汽车轻量化势不可挡，一体化压铸积极布局

机动车成为重要大气污染源，碳减排目标下汽车低碳化发展刻不容缓。根据 中国政府网发布的《第二次全国污染源普查公报》，2017 年全国大气氮氧化物排 放量 1785.22 万吨，颗粒物排放量 1684.05 万吨，挥发性有机物排放量 1017.45 万吨。2017 年统计汇总机动车保有量 2.67 亿辆，其排放氮氧化物 595.14 万吨、 颗粒物 9.58 万吨、挥发性有机物 196.28 万吨，分别占全国比重为 0.57%、33.34%、 19.29%。对此，《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》提出，我国汽车技术发展的 总体目标之一为汽车产业碳排放总量先于国家碳减排承诺于 2028 年左右提前达 到峰值，到 2035 年排放总量较峰值下降 20%以上，汽车减排、低碳化发展迫在 眉睫。

汽车轻 量化就是在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量， 从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。世界铝业协会的报告指 出，汽车整车重量降低 10%，燃油效率可提高 6%-8%。大众汽车研究认为，汽车 整备重量每减少 100 千克，每公里二氧化碳排放可减少 8-11g，百公里油耗可降 低 0.3-0.5 升。因此，在当前汽车减排压力日益增大的背景下，汽车轻量化对于节 约能源、减少排放、实现可持续发展战略具有十分积极的意义。

1.1. 燃油车减耗目标高，整车减重可有效提升燃油效率

轻量化成为燃油车发展重点方向，2025 年燃油乘用车整车轻量化系数降幅目 标为 10%。在燃油车减耗目标下，大力发展汽车轻量化技术、持续构建汽车轻量 化技术开发和应用体系变得至关重要。《节能与新能源汽车技术路线图 2.0》摒弃 以整车装备质量和轻质材料用量为衡量标准的传统做法，引入整车轻量化系数等 作为衡量整车轻量化水平的依据，并提出 2025 年、2030 年、2035 年我国燃油乘 用车整车轻量化系数需分别降低 10%、18%、25%，载货车、牵引车和客车分别 降低 5%、10%、15%。

1.2. 电动车三电系统重量大，提升续航里程需求推动轻量化发展

2022 年新能源汽车渗透率同比快速提升，全国新能源汽车保有量大幅增长至 1310 万辆。据公安部统计，2022 年全国新能源汽车保有量达 1310 万辆，占汽车 总量的 4.10%，扣除报废注销量比 2021 年增加 526 万辆，增长 67.13%。其中， 纯电动汽车保有量 1045 万辆，占新能源汽车总量的 79.78%。2022 年全国新注 册登记新能源汽车 535 万辆，占新注册登记汽车总量的 23.05%，与上年相比增 加 240 万辆，增长 81.48%。新注册登记新能源汽车数量从 2018 年的 107 万辆 到 2022 年的 535 万辆，呈高速增长态势。

与燃油车相比，新能源汽车减重需求更为迫切： 1）新能源车整车质量高于传统燃油车。与燃油车配备发动机、变速箱不同， 新能源汽车动力来源于电池、电驱、以及电控三大系统，合计占整车质量的 30- 40%。在现有电池密度水平下，新能源汽车的动力系统质量显著高于燃油车。尤 其是围着网联化、智能化不断推进，未来搭载相关配置后，整车质量将进一步提 升。 2）新能源汽车续航里程为用户核心关切，降低整车质量提升续航能力将进一 步增强新能源汽车竞争力。一般而言，新能源汽车续航里程取决于电池容量、电 机效率、温度、工况等多种因素影响。尽管当前新推出车型续航里程有所增加，然 而实际行驶续航里程往往与官方公布的有较大差距，甚至在冬季出现续航减半的现象，这严重影响了消费者的购买决策。而国家新能源汽车技术创新中心研究表 明，降低整车质量能显著提升续航里程，整车重量每降低 10kg，续航里程可增加 约 2.5km。 因此，中国汽车工程学会提出到 2025 年、2030 年、2035 年纯电动乘用车轻 量化系数分别降低 15%、25%、35%。

2. 材料、结构、工艺轻量化为汽车减重三大着手点

为满足汽车轻量化压铸的技术需求，目前行业内主要在材料、结构设计、工 艺三方面进行突破，根据产业前沿技术：

1）材料轻量化：选用结构强度有保障的、密度相对低的材料代替传统的钢材 料，包括高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维等材料。从而通过降低材料密度和用 量实现整车减重。从减重效果来看，碳纤维最好；从成本来看，高强度钢较低。

2）结构轻量化。在不影响车身基本状态的情况下，通过采用先进的优化设计 方法和技术手段，优化车身结构参数，去除零部件冗余部分的同时实现壁化、中 空化、小型化、复合化，从而提高材料利用率。通过合理的结构设计减少材料用量 实现轻量化。根据设计变量及优化问题类型的不同，结构轻量化可分为拓扑优化、 尺寸优化、形状优化、形貌优化四种。一般而言，采用新材料和新工艺会使得开发 成本大幅增加，而结构优化由于未采用新的材料，实现减重的同时能降低成本， 是车身轻量化最常用的方法之一。

3）工艺轻量化。激光拼焊技术是汽车厂商最常用的方法，其原理是采用不等 厚度轧制板，通过计算机实时控制和调整轧辊的间距，以获得沿轧制方向上按预 先定制的厚度连续变化的板料。此外还有液压成形、热成形；辊压成形技术；低 （差）压铸造成型技术以及各种汽车轻量化连接技术等。值得一提的是，特斯拉 推出的一体化压铸技术则在制造工艺端和材料端引领革新。

2.1. 材料轻量化：高强度钢为当前主流，铝合金增量可期

在三大轻量化手段中，材料轻量化是基础。在采用轻量化材料的基础上，通 过优化结构、升级工艺等方式，实现整车减重。因此在轻量化材料发展方面，《节 能与新能源汽车技术路线图 2.0》指出，我国自主轻量化技术开发和应用体系的构 建，近期以完善高强度钢应用为体系重点，中期以形成轻质合金应用体系为方向， 远期形成多材料混合应用体系为目标。

2.1.1. 高强度钢：屈服强度和抗拉强度高，当前应用最为广泛

高强度钢板屈服强度、抗拉强度高。按照国际钢铁协会 USL-AB 项目，可将 钢种按其力学性能进行分类，分为低强钢（软钢）、高强钢以及超高强钢。低强钢 的抗拉强度 Rm（σb）<270MPa，屈服强度 Re（σs）<210MPa；超高强钢的 抗拉强度 Rm（σb）>700MPa，屈服强度 Re（σs）>550MPa；高强钢的力学 指标介于这两者之间。其中，低强度钢分为 IF 钢和软钢；普通高强度钢分为碳锰 钢、BH 钢、高强度 IF 钢和 HSLA 钢等；先进高强度钢（AHSS）包括双相钢（DP 钢）、相变诱发塑性钢（TRIP 钢）、复相钢（CP 钢）和马氏体钢（MS 钢）等。

整车中钢材用量大，占整车自重 55-60%。据汽车材料网，以现代轿车用材为例，按照重量换算，钢材占汽车自重的 55%-60%，铸铁占 5%-12%，有色金属占 6%-10%，塑料占 8%-12%，橡胶占 4%，玻璃占 3%，其他材料（油漆、各种液 体等）占 6%-12%。可见钢材在汽车中用量较大，高强度钢板的应用能减轻冲压件的重量，节省能源和降低冲压产品成本。用于汽车零件的高强度钢板，其抗拉 强度可以达到600-800MPa，而相应的普通冷轧软钢板的抗拉强度只有300MPa。 目前，全球最大的钢铁公司 Acelor 开发了热冲压成形钢板 USIBOR1500。该钢板 为镀锌板，镀层质量为 120-160g/m2，淬火后力学特性明显，强度值可达到 1600MPa。

根据 AEE 汽车技术平台，高强度钢可以应用于汽车面板、车体框架以及底盘 等多个部位：

1）汽车面板：车顶、车门等部件要求具有变形刚度和抗凹陷性，主要使用抗 拉强度为 340-390MPa 的烘烤硬化钢板（BH 钢板）。BH 钢板的屈服强度在烘烤 涂漆时升高，可在不损失成形性的前提下，提高抗凹陷性，减薄钢板。现在有的车 型已使用 440MPa 级 BH 型高强度钢板。新马自达 2 的车身结构中就使用了 440、 590、780 和 980Mpa 级别的高强度钢板和超高强度钢板。

2）车体框架：随着正面撞击、侧面撞击的撞击安全性标准的提高，结构件、 加强件等主要使用 590MPa 级高强度钢板，也有厂家使用 780MPa 级、980MPa 级高强度钢板。有些厂家甚至采用将 390MPa、440MPa 级高强度钢板冲压成形 后，对强化部分进行高频加热和淬火，以使部件局部抗拉强度达到 1200MPa，并 在冲压加热钢板的同时进行冷却，以使部件整体抗拉强度达到 1470MPa 的方法。 此外，还有采用激光拼焊方法，将不同厚度、不同材质钢板拼合起来，使材料配置 适用于所要求材质和使用部位。

3）汽车底盘：汽车底盘的用材已从传统的 440MPa 级热轧板发展到 780MPa， 最大减重达 30%。近年来，高强度钢板在底盘上的使用比例正在急剧增加。今后， 高强度钢板的使用比例及更高强度钢板的应用有望进一步提高。

多个项目证实高强度钢能在不增加成本的条件下实现轻量化。根据《轧钢》 杂志，为了推进高强度钢在汽车上的应用，国际钢铁协会组织开展了多个项目， 包括超轻钢制车（ULSAB）、先进概念车超轻钢制车身计划（ULSAB-AVC）、未来 钢制汽车（FSV）等。

1）ULSAB 项目：主要目标是减小车身质量、提高结构强度、提高安全性、 简化制造工艺及降低生产成本。ULSAB 车身重量 203kg，与对标车相比减重 25%， 高强度钢应用比例 91%。冷冲压成形应用比例 42.8%，激光拼焊板应用比例 44.9%， 液压成形比例 9.3%。 2）ULSAB-AVC 项目：通过车辆的整体设计来实现车身的轻量化，高强度钢 的应用比例达到 97%。在成形技术方面，有 30%以上的零件采用激光拼焊板，20% 以上的零件采用液压成形技术。 3）FSV 项目：表明先进高强度钢能够达到碰撞安全五星评价的要求，并降低 车辆在整个使用周期内的总排放量，在不增加成本的条件下实现轻量化。

2.1.2. 铝合金：减重性价比高，中长期增量可观

铝合金减重效果、提升汽车性能、循环利用等优势显著。铝合金是地壳中含 量最为丰富的绿色金属，与其他材料相比，铝件不但轻、比强度高，而且易于成 形，吸能效果好，耐腐蚀，循环利用价值大。此外，铝合金在减重的同时，能实现 汽车更好的刹车性、更优的操控性、更好的驾驶舒适度和更突出的动力。根据汽 车材料网，其具体优势优势在于：

1）减重、节能减排效果好。 ①减重效果。根据美国铝业学会的报告，汽车中每使用 1kg 铝，可以获得 2.2kg 的减重效果，且服役期内将减少 20kg 尾气排放。铝合金由于密度较钢材小，用在 汽车零部件上能够实现二次轻量化。据美国铝业公司的研究，汽车典型零件用铝 的一次轻量化效果可达 30%-40%（以高强度钢代替普通钢材能减重约 11%），二 次轻量化效果可提高至 50%。 ②减排效果。汽车的油耗一定程度上与整车质量相关，一般而言，整车质量 越大，汽车油耗越高。而二氧化碳排放量又与油耗呈正相关。因此通过降低整车 质量，能够减少汽车油耗，从而使得二氧化碳排放量减少。

2）提高行驶性能、安全性能、舒适性及稳定性。 ①行驶性能。由于使用铝合金能够减轻汽车质量，从而能够减少百公里加速 时间，提升行驶性能。据美国铝业协会研究，若铝合金在汽车中实现 25%的轻量 化效果，那么汽车加速到 96.56km/h 的时间就能够缩短 4s。 ②安全性能。在同样设计要求条件下，铝合金吸收碰撞的性能比钢材优异。 因此当汽车发生碰撞时，与钢材相比，铝合金材料更容易形成褶皱和变形，会多 吸收 50%-70%的冲击力，从而提高汽车安全性。 ③舒适性及稳定性。铝合金在汽车上使用通常会使得汽车整体重心降低，汽 车驾驶的舒适性及稳定性相应得到提高。

3）装配效率高、易回收。铝合金整体车身需要点焊的部分较少，加工工序缩 短，且其不易生锈，不需要做防锈处理，可显著提高汽车装配效率。此外，由于铝 合金熔点较低，在使用期间腐蚀率低且程度轻微，因此便于回收利用。

4）成本较碳纤维低、原材料自供率高。铝合金价格仅高于高强度钢，远低于 碳纤维复合材料。而镁合金由于自身化学特性，耐腐蚀性不及铝合金，这一定程 度上限制了其在汽车领域的大规模应用。因此综合而言，现阶段铝合金是理想的 汽车轻量化材料。此外，我国氧化铝、电解铝产量均为世界第一，原材料自供率 高。

铝合金为轻量化最优材料之一，中长期增量可观。与高强度钢相比，铝合金 由于密度低，减重效果更明显，且不存在镁合金易腐蚀、加工成本高昂以及碳纤 维原材料价格高、回收利用较为困难等问题。此外，铝合金优良的金属性质使其 可以更好地结合结构、工艺轻量化，达到综合减重的目的。《节能与新能源汽车技 术路线图》中规划了我国轻量化分阶段目标，2025 年与 2030 年单车铝合金将分别达到 250kg、350kg，用量将大幅超越高强度钢。未来随着轻量化趋势不断加深， 轻量化材料、技术不断提升，铝合金将成为汽车市场主要的材料，长期增量优势 明显。

2.1.3. 工程塑料：由内外饰件延伸至功能结构件，发展前景广阔

塑料种类繁多，是汽车轻量化的重要材料。随着汽车节能减排、新能源汽车 的兴起，汽车轻量化成为行业主流，塑料在汽车上的应用也越来越多。根据各种 塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料和特种塑料三种类型。 工程塑料用于汽车的主要作用是使汽车轻量化，从而达到节油高速的目的。发达 国家将汽车用塑料量作为衡量汽车设计和制造水平高低的一个重要标志，世界上 汽车塑料单用量最大的是德国，塑料用量占整体材料的 15%。据汽车工艺师，新 能源汽车高压电气部分，在性能满足要求的情况下将部分金属更换为塑料可以减 重 30%左右。目前一辆纯电动车采用塑胶轻量化可减重 100KG 左右，实现节能 减排。工程塑料在汽车领域的应用已从汽车用内外饰零部件延伸至结构性及功能性 部件。根据汽车材料网，车用塑料有很多以往传统材料没有的优点，主要表现在 重量轻、有良好的外观装饰效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易 加工成型、节约能源，可持续利用等各方面。1）在汽车外装件上的应用是为了以 塑代钢，减轻汽车自重。主要应用包括：保险杠、挡泥板、车轮罩、散热器格栅、 扰流板等。2）在汽车内装件上的应用是为了安全、环保和舒适。主要应用包括： 仪表板、车门内板、副仪表板、杂物箱、座椅后护板等。3）结构件和功能件主要 采用高强度的工程塑料，主要应用包括：油箱、散热器水室、空滤器壳体、风扇叶 片等。

2.1.4. 碳纤维：减重幅度最大，成本高+回收利用困难制约发展

日美碳纤维发展处于领先地位，中国正加快发展步伐，2021 年碳纤维国产化 率水平已达 47%。我国碳纤维行业起步于 20 世纪 60 年代，几乎和日美等国家同 时起步，但由于相关知识储备不足、知识产权归属等问题，发展缓慢。同时，日本、美国等国家对碳纤维核心技术形成垄断，我国碳纤维生产技术和装备水平整 体落后于国外。2000 年以来，国家加大对于碳纤维领域自主创新的支持力度，将 碳纤维列为重点研发项目。伴随着国家政策的大力扶持，国内碳纤维行业在技术 上取得重大突破，产业化程度快速提升，应用领域不断扩大，地区上目前已形成 以江苏、山东和吉林等地为主的碳纤维聚集地。国内主要企业有吉林化纤、中复 神鹰、中材科技、光威复材等。据前瞻产业研究院，2021 年中国大陆地区碳纤维 产能首次超过美国成为全球最大产能国，产能达到 6.34 万吨，占全球总产能比重 超过 30%，产量达到 2.43 万吨，同比增长 30.03%。

材料成本、加工工艺及材料回收再利用问题制约碳纤维在汽车领域的应用。 根据汽车轻量化技术创新战略联盟，当前阻碍碳纤维材料在新能源汽车领域中得 到大范围普及运用的关键在于： 1）材料成本高昂。碳纤维材料与传统的钢材料及铝合金相比较，其实际加工 更为昂贵，部分汽车采用碳纤维材料后，仅车身的材料成本价就高达上万元，部 分采用优质碳纤维材料的汽车车身甚至超过 2 万元。 2）加工工艺局限使得碳纤维制品抗穿刺性能差。相对于传统材料来说，碳纤 维材料抗剪断能力较弱，因此在具体应用过程中必须要进行重叠成型，以此来保 障应用后的质量及效果。此种生产工艺促使碳纤维材料具有良好的抗冲击性能， 但实际抗穿刺性能却较差，在受力过大的情况下将会出现构件断裂等问题，并且 此问题在出现后无法进行修复，仅能够更换处理。 3）材料回收再利用。CFRP 不能自然降解，焚烧或填埋是早期通行的处理方 法，但 CFRP 废弃物焚烧会产生大量有毒、有害气体，影响自然环境，同时填埋 焚烧后的废渣也会造成土壤二次污染；而填埋法处理 CFRP 废弃物在污染土壤同 时会占用大量土地资源。目前主要回收方法有机械回收法、热回收法及溶剂回收 法等，但国内 CFRP 回收尚未形成规模化、产业化。

2.1.5. 镁合金：减重效果仅次于碳纤维，腐蚀问题和制造工艺难题有待突破

镁合金性能优点显著，用于汽车壳体、支架、扶手结构以及汽车显示系统等 多领域。镁合金作为最轻的金属材料，具有密度低、强度高、散热性能好、抗震减 噪性能优等特征。压铸镁合金的密度仅为铝合金的 2/3，钢铁的 1/4，比强度和比 刚度均优于钢和铝合金，远高于工程塑料。由于其特性优良，可用于汽车壳体、支 架、扶手结构以及汽车显示系统等多领域，目前市场客户群体对于车灯散热支架、 仪表盘支架、转向支架、中控骨架以及车载显示屏框架等车身部件关注度相对较 高，接受程度较好。

据 AEE 汽车技术平台，镁合金材料的成形方法分为铸造加工成形和塑性成 形，制造工艺同样制约了镁在汽车领域的广泛应用。 1）铸造成形。当前主要运用方法，且压铸方法是镁合金铸造成形方法中应用 最广泛的。最近发展起来的镁合金压铸新技术包括充氧压铸和真空压铸，充氧压 铸在生产汽车镁合金零部件上的应用较广泛，真空压铸可生产出 AM60B 镁合金 汽车方向盘和轮毂。镁合金成形以铸造工艺为主，但铸件的缺陷限制了镁合金性 能的提高，局限了镁合金的广泛应用。 2）塑性成形。镁合金使用塑性成形方法，可有效地消减铸件缺陷的影响，通 常采用热处理强化和形变强化可明显地提高合金的性能，但由于镁的密排六方结 构，变形难度比钢、铝和铜等要大。如果直接运用铝合金已有的塑性成形方法，往 往会使得镁合金材料的成品率很低，使塑性加工成形成本过高，影响了镁合金在 各领域的应用。因此，加快发展镁合金塑性成形方法也是研究的热点和发展的趋 势。

2.2. 结构轻量化：几种方式各具优势，拓扑优化为事前优化极具应用价值

据《汽车结构轻量化的研究与进展》，结构轻量化是指通过参数优化（尺寸、 形状、位置和厚度等）、形貌优化、拓扑优化等方式对零件进行开发和设计，在 刚度、强度保持不变或增加的基础上，改变零部件的形状和形式，以减少重量。

1）尺寸优化：发展最早，也是最为成熟的一种汽车结构轻量化技术。尺寸优 化的原理是在结构的类型、材料、外形以及布局给定的情况下，以满足典型工况 下的刚度、强度和模态为约束条件，以汽车结构质量最小作为目标函数，将部件 的尺寸作为设计变量，来搭建优化数学模型的一种优化方法。王继峰《参数优化 技术在汽车车架轻量化中的应用》一文中以车架厚度为自变量，对重型汽车车架 进行了结构轻量化设计，经过优化后，车架部分梁厚度减小，车架总质量由 691kg 降低到 654kg，减轻了 5.4%轻量化效果显著。

2）形状优化：不改变现有拓扑模式下，以零部件的几何外形作为设计变量进 行优化，结构受力更均匀，材料利用更充分。形状优化的主要原理是在汽车结构 的类型、布局和材料给定的情况下，对结构的几何外形进行改变，使得结构受力 更加均匀，材料利用更加充分，从而达到汽车结构轻量化。一般而言，形状优化 主要分为有参形状优化（对于形状规则的结构，将结构的几何外形进行参数化， 然后对参数进行优化）和无参形状优化（对于形状不规则的结构，以形状变量为 设计变量，对结构进行形状优化）。

3）形貌优化：能在减轻结构质量的同时能满足强度、频率等要求，尤其适合 用于板壳结构。形貌优化的原理是以加强筋、凹凸结构的形状、位置和数量等为 变量，在不显著增加质量的条件下，以形状为变量改善钣金结构件的刚度及模态 等。形貌优化由于不删除材料，能在减轻结构质量的同时能满足强度、频率等要 求，可以灵活设定平面起筋的类型，包括高度，宽度和角度，从而满足工艺要求， 尤其适合用于板壳结构。

4）拓扑优化：在结构布局尚未确定的情况下进行优化设计，极具应用价值。 与尺寸优化和形状优化不同，而拓扑优化是在概念设计阶段，在布局尚未确定的 情况下进行优化设计，是有限元分析和数学优化方法的有机结合。其原理是是在 指定的设计空间内，在满足约束条件和设计目标的前提下，在一个给定的空间区 域内，依据已知的外载及支承等约束条件，寻找承受单载荷或多载荷物体的最佳 结构材料分配方案，从而使结构的刚度达到最大或使输出位移、应力等均达到规 定要求的一种结构设计方法。其优点在于可以避免设计的盲目，提高结构设计的 效率，用较少的材料生产出合格的产品，达到结构轻量化等工程目的。

2.3. 工艺轻量化：多种轻量化工艺协同发展，热成形过去十年应用广泛

轻量化工艺作为汽车轻量化的三大途径之一，可以从制造层面有效地帮助汽 车达到节能减重的效果。汽车轻量化技术追求在保证汽车使用性能、安全性和性 价比的前提下，将轻量化结构设计与多种轻量化材料、轻量化工艺技术集成应用， 降低汽车的整车质量，从而减少燃料消耗，提高汽车动力，减轻排放污染。工艺轻 量化以汽车整体轻量化设计为基础，综合考虑所采用轻量化材料的特性、轻量化 结构设计的要求和产品成本控制而采用的制造技术。

1）激光拼焊：可实现不同材料之间的焊接

激光拼焊技术是指采用先进的激光技术及设备，将一定数量的不同材质、厚 度、涂层的钢材、铝合金等材料通过自动拼合和焊接组成一块整体板材，通过冲 压制造成为零部件，用以满足不同的零部件因作用不同而需具有不同材料性能、 厚度及抗腐蚀性等要求。根据零部件的构造及功能需求、材料性质及厚度等要素 的区别，汽车车身焊接所采用的激光拼焊技术主要包含直线焊接、折线焊接、曲 线焊接、多零件组合焊接等形式，利用激光设备采用拼焊方式将不同性质的材料 焊接成拼焊板，进而冲压形成最终所需的零部件，这样的工艺使得现代汽车既轻 便又节能。

2）液压成形：可将形状复杂、要求高精度、空心化的零部件一次整体成形

液压成形是以液体为传力介质，在液体压力和模具型腔的共同作用下，将标 准的管材或板材制成结构复杂的单一整体结构件，用其代替传统焊接或铸造工艺, 既节省工序又发挥了材料的最大效能。高强钢的液压成形技术可以在保持各项安 全性能指标的同时，实现减重与空间合理利用。液压成形可分为板料液压拉深成 形、管材液压胀形、壳体液压成形。按照模腔内液体所承受压力大小差异，还可以 划分为高压成形和低压成形两种。

3）热成形：过去十年的首选技术

热成形技术是将板材加热到奥氏体温度后，然后在模具中进行热成形，经通 水冷却，在保持零件良好形状的前提条件下得到高强度的马氏体组织。热成形工 艺能够很好地解决冷成形过程中存在裂纹、回弹、起皱等缺点，该方法制造的零件满足汽车轻量化中重量轻、强度高等特点，符合生产及市场需求，在过去十年 中迅速发展成为汽车制造中首选的制造工艺技术。

三种汽车工艺轻量化技术具有不同的优势，未来可以根据汽车不同部分零部 件的特点和需求选择对应的技术。激光拼焊技术的最大优点在于可以将不同厚度、 不同材质、不同强度、不同冲压性能和不同表面处理状况的板坯拼焊在一起，再 进行冲压成形。液压成形技术的最大优点在于可以将形状复杂、要求高精度、空 心化的零部件一次整体成形，适用于汽车领域的沿构件轴线变化的圆形、矩形截 面或各种异形截面空心构件，例如排气管道、发动机、副车架主管等部分，具有提 高成形件的强度与刚度、减少模具数量、降低生产成本的优势。热成形技术适用 于对舒适性、强度和安全性要求高的零件，典型的热冲压零件有前、后门左右防 撞杆（梁），前后保险杠横梁，A/B 柱、地板中通道和车顶加强梁、悬置固定架等 部分，在不降低安全性的同时，达到降低汽车重量的轻量化目的。

4）压力铸造：铸造方法多样，各有优劣

压力铸造是一种将液态或半固态金属或合金，或含有增强物相的液态金属或 合金，在压力下以较高的速度填充入压铸型的型腔内，并使金属或合金在压力下 凝固形成铸件的铸造方法。压力铸造可分为低压压铸、高压压铸、真空高压铸造、 差压铸造、挤压铸造等。

5）连接技术：轻量化关键技术之一，复合连接可使不同连接方式优势互补

连接技术是轻量化制造技术发展的关键技术之一，它关系到被连接结构的性 能、重量、加工工艺、装配、安全与回收等诸多方面。传统的连接技术主要有电 阻点焊和情性气体保护焊接/活性气体保护焊接（MIG/MAG）。但随着越来越多的 材料轻量化设计需要，激光焊接、铆接与自冲钢接、粘接及复合连接等新的连接 技术逐步发展并得到越来越多的应用。机械连接技术包括压焊、钳铆、自冲铆接、 盲铆和折叠等。采用机械连接技术代替电阻点焊其优点在于：可用于多种材料组 合或夹层材料，允许表面带有涂层，不需加热（变形小、不改变材料性能），无需 预处理及加工。粘接技术是指利用适宜的胶黏剂作为工艺材料，采用适当的接头 形式和合理的粘接工艺而达到连接目的。粘接连接产生连续的连接，应力分布更 加均匀，因而与点焊和机械连接的局部的、断续的连接相比，提高了连接刚度。

3. 一体化压铸助力整车制造成本下探、效率提升

3.1. 一体化压铸降本增效，设备成本、模具制造难度、材料要求为主要壁 垒

一体化压铸将传统汽车生产中冲压和焊装整合为压铸，工艺高度简化。传统 汽车生产制造由冲压、焊装、涂装、总装四大工艺组成。其中，冲压就是将金属板 材压制成车身所需的各个组成部件，而后再采用焊接或铆接组合的方式制造出大 型铝制件。而一体化压铸则是采用特大吨位压铸机，把冲压与焊装改为压铸，前 两步合成一步，将多个单独、分散的零部件高度集成，直接铸造出大部件。

一体化压铸模式与传统“冲压+焊接”模式相比，其优势表现在以下几个方面：

1）生产线、材料、人力三重降本。 ①生产线建设成本及占地面积降低。传统汽车制造工艺由于需要单独加工的 零部件众多，每个零部件均需布置机器和模具，以及生产线周边的机器臂、传输 线、夹具等，全套生产线规模大、占地多、成本高。相较而言，一体化压铸将多 个单独、分散的零部件高度集成，仅需要 1 大型压铸机，少量辅机及模具，省去 了热处理设备、塑型设备、钝化设备等，产线建设成本及占地面积大幅下降， 采用大型压铸机后，工厂占地面积减少了 30%。 ②材料利用率提升。传统车身在冲压过程中原材料不可避免地会产生边角料， 且其用料复杂，不同零部件通常对应不同种类及材料型号，传统冲压-焊接工艺， 通常板材利用率仅为 60%-70%。然而一体化压铸是将液体金属一比一等同于铸件 用料，材料利用率更高。此外由于仅使用单一铝合金，车身回收后可直接融化重 制，回收利用率在 90%以上。 ③人力成本降低。传统车身制造涉及焊接工序，焊接点众多，需要大量的焊 接技术工人，目前国内主流焊装工厂通常配备 200-300 个工人。采用一体压铸技 术后，由于焊接点减少，所需的技术工人至少可缩减到 30-40 人。

2）工艺流程简化，生产效率提升。 传统车身的制造工艺主要分为冲压-焊装-涂装-总装四大环节。主车厂采购由 全国各供应商通过冲压、压铸制造的多个结构件，将之组装连接（包括焊接、铆 接、涂胶等）在一起，形成汽车的白车身总成。而一体化压铸工序中冲焊与热处理 工作量减少、省去大量涂胶工艺环节，生产效率得到大幅提升。特斯拉 Model Y 后地板采用一体式压铸工艺，所有零件一次压铸成型，应用了新合金材料，一体 压铸的后地板总成不再热处理，制造时间由传统工艺的1h-2h缩减至3min-5min。

3）车身重量减轻，减少电池装机量。 根据车乾信息，电池降本是钢换铝式车身材料增加成本的 6.6 倍。特斯拉新 一代一体压铸底盘有望降低 10%车重，对应续航里程增加 14%。以普通电动车电 池容量 80kwh 为例，若采用一体压铸车身减重并保持续航里程不变，则电池容量 可减少约 10kwh。按照磷酸铁锂电池 pack 成本 800 元/kwh 计算，则可降低成本 8000 元。

除上述优势外，一体化压铸同样具有一定劣势或是进入壁垒，具体而言：

1）设备投入成本高。一体化压铸件的投影面积更大，压铸机需要更大的锁模 力防止模具脱落，目前市场上最大规格的压铸机为 12000T。随着锁模力提升，一 台重型压铸机的采购价往往要上亿，而传统冲压机仅需千万元。

2）模具制造难度提升。模具是决定零部件的精密程度，支撑零部件强度的关 键。压铸模具较为复杂，加工成本高，随着压铸机锁模力不断提升，对模具抗压 力、形状设计要求提升明显，模具的设计难点在于需要考虑热平衡、脱模、进浆料 方向等等诸多问题。此外模具原材料的选取与创新也至关重要，材料端需要较高 的高热稳定性、高温强度、耐磨性、韧性、导热性等性能。

3）原材料需要免热处理高强韧铝合金。一体化压铸零件通常具有尺寸大、壁 厚薄、结构复杂等特点，这就对铝合金材料性能提出了更高的要求。综合考虑使 用性能、工艺特点和生产条件等因素，一体化压铸铝合金材料不仅在常规性能上 比普通压铸高，而且还有其独特的要求。包括高韧性、优异的铸造性能、高的连接 包容性、更高的微量元素和杂质元素的容忍度以及长效高效的变质剂。

4）工艺复杂，对参数经验要求高。一体化压铸工艺复杂，全工艺要素均有较 高要求。压铸工艺对生产合格的汽车结构件十分重要，正确地选择压射模式、压 射参数等有利于减少压铸件中的缺陷。压铸冷却水的布局、周边机的设置、采用 的压力参数等是通过多年项目的经验积累下来的，因此如果要保证较高的产品良 率，需要多年压铸参数经验的累积。

3.2.上游：材料端竞争充分，模具端未上市企业为主，设备端力劲科技位居龙头

1）材料：一体化压铸需要免热处理铝合金材料

热处理易致大尺寸压铸件形变，免热处理材料成为重要技术壁垒。热处理是 保障压铸零部件机械性能的有效途径，但也易引起汽车零部件尺寸变形及表面缺 陷。一体化压铸的大型铝合金部件对精度要求较高，热处理过程易引起汽车零部 件尺寸变形及表面缺陷，虽然通过矫正工艺可以改善一定的尺寸精度，但会降低 良品率，导致成本急剧上升，因此免热处理铝合金材料是大型一体化压铸结构件 的关键。国外免热处理铝合金材料厂商主要有美国铝业、德国莱茵菲尔德和特斯 拉，国内厂商正在积极研发，目前立中集团、上海交大、广东鸿图、湖北新金洋已 研制成功。

2）模具：6000 吨模具已量产，12000 吨正在研发中

一体化压铸对模具的强度及韧性要求更高。与其他铸造工艺相比，压铸工艺 特性主要体现在“高速充型与高压凝固”上，在温度、真空、成型方案、工艺参 数、后处理等方面都比传统铸造工艺存在更高要求。相比普通压铸的模具，一体 化压铸模具更复杂，对强度和韧性要求更高。一般压铸厂商不具备大型压铸模具 的设计能力，通过外部采购来满足需求，目前我国的大型压铸模具厂商主要有广 州型腔、宁波臻至、宁波赛维达、合力科技等。

3）压铸机：力劲科技为行业龙头，12000 吨以上压铸机有望助力整车级别一 体化压铸件

大型压铸机是汽车实现一体化压铸的基础。根据佐思汽研，一般来说一体化 压铸所需要的压铸机锁模力都在 6000T 以上，当前全球能生产 6000T 压铸机的 企业有海外的意德拉集团（力劲科技全资子公司）和瑞士布朗集团，国内的力劲 科技、海天金属和伊之密，其中力劲科技为国内龙头。更大吨位的压铸机意味着压铸件的尺寸和结构可以进一步突破，目前特斯拉、力劲科技、广东鸿图、海天金 属等企业均在研发 12000 吨以上的压铸机。2022 年 9 月，力劲科技与广东鸿图 发布 12000 吨超大型智能压铸单元，这是迄今为止全球最大吨位的压铸机，有望 助力整车级别一体化压铸件。

3.2.2. 中游：文灿、鸿图等布局企业数量多，压铸制造行业集中度较低

目前国内压铸行业集中度较低，参与企业众多。根据文灿股份招股说明书， 截至 2016 年国内注册压铸相关企业超 12600 家，企业主要分布在广东、江苏、 浙江、重庆、山东等地，生产规模较大、专业化程度较高的企业主要集中在珠三角 和长三角地区。国内自主品牌的汽车压铸供应商可分为两大类，一类是下游主机 厂配套压铸事业部或压铸子公司，为主机厂提供压铸件产品配套，如长城汽车的 压铸事业部、比亚迪的弗迪精工、一汽集团旗下的一汽铸造等。另一类是第三方 汽车压铸件供应商，其中仅少数企业具备生产中大型压铸产品能力。

3.3. 特斯拉引领轻量化发展，大众、新势力等纷纷跟进

3.3.1. 特斯拉：率先推出一体化压铸，引领行业发展方向

特斯拉率先推出一体化压铸后车身，Model Y 的后车身实现减重提效。2020 年 4 月 30 日，特斯拉在一季度财报文件中首次披露了 Model Y 的一体压铸后车 身。和 Model 3 相比，这块区域实现了将 70 个零件精简为 1 个零件的进步。将 Model 3 后车身 70 个零件合而为一之后，Model Y 的后车身制造时间大大缩短， 是 Model 3 的几分之一。此外，尽管 Model Y 相比 Model 3 尺寸全面增大，但Model Y 的一体压铸后车身仅重 66 公斤，反而比尺寸更小的 Model 3 同样部位轻 了 10-20 公斤。

后底板成功减重后，Model Y 实现一体式压铸后底板总成。根据汽车工艺师 公众号，2020 年 9 月特斯拉宣布 Model Y 将采用一体式压铸后地板总成，原来通 过零部件冲压、焊接组装的后地板总成将采用一体式压铸一次成型，相比原来形 式可减少 79 个部件，焊点由 700-800 个减少到 50 个，同时由于应用了新型铝合 金材料，特斯拉一体压铸的后地板总成不需要进行热处理，整个制造时间由传统 工艺的 1-2h 缩减至 3-5min，并且能够在厂内直接供货，整体制造成本下降 40%。 同时，特斯拉宣布下一步计划将应用 2-3 个大型压铸件替换由 370 个零件组成的 整个下车体总成，质量将进一步降低 10%，对应续航里程可增加 14%。此外，特 斯拉已经申请采用巨型压铸设备一次压铸整个白车身的专利技术。

前身车和 Cybertruck 一体化压铸接力后底板总成。Model Y 后底板总成采 用的是 6000 吨压铸机，而要实现前身车和 Cybertruck 一体化压铸需要更大锁模 力的压铸机。2020 年 3 月特斯拉在财报会上宣布已经订购 8000 吨压铸机用来生 产 Cybertruck 车身后底板。Cybertruck 采用一体成形金属无烤漆框架将铁、铝、 硅和镁等金属块送进炉内，以摄氏 850 度高温熔化后，通过多道的气体、碳化硅 等物质加工，将液态金属灌入模具，高压成形后以机械手臂取出，再通过 X 光和 激光检验加工，完成整个工序。 根据电动新视界，Giga Press 压铸机和铝合金配方为特斯拉一体化压铸的壁 垒。特斯拉的一体化压铸机 Giga Press，由特斯拉和压铸机厂商 IDRA Group 联 合定制，深度参与了软硬件的设计制造，其大小与房子相当，长 19.5 米、高 5.3 米，重达 410 吨。除了压铸机定制设计与开发的技术壁垒之外，如果没有大批量 生产带来的规模效益，车企很难分摊压铸工艺使用的昂贵的压铸机和压铸模具的 综合成本。Giga Press 所使用的铝合金材料是特斯拉为改进生产工艺的独家配方， 是一种不需要涂层和热处理的高强度合金。由前苹果合金专家查尔斯·柯伊曼主 导研发，柯伊曼 2016 年加入特斯拉，同时领导特斯拉和 Space X 的材料工程团 队。

CTC 技术配合一体化压铸技术，开辟新方向。在 2020 年 9 月的电池日上， 特斯拉发布了全新的整包封装技术 CTC（Cell to Chassis），即取消 Pack 设计， 直接将电芯或模组安装在车身上。CTC 技术有助于将车辆的结构平台进一步单元 化，从而进一步降低制造成本。马斯克曾表示，采用了 CTC 技术后，配合一体化 压铸技术，可以节省 370 个零部件，为车身减重 10%，将每千瓦时的电池成本降 低 7%。除特斯拉，宁德时代计划在 2025 年实现集成化 CTC，2030 年实现智能 化 CTC。根据宁德时代董事长曾毓群介绍，宁德时代的集成化 CTC 技术不仅会 重新布置电池，还会纳入包括电机、电控、DC/DC、OBC 等动力部件。

3.3.2. 大众：全新 SSP 平台将引入一体化压铸，后车身一体式铝压铸样件成功下线

大众汽车 MLB-evo 平台混合车身结构材料轻量化，采用 52%高强度钢材和 48%铝合金材料，减重同时整车性能提升。占比 13%的热成型钢被用于需要极高 强度的 A、B 柱等关键位置，1400mPA 抗拉强度保证驾驶舱在受到碰撞后依然为 驾乘者提供周全保护；使用比例达 39%的冷成型钢则被用于前围板、前后翼子板 等部位，防止在驾驶舱被挤压时发生车门无法打开的情况。发动机舱盖板、前后 车门板及侧围板等部位的铝制板材占车身选材的 30%，在保证轻量化的同时，还 与采用挤压铝型材的防撞梁、吸能盒等一同吸收和弱化碰撞时激发的能量。此外， 15%铝铸件材料加持于前后避震器支座等部件也令整车性能得到进一步提升。

全新一代途锐是首款使用混合式车身结构的 SUV，实现减重 106 公斤。MLB Evo 平台采用了纵置发动机布局，使得车身前后配重更加平衡，同时动力配置自 由度也更高。更合理的布局和轻量化设计，不仅能够提升车辆舒适性，也能提升 驾控体验。大众官网显示，作为诞生于 MLB Evo 平台的杰出之作，全新一代途锐 是首款使用混合式车身结构的大众汽车品牌 SUV 车型。其不仅将混合式车身结构 的众多优点集于一身，而且纵置发动机架构也能大幅提升车辆的基准设计性能。 根据大众官网数据，上述技术的运用让全新一代途锐在重量减轻 106 公斤的同时， 安全性也有所保障，取得了欧盟新车安全评鉴协会碰撞测试五星安全认证。

4 种轻量化材料+14 种车身连接工艺，奥迪 A8 全新推出。

1）材料：根据 AI 汽车制造业数据，新一代奥迪 A8 车身材料除了铝合金、高 强度合金钢、镁合金外，首次应用了碳纤维复合材料，占比分别为 58%、40.5%、 0.5%、1%。车身的整体框架由铝型材搭建，关键部位采用铝制铸件进行联接，保 证结构强度，车身表面采用铝制钣金件。碳纤维复合材料的应用使得后座背板密 度减少 45%，重量减轻 50%。四种材料如果按照种类再进行细分的话，材料种类 可以达到 29 种，其中包括 11 种钢材、16 种铝材、1 种镁材和 1 种碳纤维复合材 质。

2）连接工艺：多种材质的应用意味着车身连接方式需要进行改进和优化，尤 其是碳纤维材质的加入对车身连接技术提出了更高的要求。基于跑车奥迪 R8 的 经验，新一代奥迪 A8 车身的连接方式达到了 14 种，其中包括 MIG 焊、远程激光 焊等 8 种热连接技术和冲铆连接、卷边连接等 6 种冷连接技术。

大众推出下一代 SSP 平台，计划开始应一体化压铸。根据智电汽车，SSP 平 台是一个集纯电动、全面互联和高度可扩展性于一身的全新汽车平台，这套平台 将在 2024 年正式启动，SSP 平台是在 MQB、MSB、MLB 等三个燃油车平台， 和 MEB、PPE 两个纯电动汽车平台基础上，整合成一个全新的可扩展系统平台， 适用于集团旗下所有品牌和所有级别车型的机电一体化平台架构。SSP 平台将电 池、软件、车身、自动驾驶等方面进行整合，生产更加简洁，效率更高。而 SSP 平台最大的亮点就是完美实现四电机布局，可以达成前轮/后轮/全轮驱动模式。大 众计划于 SSP 平台开始应用一体压铸，车身一体式铝压铸件样件已成功下线。

3.3.3. 新势力奋起直追，传统车企纷纷跟进

国内新势力车企积极布局“一体化压铸”，蔚来、小鹏、理想等奋起直追。除造车新势力外，长安、东风、长城等传统车企也开始布局汽车一体化压铸 领域。2023 年长安汽车首个一体化前机舱铸件于 1 月 15 日晚成功产出，标志着 长安汽车跻身成为国内掌握超大型一体化结构件研制及生产调试技术的企业，一 体化车身项目正式迈入实体铸件阶段。此外，东风汽车也在布局一体化压铸，上 海交大中标其车身结构件材料项目。长城推出了全球化高智能模块化技术平台— —柠檬平台，该平台从设计、材料、结构、工艺全过程确保轻量化性能打造；使用 高强钢超过 70%，通过使用“一体式”热冲压成形门环和“不等厚”钢板（TRB） 的应用，降低零部件厚度，减少零搭接边，减轻重量，在保障了车身强度的同时减 轻了车体重量。

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