特斯拉作為汽車工業(yè)革新者，2016 年研發(fā)出適用于一體壓鑄的鋁合金配方，2019 年正式提出 "一體鑄造" 概念，2020 年通過 Model Y 后底板總成量產(chǎn)將技術(shù)落地。其創(chuàng)新使后底板零件數(shù)從 70 個(gè)縮減至 1 個(gè)、成本降低 40%，引發(fā)全球車企技術(shù)跟進(jìn)浪潮。然而，曾被視為行業(yè)變革核心的高壓鑄造及高壓一體式鋁合金技術(shù)近年發(fā)展趨緩，這種技術(shù)演進(jìn)軌跡的轉(zhuǎn)折，既反映新能源汽車時(shí)代制造工藝的深層變革需求，也為產(chǎn)業(yè)技術(shù)路線選擇提供了重要參考樣本。

高壓鑄造光環(huán)漸淡

高壓鑄造優(yōu)缺點(diǎn)并存，短板愈發(fā)凸顯

高壓鑄造是將熔融合金液在 15-100MPa 的壓力下，以 10-50 米 / 秒甚至更高的速度注入模具型腔，并在壓力下凝固形成鑄件。在過去，其憑借出色的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品特性，在汽車零部件制造領(lǐng)域占據(jù)重要地位。高壓鑄造充型速度極快，充型時(shí)間通常在 0.01-0.2 秒內(nèi)，每小時(shí)可生產(chǎn)數(shù)百件壓鑄件，適合大規(guī)模生產(chǎn)。并且高壓下成型的產(chǎn)品致密性高，表面光潔度好，減少了后續(xù)加工的成本和時(shí)間 。

然而，隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，高壓鑄造的弊端逐漸暴露。充型速度過快導(dǎo)致金屬液內(nèi)部卷入大量氣體，產(chǎn)品氣孔率高，廢品率有時(shí)可達(dá) 10%-20%。這意味著每生產(chǎn) 100 件產(chǎn)品，就有 10-20 件不合格。而且在熱處理時(shí)，內(nèi)部氣體會(huì)膨脹，致使產(chǎn)品出現(xiàn)鼓包或裂開等缺陷，限制了其在一些對(duì)性能要求苛刻的零部件制造中的應(yīng)用，如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體就因難以滿足高溫、高壓環(huán)境下的工作要求，更多采用低壓鑄造或其他工藝。此外，高壓鑄造加工余量小，加工量過大會(huì)破壞表面致密層，降低產(chǎn)品強(qiáng)度。

市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，高壓鑄造優(yōu)勢(shì)不再

新興鑄造工藝的崛起，進(jìn)一步壓縮了高壓鑄造的市場(chǎng)空間。真空壓鑄、低壓鑄造等工藝在一定程度上彌補(bǔ)了高壓鑄造的不足。以真空壓鑄為例，其能顯著減少氣體夾雜，將壓鑄件的氣孔率降低至傳統(tǒng)高壓鑄造的 1/3-1/2，提高壓鑄件的致密度和力學(xué)性能，降低廢品率，還可進(jìn)行熱處理，進(jìn)一步提升力學(xué)性能。在這種情況下，高壓鑄造的競(jìng)爭(zhēng)力不斷下降，市場(chǎng)熱度隨之降低。

高壓一體式鋁合金鑄造升 “壓” 受阻

成本效益失衡

高壓鑄造需投入超大型壓鑄機(jī)（鎖模力超6000T）和專用模具，其單臺(tái)成本高達(dá) 1.2-1.8 億元，年產(chǎn) 10 萬輛車型需配備 3-4 臺(tái)設(shè)備，僅硬件投資即超 3.6 億元，遠(yuǎn)超中小企業(yè)承受能力。模具壽命約 5 萬次的特性，使年產(chǎn) 10 萬輛規(guī)模需每年更換 2 套模具，額外增加 600-800 萬元成本。更關(guān)鍵的是，壓力每提升 10MPa 將導(dǎo)致能耗增加 10%-15%，而模具壽命縮短進(jìn)一步推高維護(hù)成本。當(dāng)生產(chǎn)效率提升與廢品率下降無法覆蓋上述增量成本時(shí)，更高壓力的鋁合金鑄造工藝將喪失經(jīng)濟(jì)可行性。

技術(shù)瓶頸難以突破

高壓一體式鋁合金鑄造要向更高壓力發(fā)展，面臨著諸多技術(shù)難題。壓力的提升對(duì)壓鑄機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、控制系統(tǒng)以及模具的材料性能、制造精度和壽命都提出了極高要求。模具在更高壓力下，更容易出現(xiàn)變形、磨損等問題，導(dǎo)致模具壽命縮短。使用 H13 鋼材制造的壓鑄模具在常規(guī)壓力下壽命可達(dá) 8-10 萬模次，但在更高壓力下，壽命可能降至 3-5 萬模次，更換頻率的增加無疑會(huì)提高生產(chǎn)成本。

在產(chǎn)品質(zhì)量控制方面，壓力過高會(huì)使鋁合金液的充型速度過快，增加氣體卷入和紊流的風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致鑄件內(nèi)部缺陷增多，如氣孔、縮松等。研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)壓鑄壓力超過 100MPa 時(shí)，鑄件內(nèi)部氣孔率會(huì)增加 30%-50%，廢品率也會(huì)相應(yīng)上升。更高壓力下，鋁合金液對(duì)模具表面的沖刷加劇，容易造成模具表面損傷，進(jìn)一步影響鑄件的表面質(zhì)量。

鋁合金在 700MPa 以上高壓環(huán)境下易出現(xiàn)液態(tài)金屬流動(dòng)性失控，導(dǎo)致鑄件內(nèi)部產(chǎn)生≥0.5mm 氣孔缺陷。某車企測(cè)試顯示，當(dāng)壓力超過 800MPa 時(shí)，鑄件疲勞強(qiáng)度下降 40%，難以滿足底盤件 20 年 / 30 萬公里的耐久標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，熱處理工藝與高壓成型存在技術(shù)沖突，材料強(qiáng)度提升空間被壓縮在 15-20% 范圍內(nèi)。這些技術(shù)限制與成本壓力的疊加效應(yīng)，共同構(gòu)成了高壓一體式鋁合金鑄造技術(shù)演進(jìn)的現(xiàn)實(shí)阻礙。市場(chǎng)需求相對(duì)飽和當(dāng)前汽車市場(chǎng)對(duì)鋁合金壓鑄件的性能和質(zhì)量要求，并非單純通過提高鑄造壓力就能滿足。汽車制造商更注重整體解決方案，包括材料的選擇、制造工藝的優(yōu)化、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)創(chuàng)新等。在現(xiàn)有壓力水平下，通過改進(jìn)材料配方、優(yōu)化工藝流程以及采用先進(jìn)的質(zhì)量控制手段，已經(jīng)能夠滿足市場(chǎng)對(duì)大多數(shù)汽車零部件的性能要求。通過優(yōu)化現(xiàn)有工藝，鋁合金壓鑄件的強(qiáng)度、韌性等性能指標(biāo)可提升 10%-20%，足以滿足當(dāng)前汽車行業(yè)的主流需求。因此，市場(chǎng)對(duì)更高壓力鋁合金鑄造技術(shù)的需求并不迫切。

各大汽車品牌的探索與實(shí)踐

行業(yè)先鋒的率先應(yīng)用

特斯拉作為汽車行業(yè)的創(chuàng)新者，在 2016 年開發(fā)出用于一體式壓鑄技術(shù)的鋁合金配方，2019 年提出 “一體鑄造” 技術(shù)，并于 2020 年在特斯拉電池日發(fā)布會(huì)上宣布，Model Y 將采用一體壓鑄生產(chǎn)車身后底板總成。目前，特斯拉的一體化壓鑄后底板與前機(jī)艙已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，一體化下車體也即將量產(chǎn)，其成功應(yīng)用引領(lǐng)了行業(yè)潮流。

小米汽車投入大量時(shí)間、資金和精力對(duì)汽車領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，自研超級(jí)大壓鑄設(shè)備集群，集群中的壓鑄機(jī)鎖模力達(dá) 9100 噸，重量在 718 噸，等同 4 臺(tái)波音747飛機(jī)的重量。圍繞壓鑄機(jī)的集群設(shè)備超過 60 多個(gè)，高效集成了噴涂、控溫、合模等多項(xiàng)工藝環(huán)節(jié)。在小米泰坦合金和強(qiáng)大的大壓鑄技術(shù)的支撐下，落地了一體化后地板，實(shí)現(xiàn)了零件 72 合一的突破性生產(chǎn)。相比傳統(tǒng)制造工藝，焊點(diǎn)直接減少了 840 個(gè)，重量減輕了 17%，車內(nèi)感知路面的噪音降低了 2 分貝，生產(chǎn)時(shí)間更是縮短了 45%，而且使用壽命還在 200 萬公里以上，是傳統(tǒng)后地板壽命的 10 倍以上 。

國內(nèi)車企的積極跟進(jìn)

廣汽集團(tuán)面向一體化壓鑄發(fā)展趨勢(shì)，啟動(dòng)數(shù)字化新工廠建設(shè)。旗下廣汽荻原數(shù)字化新工廠二期聚焦模塊化一體式壓鑄技術(shù)突破，將建成 10 萬臺(tái)套前機(jī)艙、后地板壓鑄件生產(chǎn)線，為廣汽旗下自主品牌昊鉑、傳祺、埃安的車型提供輕量化解決方案。賽力斯汽車聯(lián)合文燦集團(tuán)舉辦 IDRA 萬噸超級(jí)壓鑄機(jī)投產(chǎn)暨機(jī)器人一體化鑄件加工技術(shù)應(yīng)用啟動(dòng)儀式，宣布 IDRA 萬噸超級(jí)智能壓鑄單元在重慶正式投產(chǎn)應(yīng)用，這是目前全球首臺(tái)、全球最大的兩板式壓鑄單元。此外，小鵬 G6、問界 M9 等車型也都使用了一體壓鑄零部件，奇瑞汽車采用雙壓射方案，運(yùn)用 16000T 的雙壓射壓鑄機(jī)進(jìn)行車身 “整體式” 一體壓鑄，相比于此前車身 “三段式” 一體化壓鑄，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備投資降低 30%，產(chǎn)地占地面積下降 60%。

未來發(fā)展方向展望，高壓鑄造技術(shù)未來發(fā)展的多維度突破路徑

壓力段的理性調(diào)整

主流車企將高壓鑄造壓力參數(shù)由早期所追求的 1000MPa 回調(diào)至 550 - 750MPa 區(qū)間。在此壓力段，鑄件孔隙率可被控制在 0.3%以下，同時(shí)設(shè)備能耗降低 40%。該調(diào)整與柔性生產(chǎn)需求相契合，例如沃爾沃采用模塊化分總成設(shè)計(jì)，將車身劃分為 6 個(gè)鑄造單元，并通過自沖鉚接技術(shù)加以組合，致使維修成本降低 65%。

梯度壓力與混合工藝的突破

寶馬在 B 柱制造中運(yùn)用 300 - 600MPa 梯度壓力鑄造技術(shù)，達(dá)成局部抗拉強(qiáng)度 380MPa 的特殊結(jié)構(gòu)，相較傳統(tǒng)工藝強(qiáng)度提升 25%。通用汽車結(jié)合 3D 打印砂型技術(shù)制造復(fù)雜流道，令高壓鑄件在減重 15%的同時(shí)提升剛度，此技術(shù)已用于電池包殼體制造。

材料體系多維升級(jí)

輕量化材料的迭代，鎂合金（密度 1.78g/cm³）壓鑄件于座椅骨架等次級(jí)承力結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，較鋁合金再度減重 25%。豐田量產(chǎn)鎂合金方向盤骨架，成本較碳纖維方案降低 60%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)抗沖擊強(qiáng)度提升 30%。

納米增強(qiáng)鋁合金（Al - SiC）在電池包殼體驗(yàn)證中，屈服強(qiáng)度達(dá) 320MPa，突破傳統(tǒng)材料的性能邊界。

盡管高壓鑄造和高壓一體式鋁合金鑄造在發(fā)展過程中遭遇瓶頸，但這并不意味著它們將被淘汰。通過技術(shù)創(chuàng)新、材料研發(fā)以及對(duì)綠色制造的追求，這些技術(shù)有望在汽車制造行業(yè)找到新的發(fā)展機(jī)遇，為行業(yè)的持續(xù)進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。