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1、降本增效,一体化压铸方兴未艾证券研究报告 行业研究 汽车与零部件汽车行业证券分析师:黄细里执业编号:S0600520010001 联系邮箱:联系电话:汽车行业研究助理:谭行悦执业编号:S0600121070041联系邮箱:2022年11月9日报告核心观点:政策推动+”里程焦虑”推动轻量化快速发展,铝合金市场空间广阔。面对节能减排政策推动和新能源车里程焦虑的现实,轻量化成为重要的技术方向,铝合金材料以其性价比优势,成为轻量化的优选,市场空间2025年有望达到3095亿元,2020-2025年复合增长率达到17.1%。汽车结构件渗透率较低,单车价值量快速提升。相较于其它铝合
2、金零部件(中小件、三电系统、底盘悬挂),汽车结构件单车价值量最高(单车1万元以上),渗透率最低(燃油车3%,纯电车8%),具备最大的远期市场空间。铝合金车身结构件增加带来拼接工艺难度升级,多因素逐步完善共同推动一体化压铸推广。铝合金用料的不断增加,车身结构件拼接工艺采用原有的冲压+焊接工艺难度提升。随着压铸设备吨位不断提升+免加热合金+真空高压压铸等工艺的不断完善,铝合金一体化在技术上成为可能。在成本、效率、安全、精度的多重需求推动下,特斯拉率先尝试一体化压铸技术,完成Model Y车型的后底板一体化压铸,其它车企陆续跟进,2025年国内市场空间有望达到192亿元(扣除特斯拉)。产业链各环节持
3、续推进,一体化压铸产品供应商(Tier1)具备最高壁垒及市场空间。在大吨位压铸设备、免热合金、模具、生产工艺等多个环节中,因为压铸供应商需要整合各方资源,并且通过高真空压铸等工艺完成高良品率的生产,具备最高的技术壁垒。此外,根据我们测算,一体化压铸设备/免热材料/模具/产品等市场规模在2025年分别为53/96/38/192亿元,2022-2025复合增速分别为114%/524%/180%/524%,一体化压铸供应企业在市场空间总量及复合增速维度均为最受益环节,重点推荐一体化压铸产品供应商标的。投资建议:推荐一体化压铸领先布局【文灿股份】/一体化压铸加速布局【爱柯迪】,关注【广东鸿图】【泉峰汽
4、车】,其它轻量化赛道推荐:【拓普集团】【旭升股份】。风险提示:新能源渗透率不及预期,一体化压铸不及预期,下游乘用车需求复苏不及预期。2VXbWiYhUcVgYpP1ViZuX6McM6MnPqQpNmOjMoPoPlOpOrRbRqQvMMYqQxOuOtRuM目录目录特斯拉率先推进一体化压铸进程车身结构件是铝合金压铸领域蓝海全产业链技术环节及格局梳理市场空间测算及标的梳理风险提示3车身结构件是铝合金压铸领域蓝海政策推动,节能减排标准不断提升。“节能减排”成为我国经济发展的主旋律。汽车领域是推进节能减排的重点。2020年中国汽车工程学会组织全行业专家修订编制的节能与新能源汽车技术路线2.0发布
5、,对于乘用车新车的油耗做了具体的要求,2025/2030/2035年乘用车新车的平均油耗需要达到4.6、3.2、2.0L/100km,节能减排标准持续升级。新能源渗透率持续提升,里程焦虑成为消费者核心关注。在政策+市场的双重助推下,国内新能源车渗透率快速提升,从2020年1月的2.7%提升到2021年11月份的20%,随着新能源车份额的不断扩大,相关的问题也逐渐突出。2021年2月,“中国汽车流通协会”发布文章如何破解新能源车里程焦虑?,提及根据协会对于新能源车主用车体验的面访调研结果,用户购买时最关心的问题就是“电池续航能力”,占比达到31.8%,里程焦虑成为消费者购买新能源车的核心关注内容
6、。分类分类2025年年2030年年2035年年乘用车(含新能源)4.6L/100km3.2L/100km2.0L/100km商用车(较2019年)货车油耗下降8%客车油耗下降10%货车油耗下降10%客车油耗下降15%货车油耗下降15%客车油耗下降20%传统能源乘用车5.6L/100km4.8L/100km4.0L/100km混动新车占比50%占比75%占比100%新能源汽车占总销量20%占总销量40%占总销量50%图:2021-2022新能源汽车销量渗透率表:节能与新能源汽车技术路线2.0能耗总体目标0%5%10%15%20%25%30%35%-
7、--042022-074数据来源:节能与新能源汽车技术路线2.0,乘联会,东吴证券研究所车身结构件是铝合金压铸领域蓝海新能源车三电系统质量增加,续航里程诉求带来轻量化需求。新能源车相较于燃油车虽然减少了发动机和变速箱,但是增加了三电(电机、电控、电池)系统,电池动力系统的能量密度低于燃油系统,因此新能源整车的质量高于传统燃油车。而新能源车对于续航里程的述求,增加了对于整车轻量化的需求。轻量化助力节能减排,铝合金材料性价比最佳。根据“布勒中国”的数据,汽车重量每减轻10%,最多可实现节油5-10%,整备质量每减少100kg,百公里油耗可以降低0.3-0.6L,减少CO2
8、排放8.5g/km,因此轻量化成为节能减排领域的重点发展技术。同时在不同的轻量化材料中,对比多种金属合金和碳纤维,铝合金的性能、密度以及价格等多方面具备优势,是最具有性价比的轻量化材料。0%5%10%15%20%25%30%35%0500025003000吉利帝豪现代名图比亚迪宋奥迪Q2L比亚迪唐燃油版纯电版质量对比图:燃油车与新能源车质量对比(kg)材料材料密度密度比强度比强度比模量比模量价格(元价格(元/kg)高强度钢高低中5铝合金低低中40镁合金低低低80钛合金中中低70碳纤维低高高120注:比强度越高,相同强度材料越轻;比模量越大,材料刚性越大表:汽车轻量化材料对
9、比5数据来源:汽车之家,汽车人参考,东吴证券研究所车身结构件是铝合金压铸领域蓝海密度及再生性占优,汽车轻量化理想材料。铝合金密度仅为传统钢材料的三分之一,且车用铝合金因为熔点低,回收率达到95%以上,具备绝佳的再生性,因此是汽车轻量化最理想的材料。乘用车铝合金市场空间广阔,2025年车均用量接近翻倍。根据国际铝业协会发布的数据,2020年国内传统乘用车用铝量约为139kg/辆。工信部节能与新能源技术路线图提出我国2025/2030年单车用铝量目标为250kg/辆和350kg/辆。根据我们测算,2025年国内新能源铝合金市场空间约为3095亿元,2020-2025年CAGR为17.1%,其中三电
10、系统/轻量化底盘/车身结构件2020-2025年CAGR分别为62%/25%/72%。0020202025E2030E图:国内铝合金单车用量/kg图:国内铝合金市场空间测算/亿元图:铝合金各部分零部件空间测算/亿元表:铝合金轻量化产品价值量提升200800032003800202020212022E2023E2024E2025E燃油车新能源004000202020212022E2023E2024E2025E三电系统轻量化底盘白车身动力系统&小件6数据来源:国际铝业协会,工信部,乘联会,拓普集团公告,东吴证券研究所车身结构件是铝合
11、金压铸领域蓝海副车架控制臂转向节电机壳体电控壳体电池壳体前盖内前盖内/外板外板车顶后盖内/外板侧围外板车门外板车门内板翼子板车身骨架底盘-三电系统-中小件,车用铝合金零部件渗透率不断提升。在新能源渗透率提升+节能减排标准升级的双重助推下,车用铝合金零部件的渗透率持续提升,底盘系统(转向节/控制臂/前后副车架)轻量化因为能够有效提升汽车的操控特性,最先实现钢-铝的升级。随后,三电系统(电机/电控/电池外壳)和中小件铝合金产品(雨刮电机/转向器壳体/空调系统/制动系统)等渗透率持续增长。车身结构件升级,带来单车价值量提升。车身结构件铝合金渗透率相对较低,主要原因包括:1)零部件体积较大,对于设备/
12、工艺/模具等技术要求门槛高;2)产品价值量高,增加整车制造成本;3)铝合金车身拼接难度高,焊接复杂度高于钢车身。随着轻量化进程的持续进行以及新的制造工艺出现,铝合金车身结构件渗透率有望持续提升,带来整车铝合金产品价值量的提升。白车身7数据来源:易车,东吴证券研究所图:车身结构件示意图车身结构件是铝合金压铸领域蓝海0%4%8%12%16%转向节副车架控制臂车身结构件车身覆盖件渗透率最高,整体渗透率持续提升。根据DriveAluminum的统计,2015年车身和覆盖件的整体渗透率仅为6.6%,2025年铝合金的渗透率有望达到26.6%,其中覆盖件的渗透率达到85%,全铝合金车身渗透率有望达到18%
13、,车门的渗透率将达到46%。车用底盘件具备较高渗透率,车身结构件市场空间广阔。根据中国产业信息网的数据,2020年中国汽车市场中铝合金转向节、副车架、控制臂的渗透率分别为15%、8%、5%。相较于渗透率较高的底盘市场,根据国际铝业协会数据,传统燃油车车身结构件渗透率仅为3%,纯电汽车中渗透率为8%,车身结构件是汽车铝合金压铸市场中的蓝海市场。8数据来源:DriveAluminum,中国产业信息网,东吴证券研究所48%6%4%73%28%9%85%46%18%0%20%40%60%80%100%覆盖件车门全铝车身20152025E2030E图:汽车不同部件铝合金渗透率情况及预测图:汽车不同部件铝
14、合金渗透率情况车身结构件是铝合金压铸领域蓝海铝合金四大基础工艺+后续处理工艺,构成铝合金加工体系。轧制/锻造/挤压/铸造四大基础工艺:1)轧制:锭坯借助轧辊施加的压力,使其横断面减小,厚度变薄而长度增加的一种塑性变形过程;2)锻造:利用材料的可塑性,借助外力产生塑性变形;3)挤压:对模具型腔内的金属坯施加强大的压力,获得所需断面形状、尺寸的塑性加工办法;4)压铸:将金属溶液压入模具内,在压力下冷却成型的一种精密铸造方法。在基础铝材上进一步加工工艺:1)冲压:压力机和模具对材料施加外力,使之塑性变形或变形;2)焊接:通过加热/加压的方式使得工件之间产生原子间结合的加工工艺。图:轧制/锻造/挤压/
15、压铸工艺图:冲压/焊接工艺轧制锻造挤压铸造冲压9数据来源:中国船检,誉格压铸官网,东吴证券研究所车身结构件是铝合金压铸领域蓝海数据来源:汽车材料网,汽车底盘铝合金化轻量化的成型工艺及趋势,旭升股份公告,东吴证券研究所项目差压铸造低压铸造重力铸造高压铸造锻造挤出表面质量中等中等差良好良好良好内部质量晶粒较为粗大,组织相对松散晶粒粗大,组织松散晶粒级为粗大,组织松散无补缩,内部较多气孔疏松晶粒细小,组织致密晶粒细小,组织致密表面粗糙度Ra6.3-3.2Ra6.3-3.2Ra6.3-3.2Ra3.2-1.6Ra3.2-1.6Ra3.2-1.6热处理可固溶(T6)可固溶(T6)可固溶(T6)不可(真空
16、可热处理)可固溶(T6)可固溶(T6)生产效率中等中等低高低高设备成本中等低低中等中等高成型精度加工余量较大加工余量较大加工余量较大一次成型程度高,加工余量少一次成型率低,工序复杂,加工复杂一次成型程度高,加工余量少机械性能较高中等中等低(热处理后中等)最高接近锻造水平适用产品轻量化底盘产品轻量化底盘产品三电系统产品三电系统产品轻量化底盘产品三电系统产品轻量化底盘产品车身结构件轻量化底盘产品车身结构件铸造副车架铸造转向节锻造控制臂防撞梁轮毂电机壳涡轮增压器壳体阀体减震塔B柱电池盒锻造转向节图:不同工艺产品列示电池盒前后纵梁减震器底座减震器底座10表:不同压铸工艺对比车身结构件是铝合金压铸领域蓝
17、海77%77%3%3%10%10%10%10%压铸压铸锻造锻造轧制轧制挤压挤压图:2018年车用铝合金加工四大工艺占比铝合金型材挤压成型铝合金铸造铝合金高强度合金钢热成型超高强度钢镁合金碳纤维图:A8车身结构件材料拆分车身结构件用铝逐步增长,型材占据较大比例。随着车身轻量化进程的逐步推进,车身结构件的铝合金占比在逐步提升,以奥迪A8为例,铝合金材料占比达到58%,受到结构件加工方法惯性影响,冷加工工艺的铝合金型材和挤压成型占比较高,压铸成型车身结构件占比相对较少。车用铝合金整体加工工艺压铸占比最高。虽然车身结构件中间铝合金铸造工艺占比相对较低,但是整车铝合金零部件加工工艺中,铸造因为生产效率以
18、及便于复杂零部件成型等优势占据最大比例。根据2018年发布的 铝合金在新能源汽车工业的应用现状及展望中的内容,目前各类铝合金工艺在汽车上的使用比例大约为:铸造77%,轧制10%,挤压10%,锻压3%。11数据来源:汽车材料网,铝合金在新能源汽车工业的应用现状及展望,东吴证券研究所车身结构件是铝合金压铸领域蓝海后门框4000T后减震塔2500T尾箱盖4000T尾箱侧板2500T后纵梁4000TB柱2800TA柱4000T前横梁3500T前减震塔1600-2500T前门框4000T图:铝合金压铸件车身结构件铝合金车身结构件技术门槛较高,玩家较少。相较于小件、三电系统和轻量化底盘系统,车身结构件的产
19、品结构比较薄,平均壁厚仅为2.53mm,且零件大型化,很容易变形。对于零部件的强度要求也很高,因此具备较高的技术门槛,目前仅有前横梁、左右门框、减震塔、尾盖箱、纵梁等零部件可以采用压铸工艺进行生产。车身其它结构更多的采用高强度钢材料通过冲压、折弯、焊接等方式进行制造,因此目前进入车身结构件压铸领域的供应商也相对较少。受产品质量、投影面积以及结构复杂程度影响,压铸机吨位各不相同。压铸产品从车门-减震塔-B柱内板-车身结构件,总体总量约4-5kg,因为零部件的投影面积大小不同,以及产品结构复杂程度不同,压铸机选用的吨位在2800-4400T范围。铝合金车门减震塔B柱内板车身结构件车身结构车门减震塔
20、B柱内板结构件重量/kg5.44.63.55压铸机吨位/T440040003200280012数据来源:汽车材料网,易车,东吴证券研究所图:不同产品的重量/压铸机吨位对比车身结构件是铝合金压铸领域蓝海铝合金减重效果明显,车身整体轻量化逐步成为趋势。以A级轿车沃尔沃S60为例,白车身重量为415.2kg,宝马6系GT白车身重量为457kg,而采用了全铝合金车身的全尺寸SUV 蔚来ES8白车身重量仅为335kg,轻量化效果显著,车身结构件采用铝合金轻量化逐步成为趋势。白车身车门前盖总成(内/外板)后盖总成(内/外板)车身结构车身骨架四门前盖总成后盖总成白车身重量/kg321.56315.215.5
21、415.213数据来源:汽车材料网,蔚来官网,东吴证券研究所图:沃尔沃车身重量图:蔚来ES8车身重量车身结构件是铝合金压铸领域蓝海分拼线+总拼线,共同完成白车身制造过程。下部总成一下部总成一左前纵梁左前纵梁右前纵梁右前纵梁后底板后底板+后纵梁后纵梁前底板前底板下部总成一下部总成一下部总成二下部总成二前挡板前挡板左左/右后轮罩右后轮罩后围板后围板下部总成二下部总成二侧围内板侧围内板侧围外板侧围外板前前/中中/后横梁后横梁顶盖顶盖车身骨架总成车身骨架总成车身骨架总成车身骨架总成前盖总成前盖总成翼子板翼子板前门总成前门总成后门总成后门总成后盖总成后盖总成白车身总成白车身总成14数据来源:易车,东吴证
22、券研究所图:白车身制造过程车身结构件是铝合金压铸领域蓝海电阻点焊(铝-铝)激光焊(铝-铝)胶粘MIG焊(铝-铝)半空心自冲铆接激光焊(钢-钢)冲压铆合工艺无铆压力连接卷边连接MAG焊(钢-钢)搅拌摩擦焊热熔自攻丝连接电阻点焊(钢-钢)图:奥迪A8车身连接技术连接工艺点焊MAG焊MIG焊激光焊接铆接无铆连接卷边螺丝连接胶水连接数量/个951长度/mm82096152939左/右纵梁后底板前底板其它零部件底板总成其它零部件前后轮罩前后围板下部总成侧围内/外板其它零部件车顶盖车身骨架其它零部件四门两盖翼子板白车身总成连接工艺车身分拼线车身总拼线电焊数量/个
23、4000-6000工艺占比60%40%图:传统车身拼接工艺流程图轻量化车身拼接难度提升,生产效率下降&成本提升。以2019年奥迪A8车型为例,车身分为铝合金、钢、碳纤维复合材料、镁合金等多种材料,其中铝合金占比58%,钢占比40.5%,碳纤维1%,镁合金0.5%。虽然整个白车身带来了很好的轻量化和强度效果,但是奥迪A8一共采用了14种连接方式来进行整车的组合,包括点焊、MIG焊、激光焊等8种热连接技术和铆接、卷边、螺丝连接、胶水连接等6种连接技术,提升了生产的难度,并且提升了整车的制造成本。分拼线工艺占比更高,生产工艺有待优化。车身在车身车间的制造过程中,各种散件连接成前/后底板、侧框、前围总
24、成等分拼工艺占比达到60%以上,通过一体化成型工艺能够有效提升铝合金车身制造效率分分拼拼线线总总拼拼线线15数据来源:奥迪官网,易车,东吴证券研究所车身结构件是铝合金压铸领域蓝海超大型压铸机超大型压铸机系统复杂,对理论,经验以及制造工艺都有很高的要求,时间成本高,造价高昂,风险成本大免加热材料免加热材料合金溶液需要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,免热处理是关键压铸模具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,模具更复杂工艺方法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实现一体化铸件实现一体化铸件的的4大技术壁垒大技术壁垒突破一
25、体化压铸壁垒,需要解决四大技术环节16数据来源:东吴证券研究所绘制图:实现一体化铸件的4大技术壁垒目录目录特斯拉率先推进一体化压铸进程车身结构件是铝合金压铸领域蓝海全产业链技术环节及格局梳理市场空间测算及标的梳理风险提示17特斯拉率先推进一体化压铸进程提升生产效率,特斯拉推动一体化压铸进程。经历了2018年的“产能地狱”之后,为了提升车身的生产效率,特斯拉从材料、设备、工艺等多方面推动一体化压铸的进程。1)2018年宣布多向车身的铸造专利;2)2019年发布免加热铝合金专利;3)2020年宣布采购2台大型压铸机;4)2021年Model Y采用一体化压铸技术下线;5)Model Y的前舱总成完
26、成一体化压铸实验;6)发布下车体一体化压铸专利。加州工厂率先试点,全球四大超级工厂全面布局。2020年8月,特斯拉加州“弗里蒙特”工厂率先安装意德拉旗下的6000T超级压铸机,通过一体化压铸工艺对Model Y车型的后底板部位进行制造。在试制成功之后,特斯拉开始在全球四大超级工厂进行一体化压铸机布置,目前已经到位的压铸机合计18台。2022年10月,德州工厂为CyberTruck准备的9000T压铸机已经完成建造及测试,未来柏林工厂还计划引进6台超级压铸机,完成前舱及后底板的压铸工作。20182019.01发布多向车身发布多向车身铸造专利铸造专利发布免加热铝发布免加热铝合金专利合金专利2020
27、.04宣布购买两台宣布购买两台6000T压铸机压铸机2020.09宣布宣布Model Y采采用一体化后底用一体化后底板板2021.02上海工厂上海工厂Model Y采用一体化压铸采用一体化压铸2021.05前舱实现一体前舱实现一体化压铸化压铸2022发布下车体一体发布下车体一体化压铸专利化压铸专利工厂工厂现有设备现有设备后续计划后续计划适用车型适用车型适用部位适用部位上海工厂6000T:5台/Model Y后底板总成弗雷蒙德工厂6000T:6台/Model Y后底板总成德州工厂6000T:4台9000T:1台/Model YCyberTruck后底板总成前舱总成柏林工厂6000T:2台6000
28、T6台Model Y后底板总成前舱总成合计18台6台18数据来源:特斯拉官网,东吴证券研究所表:特斯拉四大工程压铸情况梳理图:特斯拉一体化压铸进程特斯拉率先推进一体化压铸进程公布多向车身压铸专利,初步提出技术逻辑。2018年特斯拉公布“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”(Multi-Directional Unibody Casting Machine for a Vehicle Frame and Associated Methods)的专利,提出可以在一台机器上完成绝大部分车架铸造工作的技术构想,这是一体化压铸技术的雏形。发布高性能免热合金专利,提供符合工艺材料。2019年特
29、斯拉发布专利“CN112567059-Aluminum alloys for die casting”,具备高屈服强度和高导电性,并且在压铸时还具有高流动性和低热裂敏感性的高性能铝合金,并且无需经过热处理,避免了大型压铸件在热处理过程中易出现的变形或者产生表面缺陷的问题。图:多向压铸专利温度时间压铸压铸固溶退火固溶退火时效处理时效处理机加工机加工图:压铸件热处理过程19数据来源:特斯拉官网,懂车帝,东吴证券研究所特斯拉率先推进一体化压铸进程全球知名压铸设备企业,发力大型一体化压铸赛道。意大利IDRA公司成立于1946年,是全球高科技压铸机领域的明星企业。2007年在金融危机的影响下,公司财务陷
30、入困境,被香港压铸企业力劲科技以350万欧元现金收购70%的股份。力劲因此成为世界最大的压铸设备生产商。随着技术进步和材料价格下降,力劲集团的战略向大型压铸设备设计转变。大吨位压铸设备突破业界瓶颈,助力特斯拉开启一体化压铸进程。IDRA开发的OL6200CS设备,尺寸19.5*5.9*5.3m,能够提供最大6218吨的锁模力,突破之前行业最大锁模力仅为4400T的极限,确保模具内腔在高压下的合模稳定性。凭借IDRA的超级压铸机设备,特斯拉具备了一体化压铸设备维度的硬件准备。图:IDRA大吨位压铸机图:IDRA OL6200CS参数20数据来源:力劲科技官网,IDRA官网,东吴证券研究所特斯拉率
31、先推进一体化压铸进程后底板一体化-前舱总成一体化,产品集成度逐步提升。2020年特斯拉率先在上海工厂Model Y上运用一体化压铸技术,核心是对后底板总成+轮罩部分进行压铸。根据公司披露,整体是由71个零部件集成为一个零部件,减少了约700+个焊点。2022年根据特斯拉一季度财报披露,德州奥斯汀工厂在后底板一体化压铸的基础上,尝试进行前舱总成的一体化压铸,将前后底板零部件数量从171个减少到2个,减少焊点超过1600个。有效提升生产节拍+降低成本。新的一体化压铸技术让特斯拉白车身的连接点大大减少,零部件制造时间大大缩短从数小时下降到数十分钟,大幅度的精简了制造流程,提升了生产效率,相比传统车身
32、制造的“冲压+焊接”工艺,一体化压铸具有轻量化、零件数量及焊接工序步骤减少、人员及土地节约等优势,能极大地节约造车成本。图:Model Y 后底板一体化图:Model Y 前/后底板一体化图:Model Y 后底板一体化图:Model Y 前舱一体化21数据来源:特斯拉公告,搜狐,东吴证券研究所特斯拉率先推进一体化压铸进程一体化压铸生产环节实现降本,规模生产下较传统工艺更具优势。以50万套产品出货量以及10年的折旧周期进行成本测算,一体化压铸工艺相较于传统工艺的成本有较大程度的下降。因此当生产量达到一定的阈值之后,一体化压铸工艺具备较大的成本优势。制造过程精度可控,车身尺寸维护成本极低。传统白
33、车身的冲焊工艺,一台车由500+零部件组成,全车合计4000-6000个焊点,零件尺寸误差累积需要大量的时间进行调试(三轮,6个月),一体化压铸因为制造过程极简,制造精度可控,整车尺寸调试时间和成本大大降低。242300070铸造修边热处理 机加工总共铸造修边机加工总共传统压铸工艺一体化压铸工艺图:压铸工艺零部件制造时间对比图:零部件加工成本测算基于50万套测算传统工艺成本/亿元压铸工艺成本/亿元冲压环节设备需求冲压机:1台1压铸岛:4套4.8小型压铸机:15台大型模具1台夹具:5套小型模具:15台焊接环节设备需求焊接机器人:2台1.25焊机:2台搬
34、运机器人:1台夹具:1组机器人:6台10年折旧固定成本折旧0.23 固定成本折旧0.48 生产环节焊点数量700个/车1.75 2个/车0.08 人力需求员工:120名0.14 员工:20名0.02 生产成本总成本2.12 总成本0.58 22数据来源:懂车帝,东吴证券研究所特斯拉率先推进一体化压铸进程CTC技术落地,前舱总成+后底板+电池盒共同构成下车体总成。2022年特斯拉发布了与新电芯配套的CTC(Cell TO Chassis)技术,2022年3月,采用CTC技术的柏林工厂正式开放,特斯拉成为全球首家量产CTC技术的车企。CTC结构的车体主要通过三部分构成,包括前舱总成、后底板总成、电
35、池盒总成,整个下底板零部件从370个缩减成3个,有效提升制造效率,降低制造成本。大型压铸设备落地量产,一体化压铸电池盒有望成为趋势。目前主流的铝制电池盒制作工艺采用冲压+焊接的方式,因为6000-9000T压铸机无法满足全尺寸电池盒的铸造需求。行业目前已经研发量产的12000T压铸机,能够满足全尺寸电池盒的压铸需求,有望进一步推动一体化压铸电池盒的普及。后底板总成后底板总成前舱总成前舱总成电池托盘电池托盘图:特斯拉 CTC 技术车身结构图:特斯拉 CTC 电池盒23数据来源:特斯拉官网,东吴证券研究所目录目录特斯拉率先推进一体化压铸进程车身结构件是铝合金压铸领域蓝海全产业链技术环节及格局梳理市
36、场空间测算及标的梳理风险提示24全产业链技术环节及格局梳理数据来源:压铸杂志,东吴证券研究所绘制压铸件工艺开发过程中间关键节点。高韧性结构件铝合金:免加热处理,高强韧性铝合金材料高真空压铸:模具密封(主分型面、模芯侧面、镶块侧面、型芯密封、顶针密封、压室密封)等可制造型分析:壁厚分析、分型面分析、拔模角度、顶杆位置分析模流分析:流动分析(流动前沿形态、卷气情况、渣包分布、充型温度)、凝固分析等模温控制:影响冷隔、缩孔、气孔、变形等缺陷结构件性能要求结构件性能要求抗拉强度180Mpa屈服强度120Mpa多种连接方式(SPR/FDS)断后延伸率10%内部孔隙率/外观要求高压铸造关键技术高压铸造关键
37、技术高韧性结构件铝合金材料热处理高真空压铸技术模具设计&模温控制技术局部挤压技术25图:结构件性能要求对应的高压铸造技术梳理全产业链技术环节及格局梳理:材料免热铝合金材料,为一体化压铸做好材料基础。传统铝合金材料Silafont-36(AlSi10MnMg)在压铸完成之后需要通过热处理过程来提升机械性能,但是大型铝合金压铸件在热处理过程中易出现变形或者产生气泡等表面缺陷,免热铝合金材料无需进行热处理能够达到更加优秀的机械性能,大幅降低了产生废品的风险,提高良品率。Al-Si&Al-Mg系列铝合金成为主流,各类合金元素协助改善机械特性。铝合金具备多种合金特性,包括Al-Si、Al-Mg、Al-C
38、u、Al-Zn等大类,目前免加热合金主要集中在Al-Si、Al-Mg两种类型,在这两种体系下,通过添加Si、Mg、Mn、Ti、Cu、Sr等微量元素,协助提升产品性能。序号序号牌号牌号合金系合金系备注备注1ZL-1XXAl-Si+其他有良好的铸造性能和耐磨性能,合硅量在4%-13%之间,有时适量添加铜和镁(一般0.2%-0.6%),提高合金的力学性能和耐热性,一般常用于结构件。2ZL-2XXAl-Cu+其他含铜4.5%-5.3%合金强度效果最佳,适当加入锰和钛能显著提高室温、高温强度和铸造性能。3ZL-3XXAl-Mg+其他密度最小、强度最高的铸造铝合金,含镁12%时强化效果最佳,室温下有良好的
39、综合力学性能。4ZL-4XXAl-Zn+其他 为改善性能常加入硅、镁等元素,铸件有较高的强度。序号序号合金元素合金元素作用作用1Si含量高则流动性好2Mg提高强度和硬度3Mn克服粘模,改善Fe的金相组织4Ti晶粒细化5Cu低Cu可以强化耐腐蚀6Sr帮助改善共晶硅,改善粘模表:铝合金牌号及性能特性表:不同合金元素特性合金名称分子式特性热处理工艺抗拉强度屈服强度伸长率成形性脱模性焊接性Silafont 36AlSi10MnMg非免热合金T6 热处理 180Mpa 120Mpa10%良好不粘模气体保护焊Castasil 37AlMg5Si2MnAl-Si合金免热处理290Mpa 160Mpa7%稍差
40、不粘模气体保护焊agsimal 59AlSiMnMoZrAl-Mg合金免热处理230Mpa 120Mpa10%良好Mn0.3%易粘模焊接性良好表:德国莱茵公司三类铝合金免热材料对比26数据来源:压铸杂志,腾讯网,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:材料免热处理材料持续迭代升级,微量元素影响最终机械性能。目前免加热材料主要集中在Al-Si以及Al-Mg材料两大类。德国莱茵公司和美国美铝公司分别推出Al-Si系的免加热合金材料Castasil 37以及C611,其中C611是目前业界主要采用的免热合金。不同的免热合金材料通过调整微量元素的含量获取不同的机械材料属性,但总体目标都是增强屈服强度
41、、断后伸长率、热稳定性、流动性能等,并且需要有比较好的脱模特性。各家企业积极布局研发免热合金,加速自主替代进程。除了特斯拉之外,蔚来汽车(上海交大)、立中集团、广东鸿图(中铝苏州研究院)等多家企业开发出具备独立知识产权的免热合金材料,推动免热铝合金材料的自主替代进程。表:主流免热合金牌号及成分开发公司合金名称特性SiFeCuMnMgZnTiSrSilafont 36非免热合金10.570.230.000.530.360.000.060.01Castasil 378.5-10.50.150.050.35-0.60.060-0.01-0.015Aural 6(375)9.5-11.50.1-0.2
42、50.020.3-0.70.150.030.04-0.150.01-0.015Aural 5(374)6.5-8.50.1-0.250.020.35-0.70.1-0.40.030.150.01-0.015美国美铝EZCast-NHT(C611)4.0-7.00.4-0.80.15-0.250.15-0.20.10.030.01-0.015Tesla Alloy 16.5-7.50.40.4-0.80.35-0.70.1-0.4-0.150.015-0.03Tesla Alloy 26-110.50.3-0.80.35-0.80.15-0.4-0.150.015-0.05Tesla Alloy
43、 36-110.60.3-0.80.35-0.80.1-0.4-0.150.015-0.05C446F(560)0.250.2-1.1-1.42.8-3.60.050.15-A1521.2-1.63.0-A1531.2-1.64.0-Magsimal 591.8-2.60.20.030.5-0.85.0-6.00.070.20-Castaduct 420.21.5-1.70.20.154.1-4.50.30.2-上海交大SJTU-Al-Mg-Si-Mn2.0-3.60.6-0.96.0-8.00.15-0.2-立中集团自主研发-广东鸿图中铝苏州研究院合作-麦格纳特斯拉美国美铝Al-Si免热合金
44、Al-Mg免热合金德国莱茵德国莱茵27数据来源:腾讯网,上海有色金属行业协会,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:设备行业内压铸机锁模力存在上限,一体化压铸提出更大挑战。在特斯拉尝试一体化压铸之前,行业中最大压铸机的锁模力只有4400吨,用于生产的产品主要是铝合金一体化车门(投影面积0.5平方米。重量5.4kg)以及减震塔等车身零部件。一体化压铸件的投影面积超过1平米,重量达到30-40kg,对于压铸设备锁模力的要求远大于原有4400T的压铸机设备,也给整个压铸机行业带来了新的挑战。锁模力大幅增加,整套系统全面升级。随着锁模力的大幅增加,压铸机内部的机械、液压和电控系统都需要完全重新开发
45、,因此大型压铸机的先行者力劲集团(意德拉)在此过程中实现了完整的自主知识产权。在力劲集团(意德拉)的支持下,全球首台6000T压铸机实现量产。图:压铸产品模具投影图:力劲大型压铸岛28数据来源:力劲集团官网,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:设备联动压铸机及周边设备,压铸岛实现最大程度自动化生产。大型压铸机往往需要配合一整套周边设备,完成整条压铸流水线的工作,工序包括产品取出、完整性检测、去渣包、冷却、切边、打磨去毛刺、除尘、码垛等全自动化生产,压铸机与周边设备整体的造价基本上以1:1的配比构成。两板机结构更加紧凑,三板机使用成本更低。对于压铸机器来说,存在两板机以及三板机两种传动模式
46、,两板机的结构更加紧凑,通过油缸来建压控制动模,实现合模过程。三班机通过曲轴的方式来控制动模,实现合模过程。相较于两板机,三板机需要的场地空间更大,但是维护成本相对来说更低。目前力劲集团6000-9000T的IMPRESS-PLUS系列压铸机采用三板机的方式,9000T以上的DREAMPRESS系列采用独特的直压机构造。图:压铸岛结构示意图图:三板/两板机示意图压铸机保温炉给汤设备 去渣包切边机除尘设备刀库装箱码垛冷却设备 取件机器人喷淋输送线去毛刺29数据来源:力劲集团官网,艾邦智造,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:设备力劲集团:收购全球头部企业,大型压铸机先行者。香港力劲集团成立
47、于1979年,是一家专业从事研发、制造和销售冷、热室压铸机及镁合金压铸机、精密注塑机和计算机数控加工中心的企业集团,于2006年在香港上市。2008年公司收购了压铸行业历史悠久的意德拉公司,在新能源浪潮之下,协助特斯拉率先研发出全球第一台6000T压铸机,实现后底板总成的一体化压铸。随后陆续推出9000T/12000T压铸机产品,并且继续研发更大吨位的压铸机。截至2022年10月,根据公司披露,目前全国6000T以上大吨位压铸机设备公司的市占率达到56.7%。布勒集团:全球金属压铸领域头部企业,发力大型压铸设备。布勒集团拥有150年的发展历史,在金属压铸领域处于世界领先地位,2008年发布44
48、00T压铸设备。随着整个市场大吨位压铸设备需求不断增长,公司陆续推出5600-9200T压铸设备,并且均已获得客户订单,目前产品主要集中在汽车底盘的前后舱,大型电池包等,配套车企涵盖了中欧美各大一线汽车品牌。图:力劲集团大型压铸机图:布勒集团大型压铸岛30数据来源:力劲集团官网,压铸快讯,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:设备伊之密:专注模压成型装备制造,大力拓展超重型压铸设备。公司成立于2002年,具备注塑机、压铸机、橡胶注射成型机、高速包装系统、机器人自动化集成系统等多个事业部,多元化&全球化发展。目前公司正在大力拓展超大型智能压铸设备,2022年5月发布LEAP 7000T压铸机
49、设备,2022年8月中标长安汽车共计4台设备。9000T压铸设备与一汽铸造建立9000T压铸整体解决方案的战略合作关系。2022年10月,公司超重型压铸机厂房将正式竣工,占地总面积2.3万平方米,可满足2万吨超大型压铸机的装配。海天金属:携手美利信实现车身结构件量产,与旭升股份建立战略伙伴关系。海天金属是海天集团下属企业,2016年注册成立。2021年6月海天金属全新生产基地启用,占地面积139亩,可生产180T-8800T全系列压铸机,年生产能力达到4000台。2021年公司交付8800T超级压铸机,和重庆美利信合作实现了超大型车身结构件的落地量产。旭升股份与公司签订协议,未来三年内将订购2
50、亿元的压铸岛设备,覆盖1300-4500T,6600T和8800T。图:伊之密LEAP系列大型压铸机图:海天金属8800T压铸机力劲/意德拉力劲/意德拉布勒布勒伊之密伊之密海天集团海天集团文灿股份6000/7000/9000T广东鸿图6800/12000T拓普集团7200T旭升股份6600/8800T爱柯迪6100/8400T泉峰汽车6100/8000T美利信8800T嵘泰股份9000T一汽铸造9000T宜安科技6100T云海金属7000T特斯拉6000/9000T小鹏汽车12000T长安汽车7000T客户/设备企业客户/设备企业主机厂供应商表:各家压铸设备企业定点情况梳理31数据来源:伊之密
51、官网,海天金属官网,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:模具高压铸造产品结构复杂,需要精密的工艺设计。金属液流需严格把控,避免出现零件失效。大型零部件高压铸造过程中,流动通道复杂,边角结构越多越容易导致金属充型过程中无法良好填充,甚至出现紊流,从而导致内部严重的缺陷,甚至会带来杂质和氧化皮风险。或者由于流动性不足或者多处流动进度不同,从而出现多处金属液面冲击融合,从而导致零件失效。排气结构需合理设计,仿真技术+过程控制防止气孔产生。模具中原有的气体+金属液流自身带入的气体+包含金属中的气体需要排出,需要在设计之初通过合理的排气结构来排出气体,甚至采用惰性更好的气体保护和一定的真空技术来实
52、现模具中的气体排放,需要大量的仿真技术和生产过程的控制接入,排气过程如果做不到位零件会有大量的气孔产生。冷却过程需要液态补缩,避免热孤岛带来缺陷。完成铸造过程之后,零件的冷却过程会带来尺寸的收缩,需要准确的仿真零部件完整的冷却过程,设置最晚冷却的金属液池来补充收缩部分的液体,同时避免出现不合群的热孤岛,否则会在零部件冷却收缩的过程中产生新的缺陷。图:高压铸造产品流动性/排气分析图:高压铸造产品铸造过程仿真32数据来源:MAGMA,东吴证券研究所全产业链技术环节及格局梳理:模具数据来源:汽车材料网,东吴证券研究所模具设计技术可制造性分析壁厚分析分型面分析拔模角度顶杆位置分析模流分析流动分析流动前
53、沿形态卷气情况渣包分布/集中排气通道充型温度凝固分析-热节分析图:模具温度控制监控优化铸件优化铸件优化浇注系统优化浇注系统优化浇筑工艺参数优化浇筑工艺参数优化模具结构优化模具结构模温控制:模温控制:1)影响冷隔、缩孔、气孔等缺陷2)影响生产效率33全产业链技术环节及格局梳理:模具广州型腔:广州型腔是国内著名的压铸模具制造厂商,拥有丰富的压铸模具生产经验和强 大的模具开发能力,目前业务布局包括铸造模具、冲压模具以及非标准模架等业务,苏州广型腔模具公司负责压铸模具设计和制造,广东鸿图6800T/12000T压铸单元的模具、以及重庆美利信8800T压铸单元的模具均由苏州广型腔供应。赛维达:公司是国内
54、主要的压铸模具制造商之一,先后与宝马、奔驰、特斯拉、大众等国际车企配套开发车身轻量化项目。2019年,公司为特斯拉开发6000T一体化压铸模具;2022年公司分别为华人运通和文灿股份开发7200T和9000T压铸机模具,并且成功实现了产品的下线量产。目前公司正在研发12000T-20000T的一体式车身结构件模具宁波臻至:具备大吨位车身后底板模具开发技术,为特斯拉完成6000T后底板产品模具开发,目前与海天金属建立战略合作关系。合力科技:大型模具研发、设计、制造为一体的国家高新技术企业。目前正在积极推动大型一体化压铸模具项目,配备1000吨合模机,支持万吨级大型模具装配。模具供应商模具供应商客
55、户客户对应设备对应设备位置位置时间时间广东鸿图6800T压铸机一体化后底板2022年广东鸿图12000T压铸机一体化后底板2022年重庆美利信8800T压铸机一体化后底板2022年特斯拉6000T压铸机一体化后底板2019年华人运通7200T压铸机一体化后底板2022年文灿股份9000T压铸机一体化后底板2022年/12000T压铸机一体化后底板开发中宁波臻至特斯拉6000T压铸机一体化后底板2019年合力科技广州型腔赛维达研发中34数据来源:各公司官网,东吴证券研究所表:模具供应商产业梳理全产业链技术环节及格局梳理:铸造工艺数据来源:第一压铸网,压铸周刊,睿铸科技官网东吴证券研究所图:真空压
56、铸设备示意图图:不同真空度下产品性能对比模芯起模杆动模截止阀真空泵浇包压射冲头定模座板 高压压铸成型易产生气孔缺陷,真空压铸技术有效提升产品质量。压铸成型过程中因为金属液提高速填充型腔,型腔中的气体来不及排出,不可避免会卷入到金属液中,并以气孔的形式残留在铸件中,影响铸件质量。通过在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体,从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺,特别适合形状复杂但是生产要求高的零件,是目前一体化压铸关键的工艺技术。真空压铸技术分为普通真空压铸(真空度100-250mbar)、高真空压铸(真空度50-100mbar)、超真空压铸(真空度
57、50mbar),一体化压铸技术要求压铸环境为6000T压铸企业603348 文灿股份41.1 40.5 98%18%5.5 14.0 6000T(2)、9000T(3)、7000(2)36.5%变速箱壳体、车身结构件002101 广东鸿图60.0 39.0 65%20%7.8 11.9 7000T(2)、9000T:(2)、12000T(2)15.0%发动机/变速箱壳体、车身结构件603305 旭升股份30.2 25.0 83%24%8.0 20.0 预计购入8800T35.7%三电系统壳体600933爱柯迪32.1 30.8 96%26%9.0 20.0 6100T:(2)、8400T:(2
58、)30.5%中小件、三电系统、车身结构件603596伯特利34.9 8.6 25%24%1.7 3.8 30.0%转向节、控制臂、副车架601689 拓普集团114.6 26.2 23%20%5.2 21.5 59.9%转向节、控制臂、副车架、结构件000887 中鼎股份125.8 7.9 6%23%1.6 4.3 40.0%控制臂002590 万安科技27.1 2.9 11%17%0.6 1.2 26.7%副车架603982 泉峰汽车16.1 3.2 20%21%0.6 0.9 6000T(1)、8000T(1)11.9%电池盒、三电系统300176 派生科技12.9 11.4 88%11%
59、2.3 3.0 10.0%发动机、铝合金底盘605133 嵘泰股份11.6 11.3 97%25%2.3 3.4 14.6%转向系统、传动系统A22335亚德林9.0 5.8 64%15%1.2 2.1 22.3%底盘系统、三电系统605208永茂泰32.9 7.5 23%13%1.5 2.0/发动机002547 春兴精工26.7 12.1 45%11%2.4 3.2/精密结构件A21388美利信22.8 22.3 98%16%4.5 5.9 8800T(1)10.0%发动机/变速箱壳体、车身结构件模具企业002997 瑞鹄模具10.4 0.0 0%24%0.0 1.3 预留 6600-800
60、0T压铸机场地/三电系统、车身结构件603917 合力科技7.0 3.9 55%25%0.8 1.6 27.0%三电系统压铸设备00558力劲科技5.2 5.2 100%8%0.0 0.0/压铸设备300415伊之密35.3 5.7 16%35%0.0 0.0/压铸设备材料企业300428 立中集团186.3 110.0 59%9%0.0 0.0/免热铝合金材料总和55 120 29.8%表:一体化压铸标的产能梳理38数据来源:各公司公告,东吴证券研究所目录目录特斯拉率先推进一体化压铸进程车身结构件是铝合金压铸领域蓝海全产业链技术环节及格局梳理市场空间测算及标的梳理风险提示39风险提示新能源渗
61、透率不及预期:可能出现智能电动汽车行业技术发展较慢,或出现相关事故使发展停滞情况,使得新能源渗透率低于预期。一体化压铸不及预期:设备的延期交付,产能的滞后效应可能导致整车厂一体化压铸的推广不及预期。下游乘用车需求复苏不及预期:整车厂或由于疫情原因出现大规模交付延迟,可能影响乘用车终端需求的复苏。40免责声明免责声明东吴证券股份有限公司经中国证券监督管理委员会批准,已具备证券投资咨询业务资格。本研究报告仅供东吴证券股份有限公司(以下简称“本公司”)的客户使用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。在任何情况下,本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议,本公司不对任何人因使用本报
62、告中的内容所导致的损失负任何责任。在法律许可的情况下,东吴证券及其所属关联机构可能会持有报告中提到的公司所发行的证券并进行交易,还可能为这些公司提供投资银行服务或其他服务。市场有风险,投资需谨慎。本报告是基于本公司分析师认为可靠且已公开的信息,本公司力求但不保证这些信息的准确性和完整性,也不保证文中观点或陈述不会发生任何变更,在不同时期,本公司可发出与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。本报告的版权归本公司所有,未经书面许可,任何机构和个人不得以任何形式翻版、复制和发布。如引用、刊发、转载,需征得东吴证券研究所同意,并注明出处为东吴证券研究所,且不得对本报告进行有悖原意的引用、删节和修改。
63、东吴证券投资评级标准:公司投资评级:买入:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘在15%以上;增持:预期未来6个月个股涨跌幅相对大盘介于5%与15%之间;中性:预期未来 6个月个股涨跌幅相对大盘介于-5%与5%之间;减持:预期未来 6个月个股涨跌幅相对大盘介于-15%与-5%之间;卖出:预期未来 6个月个股涨跌幅相对大盘在-15%以下。行业投资评级:增持:预期未来6个月内,行业指数相对强于大盘5%以上;中性:预期未来6个月内,行业指数相对大盘-5%与5%;减持:预期未来6个月内,行业指数相对弱于大盘5%以上。东吴证券研究所苏州工业园区星阳街5号邮政编码:215021传真:(0512)62938527公司网址:http:/东吴证券 财富家园