车身一体化压铸到底好不好？

如果回顾汽车行业的两次制造大变革，都是围绕优化汽车装配环节做文章，即福特发明流水线和丰田发明的精益生产方式。

马斯克直接用第一性原理去思考：与其想方设法缩短装配环节，能不能干脆取消装配环节？特斯拉便用这个思路探索出了一体化压铸技术。可以说特斯拉开创了新能源汽车一体化压铸的先河。

2019和2021年，特斯拉先后申请了一体式压铸大型构件的模具和集成吸能铸件专利；2020年9月，马斯克宣布，特斯拉Model Y将采用一体式压铸后地板总成，可将下车体总成重量降低30%。

下面就来详细地介绍一下一体化压铸技术。

一.  一体化压铸技术简介

概念

一体化压铸技术是一种高效的金属成型工艺，它使得生产复杂、精密、高强度的金属部件成为可能，特别是在汽车制造业中。

一体化压铸是将熔化的金属注入到高压和高速度下的模具中，快速凝固成为预定形状的零件。与传统的多件组装相比，一体化压铸技术能够生产出结构更为紧凑、重量更轻、强度更高的单一零件。

主要特点

高效率：由于零件是一次性成型的，这大大减少了生产时间和成本，同时也降低了材料浪费。

高强度：一体化压铸部件的结构连续性更好，能承受更高的载荷和压力，增强了最终产品的耐久性和使用寿命。

复杂形状生产能力：这项技术能够生产出形状复杂、壁薄且尺寸精确的零件，这对于传统制造方法来说是难以实现的。

减轻重量：通过一体化设计，可以在不牺牲强度和功能的前提下减少零件的重量，这对于提升能效和降低能耗尤其重要。

二. 新能源汽车领域的应用

新能源汽车的一体化压铸技术是近年来汽车制造业中的一项创新进展，尤其在电动汽车（EV）领域中，它起着革命性的作用。

这项技术通过使用大型压铸机将熔化的金属注入高精度的模具中，一次成型生产出大型、复杂的汽车结构件，如车身底盘、车架和其他关键结构部件。这种方法与传统的多件装配和焊接工艺相比，有许多显著的优势。

新能源汽车的一体化压铸通过超大吨位压铸机，将白车身上原本几十上百个零件组成的复杂结构高度集合成一个，只要一次压铸成型就可以获得完整的零部件，摒弃了传统的“冲压+焊接”模式，显著减少了零件数量，简化了工序、降低了人力和土地需求，最终实现了成本的降低。

小米的9100吨压铸机

2020年，特斯拉首次在Model Y后地板上采用了6000吨的一体化压铸技术。很快，各大车企就纷纷跟进，例如造新势力的小米、蔚来、理想、小鹏、问界、哪吒、高合等，传统车企如沃尔沃、大众、奥迪、奔驰等等。发展到现在，各大厂商甚至在疯狂宣传自家的大压铸锁模力吨数！例如小米就在发布会上重点宣传了自家的工业巨兽—9100吨锁模力的压铸机。

注意：9100吨不是指整个机器的重量，而是模具合在一起的锁模力。下文会介绍锁模力这一参数。

三.  一体化压铸最主要的推动力

电动车的轻量化是一体化压铸最主要的推动力，而电动车的“里程焦虑”则加速了轻量化进程。电动车电池系统更重，在“里程焦虑”的痛点下，汽车轻量化势在必行。

传统的燃油车发动机的重量较轻，最常用的4缸发动机的重量在90-160kg，6缸发动机的重量在140-200kg，8缸发动机的重量在180-320kg。以宝马3系为例，其采用四缸发动机，整备质量为1587kg，发动机系统的重量占比约为 5.7%-10.1%。

根据最新的2022年第 8 批《新能源汽车推广应用推荐车型目录》的数据，电动车电池的重量在209-669kg，电池重量占比在 15.1%-28.3%之间，并且随着电动车续航里程的提高，电池重量和整备重量有提高的趋势。

在“里程焦虑”背景下，电动车对轻量化的需求更为迫切，减重也是提高电动车续航里程、降低电池成本的重要途径。

四.  汽车一体化压铸的优点和缺点详解

汽车一体化压铸特别适用于生产复杂形状和高强度要求的汽车零部件。这种技术通过将多个零件合并为一个压铸件，从而减少了装配工作和提高了部件的一致性。下面，我们来详细探讨新能源汽车一体化压铸的优点和缺点。

优点

减少重量：一体化压铸可以减少组件的总重量，因为它允许设计更加紧凑和优化的结构。这对于提高汽车的燃油效率和动态性能至关重要。

提高强度和耐久性：通过减少零件的数量，减少焊接和接缝，整体结构的强度和刚性可以得到提高，从而增加了零件的耐久性和使用寿命。

减少生产成本和时间：减少了组件数量和装配时间，生产效率得到提高。同时，一体化压铸还可以减少材料浪费，降低生产成本。

提高精度和一致性：压铸工艺可以生产出尺寸精确、形状复杂的零件，减少了后期加工的需要。同时，因为减少了组件数量，所以产品的一致性和重复性也得到了提高。

设计灵活性：压铸工艺允许设计师在设计时拥有更大的自由度，可以生产出更加复杂和功能集成的零件。

缺点

初始投资高：由于一体化压铸需要使用专门的模具和设备，其初始投资通常比其他生产方法要高。

设计变更困难：一旦模具制造出来，对设计的任何变更都会非常困难且成本高昂，这限制了产品设计的灵活性。

材料限制：虽然压铸可以使用多种金属，但并非所有材料都适合压铸工艺，这可能限制了设计的应用范围。

修复困难：如果压铸件出现问题，修复这些问题通常比较困难，有时甚至无法修复，导致需要重新生产，增加了成本。

良品率低：一体化压铸拥有较高的技术壁垒，不是说往模具里塞一块馅，一压就成了。在模具设计阶段，就得做好惰性气体保护、真空去孔技术等。之后还有冷却、热处理等一系列的步骤，稍有差池，温度、密度、液流速度没控制好，都会对压铸件的精度造成影响。

总的来说，汽车一体化压铸是一种高效、节省成本的生产方法，尤其适用于大量生产复杂零件。

五.  对买车的用户来说有什么优缺点

上面讨论到的优缺点主要是从汽车厂的角度来考虑的，那站在买车用车的用户角度来看，一体化压铸又有什么优缺点呢？

极氪009的一体化压铸车身

对于买车的用户来说，汽车采用一体化压铸技术在制造过程中具有一系列优缺点，这些影响从多个角度体现，包括车辆的性能、耐用性、维护成本等方面。

优点

提高车辆性能：采用一体化压铸件的汽车通常拥有更好的结构强度和刚性，这意味着更高的驾驶稳定性和安全性。此外，由于重量的减轻，加速性能和燃油效率可能会得到提升。

更高的可靠性：由于零件数量的减少和接缝的减少，整体结构更加坚固，减少了零件松动或磨损的可能性，从而提高了汽车的可靠性和耐用性。

更低的维护成本：结构简化意味着维修时需要拆卸的零件更少，故障率也较低，从而可能降低了一些常规维护和修理的成本。

更好的驾驶体验：车辆整体性能的提升以及结构强度的增加可以提供更加平稳和响应灵敏的驾驶体验。

极氪007的一体化压铸车身

缺点

高昂的维修成本：尽管一体化压铸件可以减少常规维护的需求，但如果需要修理，特别是涉及到压铸件自身时，成本可能会非常高。由于这些部件是一体化的，损坏一小部分需要更换整个组件，虽然这种情况发生的概率不是很大。

更换零件的难度：在需要更换受损零件时，由于采用了一体化设计，找到适合的替代件比传统设计更加困难和昂贵。

保险成本较高：如果保险公司认为一体化压铸件的修理或更换成本较高，这会导致保险费用增加。

综上所述，虽然一体化压铸技术为汽车用户带来了许多性能和可靠性上的好处，但在成本和维修方面也存在一定的挑战。

六. 一体化压铸的材料选择

在汽车轻量化的道路上，材料轻量化的效果最显著，是汽车轻量化的主要方法。

汽车轻量化的方法分为结构轻量化、 工艺轻量化和材料轻量化。

结构轻量化：是指通过符合要求强度的最优结构实现材料使用的最小化；

工艺轻量化：是指使用比现有材料更精细的加工来减少材料的使用量；

材料轻量化：是指用轻量化材质来代替现有钢材，或者使用部分结合的方式实现轻量化。

一般汽车中各材料的使用比例为：钢铁占 64%，高分子及复合材料占 9%，铝占 8%，弹性材料占 4%，玻璃占 3%， 铜占 2%，其他材料占 10%。分结构来看，以钢材为主材的动力总成、车身、底盘以及悬挂部分重量占比超过整车的 70%。因此，材料轻量化是效率最高、效果最显著的轻量化方式。

铝合金、镁合金、碳纤维密度远低于钢，是常见的轻量化材料。汽车常用的材料有钢、铝合金、镁合金和碳纤维，其中钢是汽车的主要材料，但是其密度高、重量大，需要使用轻量化材料替代。

铝：密度大约为钢的三分之一，具有导热率高、耐腐蚀好、加工性能优良等优点，并且铝合金比钢更能吸收碰撞能，大约是钢的 2 倍，能够有效提高汽车的碰撞安全性。

镁：密度为铝的三分之二，钢的四分之一，是实际应用中质量最轻的有色金属材料，具有很高的比强度和比刚度，还具有阻尼减震、散热性好和容易回收等优点。

碳纤维材料：密度较铝更低，具有耐腐蚀、比强度和比刚度高等优点。

这三种材料看起来都很合适，那为什么现在各家车厂都用铝合金呢？

首先，铝合金密度小，价格较低，适合作为汽车轻量化的替代材料。而其中碳纤维价格过高，因此使用量较少。

其次，价格上，镁锭、铸造铝合金、螺纹钢的价格分别为 27000、20300、4090 元/吨，虽然这些材料的价格在不断波动中，但大体上铝的价格约为生铁的 5.0 倍，镁的价格约为生铁的 6.7 倍。

结合大众、奥迪等欧洲品牌的轻量化技术路线来看，使用铝合金能够降低车身 40%的重量， 镁合金能够降低车身 49%的重量。从这方面看，铝、镁均适合作为汽车轻量化的替代材料，其中铝的价格较低，轻量化比率完全符合汽车工业协会 2035 年的要求，是一种性价比较高的选择。

七.  各大车厂具体的应用

2019年特斯拉就提出了一体化压铸技术，并在2020年应用于Model Y的后底板生产。

当时马斯克就曾表示，Model Y采用一体化压铸后底板总成，采用的是6000吨压铸设备，可将下车体总成重量降低30%，制造成本下降40%，后地板的零件数量从原来的79个降低到了只有1个，焊点也从700-800个减少到50个，使得相同部件的生产时间从至少2小时缩短至80-90秒，材料利用率从50-60%提升至95%，制造成本降低了40%，并大幅减少了工作人员数量。

随后马斯克又更进一步，前舱和乘员舱也采用一体化压铸工艺，这几个大型压铸件可以替换原先 370 多个零件，又使整车减重10%，焊点数量减少超1 600个，焊装车间也由原来的200-300名工人减少至20-30名，成本大大下降。

Cybertruck沿用了Model Y的一体化方案，就是前机舱+后车身地板，采用了9000T的压铸机。

而国内的各大车厂也都纷纷发展自家的一体化压铸技术：

总体来讲，一体化压铸技术已经被特斯拉发扬光大，能大幅度减少生产制造成本，提升车辆的安全性，各大车企也在努力研发，储备自己的技术。

八.  一体压铸后期维修成本太高？

特斯拉一体压铸后底板为铝合金材质，而在此之前，传统汽车采用铝合金材质的车型，都有着非常高昂的后期维修成本，因为铝合金件损坏了，只能换不能钣金修复。

此次特斯拉采用的后底板整合了原来70多个零部件，化整为零，一次小型碰撞原来只需要更换一两个零部件的情况，在新的零件下，可能就需要整体更换，维修成本肯定是有相应增加的。

就当前来看，特斯拉Model Y一体成型的后底板处于一个非常不容易碰撞到的部位，传统汽车的油箱就布置在这部位附近，普通碰撞基本很难伤到这里。即使是碰撞到了，那也很大可能是后车追尾导致的，按照国内交通法规，后车追尾全责，作为车主不需要有太多担心。

另外，特斯拉极力推动的辅助驾驶系统，在未来肯定能极大程度避免交通事故的发生，也许在未来自动驾驶足够智能的情况下，真的能做到“零”交通事故。那时车辆型态或许都会发生变化，现在传统汽车研发的那些主被动安全系统、碰撞缓冲、各种气囊，在未来某一天，直接都不需要了。

推动智能驾驶是特斯拉一直在干的事情，而另一件重要的事，特斯拉通过优化各生产环节，不断降低生产成本。

特斯拉在此之前“火星移民计划”，都有目标将费用降至10万美元，我们还有什么理由不相信，未来一台车的成本可以降到足够足够低，低到换一个车身大件就和普通修复所需的成本一样。

另外，车辆成本如果足够低的话，车辆出现故障让车辆回炉重造也将变成主流的解决方案。

九.  压铸机技术含量用什么参数衡量

压铸机的技术含量通常不仅仅依赖于单一参数来衡量，而是由多个性能参数和技术特征共同决定的。这些参数和特征反映了压铸机的设计先进性、制造精度、自动化程度、能效比以及适用性等多个方面。以下是几个主要的参数和特征，可以综合考虑来评估压铸机的技术含量：

锁模力：锁模力是压铸机最基本的参数之一，它决定了压铸机能够安全、有效地闭合和锁定模具的能力，对生产大型和复杂零件尤为重要。

注射压力和速度：注射系统的压力和速度决定了熔融金属充填模具的效率和质量。高技术含量的压铸机能提供更高的注射压力和更快的注射速度，同时保持稳定性和精确性，以生产出结构复杂、尺寸精确的零件。

控制系统：现代压铸机采用的高级控制系统（如PLC控制器和触摸屏操作界面）能提供更精确的控制和更方便的操作体验，同时支持故障诊断、过程监控和数据记录等功能，提高了生产的自动化和智能化水平。

十.  压铸机的锁模力是什么

锁模力是压铸机的一个关键参数，它指的是压铸机在压铸过程中用来关闭并保持模具紧闭状态的最大力量。

这个力量是通过压铸机的锁模机构施加的，其目的是为了防止在注射过程中由于金属液的高速高压注入而导致模具分开，从而避免产生毛刺、分线不良等缺陷。

锁模力的重要性

保证产品质量：足够的锁模力可以确保模具在整个注射周期内紧闭，防止熔融金属泄漏，从而保证产品的尺寸精度和表面光洁度。

适应不同尺寸和复杂程度的零件生产：不同尺寸和设计复杂度的零件需要不同的锁模力。较大或复杂的零件可能需要更高的锁模力来确保模具闭合。

影响生产效率：适当的锁模力可以减少生产中的故障和停机时间，提高生产效率。

计算锁模力

锁模力的需求取决于被注射材料的类型、模具的尺寸和形状以及产出零件的大小和复杂程度。一般来说，锁模力需要足够大，以抵抗熔融金属注入模具时产生的内部压力。锁模力的计算公式可以简化为：

锁模力(吨)=投射面积(平方厘米)×内部压力(巴)/安全系数

这里的投射面积是指模具闭合时金属液接触模具表面的总面积，内部压力是指熔融金属注射进模具内部时的压力，安全系数则是考虑到实际操作中可能出现的各种不确定因素而采用的一个修正值。

选择锁模力

在选择压铸机时，锁模力是一个重要的考虑因素。压铸机制造商提供了一系列不同锁模力的机型，以满足不同产品和材料的需求。使用过大的锁模力会导致不必要的能源消耗和成本增加，而过小的锁模力则导致产品质量问题。因此，根据具体的生产需求和模具设计合理选择锁模力是非常关键的。

希望国内的新能源汽车行业能有更多类似的新技术涌现，能引领中国的汽车行业继续取得更好的成绩！