有色金属行业：一体化压铸未来已至

一体化压铸未来已至 证券研究报告 11 中邮证券 2023年9月3日 行业投资评级：强于大市 李帅华/魏欣 中邮证券研究所有色新材料团队 投资要点 一体化压铸优势明显。压铸是汽车铝合金零部件主要加工形式，一体化压铸本质是在零部件尺寸和应用部位上实现重大突破的铝合金高压铸造技术，具备占地面积小、原材料利用率高、人力成本节约、生产效率高等优势。 一体化压铸腾飞在即，产业链竞相布局。一体化压铸产业链上游免热合金材料领域专利优势明显，客户粘性高，国内具备专利企业较少，竞争格局良好；大型压铸机工艺复杂，开发周期长，资本投入大，力劲科技引领大型压铸机发展；压铸模具设计难度大，材料、工艺要求高，上市企业较少；中游压铸环节资金及工艺壁垒高，文灿股份等先发优势明显；下游整车厂积极布局一体化压铸，新势力陆续发布一体化 压铸车型，传统车企纷纷跟进；目前车企布局主要为自建、采购两种模式，长期将逐步回归采购模式为主。我们预计到2025年新能源汽车一体化压铸件/免热合金/压铸设备/压铸模具市场规模将达到366/130/52/12亿元。 投资建议。推荐上游免热合金龙头企业立中集团，建议关注压铸企业文灿股份、广东鸿图、拓普集团、旭升集团、多利科技和压铸装备商力劲科技、模具商瑞鹄模具。 风险提示：一体化压铸渗透率不及预期；技术迭代风险；新能源汽车销量不及预期；铝等原材料价格上 涨风险；行业竞争加剧风险等。 请参阅附注免责声明2 目录 —一体化压铸优势明显 二一体化压铸腾飞，产业链竞相布局 三投资建议和风险提示 3 4 4 一 一体化压铸优势明显 1.1压铸是汽车铝合金零部件主要加工形式 压铸是汽车铝合金零部件主要加工形式。传统的汽车制造流程主要包含冲压、焊装、涂装、总装四大工艺。其中冲压是运用中小型压力机和模具，常用于钢材的成型，铝合金零部件通常采用压铸方式。压铸是在高压作用下，装载金属以高速充填进入模具型腔，并在压力作用下成形和凝固而获得铸件的方法。 压铸铝合金制品在汽车用铝中约占54%～70%。主要应用场景包括： 图表1：部分汽车铝合金零部件 （1）动力系统：缸体、缸体盖、缸盖罩、曲轴箱、油底壳、活塞、泵体、泵盖、壳体、发动机各类支架等； （2）传动系统：变速器壳体、变速器油路板、离合器壳体、换挡拔叉、变速箱 支架等； （3）转向系统：链条盖、齿条壳体与涡轮壳体； （4）底盘总成：悬置支架与横梁； （5）车身：轮毂、车身结构件与装饰制品； （6）其他：减震器下端盖、压缩机支架、离合器踏板及刹车踏板等。 资料来源：拓普集团官网，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明5 1.2铝合金在新能源汽车大型零部件中的渗透率快速提升 底盘、车身、悬架等大型零部件渗透率快速提升，单车用铝量2025/2030年有望达到250/300kg左右。根据CMEGroup分析，到2025年纯电车用铝量将达到226.8kg，渗透率达50%，2030年用铝量达283.5kg，渗透率达56%，主要系底盘、悬架、车轮、传动系统等零部件渗透率快速提升带动。根据我国节能与新能源汽车技术路线图，我国单车用铝的具体目标是2025年达到250kg、2030年达到350kg。 图表2：铝合金在底盘、车身等零部件渗透率快速提升 资料来源：CMEGROUP，中邮证券研究所 图表3：2030年铝合金在新能源汽车中的应用 资料来源：CMEGROUP，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明6 1.3特斯拉开启一体化压铸新篇章 特斯拉开启一体化压铸新篇章。一体化压铸本质是在零部件尺寸和应用部位上实现重大突破的铝合金高压铸造技术，是指采用特大吨位压铸机，将多个单独、分散的零部件高度集成，压铸一次成型为几个大型铝铸件，从而替代多个零部件先冲压再焊接或铆接组合的方式。2020年9月，马斯克首次宣布将一体化压铸技术用于生产ModelY后车身底板的生产，并将逐步用2-3个大型压铸件替换整个车身底板370余个结构件，开启汽车大型部件铝合金一体化压铸的新篇章。 图表4：一体化压铸整合了部分冲压和焊接工序 资料来源：华经产业研究院，中邮证券研究所 图表5：特斯拉一体化压铸 资料来源：新浪财经，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明7 1.4一体化压铸优势明显 与传统汽车制造工艺相比，一体化压铸具备以下优势： （1）占地面积小，一台压铸机占地约100平米，通常企业只需要3-5台大型压铸机； （2）原材料利用率高，用料单一，废料可直接回收重熔，回收利用提升约25%； （3）人力成本节约，所需技术工人仅为传统工艺的1/10； （4）生产效率提升，由于零部件数量减少，焊点从原先的700-800个减至约50个，制造时间也缩短至3-5分钟，车型开发周期也缩短至1-2个月； （5）整车精度和性能提高方面，一体化压铸有助于实现汽车轻量化，以特斯拉ModelY为例，下车身重量降低30%，续航里程增加14%，0-100km加速性能提升8%，制动距离缩短2-7米。 请参阅附注免责声明 图表6：一体化压铸较传统工艺优势明显 资料来源：《四川省第十六届汽车行业学术年会论文》，赵辉，中邮证券研究所 8 9 9 二 一体化压铸腾飞，产业链竞相布局 2.1一体化压铸产业链 一体化压铸产业链参与者众多，随着产业链布局日益完善、市场参与者增加，全产业链布局与合作的趋势日益明显。 上游：免热合金、压铸设备、压铸模具，如立中集团（材料），力劲科技（压铸机），赛维达（模具）等； 中游：压铸供应商，如文灿股份、拓普集团、广东鸿图、美利信等； 下游：整车厂，如特斯拉、蔚来、理想、小鹏、极氪等众多车企。 图表7：一体化产业链 资料来源：各公司官网，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明10 2.2上游免热合金材料：先发优势明显，客户粘性高 材料端：免热合金是一体化压铸必然之选。免热处理合金指通过特殊的合金配方，在完成压铸成形后，铸件无需热处理即可获得理想的力学性能，能避免在热处理（高温固溶和时效处理）过程中造成工件变形。由于一体化铸件在铸造过程中会因热处理产生微小形变，大型压铸件形变会进一步放大，致使产品不满足车辆要求，因此超大型零件无法进行热处理，免热处理铝合金材料成为必然之选。 材料成分复杂，专利优势明显。合金材料成分是免热处理合金的核心壁垒，先发者通过对合金材料配方成分进行专利认证，并在此基础上不断迭代，降本增效；后发企业需绕过原有专利的配方成分设计研发出符合主机厂要求的免热合金材料，即使成功绕过专利，后续仍面临性能与成本权衡的问题。 认证周期长，客户粘性高。免热合金通常需要与下游加工及整车厂的长期配合进行材料研发、试点，量产，周期相对较长，且后续如更换其他免热合金材料还需更改后续流程的模具、改冲压工艺等，因此客户粘性高。 请参阅附注免责声明 图表8：免热合金的独特性能 资料来源：压铸周刊，中邮证券研究所 11 2.2上游免热合金材料：先发优势明显，竞争格局较优 市场上主要的免热处理合金可分为Al-Si系和Al-Mg系两大类，基本是Al为基础元素，添加并控制硅、镁、铁、铜、锰、锌等 元素的含量及相互关系，使材料具备符合要求的强度、韧性、延展性等。其中Al-Si系是目前的主流路线。 行业现状：国外材料较为成熟，国内企业陆续突破：国外免热合金代表性企业为美铝、德国莱茵哈特和麦格纳，此外特斯拉也加入自研行列；国内主要为立中集团、上海交大材料学院、广东鸿图、蔚来等研究机构和企业在免热处理材料上有所突破。 国内具备专利企业较少，竞争格局良好。目前国内立中集团具备自主知识产权，技术成熟并具备量产能力，其他厂家为海外合金厂商、国内高校等授权使用，需缴纳一定专利费，成本相对较高，或产品性能、良率不及预期，难以大规模应用。 图表9：市场主要免热合金性能对比 资料来源：《汽车结构件用非热处理压铸铝合金研究进展》，段宏强等，GoogleScholar，国家知识产权局,中邮证券研究所 请参阅附注免责声明12 2.3上游压铸设备：大型压铸机是一体化压铸的关键 大型压铸机是实现汽车一体化压铸的关键：当原料以高压注入模穴内时会产生一个撑模的力量，压铸机的锁模单元必须提供足够的锁模 力使得模具不至于被撑开，保证制品成型符合精度要求，越大的零部件对压铸机的锁模力要求也越高。 工艺复杂，开发周期长，资本投入大。大型压铸机工艺复杂，需要对复杂的系统进行协调控制，对理论、经验的要求高；从“设计—试验—设计”周期非常长，历史看压铸机的锁模力一般1年至2年才有一次跨越，每次提升约500吨；大型压铸成形装备造价高昂，一旦试制失败将带来巨大的经济损失，试错成本高。 行业格局：力劲科技引领大型压铸机发展。全球范围内能生产6000T以上的压铸机企业主要包括国外的瑞士布勒集团，国内的力劲科技、海天金属、伊之密。其中力劲科技全资子公司意德拉在2020年向特斯拉提供了全球第一台6000T压铸机，目前与广东鸿图共同研发的12000T超级智能压铸单元正式投产使用，并就16000T(吨)超级智能压铸单元开发项目开展合作。根据铸造头条网，力劲科技压铸机在中国占有率超过56%，超大型压铸机全球占有率更是超过90% 图表10：全球主要大型压铸机厂商 资料来源：佐思汽研，中邮证券研究所 请参阅附注免责声明 图表11：力劲科技12000吨智能压铸单元 资料来源：铸造头条网，中邮证券研究所 13 2.4上游压铸模具：设计难度大，材料、工艺要求高 压铸模具：压铸模具对压铸成功与否关系重大，一直被认为是压铸生产的关 键工艺装备，壁垒主要集中在： （1）设计难度大。超大型一体化压铸件壁厚变化大，结构复杂，充型距离长，流路变化多，浇注系统设计难于满足多方面的要求，理想的充型过程和凝固 过程更难以实现。 （2）材料性能要求高。一体化压铸模具的价格在每套1000万元左右，常规寿命周期仅8万多次，模具的耐用性直接影响生产成本。此外，一体化压铸机锁模力更大，对模具施加的应力更大，叠加工作条件恶劣等影响，可能会导致模具过早开裂失效。 （3）工艺要求高。由于模具的大型化，模具的热控制难度加大。合理设计冷却/加热系统，是生产中对模具温度进行有效控制的前提条件，温度过高或过低都会使铸件产生缺陷，影响产品质量。 行业主要竞争者：大型压铸模具具有较高的壁垒，对应国内上市公司较少，目前该环节主要厂商包括广州型腔、宁波赛维达、文灿雄邦（文灿股份子公司）、瑞鹄模具等。 请参阅附注免责声明 图表12：国内一体化压铸模具企业 资料来源：各公司官网，各公司公告，压铸周刊，中邮证券研究所 14 2.5中游压铸商：工艺和资金壁垒高 中游压铸环节：良率较低，超高真空高压压铸环节是关键。一体化压 铸工艺流程为工艺流程为合模、浇注、真空开启、型腔抽真空排气、压射、开模、取件、喷涂、再次合模等。压铸工艺对生产合格件十分重要，需要长时间调试和摸索参数配置，其中抽真空环节通常需配置高精度真空传感器保证气体完全排出，否则力学性能和良率将受影响。根据中华压铸网，特斯拉最早的一体压铸合格率65%~72%，毛利率可达到30%，2022年2月铸件质量标准修改后，合格率达到80%以上，目前主流压铸企业良率也基本保持在80%以上。 资金壁垒高。一个压铸岛通常需要压铸机、压铸模具、周边设备等组成，通常9000T的国产压铸机价格在5000-6000万元，模具在1000-2000万元，配置完善的压铸岛总价一般在2-3亿元。 先发优势明显。中游压铸企业包括文灿股份、拓普集团、广东鸿图、 旭升股份、美利信等，通过采购大型压铸设备并与车企合作的方式布 局汽车一体化压铸。目前来看，文灿股份自2011年开始研发相关产品，在行业内重点客户项目的竞争中处于领先地位。 图表13：压铸厂商一体化压铸布局 资料来源：佐思汽研，各公司公告，投资者交流，中邮证券研究所