Автомобилната индустрия претърпява производствена революция приблизително на всеки четиридесет години и Tesla води настоящата нова революция. От производството на поточната линия на Ford през икономичното производство на Toyota до базираното на платформа модулно производство на Volkswagen, лидерът на всяка революция в производството на автомобили ще има ясно предимство в последващата пазарна конкуренция. С две важни технологични иновации, 4680CTC и интегрирано леене под налягане, Tesla води нов кръг от производствена революция в автомобилната индустрия.
- 4680CTC: Батерийният пакет е интегриран в каросерията на автомобила и директно свързан към седалката. Високото ниво на интеграция намалява теглото на превозното средство с 10%, увеличава обхвата на движение с 14%, намалява броя на частите с 370, намалява единичната цена със 7% и намалява единичната инвестиция с 8%. В момента 4680CTC се произвежда масово във фабриката в Остин, Тексас.
- Интегрирано отливане под налягане: След като интегрираният отлят под налягане заден под на Model Y намали броя на частите от 70 на 1 до 2, приложението на технологията продължи да се разширява. Текущото решение в завода в Остин, Тексас, може да намали броя на предните и задните подови части от 171 на 2 и да намали броя на точките за заваряване с повече от 1600.
Новите сили и традиционните OEM производители следват интегрираното леене под налягане:
Нови сили:
- NIO си сътрудничи с Wencan Co., Ltd., за да приеме интегрирана лята под налягане задна подрама за ET5;
- Xpeng Motors си сътрудничи с Guangdong Hongtu, за да пусне интегрираните структурни части на шасито 6800T;
- Gaohe Automobile обединява усилията си с Tuopu Group, за да пусне интегрираната супер голяма задна кабина на лятото тяло, намалявайки теглото с 15~20%.
Традиционен OEM:
- Mercedes-Benz лансира най-новите резултати от научни изследвания в света - VISION EQXX. Твърдостта на задната част на каросерията е значително подобрена и се очаква да намали теглото с 15-20%;
- Volvo ще инвестира 10 милиарда шведски крони в своя шведски завод за въвеждане на нови технологии и производствени процеси, включително интегрирано леене под налягане.
Шасито за скейтборд се превърна във важна движеща сила за средносрочното и дългосрочно развитие на CTC и интегрираното леене под налягане. Шасито за скейтборд е една от най-важните революционни технологии в настоящата автомобилна индустрия. Включените технологии включват неносещо тяло, шаси с кабелно управление, интегрирана система за електрическо задвижване и силно интегрирани интелигентни модули. В допълнение, подобряването на енергийната плътност маса/обем на захранващите батерии в ограничено пространство е в голяма степен съвместимо с решението за интегриране на системата за батерии CTC; след висока степен на интеграция структурата на шасито става по-сложна и интегрираното леене под налягане може по-добре да отговори на нуждите от подобряване на технологията на шасито.
Голямото тегло на новите енергийни превозни средства и увеличаването на обхвата на движение наложиха разработването на леки превозни средства. В сравнение с превозни средства с гориво от същия клас, теглото на чисто електрическите модели е приблизително +19~32%, а това на хибридните модели е приблизително +12~18%. За да се подобри енергийната ефективност и да се разшири обхватът на движение, олекотената разработка на нови енергийни превозни средства стана неизбежна.
Алуминиевата сплав е най-рентабилната, а леенето под високо налягане е по-ефективно. Замяната на стомана с алуминий може да намали теглото на тялото в бяло с около 1/3, но алуминиевият метал има висока топлопроводимост, което лесно може да причини проблеми като намалена производителност на заваряване и замърсяване на електродите от оксидния слой на повърхност от сплав; високият коефициент на термично разширение може лесно да доведе до голяма деформация на частите. Леенето под високо налягане има висока ефективност и малка дебелина на стените на обработваните части. Това е ефективна технология за обработка, подходяща за алуминиеви сплави. Интегрираното леене под налягане се основава на леене под високо налягане. Произведените части не изискват допълнителни вътрешни връзки и процесът е значително намален. В допълнение, степента на използване на материала на скрап от леене под налягане достига до 90%, което е много по-високо от 60%-70% на стоманени тела за щамповане и заваряване.
Приложението на интегрираното леене под налягане в автомобилите може да бъде допълнително разширено. Вярваме, че чрез регулиране на силата и степента на разтягане процесът на леене под налягане ще се приложи към повече структурни части и покриващи части. Повече части, различни от тялото, като двигатели и корпуси на батерии, могат да бъдат произведени чрез процеса на леене под налягане в бъдеще.
Техническите бариери пред интегрираните отливки под налягане се отразяват главно в четири аспекта:
- Голяма машина за леене под налягане: Системата е сложна и има високи изисквания за теория, опит и технология на производство; цикълът "дизайн-тест-дизайн" е дълъг и цената на времето е висока; цената е висока и цената на риска е висока.
- Формула на материала: стопилката на сплавта трябва да има добри реологични свойства, малко линейно свиване и малък температурен диапазон на втвърдяване. Основното е да се избягва термичната обработка.
- Форма за леене под налягане: Леенето под налягане има по-високи изисквания по отношение на температура, вакуум, схема на формоване, параметри на процеса, последваща обработка и т.н., а формата е по-сложна.
- Метод на процеса: Високоскоростните характеристики на пълнене на формата могат лесно да доведат до повреда на отливката, което изисква високи изисквания към всички елементи на процеса.
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 до 2~3, броят на точките за връзка ще бъде намален и цената ще бъде намалена; работните часове ще бъдат намалени от 2 часа на 180 секунди и 5 машини за леене под налягане ще бъдат. Може да отговори на годишния производствен капацитет от 600, 000 броя.
Размерът на пазара на интегрирани каросерии за леене под налягане се очаква да надхвърли 20 милиарда юана през 2025 г. Изчислено въз основа на производствена линия за задния под на каросерия с годишен производствен капацитет от 500 000 броя, разходите за традиционно щамповане и процесът на заваряване и интегрираният процес на леене под налягане са съответно 630 милиона юана и 480 милиона юана. Интегрираният отлят под налягане велосипед със заден под може да спести разходи с 300 юана. Ние изчисляваме, че размерът на интегрирания пазар на тела за леене под налягане се очаква да достигне 21,5 милиарда юана през 2025 г., с CAGR от 132% от 2021 до 2025 г.
Tesla води нов кръг от производствена революция: 4680 CTC + интегрирано леене под налягане
Във вековната история на автомобилната индустрия революция в производството се случва на всеки четиридесет години. От производството на поточната линия на Ford през 1910-те години, до „мултивариантното, малки партиди“ икономично производство на Toyota през 1950-те години, до платформено-базираното и модулно производство на Volkswagen през 1980-те години, лидерите на всяка революция в производството на автомобили ще бъдат в бъдещето. Заемете ясно предимство в пазарната конкуренция.
Революция в производството на Tesla: 4680CTC+ интегрирано леене под налягане. Решението 4680CTC (CTV) на Tesla интегрира акумулаторния пакет в каросерията на автомобила и го свързва директно със седалките, като значително намалява броя на частите и подобрява ефективността на производството на сглобяване. Интегрираните отляти под налягане преден и заден под на тялото на Model Y подкопават традиционния процес на щамповане и заваряване. В сравнение с традиционния процес на щамповане и заваряване, има 169 по-малко части и цената е значително намалена. Според информация, публикувана от Tesla на Battery Day, разчитайки на две революционни технологии, превозното средство може да намали теглото си с 10%, да увеличи обхвата на пътуване с 14% и да намали броя на частите с 370.
4680 CTC: Технологията за батерии на Tesla винаги е била еталон за иновации в индустрията
Tesla води тенденцията за иновации на батериите. Когато Model S / Понастоящем е доставен Model Y, оборудван с CTC решение от 4680 клетки. През последните десет години Tesla продължи да води развитието на индустрията както в батерийните клетки, така и в пакетите.
4680 CTC: Бъдете първият, който обяви конкретни планове и ръководете техническото ръководство на индустрията
Tesla разкри патент, наречен ИНТЕГРИРАНА СИСТЕМА ЗА СЪХРАНЕНИЕ НА ЕНЕРГИЯ през юни 2021 г., който описва подробно технологията за интегриране на системата за батерии 4680 Structural Battery (CTC). Според публично разкритото съдържание в патента, можем да имаме цялостно разбиране на посоката на Tesla CTC: горният капак на батерията е директно свързан със структурата на превозното средство, като например седалката, превръщайки се в структурата на пода на пътническата кабина; клетките са пълни със смолни материали, Tesla вярва, че това може да осигури термична защита от една страна и структурна опора за ядрото на батерията от друга страна; в сравнение с решението "голям модул", решението CTC има предимствата на намаляване на опорните части, намаляване на теглото на превозното средство, увеличаване на общия капацитет на батерията.
4680 CTC: Модел Y официално пуснат на пазара, фабриката в Тексас започва доставки през Q1
CTC решението на Tesla може да увеличи обхвата на превозното средство с 14%, да намали единичните разходи със 7% и да намали единичните инвестиции с 8%.
Във финансовия отчет на Tesla за 4-то тримесечие на 2021 г. може да се види, че работниците в Texas Gigafactory са свързали директно седалките на Model Y към батерията 4680 CTC. Внедряването на CTC значително ще подобри ефективността на производството на крайния монтаж.
Интегрирано леене под налягане: започвайки с Y, продължавайки да насърчавате напредъка на леките автомобилни каросерии
Интегрирано леене под налягане: специално оформление и непрекъснати пробиви в изследванията и развитието
Tesla внедри 6,000-тонна широкомащабна машина за леене под налягане GigaPress във всичките си четири големи автомобилни завода. В момента фабриката в Шанхай е оборудвала пет големи машини за леене под налягане за производството на задните подове на Model Y. Фабриката в Тексас започна масово производство през март. На базата на задния под на модел Y, той е добавил интегрирано отливане под налягане на предния под (предна надлъжна греда).
Патентът за интегрирана в оформлението отлята под налягане алуминиева сплав, озаглавен „Отлята под налягане алуминиева сплав за структурни компоненти“, описва алуминиева сплав, която е едновременно здрава и има отлична пластичност, която не изисква допълнителна обработка и може значително да намали производствените разходи. .
Системата за поглъщане на енергия на Tesla ще бъде интегрирана с поддържащата система. На 5 юли 2021 г. Tesla кандидатства за патент за „интегрирани енергопоглъщащи отливки“. Тази система за поглъщане на енергия е широко използвана в автомобилни конструкции за сблъсък. Енергопоглъщащата система може да бъде интегрирана с част или цялата носеща конструкция чрез един процес на леене, като по този начин се намалява необходимостта от процеси, включително точково заваряване, заваряване на шевове, занитване, болтове, лепене и др.
Интегрирано леене под налягане: компонентите се разширяват до предния етаж и общият брой на спойките е намален с 1,600+
Интегрираното леене под налягане на Tesla се простира до предния етаж. Според съобщението на Tesla, през 2020 г. Tesla обяви интегрирания заден план за отливане под налягане на Model Y, който може да намали броя на частите от 70 на 1~2; финансовият отчет за първото тримесечие на 2022 г. обяви интегрираното отливане под налягане, произведено във фабриката в Остин, Тексас. Планът на каросерията може да намали броя на предните и задните подови части от 171 на 2 и да намали броя на точките за заваряване с повече от 1600.
Интегрирано леене под налягане: Масово производство във фабриката в Тексас за ускоряване на прилагането на технологията
Машината за леене под налягане Giga Press, използвана от Tesla, се произвежда от Lijin Technology и нейното подово пространство може да бъде спестено с 35% в сравнение с производственото оборудване, използващо традиционни процеси на щамповане и заваряване. Според информацията във финансовия отчет на Tesla, Shanghai Gigafactory разполага с пет широкомащабни съоръжения за леене под налягане за производство, а интегрираното леене под налягане на предния под на тялото на Model Y (предна надлъжна греда) в Austin Gigafactory в Тексас също ще бъде масово - произведено.
Новите сили за производство на автомобили поемат водеща роля в проследяването на интегрираното леене под налягане
NIO и Wencan си сътрудничиха по интегрирания заден под на каросерията ET5. NIO ET5 използва интегриран лят заден под. Интегрираният процес на отливане намалява теглото на задния под на каросерията с 30%, като същевременно увеличава пространството на багажника с 11L. През ноември 2021 г. свръхголемият остров за леене под налягане 6000T на Wencan успешно тества формата и интегрираният продукт за лят под налягане на автомобила беше успешно изваден от производствената линия.
Xpeng Motors обединява усилията си с Guangdong Hongtu за разработване на интегрирано леене под налягане. 1. В момента Guangdong Hongtu влезе в поддържащата система на Xpeng Motors и двете страни едновременно разработват интегрирани части за леене под налягане. През януари 2022 г. интегрираните структурни части на шасито Guangdong Hongtu 6800T официално слязоха от производствената линия. 2. Базата в Ухан ще изгради интегриран цех за леене под налягане. Проектът ще бъде официално стартиран през юли 2021 г., обхващащ площ от около 1500 акра, с планиран производствен капацитет от 100 000 автомобила. Ще бъдат въведени повече от един набор от свръхголеми острови за леене под налягане и автоматизирани производствени линии.
През февруари 2022 г. беше пуснато интегрираното супер голямо задно отделение на Gaohe Automobile и Tuopu, излято под налягане. Свръхголемите структурни части, произведени от машината за леене под налягане 7200T, са с почти 1700 mm дължина и съответно 1500 mm ширина, постигайки намаляване на теглото от 15~20% и съкращавайки целия цикъл на разработка с 1/3. От гледна точка на материалите високоякостният, здрав и неиздържащ на топлина материал от алуминиева сплав на партньора TechCast може да избегне проблеми като деформация на размерите и повърхностни дефекти на части, причинени от топлинна обработка. Неговата течливост е с повече от 15% по-висока от тази на материали от същото ниво, а пластичността му е с повече от 30% по-висока, което гарантира, че сблъсък на превозно средство и други характеристики са достигнали по-високо измерение.
Международните традиционни OEM производители следват интегрираното леене под налягане
Mercedes-Benz пуска интегрирани резултати от леене под налягане, значително подобряващи производителността. Mercedes-Benz пусна в света най-новото си научно постижение - VISION EQXX. Най-голямата иновация е прилагането на структурни компоненти на бионично инженерство в задната част на тялото и горната част на предната кула. Цялата задна част на тялото е оформена от независима и цялостна отливка от алуминиева сплав. В сравнение с традиционните процеси, твърдостта на задната част на тялото е значително подобрена и се очаква да намали теглото с 15-20%.
Volvo ще представи интегрирано леене под налягане. Volvo ще инвестира 10 милиарда шведски крони в своя шведски завод, където ще въведе някои нови и по-устойчиви технологии и производствени процеси, включително интегриран процес на леене под налягане.
Шасито за скейтборд се превърна във важна движеща сила за средносрочното и дългосрочно развитие на CTC и интегрираното леене под налягане
Шасито за скейтборд е една от най-важните революционни технологии в настоящата автомобилна индустрия. Най-голямата му характеристика е отделянето на горната и долната част на каросерията, като по този начин значително съкращава цикъла на развитие на автомобила. Следователно, скейтбордът трябва да бъде оборудван с неносеща конструкция на тялото и шаси с кабелно управление; за да се улесни товаренето, шасито не може да заема твърде много вертикално пространство и са необходими интегрирани системи за електрическо задвижване като "три в едно"; силно интегрираните интелигентни модули трябва да бъдат централизирани. Базиран е на ЕИП и реализира отделянето на софтуера и хардуера; подобрява енергийната плътност маса/обем на захранващите батерии в ограничено пространство, което е в голяма степен съвместимо с решението за интегриране на системата за батерии CTC; след висока степен на интеграция структурата на шасито е по-сложна и интегрираното леене под налягане може да бъде по-добре отговаря на нуждите от подобряване на технологията на шасито.
През последните години много местни и чуждестранни производители последователно пуснаха самостоятелно разработени шасита за скейтборд и технологията постепенно става зряла.
Подобреният живот на батерията на новите енергийни превозни средства налага разработването на леки каросерии на превозни средства
Продажбите на нови енергийни пътнически превозни средства продължават да растат с висок темп и се очаква да надхвърлят 5,4 милиона единици през 2022 г. От 2018 до 2021 г. обемът на продажбите на нови енергийни пътнически превозни средства е бил: 1,05, 1,06, 1,20 и 3,32 милиона единици съответно; степента на навлизане на нови енергийни пътнически превозни средства през 2021 г. е 15,5%. През март 2022 г. степента на навлизане на нови енергийни пътнически превозни средства достигна 24,7%, достигайки нов връх. Вярваме, че продажбите на нови енергийни пътнически превозни средства ще надхвърлят 5,4 милиона единици през 2022 г.
Теглото на трите електрически системи на новите енергийни превозни средства нараства значително. В сравнение с превозните средства с гориво, превозните средства с нова енергия имат по-малко двигатели и трансмисионни системи, но тъй като енергийната плътност на батерията (около 0.1-0.3KWH/KG) е по-ниска от тази на горивото (над 12KWH/KG ), теглото на триелектрическата система се увеличава значително. Избрахме различни мощностни версии на няколко модела под няколко марки, за да сравним и изчислим собственото тегло. В сравнение с горивната версия, теглото на чисто електрическата версия се е увеличило с около 19% до 32%, а теглото на plug-in хибридната версия се е увеличило с около 12% до 18%.
Търсенето на подобрен обсег на плаване наложи разработването на леки превозни средства. В сравнение с превозните средства с традиционно гориво, новите енергийни превозни средства са по-тежки, което сериозно се отразява на техния пробег.
Олекотяването на автомобилите може значително да подобри работата на новите енергийни превозни средства, главно по отношение на опазване на околната среда, полезност, мощност, безопасност и спиране.
Алуминиевата сплав в момента е най-рентабилният лек материал за автомобилни каросерии
Олекотяването на автомобилите се постига главно чрез използването на леки материали. Основните начини за намаляване на теглото на превозното средство включват структурно оптимизиран дизайн, прилагане на олекотени материали и олекотена технология за обработка и производство. Сред тях настоящите основни мерки за олекотяване на автомобилите са главно използването на леки материали.
Сред различните леки материали алуминиевата сплав има най-висока цена. В сравнение с различни метални сплави и композитни материали, алуминиевата сплав има очевидни всеобхватни предимства в производителността, плътността и цената и е най-рентабилният лек материал.
Технологията на свързване, производителността на структурните компоненти и размерът ограничават приложението на материали от алуминиева сплав в автомобилите
Производственият процес на тялото от алуминиева сплав е много по-сложен от този на стоманеното тяло. Ако се използва алуминиева сплав вместо стомана, теглото на тялото в бяло обикновено може да бъде намалено с около 1/3. Да вземем за пример Audi A8. Благодарение на изцяло алуминиевия корпус, теглото на тялото в бяло е само 215 кг. Въпреки това, високата топлопроводимост на металния алуминий може лесно да причини проблеми като намалена производителност на заваряване и замърсяване на електродите от оксидния слой върху повърхността на сплавта. Освен това високият коефициент на топлинно разширение на алуминия може лесно да доведе до голяма деформация на частите. Като вземем за пример Audi A8, производството на каросерията му изисква 14 вида процеси на свързване, включително MIG заваряване, дистанционно лазерно заваряване и т.н. Сложността на процеса е много по-висока от тази на стоманената каросерия в бяло, която е основно съпротивително заваряване .
Структурните части на каросерията на автомобила имат високи изисквания за производителност и пропускливостта на материалите от алуминиева сплав е ограничена. Обикновено структурните части на тялото са с големи размери, сложна структура и дебелината на стената обикновено е само 2-3 mm. Те трябва да имат голямо удължение и висока якост, за да отговарят на изискванията за безопасност (тест за сблъсък) и изискванията за свързване на части. С пробиви в ключови технологии като процеси/материали/оборудване се очаква скоростта на проникване на структурните части на тялото от алуминиева сплав да продължи да се увеличава.
Технологията за леене под налягане продължава да напредва и да прави иновации
Процесът на леене под налягане възниква през 1885 г. и е използван за първи път в автомобилната индустрия през 1904 г. под формата на ляти под налягане биелни лагери. Машините за леене под налягане са преживели технологични пробиви като пневматично леене под налягане, леене под налягане в студена камера и леене под налягане с двоен щанц. В момента оборудването за леене под налягане се е развило в остров за леене под налягане с машината/формата за леене под налягане като ядро и подпомагано от друго периферно оборудване.
Леенето под високо налягане е ефективна технология за обработка, подходяща за материали от алуминиеви сплави
Леенето под високо налягане е ефективна технология за обработка, подходяща за материали от алуминиеви сплави. Леенето под налягане се разделя главно на леене под високо налягане, леене при ниско налягане, леене при диференциално налягане и т.н. Сред тях леенето при ниско налягане и леенето под диференциално налягане се използват най-вече в областта на двигателя и шасито, докато леенето под високо налягане става все по-често използва се в автомобилни каросерии поради високата си ефективност и малката дебелина на стените на обработваните части и е важно направление в бъдещето.
Леенето под налягане се разделя на леене под налягане в студена камера и леене под налягане в гореща камера: леенето под налягане в студена камера се използва главно в производството на големи части, като например автомобилни части, компоненти за охлаждане на комуникационни базови станции и др.; леенето под налягане в гореща камера се използва широко в производството на малка електроника или 3C продукти, като USB конектор, кутия за лаптоп и др.