机械行业周报：一体化压铸设备投资机会有哪些？

本周关注：帝尔激光、绿的谐波、禾川科技、伊之密 本周核心观点：当前新能源、汽车行业景气度较高，带动设备需求旺盛。疫情期间压制的扩产需求有望批量释放，设备厂商有望收获批量订单。技术变革进行时，新技术、新工艺带来的设备需求不容忽视。 一体化压铸制造过程极简，使车体更加轻量化，降低单车电池成本。传统的车身制造工艺，采用冲压—焊装—涂装—总装流程。一体化压铸将多个单独、分散的小件经过重新设计高度集成，利用大型压铸机进行一次成型。据马斯克在发布会上介绍，Model Y后地板采用一体化压铸后，可使下车体总成重量降低30%，制造成本也可下降40%。此外，特斯拉下一步计划将应用2-3个大型压铸件由370个零件组成的整个下车体总成，重量将进一步降低10%，对应续航里程可以增加14%。根据建约车评数据，以普通电动车电池容量80kWh为例，若采用一体化压铸减重并保持续航不变，则电池容量可减少约10kWh。以目前磷酸铁锂电池pack成本600元/kWh计算，单车成本可降低6000元。 国内外一体化压铸布局进度加快。从2020年特斯拉订购意德拉超级压铸机以来，国内外压铸机供应商布局进度逐年加快。设备商方面，力劲（意德拉）、意特佩雷斯、瑞士布勒，以及伊之密、海天金属均走在较前列，目前均具备6000-9000T压铸机生产能力，力劲科技收获12000T压铸单元订单。主机厂方面，目前引入一体化压铸工艺存在自研模式、供应商模式两种，国内大多数整车厂仍以供应商模式为主，特斯拉为自主压铸，小鹏汽车采取供应商模式、自研模式同时进行。长期来看，中间环节的省略，整车厂自主完成压铸模式或为发展趋势。除特斯拉、小鹏汽车外，目前蔚来、华人运通、一汽、宝马等均有布局。 压铸设备主要包括压铸单元、压铸模具。一个压铸单元内的设备主要包括压铸机、辅机、熔炉、模温机、取件机器人、喷雾机器人等。压铸机是压铸岛中的主设备，根据我们的产业链调研，近年国产品牌7000T压铸机价格约为6000-7000万元，使用寿命在15年左右。模具是铸造金属零部件的工具，其压铸过程是金属液现高速填充模具型腔内，模具活动的型腔面随着金属液的冷却过程加压锻造。根据我们的产业链调研，目前，一体化压铸模具的价格在每套1000万元左右。与压铸机不同的是，模具需要定期进行更换。铝合金模具的使用寿命与其锁模力有关，一般3500-4500吨的压铸模具寿命在8万模次左右，6000吨以上的超大型模具寿命在5万次左右。 预计到2025年压铸机市场规模达数十亿，到2030年近200亿。按照前文提到，根据压铸的难易程度，我们假设一体化压铸替代冲压-焊接结构件的顺序应为后地板—前地板—中地板，分别对应7000T、8000T、12000T压铸机需求，并假设前地板、中地板一体化压铸量产时间分别为2023、2025年。模具具有一定的耗材属性，需要定期更换，假设7000T、8000T、12000T压铸模具寿命分别为6、5、4万模次。预计到2025年全球纯电动汽车底板一体化压铸机市场规模约为55亿元，模具市场规模为9亿元。到2030年全球纯电动汽车底板一体化压铸机市场规模约为193亿元，模具市场规模为51亿元。 投资建议：建议关注国内一体化压铸机龙头企业伊之密、力劲科技。 风险提示：测算误差风险，原材料价格上涨的风险，一体化压铸推进不及预期的风险，新业务和客户拓展不及预期的风险，宏观经济下行的风险。 1上周组合表现 上周关注组合：郑煤机、景业智能、东威科技、伊之密。截至2022年7月29日，周区间涨跌幅9.68%，同期机械设备申万指数涨跌幅3.64%，同比跑赢设备指数。从2021年11月21日组合开始至今，累计收益率15.20%，跑输沪深300指数1.87pct，跑输申万机械指数5.45pct。 2为什么选择一体化压铸？ 2.1什么是一体化压铸？ 传统的车身制造工艺，采用冲压—焊装—涂装—总装的流程。1）主机厂冲压车间主要负责生产高质量要求的大型外覆盖件，如侧围、发动机盖、翼子板、门外板等。内部的结构件由分布在全国的供应商负责制造，主机厂采购。2）焊接车间在接收到冲压车间的覆盖件和供应商的结构件、分总成后，将其组装连接在一起，形成汽车的白车身总成(BIW)。这里的连接，包括焊接、铆接(钢铝搭接处使用)、涂胶(密封胶负责密封、结构胶负责粘接)等方式。3）涂装车间负责对焊接完成后的BIW进行防腐和喷漆处理。4）总装车间负责将电气、内外饰、动力总成等零部件组装到涂装后的BIW之上。 什么是一体化压铸？ 一体化压铸指的是车身件的一体化，即原本设计中多个单独、分散的小件经过重新设计高度集成，再利用大型压铸机进行一次成型，省略焊接的过程直接得到一个完整大零件。与传统高压件相比，一体化压铸的特殊之处体现为规格大以及省略了热处理工序。一体化压铸也分为狭义和广义，广义的一体化压铸是替代冲压-焊接件，使多个零部件变为一个压铸件，狭义的一体化压铸主要指使用6000吨以上的大压铸机。 为什么选择一体化压铸？ 相比传统车身制造工艺具有高效、简单、易回收的优点。一体化压铸铝合金零件的优势在于：1）制造过程极简。一次成型，没有先冲压后焊接的复杂过程。2）制造精度可控。只有一个零件，不需要开发过多的工装设备，也没有大量零件连接带来的误差累计。3）维护成本极低。不需要再排查每个零件的制造状态，节省了传统车身匹配调试所需要消耗的时间和金钱。4）材料的回收利用率极高。只有一种材料，回收时可以将废料融化，直接制造其他产品。一体化压铸技术的应用，不仅可以缩短复杂的车身制造过程，而且能够大大降低车身的制造成本，从而使产品具有更大的市场竞争力。 另一方面，特斯拉率先提出一体化压铸，与其起初在产能方面的短板有关。特斯拉ModelS、X的先后问世，虽然采用全铝车身，但仍然是按照传统冲压-焊接工艺进行制造。2016年，特斯拉发布Model 3后订单大幅增长，但次年7月，特斯拉仅交付了30台Model 3车型，10月交付台数再次不及预期，原因是车身工艺过于复杂，严重影响了车辆自动化生产效率。应当说，一体化压铸技术符合特斯拉的长期远景规划。 为什么先从后地板开始？ 汽车的“五大总成包括发动机总成、方向机总成、变速器总成、前后桥（前后轮轴）、车架等。其中，车架是指跨接在汽车前后车撬上的框架式结构，俗称大梁，是车的基体。 地板总成，指车身底部的板件，包含地板梁、地板面板、后围板等零件，一般由前地板、（中地板）、后地板构成。后地板，是指乘客舱后部往后的地板部分，它与前地板系统和前机舱系统组成下车体，是整车的基础，支撑着上车体、开闭件及其他总成和有关附件、乘客的重量。汽车的底板一般由钢材冲压而成，一般有整体冲压、前后地板总成焊接、前中后地板总成焊接几种方式。此外，还有横梁、纵梁、加强筋、加强板等结构。 图1：前部车体主要结构件 图2：后段车身主要结构件 虽然最理想的情况是对整个车身做一体化压铸，但由于当时压铸机的最大吨位在4000-4500吨，而如果实现全部车身的压铸至少需要1.8-2万吨压铸机，因此，先分阶段进行。实际上，从尺寸上来说前地板较后地板更小，且其结构为左右纵梁+一根横梁，后地板为左右纵梁+2根横梁，相比之下，前底板成型更加容易，但由于前舱对于乘客的保护非常重要，要求要高于后部，因此其压铸的整体难度要更大一些。至于中底板、电池包，其生产需要的压铸吨位更大，约为8000T-9000T，它会随着CTC技术和CTB技术的推进而展开，而并非由现有技术向外展开，因此中底板的发展速度会更为缓慢。根据我们的产业链调研，后地板对压铸机吨位的要求基本在7000吨左右，前地板约8000吨，中地板则要达到1.2-1.6万吨。 而车身的上半部分，AB柱多采用高强度钢。而要实现一体化压铸，需要金属的流动性非常好，需要在100-200毫秒内将金属充填到整个模具内，由于AB柱较窄，这在车身上半部分实现难度较大。 2.2特斯拉是如何实现一体化压铸技术的？ 材料方面：压铸件一般都需要进行热处理，增强强度、提高塑性、提升铸件的尺寸稳定性和增强腐蚀性。然而，由于一体化压铸件投影面积大，在实际操作过程中，热处理容易引起汽车零部件尺寸变形或造成表面缺陷，对于大型一体化压铸件来说要承担巨大成本风险，因此免热处理铝合金材料成为可能。2015年12月，特斯拉从苹果挖来顶级铝合金专家查尔斯·柯伊曼，由其同时负责SpaceX龙飞船和特斯拉的材料工程团队，很快开发出独家的用于一体化压铸技术的铝合金配方，使得特斯拉的铝合金压铸零件稳定性更加优异，压铸后不需要热处理，可直接进入下一工序。 压铸方法：2019年7月，特斯拉发布新专利“汽车车架的多向车身一体成型铸造机和相关铸造方法”。此方法将一套固定的模具放置在中心，4套可以移动的模具放置在4个不同方向。可移动的模具通过液压设备分别与中心固定好的模具贴合共同形成一个封闭的空腔。熔融状态的铝合金分别从4个移动模具上的浇筑口压入模具空腔，在空腔内流动、汇合，最终形成大型的一体化压铸结构零件。 图3：特斯拉一体化压铸方法 根据建约车评，特斯拉采用一体化压铸ModelY后地板后，由于所有零件一次压铸成型，其里零件数量比Model 3减少79个，焊点大约由700-800个减少到50个，由于应用了免热处理铝合金材料，制造时间也由传统工艺的1-2小时缩减至3-5分钟，并能够在厂内直接供货。这意味着，从供应商审查、冲压零件的采购定点、冲压模具的制造、冲压设备的使用，到焊接夹具的制造、焊枪的使用、检具的开发、零部件的物流运输等所有传统冲焊的供应链环节可以被省略。 图4：Model 3后地板由70个零部件组成 图5：ModelY后地板一体化压铸结构件 3一体化压铸发展现状如何？ 3.1一体化压铸产业链 一体化压铸产业链上游为免热处理铝合金材料供应商、设备商、模具厂商，中游为第三方压铸厂，下游为整车厂。目前，主机厂引入一体化压铸工艺存在自研模式、供应商模式两种。前者的代表如特斯拉，小鹏汽车，供应商模式的存在主要是由于一般整车厂前期并不掌握一体化压铸工艺，前期研发、设备投入较大。 因此，目前一体化压铸产业链存在三种模式，1）上游原材料、设备供应商、模具厂商—第三方压铸厂—一级零部件厂商—整车厂；2）上游原材料、设备供应商、模具厂商—一级零部件厂商—整车厂；3）上游原材料、设备供应商、模具厂商—整车厂。目前国内大多整车厂商仍以前两种模式为主，特斯拉为自主压铸，小鹏汽车采取供应商模式、自研模式同时进行。长期来看，中间环节的省略，整车厂自主完成压铸模式或为发展趋势。 图6：一体化压铸产业链 3.2国内外一体化压铸发展现状 3.2.1国内外一体化压铸布局进度加快 整车厂方面，特斯拉具备量产能力，国内小鹏发展较快。从全球整车厂看，全球范围内实现一体化压铸真正量产的仅有特斯拉，其余厂商生产产品仍以样件为主，尚未实现大规模量产。而实际上，特斯拉也经历了较长时间的前期研发和调试试验，据金融界报道，特斯拉直到2021年2月才开始生产，其合格率也从20%提升至90%，可以较稳定生产合格品。此外，国内整车厂进展较快的主要是小鹏汽车，在广东采购鸿图的底盘一体化结构件，武汉工厂内建压铸车间，采取“供应商模式+自研模式”并行的策略，属于国内在一体化压铸领域走在较前列的整车厂。 此外，华人运通、蔚来、长安汽车均有布局一体化压铸。 表1：一体化压铸国内外进展 设备商方面，主要厂商均具备6000-9000吨压铸机生产能力，力劲科技收获12000T压铸单元订单。 特斯拉一体化压铸机供应商为意德拉（2008年被力劲集团收购），二者是目前仅有的批量生产的设备商。意德拉是全球大吨位压铸机领域领导者，有超过60年历史，为业内历史最悠久公司之一，曾为奔驰、宝马、奥迪、福特等车企提供大型零件解决方案和压铸设备。2007年，受金融危机影响，压铸行业市场萎缩，意德拉陷入财务困境，后被香港压铸巨头力劲集团收购70%股份。瑞士布勒同样是全球压铸机巨头，其产品以良好的性能著称。目前，布勒