2022年汽车行业一体压铸深度研究报告一体化压铸新
趋势，汽车车身制造迎来大变革
一、汽车轻量化大势所趋，铝合金材料优势突出
1.1政策直接推动+电动化要求，汽车轻量化大势所趋
1.1.1政策要求推动汽车轻量化
政策直接推动汽车轻量化发展，纯电动车减重需求更为迫切。2020年汽车工业协会发布节能与新能源汽车技术路线图2.0，要求燃油乘用车整车轻量化系数于2025、2030、2035年降低10%、18%、25%，纯电动乘用车整车轻量化系数降低15%、25%、35%，客车整车轻量化系数降低5%、10%、15%。汽车轻量化的公式为=××103，其中L为车身轻量化系数，m为白车身骨架重量（不包含四门两盖及前后挡风玻璃），kTG为白车身静态扭转刚度，A为白车身四轮的正投影面积（即轮距×轴距）。由于白车身静态扭转刚度和白车身四轮的正投影面积难以大幅度降低，因此整车轻量化系数的降低主要取决于白车身骨架重量的降低，其中政策对纯电动乘用车的要求最高，纯电动乘用车减重需求最为迫切。
政策要求燃油车节能减排，也间接推动汽车轻量化发展。2020年汽车工业协会发布节能与新能源汽车技术路线图2.0要求货车油耗于2025、2030、2035年较2019年降低8%-10%、10%-15%、15%-20%，客
汽车宝马车油耗降低10%-15%、15%-20%、20%-25%；乘用车总体新车平均油耗在2025、2030、2035年分别为4.6L/km、3.2L/km、2.0L/km，其中传统乘用车新车为5.6L/km、4.8L/km、4.0L/km，混动乘用车新车为5.3L/km、4.5L/km、4.0L/km。这一方面是要求节能与新能源汽车的占比提高，汽车工业协会的目标是节能汽车与新能源汽车在2035年各占50%；另一方面也是要求汽车本身节能减排，由于汽车轻量化能够显著降低汽车油耗，因此间接推动了汽车轻量化的发展。
1.1.2轻量化帮助燃油车节能减排，助力电动车提升续航里程
燃油车减重能够降低油耗，电动车减重则可以增加续航里程。汽车行驶过程中会受到加速+爬坡阻力、滚动阻力和空气阻力，分别占汽车受到阻力的35%、40%和25%，其中加速+爬坡阻力、滚动阻力与车身重量成正相关。对于燃油车来说，整车减重10%可以降低6%-8%的燃油消耗、降低4%的排放、减少5%的制动距离、减少6%的转向力、提升8%的百公里加速度；对于电动车来说，根据电动汽车—能量消耗率和续驶里程—试验方法和汽车功率平衡方程式，可知其消耗的功率P与汽
机动车保险条例车重量m正相关，而续航里程S则与汽车重量m负相关，数据表明电动车减少2kg可以提升1.5%的续航里程，减重150kg则可以提升12%的续航里程。
1.1.3电动车的“里程焦虑”加速了轻量化进程
电动车电池系统更重，“里程焦虑”推动汽车轻量化。传统的燃油车发动机的重量较轻，最常用的4缸发阜新交通违章网
动机的重量在90-160kg，6缸发动机的重量在140-200kg，8缸发动机的重量在180-320kg。以宝马3系为例，其采用四缸发动机，整备质量为1587kg，发动机系统的重量占比约为5.7%-10.1%。根据最新的2022年第8批新能源汽车推广应用推荐车型目录的数据，电动车电池的重量在209-669kg，电池重量占比在15.1%-28.3%之间，并且随着电动车续航里程的提高，电池重量和整备重量有提高的趋势。在“里程焦虑”背景下，电动车对轻量化的需求更为迫切，减重也是提高电动车续航里程、降低电池成本的重要途经。
1.2铝合金是汽车轻量化的关键材料
材料轻量化的效果最显著，是汽车轻量化的主要方法。汽车轻量化的方法分为结构轻量化、工艺轻量化和材料轻量化。结构轻量化是指通过符合要求强度的最优结构实现材料使用的最小化；工艺轻量化是指使用比现有材料更精细的加工来减少材料的使用量；材料轻量化是指用轻量化材质来代替现有钢材，或者使用部分结合的方式实现轻量化。一般汽车中各材料的使用比例为：钢铁占64%，高分子及复合材料占9%，铝占8%，弹性材料占4%，玻璃占3%，铜占2%，其他材料占10%。分结构来看，以钢材为主材的动力总成、车身、底盘以及悬挂部分重量占比超过整车的70%。因此，材料轻量化是效率最高、效果最显著的轻量化方式。
西耶那铝合金、镁合金、碳纤维密度远低于钢，是常见的轻量化材料。汽车常用的材料有钢、铝合金、镁合
金和碳纤维，其中钢是汽车的主要材料，但是其密度高、重量大，需要使用轻量化材料替代。铝的密度大约为钢的三分之一，具有导热率高、耐腐蚀好、加工性能优良等优点，并且铝合金比钢更能吸收碰撞能，大约是钢的2倍，能够有效提高汽车的碰撞安全性；镁的密度为铝的三分之二，钢的四分之一，是实际应用中质量最轻的有金属材料，具有很高的比强度和比刚度，还具有阻尼减震、散热性好和容易回收等优点；碳纤维材料的密度较铝更低，具有耐腐蚀、比强度和比刚度高等优点。
铝合金密度小，价格较低，适合作为汽车轻量化的替代材料。传统汽车使用普通钢，轻量化的替代材料主要有高强度钢、铝合金、镁合金、金属+碳纤维和碳纤维，其中碳纤维价格过高，使用量较少。价格上，2022年10月10日中国镁锭、铸造铝合金、螺纹钢的价格分别为27000、20300、4090元/吨，铝的价格约为生铁的5.0倍，镁的价格约为生铁的6.7倍。结合大众、奥迪等欧洲品牌的轻量化技术路线来看，使用铝合金能够降低车身40%的重量，镁合金能够降低车身49%的重量。我们认为铝、镁均适合作为汽车轻量化的替代材料，其中铝的价格较低，轻量化比率完全符合汽车工业协会2035年的要求，是一种性价比较高的选择。
参考飞机轻量化过程，飞机轻量化经历了钢→铝→复合材料的过程。在第一阶段，飞机的结构较为简单，主要用到的材料有木材、蒙布、金属丝、钢索等，早期飞机用木三夹板、木条等来做飞机大梁和飞机骨架，采用亚麻布做机翼的翼面；在第二阶段，许多国家逐渐用钢管代替木材做机身骨架，用铝板做蒙皮，制造出全金属结构飞机；在第三阶段，美国道格拉斯公司出产的DC-T机发动机的防火壁和短舱上首次使用了钛材，后期钛合金开始被应用于飞机上，主要是发展航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金；在第四阶段，机体主要是铝、钛、钢、复合材料结构。以铝为主；在第五阶段，机体主要是复合材料、铝、钛、钢结构，以复合材料为主。对比飞机轻量化的发展历程，我们认为当前阶段汽车轻量化的核心材料为铝。
纯电动车铝材渗透率快速提高，未来十年间单车用铝量翻倍增长。根据国际铝业协会的数据，纯电动车整体单车铝用量、渗透率均高于燃油车，具体而言，2018年纯电动车单车铝用量为128.4kg，整体渗透率为31%，预计2025年单车铝用量为226.8kg，整体渗透率达到50%，2030年单车铝用量进一步提升至283.5kg，渗透率为56%，细分来看，2018-2030年底盘和悬架、车轮和制动器、车身封闭件绝对铝用量提升较大；2018年燃油车单车铝用量为118.7kg，渗透率为24%，预计2025年单车铝用量为179.8kg，渗透率达到38%，2030年进一步提升至222.8kg，渗透率为44%，细分来看，2018-2030年车身结构、底盘和悬架绝对用铝量提升较大。
汽车铝材市场广阔，2030年有望达到3292亿元。市场规模的测算基于以下假设：1）2021年中国新能
源汽车的销量为352万辆，我们预计2030年达到1909万辆，年复合增速为21%，其中混动约为纯电动汽车销量的四分之一，燃油车销量随新能源汽车的渗透率提高而下滑，2030年销量为748万辆；2）根据国际铝业协会的统计数据，2021年纯电动、混动、燃油车的单车铝用量分别为173、207、145千克，预计2030年分别达到284、265、223千克；3）我们预计2022年汽车铝材价格为44元/千克，整体呈波动上行的态势。波动上行是因为铝一般由电解制成，电解是高耗能工艺，能耗双控大背景下铝产能受限，需求不断提升，因此未来铝价中枢有望提升。综上所述可得2021年纯电动、混动、燃油车汽车铝材的市场规模为232、69、1569亿元，2030年分别为2033、476、783亿元，年复合增速分别为27%、23%、-7%，汽车铝材总规模从2021年的1870亿元增长至2030年的3292亿元，年复合增速为6%。我们认为汽车铝材市场处于蓝海市场，整个市场空间有望达到3000多亿元，在汽车电动化的大背景下，纯电动车、混动车的铝材的成长性更好，2021-2030年年复合增速有望超20%。
二、一体化压铸新趋势，汽车车身制造迎来大变革
2.1传统车身制造工艺难以适应铝合金用量提高的趋势
传统汽车主要使用钢材，车身制造主要由冲压、焊装、涂装以及总装四大工艺构成。冲压：利用压机对钢板施加压力，使其模具中成型。主机厂的冲压车间主要负责生产高质量要求的大型外覆盖件(侧围、发动机盖、翼子板、门外板等)；内部的结构件由各零部件供应商负责制造，主机厂采购。焊装：冲压好的车身板件局部加热或同时加热、加压而接合在一起形成车身总成。涂装：对焊接完
成后的车身总成进行防腐和喷漆处理，起到保护和装饰作用。总装：将车身、发动机、变速器、仪表板、车灯、车门等构成整辆车的各零件装配起来生产出整车。
传统车身制造工艺有车身重、灵活度低、成本高、效率低、零件强度低等痛点，难以适应铝合金用量提高的趋势。车身结构件较多，传统车身制造工序较为复杂，具体包括了发动机盖、翼子板、车门、侧围等大型外覆盖件的冲压，并将覆盖件与结构件焊接形成白车身总成，共计由300-500个零部件构成，焊接点位高达4000-6000个。传统车身制造工艺存在以下痛点：1）车身重：传统工艺加工铝合金难度高，全铝车身普及受限；2）灵活度低：造型灵活度低，难以进行多零件一体成型；3）成本高：数百个零部件+数千个焊点导致设备成本（主要指模具）、制造成本、人力成本较高；4）效率低：众c1驾照能开什么车
多零件生产和焊接工序耗费大量时间，生产效率低；5)零件强度低：材料本身强度低以及多零件安装焊接强度更低。
铝合金焊接复杂，现有工艺难度大，成本高。铝合金具有表面的氧化层熔点较高等特性，采用传统熔化焊存在热输入过大引起的变形、气孔、焊接接头系数低等问题，同时由于型材的厚度、断面都各不相同，在焊接时就产生了很多种组合，尤其在厚度差异很大时，热输入非常难以控制，因此传统焊接工艺无法满足铝合金材料的连接要求。目前采用的解决方法一类是发展先进焊接技术，包括主流的摩擦搅拌焊以及更加先进的激光焊，另一类是发展新型连接技术包括冲铆技术、螺栓自拧紧技术和胶接技术，但采用新型焊接和连接技术的方案在提高工艺难度的同时还会增加设备和时间成本。以奥迪A8为例，其车身结构材料中70%为铝合金，20%为热成型钢，镁合金和其他材料的比例不超过2%；为使铝合金和热成型钢材等材料实现链接，其采用了16种连接技术，复杂的连接工艺增加了制造难度，提高了制造成本。
2.2一体化压铸重塑车身制造工艺
沃尔沃大巴汽车铝合金加工工艺分为铸造和形变，其中铝铸件的用量最高。铸造铝合金是指将铝合金加热至熔融状态，流入模具中冷却成型后加工成汽车零部件；形变铝合金是指通过冲压、弯曲、轧制、挤压(非挤压铸造)等工艺使其组织、形状发生变化的铝合金。实际应用中铸造铝合金一般用于结构更加复杂的部
件，例如发动机气缸、汽车摇臂、轮毂、变速箱壳体等耐久性要求高、结构更为复杂的位置，形变铝合金则适用于结构较为简单、对机械性能要求更高的汽车部位。根据铝合金在新能源汽