La industria del automóvil sufre una revolución manufacturera aproximadamente cada cuarenta años, y Tesla lidera la nueva revolución actual. Desde la producción en línea de montaje de Ford hasta la producción ajustada de Toyota y la producción modular basada en plataformas de Volkswagen, el líder de cada revolución de la producción de automóviles tendrá una clara ventaja en la competencia del mercado posterior. Con dos importantes innovaciones tecnológicas, 4680CTC y fundición a presión integrada, Tesla está liderando una nueva ronda de revolución manufacturera en la industria automotriz.
- 4680CTC: La batería está integrada en la carrocería del vehículo y conectada directamente al asiento. El alto nivel de integración reduce el peso del vehículo en un 10%, aumenta la autonomía de crucero en un 14%, reduce el número de piezas en 370, reduce el coste unitario en un 7% y reduce la inversión unitaria en un 8%. Actualmente, el 4680CTC se produce en masa en la fábrica de Austin, Texas.
- Fundición a presión integrada: después de que el piso trasero de fundición a presión integrado del Modelo Y redujera el número de piezas de 70 a 1 o 2, la aplicación de la tecnología continuó expandiéndose. La solución actual en la planta de Austin, Texas, puede reducir la cantidad de piezas del piso delantero y trasero de 171 a 2, y reducir la cantidad de puntos de soldadura en más de 1,600.
Nuevas fuerzas y fabricantes de equipos originales tradicionales dan seguimiento a la fundición a presión integrada:
Nuevas fuerzas:
- NIO se une a Wencan Co., Ltd. para adoptar un subchasis trasero integrado de fundición a presión para el ET5;
- Xpeng Motors se une a Guangdong Hongtu para implementar las partes estructurales integradas del chasis 6800T;
- Gaohe Automobile se une a Tuopu Group para implementar la cabina trasera integrada de carrocería de fundición a presión súper grande, reduciendo el peso entre un 15% y un 20%.
OEM tradicional:
- Mercedes-Benz presenta los últimos resultados de la investigación científica en el mundo: VISION EQXX. La rigidez de la parte trasera de la carrocería ha mejorado considerablemente y se espera que reduzca el peso en un 15-20%;
- Volvo invertirá 10 mil millones de coronas suecas en su fábrica sueca para introducir nuevas tecnologías y procesos de fabricación, incluida la fundición a presión integrada.
Los chasis de patinetas se han convertido en una fuerza impulsora importante para el desarrollo a mediano y largo plazo del CTC y la fundición a presión integrada. El chasis de skate es una de las tecnologías revolucionarias más importantes de la industria automovilística actual. Las tecnologías involucradas incluyen una carrocería que no soporta carga, un chasis controlado por cables, un sistema de propulsión eléctrica integrado y módulos inteligentes altamente integrados. Además, mejorar la densidad de energía masa/volumen de las baterías eléctricas en un espacio limitado es muy consistente con la solución de integración del sistema de baterías CTC; después de una alta integración, la estructura del chasis se vuelve más compleja y la fundición a presión integrada puede satisfacer mejor las necesidades de mejora de la tecnología del chasis.
El elevado peso de los vehículos de nuevas energías y el aumento de la autonomía de crucero ha obligado al desarrollo de vehículos ligeros. En comparación con los vehículos de combustible de la misma clase, el peso de los modelos eléctricos puros es de aproximadamente +19~32 % y el de los modelos híbridos enchufables es de aproximadamente +12~18 %. Para mejorar la eficiencia energética y ampliar la autonomía, el desarrollo de vehículos ligeros de nueva energía se ha vuelto inevitable.
La aleación de aluminio es la más rentable y la fundición a presión a alta presión es más eficiente. Reemplazar el acero con aluminio puede reducir el peso de la carrocería en aproximadamente 1/3, pero el metal de aluminio tiene una alta conductividad térmica, lo que fácilmente puede causar problemas como un rendimiento reducido de la soldadura y contaminación de los electrodos por la capa de óxido en la superficie. superficie de aleación; Un alto coeficiente de expansión térmica puede provocar fácilmente una gran deformación de las piezas. La fundición a presión a alta presión tiene una alta eficiencia y un pequeño espesor de pared de las piezas procesadas. Es una tecnología de procesamiento eficiente adecuada para aleaciones de aluminio. La fundición a presión integrada se basa en la fundición a presión a alta presión. Las piezas producidas no requieren conexiones internas adicionales y el proceso se reduce considerablemente. Además, la tasa de utilización de material de la chatarra de fundición a presión llega al 90%, mucho más que el 60%-70% de las carrocerías de acero para estampado y soldadura.
La aplicación de la fundición a presión integrada en automóviles puede ampliarse aún más. Creemos que al ajustar la resistencia y la tasa de estiramiento, el proceso de fundición a presión se aplicará a más piezas estructurales y de cobertura. En el futuro se podrán fabricar más piezas además de la carrocería, como motores y carcasas de baterías, mediante el proceso de fundición a presión.
Las barreras técnicas a las fundiciones integradas se reflejan principalmente en cuatro aspectos:
- Máquina de fundición a presión grande: el sistema es complejo y tiene altos requisitos de teoría, experiencia y tecnología de fabricación; el ciclo "diseño-prueba-diseño" es largo y el costo de tiempo es alto; el costo es alto y el costo del riesgo es alto.
- Fórmula del material: la aleación fundida debe tener buenas propiedades reológicas, una pequeña contracción lineal y un pequeño rango de temperatura de solidificación. La clave es evitar el tratamiento térmico.
- Molde de fundición a presión: la fundición a presión tiene requisitos más altos en términos de temperatura, vacío, esquema de moldeo, parámetros de proceso, posprocesamiento, etc., y el molde es más complejo.
- Método de proceso: las características de llenado del molde a alta velocidad pueden provocar fácilmente fallas en la fundición, lo que requiere altos requisitos en todos los elementos del proceso.
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 a 2 ~ 3, la cantidad de puntos de enlace se reducirá y el costo se reducirá; Las horas de trabajo se reducirán de 2 horas a 180 s y se instalarán 5 máquinas de fundición a presión. Puede cumplir con la capacidad de producción anual de 600,000 piezas.
Se espera que el tamaño del mercado de carrocerías integradas de fundición supere los 20 mil millones de yuanes en 2025. Calculados en base a una línea de producción de pisos traseros de carrocerías con una capacidad de producción anual de 500,000 piezas, los costos del estampado tradicional y el proceso de soldadura y el proceso integrado de fundición a presión cuestan 630 millones de yuanes y 480 millones de yuanes respectivamente. La bicicleta con piso trasero fundido a presión integrada puede ahorrar costos en 300 yuanes. Estimamos que se espera que el tamaño del mercado de carrocerías integradas de fundición a presión alcance los 21.500 millones de yuanes en 2025, con una tasa compuesta anual del 132% de 2021 a 2025.
Tesla lidera una nueva ronda de revolución en la fabricación: 4680 CTC + fundición a presión integrada
En la centenaria historia de la industria automovilística, aproximadamente cada cuarenta años se produce una revolución manufacturera. Desde la producción en cadena de Ford en la década de 1910, hasta la producción ajustada de "variaciones múltiples y lotes pequeños" de Toyota en la década de 1950, y la producción modular y basada en plataformas de Volkswagen en la década de 1980, los líderes de cada revolución de la producción de automóviles estarán en el futuro. Ocupar una clara ventaja en la competencia del mercado.
Revolución en la fabricación de Tesla: fundición a presión integrada 4680CTC+. La solución 4680CTC (CTV) de Tesla integra el paquete de baterías en la carrocería del automóvil y lo conecta directamente a los asientos, lo que reduce significativamente la cantidad de piezas y mejora la eficiencia de la producción de ensamblaje. Los pisos delanteros y traseros integrados de fundición a presión de la carrocería del Modelo Y subvierten el proceso tradicional de estampado y soldadura. En comparación con el proceso tradicional de estampado y soldadura, hay 169 piezas menos y el coste se reduce significativamente. Según información publicada por Tesla en el Battery Day, basándose en dos tecnologías revolucionarias, el vehículo puede reducir el peso en un 10%, aumentar la autonomía en un 14% y reducir el número de piezas en 370.
4680 CTC: la tecnología de baterías Tesla siempre ha sido el punto de referencia para la innovación de la industria
Tesla lidera la tendencia de innovación en baterías eléctricas. Cuando se haya entregado el Model S / Actualmente, Model Y equipado con la solución CTC de 4680 celdas. En los últimos diez años, Tesla ha seguido liderando el desarrollo de la industria tanto en celdas como en paquetes de baterías.
4680 CTC: sea el primero en anunciar planes específicos y liderar la dirección técnica de la industria
Tesla reveló una patente llamada SISTEMA INTEGRADO DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA en junio de 2021, que detalla la tecnología de integración del sistema de batería 4680 Structural Battery (CTC). Según el contenido divulgado públicamente en la patente, podemos tener una comprensión direccional general de Tesla CTC: la cubierta superior del paquete de baterías está conectada directamente a la estructura del vehículo, como el asiento, convirtiéndose en la estructura del piso de la cabina de pasajeros; las celdas están llenas de materiales de resina, Tesla cree que esto puede proporcionar protección térmica, por un lado, y soporte estructural para el núcleo de la batería, por otro lado; En comparación con la solución de "módulo grande", la solución CTC tiene las ventajas de reducir las piezas de soporte, reducir el peso del vehículo y aumentar la capacidad total de la batería.
4680 CTC: Modelo Y lanzado oficialmente, la fábrica de Texas comienza a entregar en el primer trimestre
La solución CTC de Tesla puede aumentar la autonomía del vehículo en un 14 %, reducir los costos unitarios en un 7 % y reducir la inversión unitaria en un 8 %.
En el informe financiero del cuarto trimestre de 2021 de Tesla, se puede ver que los trabajadores de la Gigafábrica de Texas conectaron directamente los asientos del Model Y al paquete de baterías 4680 CTC. La implementación de CTC mejorará significativamente la eficiencia de su producción de ensamblaje final.
Fundición a presión integrada: comenzando con Y, continuando promoviendo el avance de las carrocerías livianas
Fundición a presión integrada: diseño dedicado y avances continuos en investigación y desarrollo
Tesla ha instalado una máquina de fundición a presión a gran escala, GigaPress, de 6000-toneladas en sus cuatro principales fábricas de automóviles. Actualmente, la fábrica de Shanghai ha equipado cinco grandes máquinas de fundición a presión para la producción de los pisos traseros del Modelo Y. La fábrica de Texas recién comenzó la producción en masa en marzo. Sobre la base del piso trasero del Model Y, se ha agregado fundición a presión integrada del piso delantero (viga longitudinal delantera).
La patente de aleación de aluminio fundido a presión de diseño integrado, titulada "Aleación de aluminio fundido a presión para componentes estructurales", describe una aleación de aluminio que es resistente y tiene una ductilidad excelente que no requiere procesamiento adicional y puede reducir significativamente los costos de producción. .
El sistema de absorción de energía de Tesla se integrará con el sistema de soporte. El 5 de julio de 2021, Tesla solicitó una patente para "fundiciones integradas que absorben energía". Este sistema de absorción de energía se utiliza ampliamente en estructuras de colisión de automóviles. El sistema de absorción de energía se puede integrar con parte o toda la estructura de soporte a través de un único proceso de fundición, reduciendo así la necesidad de procesos que incluyen soldadura por puntos, soldadura por costura, remachado, empernado, pegado, etc.
Fundición a presión integrada: los componentes se expanden hasta el piso frontal y el número total de uniones de soldadura se reduce en 1,600+
La fundición a presión integrada de Tesla se extiende hasta el piso delantero. Según el anuncio de Tesla, en 2020 Tesla anunció el plano de piso trasero de fundición a presión integrado del Modelo Y, que puede reducir la cantidad de piezas de 70 a 1 ~ 2; El informe financiero del primer trimestre de 2022 anunció que el plan de carrocería de fundición a presión integrada producida en la fábrica de Austin, Texas, puede reducir la cantidad de piezas del piso delantero y trasero de 171 a 2, y reducir la cantidad de puntos de soldadura en más de 1,600.
Fundición a presión integrada: producción en masa en una fábrica de Texas para acelerar la aplicación de tecnología
La máquina de fundición a presión Giga Press utilizada por Tesla es producida por Lijin Technology y su espacio se puede ahorrar en un 35% en comparación con los equipos de producción que utilizan procesos tradicionales de estampado y soldadura. Según la información del informe financiero de Tesla, la Gigafábrica de Shanghai tiene cinco equipos de fundición a presión a gran escala para producción, y la fundición a presión integrada del piso delantero de la carrocería del Modelo Y (viga longitudinal delantera) en la Gigafábrica de Austin en Texas también será masiva. -producido.
Nuevas fuerzas automovilísticas toman la iniciativa en el seguimiento de la fundición a presión integrada
NIO y Wencan colaboraron en el piso trasero de la carrocería integrada de fundición a presión del ET5. NIO ET5 utiliza un piso trasero de fundición a presión integrado. El proceso de fundición integrado reduce el peso del piso trasero de la carrocería en un 30%, al tiempo que aumenta el espacio del maletero en 11 litros. En noviembre de 2021, la isla de fundición a presión ultragrande 6000T de Wencan probó con éxito el molde y el producto de piso trasero de automóvil de fundición a presión integrado salió con éxito de la línea de producción.
Xpeng Motors se une a Guangdong Hongtu para desarrollar la fundición a presión integrada. 1. En la actualidad, Guangdong Hongtu ha ingresado al sistema de soporte de Xpeng Motors y ambas partes están desarrollando simultáneamente piezas integradas de fundición a presión. En enero de 2022, las piezas estructurales integradas del chasis Guangdong Hongtu 6800T salieron oficialmente de la línea de producción. 2. La base de Wuhan construirá un taller integrado de fundición a presión. El proyecto se lanzará oficialmente en julio de 2021 y cubrirá un área de aproximadamente 1500 acres, con una capacidad de producción planificada de 100000 vehículos. Se introducirá más de un conjunto de islas de fundición a presión ultragrandes y líneas de producción automatizadas.
En febrero de 2022, se implementó el compartimento trasero integrado de carrocería de fundición a presión súper grande de Gaohe Automobile y Tuopu. Las piezas estructurales ultragrandes producidas por la máquina de fundición a presión 7200T tienen casi 1700 mm de largo y 1500 mm de ancho respectivamente, logrando una reducción de peso del 15 al 20 % y acortando todo el ciclo de desarrollo en 1/3. En términos de materiales, el material de aleación de aluminio resistente, resistente al calor y de alta resistencia del socio TechCast puede evitar problemas como la deformación dimensional y los defectos superficiales de las piezas causados por el tratamiento térmico. Su fluidez es más de un 15% mayor que la de materiales del mismo nivel, y su plasticidad es más de un 30% mayor, asegurando que la colisión del vehículo y otros desempeños hayan alcanzado una dimensión mayor.
Los OEM tradicionales internacionales dan seguimiento a la fundición a presión integrada
Mercedes-Benz lanza resultados de fundición a presión integrados, lo que mejora significativamente el rendimiento. Mercedes-Benz ha lanzado al mundo su último logro de investigación científica, VISION EQXX. La mayor innovación es la aplicación de componentes estructurales de ingeniería biónica en la parte trasera de la carrocería y en la parte superior de la torre delantera. Toda la parte trasera de la carrocería está formada por una fundición de aleación de aluminio completa e independiente. En comparación con los procesos tradicionales, la rigidez de la parte trasera de la carrocería ha mejorado enormemente y se espera que reduzca el peso en un 15-20%.
Volvo introducirá la fundición a presión integrada. Volvo invertirá 10 mil millones de coronas suecas en su fábrica sueca, donde introducirá algunas tecnologías y procesos de fabricación nuevos y más sostenibles, incluido un proceso integrado de fundición a presión.
El chasis de monopatín se ha convertido en una importante fuerza impulsora para el desarrollo a medio y largo plazo del CTC y la fundición a presión integrada.
El chasis de skate es una de las tecnologías revolucionarias más importantes de la industria automovilística actual. Su característica más importante es el desacoplamiento de la carrocería superior e inferior, lo que acorta significativamente el ciclo de desarrollo del vehículo. Por lo tanto, la patineta debe estar equipada con una estructura de carrocería que no soporte carga y un chasis controlado por cables; para facilitar la carga, el chasis no puede ocupar demasiado espacio vertical y se han hecho necesarios sistemas de propulsión eléctrica integrados como el "tres en uno"; los módulos inteligentes altamente integrados deben centralizarse. Se basa en EEA y realiza el desacoplamiento de software y hardware; mejora la densidad de energía masa/volumen de las baterías de energía en un espacio limitado, lo cual es altamente consistente con la solución de integración del sistema de baterías CTC; después de una alta integración, la estructura del chasis es más compleja y la fundición a presión integrada puede satisfacer mejor las necesidades de mejora de la tecnología del chasis.
En los últimos años, muchos fabricantes nacionales y extranjeros han lanzado sucesivamente chasis de patineta de desarrollo propio y la tecnología está madurando gradualmente.
La mejora de la duración de la batería de los vehículos de nueva energía obliga al desarrollo de carrocerías ligeras
Las ventas de vehículos de pasajeros de nueva energía continúan creciendo a un ritmo elevado y se espera que superen los 5,4 millones de unidades en 2022. De 2018 a 2021, el volumen de ventas de vehículos de pasajeros de nueva energía fue: 1,05, 1,06, 1,20 y 3,32 millones de unidades. respectivamente; La tasa de penetración de vehículos de pasajeros de nuevas energías en 2021 es del 15,5%. En marzo de 2022, la tasa de penetración de los vehículos de pasajeros de nuevas energías alcanzó el 24,7%, alcanzando un nuevo máximo. Creemos que las ventas de vehículos de pasajeros de nuevas energías superarán los 5,4 millones de unidades en 2022.
El peso de los tres sistemas eléctricos de los vehículos de nuevas energías aumenta significativamente. En comparación con los vehículos de combustible, los vehículos de nueva energía tienen menos motores y sistemas de transmisión, pero debido a que la densidad de energía de la batería (aproximadamente 0.1-0.3KWH/KG) es menor que la del combustible (más de 12KWH/KG ), el peso del sistema trieléctrico aumenta considerablemente. Seleccionamos diferentes versiones eléctricas de varios modelos de varias marcas para comparar y calcular el peso en vacío. En comparación con la versión de combustible, el peso de la versión eléctrica pura aumentó entre un 19% y un 32%, y el peso de la versión híbrida enchufable aumentó entre un 12% y un 18%.
La demanda de una mayor autonomía de crucero ha obligado al desarrollo de vehículos ligeros. En comparación con los vehículos de combustible tradicionales, los vehículos de nueva energía son más pesados, lo que afecta seriamente su autonomía.
Aligerar el peso de los automóviles puede mejorar significativamente el rendimiento de los vehículos de nueva energía, principalmente en términos de protección medioambiental, utilidad, potencia, seguridad y frenado.
La aleación de aluminio es actualmente el material ligero más rentable para las carrocerías de los automóviles.
El aligeramiento de los automóviles se consigue principalmente mediante el uso de materiales ligeros. Las principales formas de reducir el peso de los vehículos incluyen el diseño de optimización estructural, la aplicación de materiales livianos y la tecnología de procesamiento y fabricación livianos. Entre ellas, las principales medidas actuales para aligerar el peso del automóvil son principalmente el uso de materiales ligeros.
Entre varios materiales livianos, la aleación de aluminio tiene la relación costo-beneficio más alta. En comparación con diversas aleaciones metálicas y materiales compuestos, la aleación de aluminio tiene ventajas integrales obvias en cuanto a rendimiento, densidad y precio, y es el material liviano más rentable.
La tecnología de conexión, el rendimiento de los componentes estructurales y el tamaño restringen la aplicación de materiales de aleación de aluminio en automóviles.
El proceso de fabricación de una carrocería de aleación de aluminio es mucho más complejo que el de una carrocería de acero. Si se utiliza una aleación de aluminio en lugar de acero, el peso de la carrocería normalmente se puede reducir en aproximadamente 1/3. Tomemos como ejemplo el Audi A8. Debido a su carrocería totalmente de aluminio, el peso de la carrocería en blanco es de sólo 215 kg. Sin embargo, la alta conductividad térmica del metal de aluminio puede causar fácilmente problemas como un rendimiento de soldadura reducido y contaminación de los electrodos por la capa de óxido en la superficie de la aleación. Además, el alto coeficiente de expansión térmica del aluminio puede provocar fácilmente una gran deformación de las piezas. Siguiendo con el ejemplo del Audi A8, la fabricación de su carrocería requiere 14 tipos de procesos de conexión, incluida la soldadura MIG, la soldadura láser remota, etc. La complejidad del proceso es mucho mayor que la de la carrocería de acero en blanco, que es principalmente soldadura por resistencia. .
Las piezas estructurales de la carrocería del automóvil tienen requisitos de alto rendimiento y la permeabilidad de los materiales de aleación de aluminio es limitada. Por lo general, las piezas estructurales de la carrocería son de gran tamaño, de estructura compleja y el espesor de la pared suele ser de solo 2-3 mm. Deben tener un alto alargamiento y una alta resistencia para cumplir con los requisitos de rendimiento de seguridad (prueba de choque) y los requisitos de conexión de piezas. Con avances en tecnologías clave como procesos/materiales/equipos, se espera que la tasa de penetración de las piezas estructurales de la carrocería de aleación de aluminio siga aumentando.
La tecnología de fundición a presión sigue avanzando e innovando
El proceso de fundición a presión se originó en 1885 y se utilizó por primera vez en la industria del automóvil en 1904 en forma de cojinetes de biela de fundición a presión. Las máquinas de fundición a presión han experimentado avances tecnológicos, como la fundición a presión neumática, la fundición a presión en cámara fría y la fundición a presión de doble punzón. Actualmente, el equipo de fundición a presión se ha convertido en una isla de fundición a presión con la máquina/molde de fundición a presión como núcleo y asistida por otros equipos periféricos.
La fundición a presión a alta presión es una tecnología de procesamiento eficiente adecuada para materiales de aleación de aluminio.
La fundición a presión a alta presión es una tecnología de procesamiento eficiente adecuada para materiales de aleación de aluminio. La fundición a presión se divide principalmente en fundición a alta presión, fundición a baja presión, fundición a presión diferencial, etc. Entre ellas, la fundición a baja presión y la fundición a presión diferencial se utilizan principalmente en las áreas de motores y chasis, mientras que la fundición a alta presión se utiliza cada vez más. Se utiliza en carrocerías de automóviles debido a su alta eficiencia y al pequeño espesor de pared de las piezas procesadas, y es una dirección importante en el futuro.
La fundición a presión se divide en fundición a presión en cámara fría y fundición a presión en cámara caliente: la fundición a presión en cámara fría se utiliza principalmente en la fabricación de piezas grandes, como piezas de automóviles, componentes de refrigeración de estaciones base de comunicación, etc.; La fundición a presión en cámara caliente se usa ampliamente en la producción de pequeños productos electrónicos o productos 3C, como conectores USB, estuches para computadoras portátiles, etc.