(fā)布了全新的整包封裝技術(shù) CTC（Cell to Chassis）下愈，即取消 Pack 設(shè)計(jì)纽绍， 直接將電芯或模組安裝在車身上。CTC 技術(shù)有助于將車輛的結(jié)構(gòu)平臺(tái)進(jìn)一步單元 化势似，從而進(jìn)一步降低制造成本拌夏。馬斯克曾表示，采用了 CTC 技術(shù)后履因，配合一體化 壓鑄技術(shù)拿酱，可以節(jié)省 370 個(gè)零部件，為車身減重 10%那赘，將每千瓦時(shí)的電池成本降 低 7%企恢。除特斯拉，寧德時(shí)代計(jì)劃在 2025 年實(shí)現(xiàn)集成化 CTC朦我，2030 年實(shí)現(xiàn)智能 化 CTC弓聋。根據(jù)寧德時(shí)代董事長曾毓群介紹，寧德時(shí)代的集成化 CTC 技術(shù)不僅會(huì) 重新布置電池袜娇，還會(huì)納入包括電機(jī)纷炼、電控、DC/DC输跑、OBC 等動(dòng)力部件桂葛。

3.3.2. 大眾：全新 SSP 平臺(tái)將引入一體化壓鑄，后車身一體式鋁壓鑄樣件成功下線

大眾汽車 MLB-evo 平臺(tái)混合車身結(jié)構(gòu)材料輕量化营将，采用 52%高強(qiáng)度鋼材和 48%鋁合金材料秀裂，減重同時(shí)整車性能提升。占比 13%的熱成型鋼被用于需要極高 強(qiáng)度的 A冗美、B 柱等關(guān)鍵位置魔种，1400mPA 抗拉強(qiáng)度保證駕駛艙在受到碰撞后依然為 駕乘者提供周全保護(hù)；使用比例達(dá) 39%的冷成型鋼則被用于前圍板粉洼、前后翼子板 等部位节预，防止在駕駛艙被擠壓時(shí)發(fā)生車門無法打開的情況。發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋板属韧、前后 車門板及側(cè)圍板等部位的鋁制板材占車身選材的 30%安拟，在保證輕量化的同時(shí)，還 與采用擠壓鋁型材的防撞梁宵喂、吸能盒等一同吸收和弱化碰撞時(shí)激發(fā)的能量糠赦。此外， 15%鋁鑄件材料加持于前后避震器支座等部件也令整車性能得到進(jìn)一步提升樊破。

全新一代途銳是首款使用混合式車身結(jié)構(gòu)的 SUV愉棱，實(shí)現(xiàn)減重 106 公斤。MLB Evo 平臺(tái)采用了縱置發(fā)動(dòng)機(jī)布局哲戚，使得車身前后配重更加平衡奔滑，同時(shí)動(dòng)力配置自 由度也更高。更合理的布局和輕量化設(shè)計(jì)顺少，不僅能夠提升車輛舒適性迈壤，也能提升 駕控體驗(yàn)。大眾官網(wǎng)顯示磕裂，作為誕生于 MLB Evo 平臺(tái)的杰出之作趟雄，全新一代途銳 是首款使用混合式車身結(jié)構(gòu)的大眾汽車品牌 SUV 車型。其不僅將混合式車身結(jié)構(gòu) 的眾多優(yōu)點(diǎn)集于一身印姑，而且縱置發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)也能大幅提升車輛的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)性能窖夸。 根據(jù)大眾官網(wǎng)數(shù)據(jù)，上述技術(shù)的運(yùn)用讓全新一代途銳在重量減輕 106 公斤的同時(shí)狮贪， 安全性也有所保障杂员，取得了歐盟新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)碰撞測試五星安全認(rèn)證。

4 種輕量化材料+14 種車身連接工藝尾杆，奧迪 A8 全新推出设塑。

1）材料：根據(jù) AI 汽車制造業(yè)數(shù)據(jù)，新一代奧迪 A8 車身材料除了鋁合金狗丙、高 強(qiáng)度合金鋼譬奈、鎂合金外，首次應(yīng)用了碳纖維復(fù)合材料暇昂，占比分別為 58%莺戒、40.5%、 0.5%急波、1%脏毯。車身的整體框架由鋁型材搭建，關(guān)鍵部位采用鋁制鑄件進(jìn)行聯(lián)接幔崖，保 證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度食店，車身表面采用鋁制鈑金件。碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用使得后座背板密 度減少 45%赏寇，重量減輕 50%吉嫩。四種材料如果按照種類再進(jìn)行細(xì)分的話，材料種類 可以達(dá)到 29 種嗅定，其中包括 11 種鋼材自娩、16 種鋁材、1 種鎂材和 1 種碳纖維復(fù)合材 質(zhì)渠退。

2）連接工藝：多種材質(zhì)的應(yīng)用意味著車身連接方式需要進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化忙迁，尤 其是碳纖維材質(zhì)的加入對車身連接技術(shù)提出了更高的要求÷奂瑁基于跑車奧迪 R8 的 經(jīng)驗(yàn)吠败，新一代奧迪 A8 車身的連接方式達(dá)到了 14 種发刨，其中包括 MIG 焊、遠(yuǎn)程激光 焊等 8 種熱連接技術(shù)和沖鉚連接镇轿、卷邊連接等 6 種冷連接技術(shù)太队。

大眾推出下一代 SSP 平臺(tái)，計(jì)劃開始應(yīng)一體化壓鑄斟彻。根據(jù)智電汽車痢玖，SSP 平 臺(tái)是一個(gè)集純電動(dòng)、全面互聯(lián)和高度可擴(kuò)展性于一身的全新汽車平臺(tái)粟辛，這套平臺(tái) 將在 2024 年正式啟動(dòng)氨案，SSP 平臺(tái)是在 MQB、MSB芙掖、MLB 等三個(gè)燃油車平臺(tái)锻刺， 和 MEB、PPE 兩個(gè)純電動(dòng)汽車平臺(tái)基礎(chǔ)上汉惫，整合成一個(gè)全新的可擴(kuò)展系統(tǒng)平臺(tái)培愁， 適用于集團(tuán)旗下所有品牌和所有級(jí)別車型的機(jī)電一體化平臺(tái)架構(gòu)。SSP 平臺(tái)將電 池缓窜、軟件定续、車身、自動(dòng)駕駛等方面進(jìn)行整合禾锤，生產(chǎn)更加簡潔私股，效率更高。而 SSP 平臺(tái)最大的亮點(diǎn)就是完美實(shí)現(xiàn)四電機(jī)布局恩掷，可以達(dá)成前輪/后輪/全輪驅(qū)動(dòng)模式倡鲸。大 眾計(jì)劃于 SSP 平臺(tái)開始應(yīng)用一體壓鑄，車身一體式鋁壓鑄件樣件已成功下線黄娘。

3.3.3. 新勢力奮起直追峭状，傳統(tǒng)車企紛紛跟進(jìn)

國內(nèi)新勢力車企積極布局“一體化壓鑄”，蔚來逼争、小鵬优床、理想等奮起直追。除造車新勢力外誓焦，長安胆敞、東風(fēng)、長城等傳統(tǒng)車企也開始布局汽車一體化壓鑄 領(lǐng)域怕猖。2023 年長安汽車首個(gè)一體化前機(jī)艙鑄件于 1 月 15 日晚成功產(chǎn)出酝梧，標(biāo)志著 長安汽車躋身成為國內(nèi)掌握超大型一體化結(jié)構(gòu)件研制及生產(chǎn)調(diào)試技術(shù)的企業(yè)，一 體化車身項(xiàng)目正式邁入實(shí)體鑄件階段。此外掸阶，東風(fēng)汽車也在布局一體化壓鑄凳贰，上 海交大中標(biāo)其車身結(jié)構(gòu)件材料項(xiàng)目。長城推出了全球化高智能模塊化技術(shù)平臺(tái)— —檸檬平臺(tái)爬喝，該平臺(tái)從設(shè)計(jì)儡绩、材料顷敞、結(jié)構(gòu)程鸵、工藝全過程確保輕量化性能打造；使用 高強(qiáng)鋼超過 70%蒜吱，通過使用“一體式”熱沖壓成形門環(huán)和“不等厚”鋼板（TRB） 的應(yīng)用频僵，降低零部件厚度，減少零搭接邊诚凰，減輕重量嫌术，在保障了車身強(qiáng)度的同時(shí)減 輕了車體重量。

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