一体化压铸行业专题报告：一体化压铸浪潮将至，从预期走向兑现

一体化压铸加速渗透，推荐具备优势地位的赛道龙头。预计具有先发布局优势的上中下游厂商将持续加强合作，逐步搭建起稳定生态，建立深厚行业护城河。未来随着一体化压铸市场快速扩容，先发布局的上中下游厂商将共享红利。推荐标的拓普集团、爱柯迪、瑞鹄模具，受益标的文灿股份、广东鸿图、旭升股份、立中集团、力劲科技、伊之密。 一体化压铸将免去传统“冲焊”环节，应用范围将由车身底盘逐步延伸至整个白车身。一体化压铸的本质即通过先进的真空高压压铸工艺实现多个铝合金零部件的一体化成型，可对传统“冲压”、“焊接”环节进行替代。理论上除外覆盖件、部分悬架件以外的白车身部分均可应用一体化压铸，包括车身结构件、座椅骨架、车门/尾门框架等。 此外，新能源车壳体产品亦可应用一体化压铸，技术成熟度更高。目前率先实现一体化压铸的结构件为车身底盘，包括前车身总成与后地板总成，预计未来向中地板总成、车门框架、副车架、下车体总成、A柱及B柱、座椅骨架及整个白车身逐步渗透。 核心壁垒体现在设备与模具、材料及工艺设计三方面。材料壁垒：一体化压铸材料需为具备高流动性的免热处理铝合金。设备壁垒：一体化压铸件的投影面积更大，压铸机需要更大的锁模力防止模具脱落，通常规格在6000T以上。工艺设计壁垒：一体化压铸过程中易出现金属液流紊乱、排气困难、冷却回缩、强度难协调等问题，产品良率难以保障，需以更精密的工艺设计做支撑。工艺设计的改良与进步需通过大量的缺陷识别与试错修正工作来实现，因此具有先发优势的厂商有望依托自身在工艺设计端的积累建立起深厚行业护城河。 产业链迅速跟进，国内厂商布局领先。上游材料参与者包括镁铝、莱茵菲尔德、立中集团、上海交大、广东鸿图等，预计初期与先发布局厂商实现合作绑定的材料供应商将具备较强需求粘性。上游设备端参与者包括力劲科技、伊之密、海天金属、瑞士布勒等，预计一体化压铸设备供不应求的局面长期存在，国内龙头将快速成长。中游Tier1参与者包括文灿股份、拓普集团、广东鸿途、爱柯迪、旭升股份等，预计未来供应格局为短期整车厂与Tier1共同参与，中期Tier1主导，长期回归自建产线。下游参与者包括特斯拉、蔚来、小鹏、高合、沃尔沃等，预计未来发展趋势为特斯拉持续引领，新势力积极跟进，传统车企缓慢转型。 风险提示：新能源汽车销量不及预期；一体化压铸技术发展不及预期； 原材料涨价风险 1.一体化压铸技术带来汽车生产制造革命 1.1.轻量化推动下，铝合金车身成为趋势 “节油减排”催生更多轻量化需求。在我国提出“碳达峰，碳中和”战略的背景下，汽车行业迎来史上最严格的油耗及排放标准。根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，2035年我国传统能源乘用车油耗需降至4.0L/km；乘用车（含新能源）油耗需降至2.0L/km；货车及客车油耗需较2019年分别下降至少15%及20%。根据，汽车整备质量每减少100kg，百公里油耗可降低0.3-0.6L，严格的油耗及排放标准将催生巨大的轻量化应用市场。 “布勒中国”数据 表1： 新能源车渗透率持续提升，轻量化上车加速。整车轻量化可有效提升新能源汽车续航能力，根据第十三届国际汽车轻量化大会公布的数据，纯电动车每减重10%，平均续航里程提升5%-8%；插电式车型每减重10%，平均续航里程提升10%-11%。当前汽车行业正加速“新能源化”，新能源汽车渗透率迅速攀升，汽车轻量化市场将加速扩张。 图1：我国新能源汽车渗透率持续提升 铝合金是最常用的汽车轻量化材料，未来单车用量将持续增加。目前主流的汽车轻量化材料包括高强度钢、铝合金、镁合金及碳纤维，其中铝合金具有轻质、抗拉强度高、回收性好、耐腐蚀、可塑性强、工艺相对成熟等特点，材料密度显著低于高强度钢，成本及工艺难度优于镁合金和碳纤维，是现行技术工艺下最具性价比及可行性的轻量化材料。目前铝合金已广泛应用于转向节、控制臂、副车架、电机壳、电池盒、制动系统、雨刮电机等汽车零部件，预计在汽车轻量化大趋势下，更多铝合金零部件将替代传统钢制零部件，单车铝合金用量持续提升。根据中国汽车工程学会数据，2020年、2025年、2030年我国单车重量需较2015年分别减重10%、20%、35%，对应单车用铝量将达到190kg、250kg、350kg。 表2： 图2：铝合金在汽车中应用广泛 图3：白车身的铝合金渗透率有较大提升空间 铝合金应用范围不断扩大，现已渗透至车身结构件。纵观汽车铝合金发展史，铝合金应用范围由最初的各类壳体延伸至结构更复杂，力学性能要求更高的底盘结构件，2000年后铝合金又向技术要求更高的车身结构件渗透。目前铝合金件在汽车中的应用已覆盖电池箱体、液冷板、汽车前后防撞梁、减震件、新能源汽车电器支架、CCB仪表盘支架等，部分车型为追求极致的轻量化效果甚至采用了全铝车身设计，如奥迪A8、R8、劳斯莱斯幻影、奔驰SLS、本田NSX、捷豹XFL、蔚来ES8等。 图4：铝合金材料正向车身结构件渗透 图5：奥迪A8 D5铝合金车身用料情况 图6：蔚来ES8全铝车身铝材含量达96.4% 表3： 铝合金在不同车身部位的应用难度不同。其中防撞梁、发罩应用铝合金材料的门槛最低，其次为行李箱盖、翼子板及其它覆盖件，白车身本体包括B柱、纵梁等应用铝合金的难度最大，对设备成本、节拍、连接工艺质量控制等都有较高要求。 图7：承载式车身结构 目前铝合金车身主要应用于高端车型。目前市场上仅有少量中高端车型采用了铝合金车身，渗透率较低，主要原因包括：1.技术壁垒高。车身结构件具有体积大、结构复杂、壁厚薄等特点，对生产设备、制备工艺、连接方式均有较高要求，实现高良率批量生产的难度大。2.应用成本高。 铝合金结构件无法点焊，需要用到特殊的连接工艺（弧焊、高速射钉铆、SPR、FDS等），预计铝制车身的连接成本是钢制车身的2-3倍。此外，铝制车身的原材料成本也高于钢制车身。 表4：铝合金连接成本与材料成本显著高于高强度钢 表5：铝合金车身结构件的轻量化效果好，但应用成本较高 一体化压铸技术使全铝车身更具性价比。传统乘用车钢制车身的重量约为350-450kg，假设全部由高强度钢制成，普通高强度钢、先进强度钢、高强度钢用料比为2:3:5，估算出钢制车身的材料成本为2716-3492元，若以白车身3000个焊接当量估算，连接成本为609元，合计成本为3325-4101元。以奥迪D5车身为参考，假设钢铝混合车身重量为280kg，铝合金含量为60%，估算出钢铝混合车身的材料成本为5674元，对应连接成本1414元，合计成本为7088元。全铝车身重量约为200-250kg，假设5/6/7系铝合金用料比为2:7:1，预计全铝车身的材料成本为5720-7150元，连接成本为1950元，合计成本为7670-9100元。若采用一体化压铸工艺制造全铝车身，白车身连接点将大幅减少，预计连接成本缩减至原先十分之一，假设其材料成本与传统“冲焊”工艺下的铝车身相同，合计成本将降至5915-7345元。 表6：一体化压铸工艺将大幅降低焊接成本 一体化压铸工艺助力铝合金车身向中低端车型渗透，2025年市场空间有望突破千亿。我们认为随着大型高压铸造设备成熟，加之一体化集成制造浪潮兴起，全铝合金车身将更具吸引力，未来有望向中低端车型渗透。 根据美国市场研究机构Ducker预测，目前采用全球全铝车身渗透率仅为1%，2025年全铝车身渗透率将提升至18%，若假设全铝车身均采用一体化压铸工艺制造，预计2025年全铝车身全球市场规模将达1091.4亿元。 1.2.铝合金结构件正向一体化成型演进 1.2.1.真空高压铸造是铝合金结构件主要制备工艺 汽车零部件主要成型工艺包括铸造、锻造、冲压三种： 图8：汽零成型工艺主要包括铸造、锻造、冲压等 1.铸造是将熔化的金属注入模具中，冷却凝固后获得零件或胚料的成型工艺。生产形状复杂的零件时，铸造工艺具有较高的经济性及适用性，铸造零件的耐磨、耐腐蚀、吸震等性能也优于其他成型工艺产品；铸造工艺的缺点为铸件质量不稳定、工序多，影响因素复杂，易产生缺陷。 依照是否施加额外压力，铸造工艺可分为重力浇铸及压力铸造两大类。 1）重力浇铸即依靠地球重力将熔融金属液浇入型腔，待自然冷却凝固后形成铸件的铸造工艺。重力浇铸对设备要求低，前期投资小，但生产效率较低，在汽车中的应用包括转向节、控制臂、副车架等轻量化底盘结构件。2）压力铸造即依靠额外施加的外力将熔融金属注入型腔，并在压力下冷却凝固后形成铸件的铸造工艺。压力铸造又可分为低压压铸、高压压铸、真空高压铸造、差压铸造、挤压铸造等。 低压铸造是将型腔安置在密封的坩埚上方，再将坩埚中通入压缩空气，形成0.06-0.15MPa压力后助推熔融金属上升填充型腔，并冷却凝固形成成品的铸造工艺。低压铸造具有铸件成型好，组织致密，表面光洁，金属利用率高等优点，主要应用于副车架、轮毂、气缸体、气缸盖、活塞、悬架系统及转向系统的轻量化构件。 差压铸造又称反压铸造，是在低压铸造的基础上派生出来的一种铸造方法，其原理是在低压铸造的甚础上，铸型外罩一个密封套，同时向坩锅和罩内通入压缩空气(一般约0.2~0.5MPa)，但坩锅内的压力略高，使坩锅内的液态金属在压差作用下经升液管进入铸型，并在压力下进行结晶。 差压铸造可提升铸件的力学性能和致密度，主要应用汽车零部件包括转向节、连杆、车轮支架等。 高压铸造的原理是将熔融金属浇入压射套筒后封闭，再通过压射杆将其快速高压的注入型腔中，并在高压下冷却凝固形成铸件。高压铸造时填充金属液的速度约为10-100m/s，填充时间通常在0.01s-0.2s以内，压力范围10-175MPa。高压铸造的铸件具有生产效率高、尺寸精密、壁厚薄等优点，缺点为易产生气孔，力学性能低，主要应用于缸体、缸盖、变速箱箱体、发动机罩等壁薄件。 图9：高压铸造工艺原理 真空高压铸造即在普通高压铸造的基础上加设高真空控制系统、真空阀等装置，在熔融金属填充前将型腔内的气体抽出，使模具型腔中形成真空，并保持到填充结束。相较于普通高压铸造，真空高压铸造能消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，进而提高压铸件力学性能和表面质量，但所需模具的密封结构更复杂，生产及设备安装成本更高。真空高压铸造工艺主要应用于尺寸大、结构复杂、对力学性能要求较高的车身结构件。 图10：真空压铸工艺示图 图11：真空压铸造能有效提升铸件表面质量 挤压铸造即采用较低的充型速度和最小扰动，使液态或半固态金属在高压下凝固，以获得可热处理的高致密度铸件的成型工艺。挤压铸造具有模具结构简单、加工费用低、力学性能高（可达到同类锻件水平）等优点，但不适用于制造壁薄零部件，主要应用于高强度结构件、发动机活塞、汽车空调系统部件等。 图1 2：各类铸造工艺及其典型应用的对比 2.锻造：对金属胚料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的成型工艺。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，并保存完整的金属流线，赋予锻件较强的力学性能。目前锻造工艺多用于机械中负载高、工作条件严峻的重要零部件，常见的汽车锻件包括发动机连杆和曲轴、转向节、传动轴、轮毂、悬架控制臂等。 图13：锻造工艺展示 图14：锻造工艺原理 3.冲压：通过压力机和模具对原材料施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的成型工艺。冲压工艺具有生产效率高、产品质量稳定等特点。冲压产品的刚度好，易于实现机械化与自动化，产出效率可达到每分钟数百件；此外，冲压产品的尺寸与形状精度高，不同冲压件可做到品质如一。冲压工艺在汽车零部件制备中应用广泛，包括各类覆盖件、横纵梁、车内支撑件、油箱底壳、弹簧座等。 图15：冲压工艺展示 图16：冲压原理图 汽车铝合金零部件成型工艺以压力铸造为主。根据盖世汽车数据，目前压铸铝（不含挤压工艺）在汽车铝合金中的应用占比为77%，轧制铝与挤压铝的应用占比均为10%，锻压铝的应用占比为3%。 图17：压铸铝在汽车中的应