壓鑄行業(yè)定制化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析

壓鑄行業(yè)定制化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析壓鑄行業(yè)定制化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)壓鑄產(chǎn)品通常為客戶定制的非標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，客戶結(jié)合產(chǎn)品具體的使用需求，提出產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。壓鑄產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備和工藝具有較高的通用性，能否生產(chǎn)符合客戶需求的定制化產(chǎn)品，取決于企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)對(duì)客戶需求的準(zhǔn)確理解以及通過(guò)模具夾具研發(fā)、壓鑄及精加工工藝參數(shù)的選擇、生產(chǎn)設(shè)備的匹配共同實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)合格產(chǎn)品的能力。行業(yè)內(nèi)綜合研發(fā)能力較強(qiáng)的企業(yè)能夠參與客戶的產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程，提出有效的產(chǎn)品完善方案，根據(jù)具體的產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量參數(shù)設(shè)計(jì)相應(yīng)的模具、夾具及生產(chǎn)工藝流程，從而獲得客戶的認(rèn)可，提升自身競(jìng)爭(zhēng)力水平。新能源滲透率提升拉動(dòng)鋁合金鑄件市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)假設(shè)用鋁單價(jià)不變，結(jié)合汽車(chē)銷(xiāo)量測(cè)算，得到2025年國(guó)內(nèi)汽車(chē)用鋁量有望達(dá)653萬(wàn)噸，汽車(chē)鋁合金市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)2610億元，較2021年增長(zhǎng)67%，新能源滲透率提升拉動(dòng)鋁合金市場(chǎng)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)。整車(chē)制造分為沖壓、焊裝、涂裝、總裝四大工藝，白車(chē)身（整個(gè)轎車(chē)零部件的安裝載體，是汽車(chē)的基本骨架，其生產(chǎn)成本約占整車(chē)的45%~65%）由車(chē)身結(jié)構(gòu)件和覆蓋件（四門(mén)兩蓋等）焊接而成，通常包含400~600個(gè)具有復(fù)雜型面的沖壓件4500~5500個(gè)焊點(diǎn)。輕量化提升鋁合金用量，順應(yīng)趨勢(shì)，鋁合金壓鑄件尺寸越做越大。但由于鋁合金具有熱膨脹系數(shù)較高、熔點(diǎn)低、易氧化等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)沖焊工藝存在的熱輸入過(guò)大引起的變形、氣孔、焊接接頭系數(shù)低等問(wèn)題被放大，舊工藝下鋁合金成本高效率低，一體化壓鑄應(yīng)時(shí)而生。一體化壓鑄將大型結(jié)構(gòu)件中原本需要組裝的多個(gè)獨(dú)立的零件重新設(shè)計(jì)，并使用超大型壓鑄機(jī)一次壓鑄成型，直接獲得完整的零部件，大幅減少?zèng)_壓及焊接流程，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)件性能，有望加快鋁合金滲透。一體化壓鑄上游壁壘較強(qiáng)，中游先行者先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯壓鑄企業(yè)及整車(chē)廠紛紛采購(gòu)上游設(shè)備及材料，一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴(kuò)大一體化壓鑄產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，上游由免熱處理鋁合金材料廠商、壓鑄機(jī)和壓鑄模具廠商組成，中游為第三方壓鑄廠和自建產(chǎn)線的整車(chē)廠，下游直接對(duì)接主機(jī)廠。跟進(jìn)特斯拉一體化壓鑄技術(shù)的主機(jī)廠一般有兩種模式，一種是購(gòu)置壓鑄島、設(shè)計(jì)產(chǎn)線自己生產(chǎn)，另一種是和鑄造廠合作。隨著行業(yè)需求迸發(fā)，較多壓鑄甚至沖壓企業(yè)購(gòu)入大型壓鑄機(jī)布局一體化壓鑄，部分整車(chē)廠自購(gòu)壓鑄機(jī)進(jìn)行試生產(chǎn)，產(chǎn)業(yè)鏈逐步擴(kuò)大。受上游設(shè)備材料，以及中游壓鑄工藝等多方面技術(shù)限制，一體化壓鑄大型結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的良率提升難度較大。一體化壓鑄件相比普通壓鑄件體積更大、形狀更復(fù)雜，需采用超大型壓鑄機(jī)、定制化模具、免熱處理鋁合金材料，同時(shí)在生產(chǎn)中需對(duì)真空環(huán)境、壓射、冷卻等環(huán)節(jié)嚴(yán)格把控，全流程品控與穩(wěn)定性要求較高的knowhow，具有較高的技術(shù)壁壘。傳統(tǒng)壓鑄工藝中，需要使用到熱處理來(lái)提高零部件的力學(xué)性能、耐腐蝕性能等。加熱冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的熱脹冷縮效應(yīng)易帶來(lái)零部件的形變誤差并產(chǎn)生氣孔，大型薄壁化壓鑄結(jié)構(gòu)件后續(xù)整形難度以及報(bào)廢率大幅提升，需承擔(dān)較大的成本風(fēng)險(xiǎn)。因此，免熱處理鋁合金成為一體化壓鑄最佳的材料。材料在模具中的流動(dòng)對(duì)免熱合金延展率要求較高，目前免熱合金研發(fā)及量產(chǎn)以海外企業(yè)為主，國(guó)內(nèi)加速技術(shù)突破，立中集團(tuán)已實(shí)現(xiàn)批量供貨。一體化壓鑄對(duì)壓鑄機(jī)的鎖模力、模板尺寸、壓射量、壓射壓力以及速度控制等有更高要求，大噸位壓鑄機(jī)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)一體化壓鑄的關(guān)鍵。大型汽車(chē)結(jié)構(gòu)件的特征決定了其生產(chǎn)工藝為真空壓鑄，真空技術(shù)需要利用大噸位壓鑄機(jī)高速高壓推動(dòng)鋁湯完成充型，一般要求壓鑄機(jī)具有大噸位和合模力、高壓射重復(fù)性（CPK大于1．66）、短的填允時(shí)間、高的壓射速度（10m/s）、合模和壓射端的穩(wěn)定和牢固設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，以保障一次性壓鑄成型結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度和量產(chǎn)效率。大型壓鑄機(jī)還需要在快速的大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中保持高良率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)部件的一致性和穩(wěn)定性，壓射過(guò)程中的壓力及速度控制較為關(guān)鍵，需要較高的know-how。一體化壓鑄的大尺寸、高密封性、定制化、流動(dòng)性等特點(diǎn)對(duì)模具提出了較高的要求。一體化壓鑄的零件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造費(fèi)用高、準(zhǔn)備周期長(zhǎng)，壓鑄模具設(shè)計(jì)難度較大，設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)主要在于1）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證良好的充型順序和流態(tài)；2）排氣與密封性設(shè)計(jì)，保證真空性，減少氣泡；3）熱平衡，保障冷卻均勻等。目前，一體壓鑄的壓鑄模具主要有兩種設(shè)計(jì)模式，最常見(jiàn)的是由專(zhuān)業(yè)模具商設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)期間專(zhuān)業(yè)模具商將與壓鑄廠、整車(chē)廠深入溝通需求，如廣州型腔、賽維達(dá)；另一種是壓鑄廠商自有模具廠進(jìn)行設(shè)計(jì)，如文燦雄邦。超大型壓鑄模具具有較高的壁壘，目前可供應(yīng)的模具廠商較為稀缺。壓鑄工藝效率高，但易產(chǎn)生氣泡。傳統(tǒng)的壓鑄工藝由四個(gè)步驟組成，包括模具準(zhǔn)備、填充、注射以及落砂，使液態(tài)金屬在加壓條件下注入模具，模具可以重復(fù)利用。壓鑄將液態(tài)金屬澆注到模具中成型，效率高且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，但容易產(chǎn)生氣泡。一體化壓鑄過(guò)程中出現(xiàn)的氣泡易導(dǎo)致壓鑄件塑性低、強(qiáng)度降低、抗沖擊性下降等，降低良率，因此要求壓鑄環(huán)境為30mbar以下的超高真空。真空壓鑄通過(guò)抽取壓鑄模具型腔內(nèi)的氣體使得：1）氣孔率大大降低；2）鑄件硬度高，微觀組織細(xì)小，從而保障壓鑄件力學(xué)性能。利用真空壓鑄技術(shù)，氣泡在熱處理過(guò)程中引起的氣泡缺陷問(wèn)題可得到控制。真空壓鑄技術(shù)分為普通真空壓鑄（100-250mbar）、高真空壓鑄（50-100mbar）、超真空壓鑄（<50mbar）。真空壓鑄通常包括鋁材熔融、澆注、型腔真空排氣、壓射、冷卻、成型脫模、去毛刺、噴涂、模具清理、合模等多個(gè)步驟，其中真空排氣、壓射、冷卻是壓鑄工藝的關(guān)鍵。為了保證一體化壓鑄產(chǎn)品大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中的高良品率﹑鑄件一致性與穩(wěn)定性，必須精準(zhǔn)控制鋁液充型溫度、壓鑄速度和壓力，維持模具溫度場(chǎng)的穩(wěn)定，避免凝固過(guò)程中發(fā)生變形等缺陷。除排氣、壓射外，模具溫度控制及冷卻過(guò)程對(duì)產(chǎn)品定型、力學(xué)性能平衡、降低次品率較為關(guān)鍵，要求嚴(yán)格的工藝規(guī)章和深度的經(jīng)驗(yàn)累積，一體化壓鑄先發(fā)優(yōu)勢(shì)明顯。全球壓鑄行業(yè)發(fā)展概況壓鑄是高效率的金屬成形技術(shù)之一，至今約有170余年的歷史，壓鑄技術(shù)經(jīng)歷了不斷的改革、演進(jìn)與創(chuàng)新，顯現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的勢(shì)頭。近年來(lái)，隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)、通信基礎(chǔ)設(shè)備、機(jī)電、家用電器、醫(yī)療設(shè)備等眾多領(lǐng)域?qū)軌鸿T件的需求穩(wěn)步增長(zhǎng)。從全球范圍而言，壓鑄行業(yè)是充分競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)。發(fā)達(dá)國(guó)家的壓鑄企業(yè)經(jīng)營(yíng)歷史長(zhǎng)，專(zhuān)業(yè)化程度較高，單個(gè)企業(yè)的規(guī)模較大，市場(chǎng)集中度較高。國(guó)際上具有代表性的壓鑄件生產(chǎn)企業(yè)主要有墨西哥的尼瑪克（Nemak）、日本的利優(yōu)比集團(tuán)（RyobiLtd）和阿雷斯提集團(tuán)（AhrestyCorporation）、瑞士的喬治費(fèi)歇爾（GeorgFischer）、德國(guó)的皮爾博格（Pierburg）等。上述壓鑄生產(chǎn)企業(yè)在技術(shù)水平、裝備和客戶資源上具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，一般以生產(chǎn)汽車(chē)、通信和航空等領(lǐng)域高質(zhì)量和高附加值的壓鑄件為主，在技術(shù)與生產(chǎn)規(guī)模上領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)大多數(shù)壓鑄件生產(chǎn)企業(yè)。壓鑄行業(yè)發(fā)展概況壓鑄，全稱(chēng)壓力鑄造，是將液態(tài)或半固態(tài)金屬根據(jù)不同需求以特定的速度充填至壓鑄模具型腔內(nèi)，并在高壓下成型的鑄造工藝，是目前生產(chǎn)效率最高的鑄造工藝之一，也是有色合金鑄造最主要的生產(chǎn)工藝之一。與其他液態(tài)成型方式相比，壓鑄技術(shù)因具有鑄件尺寸精度高、生產(chǎn)率高、少或無(wú)切削加工和能成形形狀復(fù)雜結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)而廣受青睞。目前壓鑄件廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、通信、摩托車(chē)、家電、五金制品、電動(dòng)工具、IT和照明燈等領(lǐng)域。根據(jù)原材料不同，壓鑄產(chǎn)品可主要分為鋁合金壓鑄件、鎂合金壓鑄件、鋅合金壓鑄件和銅合金壓鑄件等類(lèi)別。相較于其它金屬材料（如鋅、銅等），鋁合金具有密度小、塑性高、熱傳導(dǎo)性能好、抗蝕性強(qiáng)等多種優(yōu)異的鑄造性能，且可循環(huán)利用，在汽車(chē)零部件、通信設(shè)備和通用機(jī)械的生產(chǎn)中優(yōu)勢(shì)突出，需求旺盛，是目前壓鑄行業(yè)使用最為廣泛的原材料。新能源續(xù)航需求加速輕量化，打開(kāi)鋁合金鑄件市場(chǎng)空間從燃油車(chē)角度來(lái)看，汽車(chē)的平均油耗與整車(chē)質(zhì)量呈正相關(guān)，據(jù)研究數(shù)據(jù)，汽車(chē)重量每減輕10%，最多可實(shí)現(xiàn)節(jié)油5-10%；汽車(chē)整備質(zhì)量每減少100千克，百公里油耗可降低0．3-0．6升。從新能源車(chē)角度來(lái)看，續(xù)航能力是限制當(dāng)前新能源汽車(chē)發(fā)展的重要因素，三電增加車(chē)重影響續(xù)航里程，帶來(lái)輕量化需求。鋁合金的性能密度成本和可加工性等綜合優(yōu)勢(shì)突出，是現(xiàn)階段最佳的輕量化材料之一。車(chē)用鋁合金以鑄造工藝為主，占比達(dá)77%，壓鑄工藝效率高且適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，應(yīng)用較為廣泛，壓鑄鋁合金制品在汽車(chē)用鋁中約占54%～70%。鋁壓鑄件廣泛分布在汽車(chē)的動(dòng)力、傳動(dòng)、三電、底盤(pán)等系統(tǒng)。與燃油車(chē)相比，電動(dòng)車(chē)在車(chē)身、底盤(pán)結(jié)構(gòu)件上更加積極采用鋁合金壓鑄件。車(chē)身結(jié)構(gòu)件涉及產(chǎn)品主要包括后縱