杏彩官方网址:汽车行业专题报告：轻量化势在必行一体压铸点燃热潮

　　节能减排政策设置紧迫，倒逼车企加快轻量化以降本提效。我们认为整体来看，当前我国环保政策对乘用车的油耗和轻量化系数标准要求较高，路线%，在轻量化上要求到2025年内燃机的设计优化、材料选择和零件数量减少带来的燃油车重量减少将达到10%，到2035年将达到25%，而纯电动汽车的重量减少率将更高，到2025年底将达到15%，到2035年底将达到35%。新能源车由于增加了三电系统导致整车较燃油车增重了200kg-300kg，政策对电动车的轻量化系数减少率的要求比燃油车更高，因此电动车有更强的轻量化需求。

　　新能源车存在较大的里程焦虑问题，轻量化需求更为迫切。根据罗兰贝格2022年的调研结果，里程焦虑仍是影响消费者购买电动车的首要原因。轻量化通过降低整车重量，可全面降低能耗和提升续航，若新能源车减重100kg，续航里程将提升10%-11%，同时降低20%的电池成本和日常损耗成本。我们认为，在新能源车补贴政策退坡、补贴对续航里程门槛逐渐提升、终端用户里程焦虑较重的趋势下，新能源车的轻量化需求更为迫切。

　　汽车轻量化应用优势显著，解决汽车能源消耗+续航焦虑+提高性能的痛点需求。我们认为轻量化兼顾提升续航和汽车性能，迎合了驾驶舒适性/安全性/经济性的要求，在需求端刺激下有望打开市场广阔空间。电动车质量比燃油车高100-300kg，将消耗更例的能量用于负荷自重，而每减重10kg可提升2.5km的续航，并可降低20%的电池成本和日常损耗成本。同时轻量化显著优化了汽车操作性能及安全性能，并缩短了汽车开发时间。整车开发需针对噪声、振动与声振粗糙度等NVH问题优化设计，而铝合金零件较钢制零件降低了汽车对减震消音部件的要求，从而缩短了因针对NVH问题的调试时间。我们以铝合金轻量化为例，在能耗方面，单车使用60kg铝，可降低0.69L/100km的油耗，降低0.75Kwh/100km的电耗。

　　铝合金性能优越且工艺成熟，应用性价比、量产难度、性能表现的综合表现好，中短期具有大规模使用可能性。汽车轻量化手段包括结构优化设计、制造工艺优化、轻量化材料应用，应用轻量化材料实现减重的同时兼顾了汽车综合性能的稳定，目前为主流方案。而综合考虑性价比、技术工艺、性能表现等因素，铝合金在现阶段的可行度最高，是当前最成熟、最多应用的方案。较其他材料，铝合金性能优越，减重效果好，且成本适中，在做到同等减重效果情况下，单位成本最低。同时其轻质高强，成型性强，通过挤压成型即可满足复杂架构的一次成型，符合量产需要，中短期看具备大规模使用的条件。路线年车辆整备质量最终将实现较2015年分别减重10%/20%/35%，路线年燃油乘用车轻量化系数降低10%/18%/25%、纯电动乘用车轻量化系数降低15%/25%/35%，技术方案变化不大。轻量化主要减重手段是使用轻量化材料，具体而言，先重点发展超高强钢技术，再重点发展铝合金技术、实现铝合金零件的批量生产和产业化应用，远期重点发展镁合金和碳纤维复合材料技术并实现大范围应用。

　　连接技术混用带来产品成本增加和效率降低，限制了铝合金在汽车的应用范围。铝合金是目前性价比较优的汽车轻量化材料，其较普通钢材可达到40%的减重率且生产工艺较成熟，根据赛瑞研究，2020年铝合金在汽车轻量化市场的占比在65%左右。但由于当前汽车材料连接工艺以冲压+机器人焊接为主，与钢材料相比，铝材料存在导热系数大易导致焊缝性能下降、合金表面氧化层污染电极、热膨胀系数高导致零件变形大等问题，制造端的冲焊工艺较困难且拼接效率低，进而导致其连接成本为钢制车身的2-3倍。同时，随着钢、镁铝合金、碳纤维等多种材料在汽车上加速应用，材料连接工艺更为复杂，一方面加大了设备投入、增加了生产成本，一方面大量的焊接、铆接和胶接工艺大幅增加了作业时间、降低生产效率，使得减重性能更好的全铝车身在现有冲压+机器人焊接的工艺模式下难以普及。以奥迪A8车身为例，其使用铝合金白车身较钢制车身降重了近30%，但需要包括点焊、激光焊、涡流焊、铆接、自切削螺钉联接、卷边等14种连接工艺，其激光焊接焊缝4.75米、包边22.01米、胶接152.94米、MIG焊点5892个、铆接2976个等，工艺复杂度远高于电阻焊为主的钢制白车身，整体工艺成本较高。

　　一体化压铸突破铝合金连接工艺限制，加速汽车轻量化发展进程。汽车制造的传统工艺分为冲压-焊装-涂装-总装四步骤，其中车身需要将各车身冲压零件焊接为发动机舱、侧围、前后底板、顶盖等分总成线，再最后合装为主焊生产线，而一体化压铸技术通过一次高压压铸成型，合并了冲压和焊装环节，将除了外覆盖件和部分悬架件以外的白车身一次压铸为大型零件。我们认为，一体化压铸工艺本质上革新了汽车轻量化工艺和材料使用，首先在制造工艺上，一体化压铸合并冲压和焊装工艺，显著简化生产流程、提高生产效率，我们看好其他主机厂在特斯拉的示范作用下不断引进一体压铸工艺，合并传统的冲压焊装工艺。其次在材料使用上，钢板易于冲压和焊装，过去广泛应用于传统的汽车制造中，铝合金是压铸的主要材质，随着一体化压铸的逐步引进，我们看好其突破材料连接工艺的限制，加速在汽车轻量化中的应用。

　　梳理当前各大车企的轻量化布局看，轻量化产业主要由特斯拉引领、造车新势力紧跟、传统车企加大力度布局，合力推进轻量化的产业化进程。

　　1）特斯拉：作为新能源车头部持续加码新能源车轻量化，电池包和车身轻量化为重点。以Model3为例，其轻量化从电池包开始逐步拓展到车身、底盘、电子电器，整车轻量化指数在竞品中较突出。具体措施包括，采用高集成化的E平台、提升电池密度减少电芯数量、优化电池连接工艺来减少铝片用量、采用大模组设计减少组件连接件、优化电池包箱体结构、使用钢铝结合的车身、使用全铝线束、开发一体化压铸车身结构件等。

　　2）造车新势力：蔚来主攻全铝车身，小鹏发力电池车身一体化技术。蔚来ET5参数图片）对车身后地板使用一体化压铸工艺，后纵梁的吸能盒、轮拱等易损部位保留了单独零件设计，车身后地板减重30%；定位于豪华纯电中大型轿车的ET7采用了超高强度钢铝混合白车身，包含42%的铝/57%的钢/1%的复合材料，白车身重量约420kg，占车重1/6；ES8采用了全铝车身+7种先进连接技术，白车身仅重335kg，减重40%，底盘/悬挂/轮毂/刹车系统/电池组外壳也为全铝材质。小鹏23年发布扶摇架构采用电池车身一体化技术，节省5%的垂向车内空间。

　　3）传统车企：积极布局新能源车轻量化。如大众在其全新新能源车平台MEB中使用全新车身，把电池和电机融入了车身底架，电池壳采用铝合金；比亚迪在其e平台集成了电机电控，实现了车身重量下降25%、功率密度提升20%。

　　汽车轻量化的产业化途径包括材料应用、结构设计和制造工艺，材料轻量化路线是当前的主流技术方案。具体而言，材料应用旨在开发高强度钢、铝合金、镁合金以及复合新材料，目前主要在不同汽车部件应用不同轻量化材料，往后看随着工艺突破和材料成本降低，有望实现从铝合金到镁合金的应用拓展。结构设计轻量化主要为开发全新汽车架构、使零部件薄壁化/中空化/小型化/复合化、优化车身的空间结构或创新车身的造型。制造工艺轻量化旨在优化材料的成型工艺，在实际应用中一般结合轻量化材料的特性来选择合适的工艺。

　　全球各国轻量化路径各有侧重，我国材料、结构、工艺三路径并行。美国的汽车轻量化路线以材料进步驱动为主，不断提高材料的应用性价比和性能；欧洲轻量化路线重在应用多元化轻量化材料，主要发展先进钢铁材料、轻金属镁铝、碳纤维强化复合材料，并围绕材料进行制造工艺和结构设计优化；日本轻量化重在突破材料和工艺的基础性研究，积极推进轻量化材料的实用化；我国的轻量化思路为重点发展高强度钢、铝、复合材料，协同发展材料开发、结构设计、工艺优化来实现轻量化。

　　钢铁在车内应用超50%，为轻量化材料的主要替代对象。汽车主要材料为钢材，应用占比55%，其次是铸铁，应用占比12%。钢铁制造技术成熟、成本低、强度高且耐磨性好，但密度较高，为轻量化材料的主要替代对象。

　　目前汽车轻量化材料主要包括超高强度钢、铝合金、镁合金、碳纤维复合材料(CFRP)等，已得到产业化应用，轻量化效果良好。奇瑞的纯电微型车小蚂蚁采用全铝空间结构和全复合材料外覆盖件，且在车身应用了93%+的高强度镁铝合金，其全铝车身较传统汽车减重了40%且刚性提高了60%+；大众宝来车型利用轻量化材料减重了104.2kg；某车型的外饰件采用轻量化材料减重，合计减重61kg+。

　　1）高强度钢板的抗拉强度和屈服强度性能高，主要应用于关键结构件中。其具有高抗拉强度和高屈服强度的特性，可以在打薄钢板、减少车身重量的基础上保持性能不减，近年来主要应用在AB柱、地板、门槛等车辆的关键结构件中，如宝马在部分车型的中通道、地板、B柱、车门防撞杆应用了高强度钢；凯迪拉克在部分车型的AB柱内板、地板中通道、横梁等关键部件应用了先进的高强钢，使钢制下车体结构相较原铝制车体减重了6kg。

　　2）铝合金耐腐蚀、耐磨性强，应用由内部零件罩体向全铝车身过渡。其密度小、强度及刚度高、弹性和抗冲击性能良好、有优异的耐腐蚀性和耐磨性，是汽车轻量化的理想材料。铝合金初期用于汽车发动机罩和行李箱盖，现已应用到全铝车身和新能源车电池外壳，2021年国外已可达车身80%以上的铝合金和铝复合材料应用。

　　3）镁合金抗弯强度和隔音性能好，车体结构件和零件中均有应用。弯曲刚度不变下，镁代替钢可减重60-70%。目前欧洲研发并使用的镁合金车用零部件超过60种，单车镁合金用量在9.3-20.3kg，北美的镁合金汽车零部件超过100种，用量5.8-26.3kg，而国内研发并使用的镁合金汽零仅20余种，技术水平还有较大提升空间。此外受制于加工成本和技术工艺，镁合金量产条件不充分，目前商业应用的平均单车中用镁量不足1kg，个别车型的发动机罩盖、转向盘、座椅支架、车内门板、变速器外壳上有应用。

　　4）车用碳纤维复合材料性能强但成本高，目前多用于赛车等领域。碳纤维的复合材料质量轻(不及钢材料的1/5)、强度高(5倍钢强度)、耐高温和耐腐蚀性能好，综合性能强于原有材料性能的总和，且可满足不同的车用部件要求，是理想的汽车轻量化材料，宝马i8车型使用了全碳纤维的座舱，采用了类似F1赛车的设计。但限制于加工成本和原材料价格较高，主要在赛车、超跑等豪华车型有小批量应用，随着制造成本的下降，已逐渐向汽车车身、底盘、轮毂等部件渗透。

　　远期看，随着镁合金加工技术成熟、生产成本降低，轻量化效果更优的镁合金未来或得更多应用。镁的密度为铝的2/3、钢的1/5，是目前较轻的金属结构材料，车身/动力总成/底盘/内饰使用镁合金替代铝材最高可减重约50%。往后看我们认为，高性能镁合金加工工艺的日趋成熟或降低镁合金的生产成本，同时现有镁合金铸件应用范围与铝合金铸件的重叠度不断扩。