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出品丨虎嗅汽車組

作者丨周到

頭圖丨IC photo

《暗信號(hào)·發(fā)現(xiàn)智能汽車的100個(gè)創(chuàng)新》專題由虎嗅汽車出品。聚焦于智能汽車正在發(fā)生的關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)、商業(yè)以及用戶視角，為讀者解碼智能汽車產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生的關(guān)鍵創(chuàng)新，并分析其背后的技術(shù)原理，以及將帶來(lái)的變化。

特斯拉有的，蔚小理都想要。這一次被看上的，是特斯拉名為“Giga Casting”的一體式壓鑄生產(chǎn)技術(shù)。

美國(guó)中部時(shí)間4月7日，在特斯拉位于美國(guó)得克薩斯州的超級(jí)工廠開(kāi)業(yè)儀式上，該公司CEO馬斯克公布了一體式壓鑄技術(shù)的最新進(jìn)展。當(dāng)前，該工廠內(nèi)已經(jīng)布置了1臺(tái)8000噸級(jí)的壓鑄設(shè)備，用于Model Y的生產(chǎn)。在該工藝的加持下，原本Model 3車身后底板上70多個(gè)零件，在新車上被縮減為下面2個(gè)零件。

這樣做的直接好處就是，整車生產(chǎn)時(shí)間被極大壓縮。1-2個(gè)小時(shí)的工時(shí)將被壓縮至最短45秒，制造成本也能降低40%。更重要的是，一體式壓鑄機(jī)的占地面積僅有100平方米。如果將現(xiàn)有生產(chǎn)工序盡可能地替換為一體式壓鑄，工廠面積能夠縮減30%。這在“寸土寸金”的中國(guó)，顯然是不可多得的利好因素。

那么問(wèn)題就來(lái)了，一體式壓鑄究竟厲害在哪里？為何在特斯拉之后，包括蔚來(lái)、小鵬、理想、沃爾沃、大眾集團(tuán)等在內(nèi)的國(guó)內(nèi)外廠商都在這項(xiàng)技術(shù)上紛紛布局？

說(shuō)到一體式壓鑄，就得先看看原理。大家可能對(duì)59式坦克圓圓的炮塔有印象，這輛真正意義上的“神車”便是采用了一體式鑄造技術(shù)打造的。在生產(chǎn)過(guò)程中，工程師先打造出整個(gè)炮塔的模具，然后將融化成業(yè)態(tài)的合金鋼灌入其中，最終壓鑄成型。等到冷卻與熱處理后，便可以收獲到一個(gè)完整的炮塔了。

在中東地區(qū)頻繁上演“炸飛炮塔”藝能的T-72，便是采用了鑄造炮塔

然而隨著復(fù)合裝甲的出現(xiàn)，由勻質(zhì)鋼材組成的裝甲被淘汰。再結(jié)合坦克炮塔需要加掛大片的反應(yīng)裝甲增加防護(hù)能力后，圓墩墩的鑄造炮塔開(kāi)始被淘汰。我們?cè)谶^(guò)去幾次閱兵上見(jiàn)識(shí)到的楔形焊接炮塔，開(kāi)始成為新型主戰(zhàn)坦克的選擇。

讓全球軍迷倍感熟悉的豹2A型主戰(zhàn)坦克，采用的便是焊接工藝制造的楔形炮塔

然而，一體式鑄造這項(xiàng)工藝，如今在汽車產(chǎn)業(yè)開(kāi)始得到復(fù)興，其“始作俑者”便是特斯拉。

讓我們把目光回溯到一年半之前。在2020年9月22日的特斯拉電池日上，馬斯克宣布Model Y將采用一體式壓鑄制造地板總成。而在去年，上海工廠采用一體式壓鑄工藝生產(chǎn)的Model Y就交付給了中國(guó)消費(fèi)者。而在最新的得州工廠里，8000噸級(jí)的一體式壓鑄機(jī)可以直接制造出Model Y的前后兩段式的車身。

對(duì)于訂單接不過(guò)來(lái)的特斯拉而言，一體式壓鑄的好處非常明顯，在前文提到的縮短工時(shí)和降低成本便是最重要的一個(gè)。關(guān)注汽車產(chǎn)業(yè)的朋友肯定了解，一座汽車工廠一般分為四大工藝車間，即沖壓、焊接、涂裝、總裝。其中，沖壓是唯一一個(gè)在工廠里進(jìn)行零件制造的環(huán)節(jié)。沖壓機(jī)將各類鋼材按照車身工程圖紙制作成各類形狀，之后在焊接車間中將各類零件焊接成白車身。在這其中，有幾個(gè)問(wèn)題始終困擾著汽車廠商。

首先，一輛車的車身所需零部件相當(dāng)多，動(dòng)輒超過(guò)500個(gè)。每種零件都需要匹配相應(yīng)的模具、夾具、機(jī)械臂、流水線乃至物流體系，其中環(huán)節(jié)不計(jì)其數(shù)，成本耗資巨大。尤其是生產(chǎn)模具的費(fèi)用，就是一輛車成本的大頭。其次，龐大的車身零部件數(shù)量，同樣會(huì)帶來(lái)數(shù)量眾多的焊接點(diǎn)。還是以特斯拉Model Y為例，其后車身原本有700-800個(gè)焊接點(diǎn)，需要匹配漫長(zhǎng)的流水線和焊接機(jī)械臂，導(dǎo)致平均一個(gè)件的生產(chǎn)周期動(dòng)輒高達(dá)2個(gè)小時(shí)。

最后，數(shù)量眾多的零部件也會(huì)對(duì)零件匹配造成困難。在傳統(tǒng)車企，工程人員需要耗費(fèi)大量時(shí)間和資源制造進(jìn)行試生產(chǎn)，并使用測(cè)試車進(jìn)行虛擬仿真以及實(shí)際路測(cè)。以上這些原因都會(huì)拉長(zhǎng)一輛車的生產(chǎn)周期，而這對(duì)一款正在受到熱捧的產(chǎn)品而言是致命的。

力勁科技旗下的意德拉（IDRA）公司推出的超級(jí)壓鑄機(jī)

更重要的是，漫長(zhǎng)的生產(chǎn)線也會(huì)帶來(lái)工人薪酬的壓力。目前主流的車企焊接車間單班工人需要200-300人，雙班工作則需要工人翻倍。無(wú)論在國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，產(chǎn)業(yè)工人的薪酬水平都在逐年上升。更何況在我國(guó)，招工難已經(jīng)成為了日益困擾制造業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

此外在環(huán)保層面，傳統(tǒng)的四大工藝正在為車企的碳中和目標(biāo)增加挑戰(zhàn)。沖壓工藝本質(zhì)上屬于傳統(tǒng)機(jī)加工范疇，其中的落料、沖孔、切邊等工序都會(huì)產(chǎn)生廢料造成浪費(fèi)。而這些廢料要重新利用，必須送回原料廠進(jìn)行回爐，其中還要牽扯到物流車的排放問(wèn)題。

這時(shí)候，特斯拉一體式壓鑄技術(shù)就顯得尤為好用。正如前文所言，一體式壓鑄能夠大幅削減零件數(shù)量并縮短制造工期。目前Model Y的后底板壓鑄工序的生產(chǎn)時(shí)間為45秒，而馬斯克為得州工廠的規(guī)劃產(chǎn)能是每年1000萬(wàn)輛，也就是說(shuō)屆時(shí)每半分鐘就有一輛車下線。而在減少焊接點(diǎn)方面，得州工廠生產(chǎn)的Model Y僅有50個(gè)。而焊接車間的工人，也可以減少至20-30人，相比之前減少了90%。

而在材料回收方面，一體式壓鑄可以讓加工中的廢料得到直接利用。傳統(tǒng)制造工藝下，白車身用料復(fù)雜，原材料回收利用率低。以寶馬7系為例，其用料既有傳統(tǒng)的鋼，又有比例越來(lái)越大的鋁合金以及碳纖維。由于在制造白車身時(shí)混合使用多種材料，因此每一個(gè)零件的種類（鋼、鋁）、牌號(hào)、金屬元素的含量都存在差異。一旦在過(guò)程中存在品控問(wèn)題導(dǎo)致部分零件或整個(gè)白車身報(bào)廢，廢料只能用作煉鋼煉鋁的原材料，而無(wú)法直接整體回爐制造新產(chǎn)品。而特斯拉的一體壓鑄只使用一種材料，全鋁車身的材料回收利用率可以達(dá)到 95%以上。由于一體式壓鑄零部件是由金屬液一次充型完成的，因此其材料單一，回收時(shí)可直接將廢料融化制造其他產(chǎn)品，這就保證了白車身制造過(guò)程中極高的原材料回收利用率。

更重要的是，一體式壓鑄工藝對(duì)零部件數(shù)量的縮減還有利于提升零部件匹配以及整車開(kāi)發(fā)周期。當(dāng)前，車輛的零部件要進(jìn)行彼此匹配，車企要通過(guò)模擬和試制來(lái)確定公差范圍，確保最終的良品率。一般來(lái)說(shuō)，這個(gè)時(shí)間動(dòng)輒長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月。而借助一體式壓鑄工藝帶來(lái)的零部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化和數(shù)量減少，這個(gè)時(shí)間有望被壓縮到1至2個(gè)月內(nèi)。

顯然，一體式壓鑄的這些優(yōu)勢(shì)對(duì)于苦于降低成本，并提升生產(chǎn)和產(chǎn)品迭代速度的造車新勢(shì)力們來(lái)說(shuō)可謂“未來(lái)科技”。更重要的是，經(jīng)過(guò)特斯拉的實(shí)際驗(yàn)證，該技術(shù)已經(jīng)日益成熟并走向了大規(guī)模應(yīng)用階段。

但問(wèn)題在于這個(gè)“精鋼鉆”，并不是每個(gè)車企都能耍得動(dòng)的。

一體式壓鑄的好處前文談了很多，但對(duì)于汽車企業(yè)而言，用這項(xiàng)黑科技來(lái)造車的挑戰(zhàn)，絕對(duì)不是購(gòu)買了幾臺(tái)壓鑄機(jī)就能夠解決的。首當(dāng)其沖的，便是汽車的車身與底盤工程師要對(duì)自身知識(shí)進(jìn)行的換代和更新。

前文提到，在過(guò)去無(wú)論是鋼還是鋁合金的車身，主要材料都以板材為主。鑄造件并不是沒(méi)有，但結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，體積也更小。因此對(duì)于整車工程團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，大家對(duì)于壓鑄、鍛造以及材料方面的知識(shí)相對(duì)缺乏。相比之下，動(dòng)力總成方面的工程師反而更加了解壓鑄工藝，畢竟變速箱和發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體、缸體很多都是壓鑄出來(lái)的。

但是，車身一體式壓鑄工藝的復(fù)雜程度可謂超出了過(guò)去整個(gè)行業(yè)的技術(shù)水平。一旦壓鑄的結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，零件壁厚的變化越多，越難以實(shí)現(xiàn)良好的沖形。而由于鑄造與沖壓不同，屬于熱加工，壓入模具的高溫液體鋁金屬流會(huì)在腔體中造成不同位置的溫度差異。如下圖所示，零件不同部分材料流動(dòng)性的差異會(huì)導(dǎo)致各處材料密度的不同。距離入料口最遠(yuǎn)的部分可能已經(jīng)開(kāi)始凝固，而最近的部分還處于高溫液化的狀態(tài)。這其中可能會(huì)導(dǎo)致多處金屬頁(yè)面沖擊融合，導(dǎo)致零件失效。

充型過(guò)程中的紊流和夾雜的分析 圖片來(lái)源：MAGMA公司官網(wǎng)

更要命的是，整個(gè)模具的排氣問(wèn)題也要提到日程上來(lái)。由于一體式加工需要加入的液態(tài)金屬量非常大，模具中原本的氣體和金屬流中的氣體要進(jìn)行排氣處理，不然就會(huì)導(dǎo)致材料本身出現(xiàn)大量的氣孔，最終報(bào)廢。為此，工程師們需要對(duì)結(jié)合仿真結(jié)果來(lái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)。像特斯拉參與定義的Giga Press（超級(jí)壓鑄機(jī)），還采用了惰性氣體以及部分的真空技術(shù)。

最終在冷卻環(huán)節(jié)，熱脹冷縮效應(yīng)又對(duì)零件提出了終極大考。熱態(tài)的模具尺寸到冷卻后會(huì)發(fā)生形變，而材料在熱處理后也會(huì)產(chǎn)生變化。此處也需要仿真系統(tǒng)對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算和模擬。幸好，目前已經(jīng)有美國(guó)鋁業(yè)、德國(guó)萊茵菲爾德、立中集團(tuán)和廣東鴻圖等企業(yè)開(kāi)發(fā)出用于新能源汽車車身的免熱處理鋁合金材料，算是規(guī)避了一些不利因素。但上述提到的這些環(huán)節(jié)都是車企在過(guò)去沒(méi)有面對(duì)過(guò)的挑戰(zhàn)，而這其中帶來(lái)的成本，必然也被攤銷在了每輛車上。

因此我們看到，目前在進(jìn)行一體式壓鑄技術(shù)探索和布局的車企，大多數(shù)為新勢(shì)力和傳統(tǒng)豪華品牌。除了特斯拉之外，小鵬、蔚來(lái)、沃爾沃以及財(cái)大氣粗的大眾集團(tuán)都在布局該工藝。其中，蔚來(lái)在2021年底宣布開(kāi)發(fā)了可用于大型壓鑄件免熱處理的材料，即將被用于今年下半年量產(chǎn)的ET5上。小鵬則在武漢工廠加入了一體式壓鑄車間。沃爾沃在其Torslanda工廠引入了鋁制部件一體式壓鑄產(chǎn)線，以便生產(chǎn)下一代電動(dòng)車型。大眾在德國(guó)狼堡的產(chǎn)線也在計(jì)劃引入相關(guān)技術(shù)。

一體式壓鑄工藝對(duì)于車企而言雖然有挑戰(zhàn)，但為了最終降本增效的目的，大家還是得硬著頭皮上。但對(duì)于消費(fèi)者而言，新工藝帶來(lái)的后果只能用喜憂參半來(lái)形容了。

當(dāng)前，特斯拉在柏林的超級(jí)工廠已經(jīng)在后地板一體式壓鑄的基礎(chǔ)上，完成了前機(jī)艙的壓鑄工藝，目前正在努力使前地板完成一體式壓鑄。按照中信建投的相關(guān)報(bào)告中提出的推斷，特斯拉很可能在2027年借助最大壓力為15000噸的超級(jí)壓鑄機(jī)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)白車身一體式壓鑄。

對(duì)于消費(fèi)者而言，這意味著特斯拉整車價(jià)格還有進(jìn)一步的下探空間，即買車還可以更便宜。當(dāng)然，如果鋰電池材料屆時(shí)依舊處于高位，那么整車價(jià)格也不會(huì)變得很便宜。

但是，一體式壓鑄技術(shù)所帶來(lái)的維修貴問(wèn)題，日益成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。由于白車身的零部件采用一體式壓鑄，因此如果發(fā)生重大事故，用戶需要更換整個(gè)車身部件，而非受損的部分。所帶來(lái)的維修成本必然更高。日前，一位車主在倒車時(shí)不慎撞墻，撞壞了后減震包。原價(jià)28萬(wàn)元左右的車維修成本居然需要20萬(wàn)元，讓車主感慨“不如報(bào)廢”。

誠(chéng)然，這次事故究竟有沒(méi)有傷及該車上采用一體式壓鑄制造的后地板尚待證實(shí)，但特斯拉之所以先對(duì)該部件采用新工藝的原因也可以推測(cè)。顯然，這部分部件如果損壞往往是在追尾事故中，即使造成了損失，也是后車車主承擔(dān)。

但歸根結(jié)底，隨著越來(lái)越多零部件采用鋁合金材質(zhì)，特斯拉維修費(fèi)用也變得高企。以今年4月6日中保研對(duì)特斯拉2021款標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航后輪驅(qū)動(dòng)版的測(cè)試為例，這款車在結(jié)構(gòu)耐撞性方面得到了“一般”的評(píng)價(jià)，而可維修性和維修經(jīng)濟(jì)性方面則得到了“較差”的評(píng)價(jià)。

當(dāng)然，導(dǎo)致特斯拉得到此評(píng)價(jià)的原因是多方面的，畢竟這輛車采用了更貴的鋼鋁混合車身，且豪華品牌在車輛維修經(jīng)濟(jì)性方面的評(píng)價(jià)都不高。事實(shí)上，所有電動(dòng)汽車的保費(fèi)都在2021年被上調(diào)，高端電動(dòng)車尤其如此。不過(guò)，一體式壓鑄工藝對(duì)車輛的維修提出的挑戰(zhàn)，也許是未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，對(duì)那些正在亦步亦趨追趕特斯拉的造車新勢(shì)力們的難題。

畢竟，比起潛在的維修成本和日益增長(zhǎng)的保險(xiǎn)費(fèi)，幾次免費(fèi)的換電和充電里程的贈(zèng)送，顯得有些“杯水車薪”了。