Bilindustrien gjennomgår en produksjonsrevolusjon omtrent hvert førti år, og Tesla leder den nåværende nye revolusjonen. Fra Fords samlebåndsproduksjon til Toyotas magre produksjon til Volkswagens plattformbaserte modulære produksjon, vil lederen for hver bilproduksjonsrevolusjon ha en klar fordel i etterfølgende markedskonkurranse. Med to viktige teknologiske innovasjoner, 4680CTC, og integrert presstøping, leder Tesla en ny runde med produksjonsrevolusjon i bilindustrien.
- 4680CTC: Batteripakken er integrert i kjøretøyets karosseri og direkte koblet til setet. Det høye integreringsnivået reduserer kjøretøyets vekt med 10 %, øker cruiseområdet med 14 %, reduserer antall deler med 370, reduserer enhetskostnaden med 7 % og reduserer enhetsinvesteringen med 8 %. For tiden har 4680CTC blitt masseprodusert i fabrikken i Austin, Texas.
- Integrert støping: Etter at Model Y integrert støpt bakgulv reduserte antall deler fra 70 til 1 til 2, fortsatte bruken av teknologien å utvide seg. Den nåværende løsningen ved anlegget i Austin, Texas, kan redusere antallet fremre og bakre gulvdeler fra 171 til 2, og redusere antall sveisepunkter med mer enn 1600.
Nye krefter og tradisjonelle OEM-er følger opp integrert trykkstøping:
Nye krefter:
- NIO går sammen med Wencan Co., Ltd. for å ta i bruk en integrert presstøpt bakre underramme for ET5;
- Xpeng Motors slår seg sammen med Guangdong Hongtu for å rulle ut de integrerte strukturelle delene av 6800T-chassiset;
- Gaohe Automobile slår seg sammen med Tuopu Group for å rulle ut den integrerte superstore, støpte bakkabinen, noe som reduserer vekten med 15~20%.
Tradisjonell OEM:
- Mercedes-Benz lanserer de siste vitenskapelige forskningsresultatene i verden - VISION EQXX. Stivheten til den bakre delen av kroppen er kraftig forbedret, og det forventes å redusere vekten med 15-20 %;
- Volvo vil investere 10 milliarder svenske kroner i sin svenske fabrikk for å introdusere ny teknologi og produksjonsprosesser, inkludert integrert trykkstøping.
Skateboard-chassis har blitt en viktig drivkraft for mellom- og langsiktig utvikling av CTC og integrert støping. Skateboard-chassiset er en av de viktigste revolusjonerende teknologiene i dagens bilindustri. Teknologien som er involvert inkluderer et ikke-bærende karosseri, ledningskontrollert chassis, integrert elektrisk drivsystem og høyt integrerte intelligente moduler. I tillegg er forbedring av masse/volum-energitettheten til strømbatterier i en begrenset plass svært konsistent med CTC-batterisystemintegrasjonsløsningen; etter høy integrasjon blir strukturen til chassiset mer kompleks, og integrert støping kan bedre møte behovene til forbedring av chassisteknologi.
Den tunge vekten av nye energikjøretøyer og økningen i cruiserekkevidden har tvunget frem utviklingen av lette kjøretøyer. Sammenlignet med drivstoffbiler i samme klasse er vekten til rene elektriske modeller omtrent +19~32 %, og vekten til plug-in-hybridmodeller er omtrent +12~18 %. For å forbedre energieffektiviteten og utvide rekkevidden, har lettvektsutviklingen av nye energikjøretøyer blitt uunngåelig.
Aluminiumslegering er den mest kostnadseffektive, og høytrykksstøping er mer effektiv. Bytting av stål med aluminium kan redusere vekten av kroppen-i-hvitt med ca. 1/3, men aluminiummetall har høy varmeledningsevne, noe som lett kan forårsake problemer som redusert sveiseytelse og forurensning av elektroder av oksidlaget på legering overflate; høy termisk ekspansjonskoeffisient kan lett føre til stor deformasjon av deler. Høytrykkspressstøping har høy effektivitet og liten veggtykkelse på bearbeidede deler. Det er en effektiv prosesseringsteknologi egnet for aluminiumslegeringer. Integrert pressstøping er basert på høytrykkspressstøping. Delene som produseres krever ikke ytterligere interne koblinger og prosessen reduseres kraftig. I tillegg er materialutnyttelsesgraden for støpeskrot så høy som 90 %, som er mye høyere enn 60 %-70 % av stanse- og sveisestålkropper.
Anvendelsen av integrert trykkstøping i biler kan utvides ytterligere. Vi tror at ved å justere styrken og strekkhastigheten, vil støpeprosessen bli brukt på flere strukturelle deler og dekkdeler. Flere andre deler enn kroppen, for eksempel motorer og batteripakkehus, kan produseres ved hjelp av støpeprosessen i fremtiden.
De tekniske barrierene for integrerte støpegods gjenspeiles hovedsakelig i fire aspekter:
- Stor støpemaskin: Systemet er komplekst og har høye krav til teori, erfaring og produksjonsteknologi; "design-test-design"-syklusen er lang og tidskostnaden er høy; kostnaden er høy og risikokostnaden er høy.
- Materialformel: Legeringssmelten må ha gode reologiske egenskaper, liten lineær krymping og et lite størkningstemperaturområde. Nøkkelen er å unngå varmebehandling.
- Støpestøpeform: Støping har høyere krav når det gjelder temperatur, vakuum, støpeskjema, prosessparametere, etterbehandling, etc., og formen er mer kompleks.
- Prosessmetode: Høyhastighets formfyllingsegenskaper kan lett føre til støpesvikt, noe som krever høye krav til alle prosesselementer.
Integrated die-casting can significantly improve production efficiency and reduce manufacturing costs. Take the following car body assembly as an example. Compared with traditional stamping & welding processes, integrated die-casting can significantly reduce the amount of stamping and welding used. The processing steps are reduced from 9 to 2; supporting labor is also reduced accordingly. With an annual production capacity of 450,000 vehicles Calculated in a factory, the number of workers will be reduced from 120 to 30; the number of parts will be reduced from >370 til 2~3, antall koblingspunkter vil bli redusert, og kostnadene vil bli redusert; arbeidstiden reduseres fra 2 timer til 180-tallet, og 5 støpemaskiner vil bli Den kan møte den årlige produksjonskapasiteten på 600,000 stykker.
Markedsstørrelsen på integrerte støpingskarosserier forventes å overstige 20 milliarder yuan i 2025. Beregnet basert på en produksjonslinje for bakre gulv på bilkarosseri med en årlig produksjonskapasitet på 500,000 stykker, kostnadene ved den tradisjonelle stemplingen og sveiseprosessen og den integrerte støpeprosessen er henholdsvis 630 millioner yuan og 480 millioner yuan. Den integrerte støpte gulvsykkelen kan spare kostnader med 300 yuan. Vi anslår at markedsstørrelsen for den integrerte støpingskroppen forventes å nå 21,5 milliarder yuan i 2025, med en CAGR på 132 % fra 2021 til 2025.
Tesla leder en ny runde med produksjonsrevolusjon: 4680 CTC + integrert støping
I den århundregamle bilindustriens historie skjer en produksjonsrevolusjon hvert førti år eller så. Fra Fords samlebåndsproduksjon på 1910-tallet, til Toyotas «multi-variety, small batch» magre produksjon på 1950-tallet, til Volkswagens plattformbaserte og modulære produksjon på 1980-tallet, vil lederne for hver bilproduksjonsrevolusjon være i fremtiden. Oppta en klar fordel i markedskonkurransen.
Teslas produksjonsrevolusjon: 4680CTC+ integrert støping. Teslas 4680CTC-løsning (CTV) integrerer batteripakken i bilkarosseriet og kobler den direkte til setene, noe som reduserer antallet deler betydelig og forbedrer produksjonseffektiviteten til monteringen. De integrerte støpte gulvene foran og bak på Model Y-kroppen undergraver den tradisjonelle stemplings- og sveiseprosessen. Sammenlignet med den tradisjonelle stemplings- og sveiseprosessen er det 169 færre deler og kostnadene reduseres betydelig. I følge informasjon utgitt av Tesla på Battery Day, basert på to revolusjonerende teknologier, kan kjøretøyet redusere vekten med 10 %, øke cruiseområdet med 14 % og redusere antall deler med 370.
4680 CTC: Teslas batteriteknologi har alltid vært målestokken for industriinnovasjon
Tesla leder trenden innen kraftbatteriinnovasjon. Når Model S / Currently, Model Y utstyrt med CTC-løsningen på 4680 celler er levert. De siste ti årene har Tesla fortsatt å lede utviklingen av industrien innen både battericeller og -pakker.
4680 CTC: Vær den første til å kunngjøre spesifikke planer og lede bransjens tekniske retning
Tesla avslørte et patent kalt INTEGRATED ENERGY STORAGE SYSTEM i juni 2021, som beskriver 4680 Structural Battery (CTC) batterisystemintegrasjonsteknologi. I henhold til det offentlig avslørte innholdet i patentet, kan vi ha en generell retningsbestemt forståelse av Tesla CTC: batteripakkens øvre deksel er direkte koblet til kjøretøyets struktur, for eksempel setet, og blir strukturen til gulvet i passasjerkabinen; cellene er fylt med harpiks Materialer, Tesla mener at dette kan gi termisk beskyttelse på den ene siden, og strukturell støtte for batterikjernen på den andre siden; sammenlignet med "stor modul"-løsningen har CTC-løsningen fordelene ved å redusere støttedeler, redusere vekten på kjøretøyet, øke den totale batterikapasiteten.
4680 CTC: Model Y offisielt lansert, Texas-fabrikken starter levering i Q1
Teslas CTC-løsning kan øke kjørerekkevidden med 14 %, redusere enhetskostnadene med 7 % og redusere enhetsinvesteringen med 8 %.
I Teslas finansrapport for fjerde kvartal 2021 kan man se at arbeidere i Texas Gigafactory koblet Model Y-setene direkte til 4680 CTC-batteripakken. Implementeringen av CTC vil betydelig forbedre produksjonseffektiviteten til sluttmontering.
Integrert støping: starter med Y, fortsetter å fremme utviklingen av lette bilkarosserier
Integrert støping: dedikert layout og kontinuerlige gjennombrudd innen forskning og utvikling
Tesla har distribuert en 6,000-tonns storskala støpemaskin-GigaPress i alle fire av sine store bilfabrikker. For tiden har Shanghai-fabrikken utstyrt fem store støpemaskiner for produksjon av Model Y bakgulv. Texas-fabrikken startet nettopp masseproduksjon i mars. På basis av bakgulvet til Model Y har den lagt til integrert presstøping av frontgulvet (front langsgående bjelke).
Layout-integrert støpt aluminiumslegeringspatent, med tittelen "Preststøpt aluminiumslegering for strukturelle komponenter," beskriver en aluminiumslegering som både er sterk og har utmerket duktilitet som ikke krever ytterligere bearbeiding og kan redusere produksjonskostnadene betydelig. .
Teslas energiabsorpsjonssystem vil bli integrert med støttesystemet. 5. juli 2021 søkte Tesla om patent på «integrerte energiabsorberende støpegods». Dette energiabsorberende systemet er mye brukt i bilkollisjonsstrukturer. Det energiabsorberende systemet kan integreres med deler av eller hele bærekonstruksjonen gjennom en enkelt støpeprosess, og reduserer dermed behovet for prosesser inkludert punktsveising, sømsveising, nagling, bolting, liming, etc.
Integrert trykkstøping: Komponenter utvides til frontgulvet, og det totale antallet loddeskjøter reduseres med 1,600+
Teslas integrerte presstøping strekker seg til foretasjen. I følge Teslas kunngjøring kunngjorde Tesla i 2020 den integrerte modell Y-integrerte støpestøpingen bak, som kan redusere antall deler fra 70 til 1~2; finansrapporten for 1. kvartal 2022 kunngjorde den integrerte støpingen produsert ved fabrikken i Austin, Texas. Karosseriplanen kan redusere antall fremre og bakre gulvdeler fra 171 til 2, og redusere antall sveisepunkter med mer enn 1600.
Integrert støping: Masseproduksjon ved Texas-fabrikken for å akselerere teknologianvendelse
Trykkstøpemaskinen Giga Press brukt av Tesla er produsert av Lijin Technology, og gulvplassen kan spares med 35 % sammenlignet med produksjonsutstyr som bruker tradisjonelle stemplings- og sveiseprosesser. I følge Teslas økonomiske rapportinformasjon har Shanghai Gigafactory fem storskala støpeutstyr for produksjon, og den integrerte støpingen av Model Y-kroppens frontgulv (front langsgående bjelke) ved Austin Gigafactory i Texas vil også være massevis -produsert.
Nye bilprodusenter går i spissen for å følge opp integrert trykkstøping
NIO og Wencan samarbeidet om det ET5 integrerte, støpte bakgulvet. NIO ET5 bruker et integrert trykkstøpt bakgulv. Den integrerte støpeprosessen reduserer vekten av bakgulvet på karosseriet med 30 %, samtidig som den øker bagasjerommet med 11L. I november 2021 testet Wencans 6000T ultrastore støpeøy formen med suksess, og det integrerte støpte bakgulvproduktet for biler ble rullet av produksjonslinjen.
Xpeng Motors slår seg sammen med Guangdong Hongtu for å utvikle integrert støping. 1. For tiden har Guangdong Hongtu gått inn i støttesystemet til Xpeng Motors, og begge parter utvikler samtidig integrerte støpedeler. I januar 2022 rullet Guangdong Hongtu 6800T chassis integrerte strukturelle deler offisielt av produksjonslinjen. 2. Wuhan-basen skal bygge et integrert støpeverksted. Prosjektet vil bli offisielt lansert i juli 2021, og dekker et område på rundt 1500 dekar, med en planlagt produksjonskapasitet på 100,{11}} kjøretøy. Mer enn ett sett med ultrastore støpeøyer og automatiserte produksjonslinjer vil bli introdusert.
I februar 2022 ble det integrerte, superstore, formstøpte bakrommet til Gaohe Automobile og Tuopu rullet ut. De ultrastore konstruksjonsdelene som produseres av 7200T støpemaskinen er henholdsvis nesten 1700 mm i lengde og 1500 mm i bredde, og oppnår en vektreduksjon på 15~20% og forkorter hele utviklingssyklusen med 1/3. Når det gjelder materialer, kan partner TechCasts høystyrke, seige, varmefrie aluminiumslegeringsmateriale unngå problemer som dimensjonsdeformasjon og overflatedefekter på deler forårsaket av varmebehandling. Dens flytbarhet er mer enn 15 % høyere enn for materialer på samme nivå, og plastisiteten er mer enn 30 % høyere, noe som sikrer at kjøretøykollisjonen og annen ytelse har nådd en høyere dimensjon.
Internasjonale tradisjonelle OEM-er følger opp integrert trykkstøping
Mercedes-Benz lanserer integrerte presstøperesultater, noe som forbedrer ytelsen betydelig. Mercedes-Benz har lansert sin siste vitenskapelige forskningsprestasjon - VISION EQXX - i verden. Den største innovasjonen er bruken av bioniske konstruksjonskomponenter på baksiden av kroppen og toppen av det fremre tårnet. Hele baksiden av karosseriet er formet av en uavhengig og komplett støping av aluminiumslegering. Sammenlignet med tradisjonelle prosesser er stivheten i den bakre delen av kroppen betydelig forbedret, og det forventes å redusere vekten med 15-20%.
Volvo vil introdusere integrert støping. Volvo vil investere 10 milliarder svenske kroner i sin svenske fabrikk, hvor de vil introdusere noen nye og mer bærekraftige teknologier og produksjonsprosesser, inkludert en integrert presstøpeprosess.
Skateboard-chassis har blitt en viktig drivkraft for mellom- og langsiktig utvikling av CTC og integrert støping
Skateboard-chassiset er en av de viktigste revolusjonerende teknologiene i dagens bilindustri. Dens største funksjon er frakoblingen av over- og underkroppen, og forkorter dermed kjøretøyets utviklingssyklus betydelig. Derfor må skateboardet være utstyrt med en ikke-bærende karosseristruktur og et wire-kontrollert chassis; for å lette lasting kan ikke chassiset oppta for mye vertikal plass, og integrerte elektriske drivsystemer som "tre-i-ett" har blitt nødvendig; svært integrerte intelligente moduler må sentraliseres Den er basert på EØS og realiserer frakoblingen av programvare og maskinvare; den forbedrer masse/volum-energitettheten til strømbatterier på begrenset plass, noe som er svært konsistent med CTC-batterisystemintegrasjonsløsningen; etter høy integrasjon er strukturen til chassiset mer kompleks, og integrert støping kan være mer. Det oppfyller bedre behovene til forbedring av chassisteknologi.
De siste årene har mange innenlandske og utenlandske produsenter suksessivt lansert egenutviklet skateboard-chassis, og teknologien blir gradvis moden.
Forbedret batterilevetid for nye energikjøretøyer tvinger utviklingen av lette kjøretøykarosserier
Salget av nye energipassasjerbiler fortsetter å vokse i høy hastighet, og forventes å overstige 5,4 millioner enheter i 2022. Fra 2018 til 2021 var salgsvolumet for nye energipassasjerbiler: 1,05, 1,06, 1,20 og 3,32 millioner enheter henholdsvis; penetrasjonsraten for nye energipassasjerbiler i 2021 er 15,5 %. I mars 2022 nådde penetrasjonsraten for nye energipassasjerbiler 24,7 %, og nådde et nytt høydepunkt. Vi tror at salget av nye energipassasjerbiler vil overstige 5,4 millioner enheter i 2022.
Vekten til de tre elektriske systemene til nye energikjøretøyer øker betydelig. Sammenlignet med drivstoffkjøretøyer har nye energikjøretøyer færre motorer og girsystemer, men fordi batteriets energitetthet (ca. 0.1-0.3KWH/KG) er lavere enn drivstoffets (over 12KWH/KG) ), øker vekten av det tre-elektriske systemet betydelig. Vi valgte forskjellige kraftversjoner av flere modeller under flere merker for å sammenligne og beregne egenvekten. Sammenlignet med drivstoffversjonen økte vekten til den rene elektriske versjonen med ca. 19 % til 32 %, og vekten til plug-in-hybridversjonen økte med ca. 12 % til 18 %.
Kravet om forbedret rekkevidde har tvunget frem utviklingen av lette kjøretøy. Sammenlignet med tradisjonelle drivstoffkjøretøyer er nye energikjøretøyer tyngre, noe som alvorlig påvirker rekkevidden deres.
Billettvekt kan forbedre ytelsen til nye energikjøretøyer betydelig, hovedsakelig når det gjelder miljøvern, nytte, kraft, sikkerhet og bremsing.
Aluminiumslegering er for tiden det mest kostnadseffektive lettvektsmaterialet for bilkarosserier
Lettvekt av biler oppnås hovedsakelig gjennom bruk av lette materialer. De viktigste måtene å redusere kjøretøyvekten på inkluderer strukturell optimaliseringsdesign, bruk av lettvektsmaterialer og lett prosesserings- og produksjonsteknologi. Blant dem er de nåværende viktigste lettvektstiltakene for biler hovedsakelig bruken av lette materialer.
Blant forskjellige lette materialer har aluminiumslegering den høyeste kostnadsytelsen. Sammenlignet med ulike metalllegeringer og komposittmaterialer har aluminiumslegering åpenbare omfattende fordeler i ytelse, tetthet og pris, og er det mest kostnadseffektive lettvektsmaterialet.
Tilkoblingsteknologi, strukturell komponentytelse og størrelse begrenser bruken av aluminiumslegeringsmaterialer i biler
Produksjonsprosessen av aluminiumslegeringskropp er langt mer kompleks enn for stålkropp. Hvis aluminiumslegering brukes i stedet for stål, kan vekten av kroppen-i-hvitt vanligvis reduseres med ca. 1/3. Ta Audi A8 som et eksempel. På grunn av karosseriet i aluminium, veier kroppen-i-hvitt kun 215 kg. Imidlertid kan den høye termiske ledningsevnen til aluminiummetall lett forårsake problemer som redusert sveiseytelse og forurensning av elektroder av oksidlaget på legeringsoverflaten. Dessuten kan den høye termiske ekspansjonskoeffisienten til aluminium lett føre til stor deformasjon av deler. Fortsatt å ta Audi A8 som et eksempel, krever karosseriproduksjonen 14 typer tilkoblingsprosesser, inkludert MIG-sveising, ekstern lasersveising, etc. Prosesskompleksiteten er mye høyere enn for stålkroppen-i-hvitt, som hovedsakelig er motstandssveising .
Karosseriets strukturelle deler har høye ytelseskrav og permeabiliteten til aluminiumslegeringsmaterialer er begrenset. Vanligvis er kroppsstrukturdeler store i størrelse, komplekse i struktur, og veggtykkelsen er vanligvis bare 2-3mm. De må ha høy forlengelse og høy styrke for å oppfylle krav til sikkerhetsytelse (krasjtest) og krav til delkobling. Med gjennombrudd innen nøkkelteknologier som prosesser/materialer/utstyr, forventes penetrasjonshastigheten til strukturelle deler av aluminiumslegering å fortsette å øke.
Die-casting teknologi fortsetter å utvikle seg og innovere
Pressstøpeprosessen oppsto i 1885 og ble først brukt i bilindustrien i 1904 i form av presstøpte vevstangslagere. Støpemaskiner har opplevd teknologiske gjennombrudd som pneumatisk støping, kaldkammer støping og dual-punch støping. Foreløpig har støpeutstyr utviklet seg til å bli en støpeøy med støpemaskinen/støpeformen som kjernen og assistert av annet perifert utstyr.
Høytrykkspressstøping er en effektiv prosesseringsteknologi egnet for aluminiumslegeringsmaterialer
Høytrykkspressstøping er en effektiv prosesseringsteknologi egnet for aluminiumslegeringsmaterialer. Trykkstøping er hovedsakelig delt inn i høytrykksstøping, lavtrykksstøping, differansetrykkstøping, etc. Blant dem er lavtrykksstøping og differansetrykkstøping mest brukt i motor- og chassisområdet, mens høytrykksstøping blir stadig mer brukt. brukes i bilkarosserier på grunn av sin høye effektivitet og lille veggtykkelse på bearbeidede deler, og er en viktig retning i fremtiden.
Die støping er delt inn i kaldkammer støping og varm kammer støping: kaldkammer støping brukes hovedsakelig i produksjon av store deler, for eksempel bildeler, kommunikasjonsbasestasjons kjølekomponenter, etc.; støping med varmt kammer er mye brukt i produksjon av små elektronikk- eller 3C-produkter, for eksempel USB-kontakt, laptopveske, etc.