（報告出品方：中信建投證券）
一、汽車輕量化勢在必行，鋁壓鑄工藝優勢顯著1.1“碳中和”目標驅動汽車行業向綠色轉型，輕量化助力實現節能降耗目標
汽車尾氣污染持續威脅環境，“碳中和”驅動節能減排勢在必行。截至2021年底，我國機動車保有量達3.95億輛，同比增長6.18%，年增量始終保持在兩千萬輛左右，中長期看仍具有較快增速。高機動車保有量使得機動車尾氣污染嚴重。機動車排放的氮氧化物、揮發性有機物分別達595/196萬噸，占全國排放總量的33.3%與19.3%。因此，在“藍天保衛戰”和“雙碳”政策驅動下，汽車減排、低碳化發展形勢較為緊迫。
燃油乘用車整體降耗目標不斷提升，新能源汽車助力節能減排潛力顯著。按照2020年10月正式發布的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》規劃，2020-2035年我國乘用車百公里油耗年均降幅逐步提高，減排壓力逐年增加。然而依據國家部委發布的2016-2019年度《中國乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分核算情況表》，可計算得到2016-2019年傳統能源乘用車新車實際平均百公里油耗分別為6.88L、6.77L、6.62L及6.46L，始終高于達標油耗6.7L、6.4L、6L、5.5L。但受新能源汽車銷量持續提升影響，乘用車總體新車平均百公里油耗低于達標值，且拉動幅度越來越大。由此可見，新能源汽車具有較大節能減排潛力，隨著新能源汽車滲透率的逐步提高，可以進一步緩解汽車行業的節能減排壓力。
技術路線圖明確新能源發展目標，2035年節能與新能源汽車銷量占比各50%。為進一步推動汽車低碳化進程，《節能與新能源汽車技術路線圖（2.0版）》提出“汽車產業碳排放總量先于國家碳排放承諾于2028年左右提前達到峰值，到2035年排放總量較峰值下降20%以上”和“新能源汽車逐漸成為主流產品，汽車產業實現電動化轉型”等愿景目標。具體里程碑目標如下：至2035年，節能汽車與新能源汽車年銷量各占50%，汽車產業實現電動化轉型；氫燃料電池汽車保有量達到100萬輛左右，商用車實現氫動力轉型。
全球電動化趨勢不斷提速，新能源汽車滲透率持續超預期。國際能源署（IEA）數據顯示，2010-2020年，隨著各國***加速電動化轉型，汽車行業全面向“新四化”進軍，全球新能源汽車實現年銷量“十連增”,CAGR約81%，新能源汽車（純電+插混）滲透率由0.01%上升至接近4%。進入2021年以來，中國、歐洲作為全球前兩大新能源汽車市場，銷量表現持續超預期。2021國內新能源汽車累計銷量352.1萬輛，同比+158%，滲透率達14.2%，提升8個pct，首次突破兩位數。同時期歐洲新能源汽車銷量達214.2萬輛，同比+70%，滲透率達到14.6%，提升6個pct，延續了2020年以來超高景氣表現；美國新能源汽車銷量達65.2萬輛，同比+101%，滲透率達到4.3%，提升2個pct，預計2022年有望達到8%。
車重制約降耗、續航能力提升，輕量化需求順應而生。電動車動力系統包括電池、電機和電控三大系統，通常占整車總質量的30~40%，在動力電池能量密度的現有水平下，電動車以及廣義新能源汽車的動力系統質量與空間占比顯著高于傳統燃油車，車重高于傳統燃油車5~25%，未來搭載智能網聯相關配置后，車重會進一步上升。以廣汽豐田品牌的C-HR及其純電車型C-HREV為例，純電車型的整備質量高于燃油版本18.27%。目前，由于電驅動系統過重、配套成熟度不高等問題，電動汽車的實際續航能力被嚴重制約，成為影響消費者購車決策的重要因素。因此通過減輕整車重量以提高汽車續航能力成為解決該問題的熱點技術路線，電動汽車的輕量化需求隨之誕生。
輕量化可全面提升降耗和續航效率，是節能減排的有效手段之一。在節能減排和新能源汽車長續航里程持續提升的需求下，汽車輕量化是目前最直接且有效的手段。電動汽車與燃油車的整備質量每減少10%，續航里程均增加6-8%，尾氣排放量和能耗將減少6-8%。此外，在保證安全強度的前提下，汽車重量越輕，加速時間越短，車身動態響應更靈活，制動距離、車身震動和噪音也會減少。隨著消費者對汽車駕乘體驗要求的不斷提高，輕量化帶來的經濟性、安全性和舒適性等方面的提升將更加迎合消費者的需求，采取輕量化技術的車企的競爭優勢將更加凸顯。因此通過輕量化方案來提升節能和電動汽車的降耗和續航能力已成為當前的優先選擇。
1.2輕量化技術多點突破，鋁壓鑄工藝綜合占優
材料、工藝、設計多點突破，三大舉措相輔相成。目前實現輕量化的路徑主要包括材料、工藝和設計三個方向。1）輕量化材料：采用高強度鋼、鋁合金、鎂合金、碳纖維材料等輕量化材料代替普通鋼材料，通過降低用量或降低密度實現減重；2）輕量化工藝：發展一體化壓鑄、激光拼焊、液壓成形、輕量化連接等制造工藝，通過減少零部件或連接件用量實現減重；3）輕量化設計：通過計算機自動化設計軟件和力學理論對現有零部件進行尺寸優化、形狀優化、拓撲優化實現產品減重。其中，材料輕量化是工藝和結構輕量化的基礎，根據輕量化材料的選用，工藝與結構在其基礎上進行進一步減重設計；同時針對工藝與結構減重的技術發展，還可以進一步拓展不同的輕量化材料的應用范圍。輕量化三大舉措彼此相輔相成，共同發展。
鋁壓鑄工藝綜合優勢突出，一體化壓鑄趨勢逐步凸顯。在不同的輕量化材料中，鋁合金的性能、密度、成本和可加工性等綜合優勢突出，與多種金屬合金和碳纖維相比是極具性價比和技術成熟度的輕量化材料。在制造工藝中，高壓壓鑄產品在高壓下成型，具有致密性高、產品強度及表面硬度高、表面光潔度好等優勢，適合生產復雜、薄壁的各類結構件。當前汽車技術迭代和產能提升需求不斷加速，鋁壓鑄方案綜合優勢明顯。隨著新型鋁合金材料和大型壓鑄設備的研發攻關不斷取得突破，車企和壓鑄廠商已經開始陸續布局大噸位壓鑄機，一體化壓鑄技術的成熟度快速爬坡。隨著大噸位壓鑄機的落地投產，采用一體化壓鑄技術生產大型車用結構件的趨勢將更加清晰。一體化壓鑄技術可以生產更加復雜的結構件，從而為輕量化設計提供更可靠的生產工藝。（報告來源：未來智庫）
二、汽車鋁合金市場空間廣闊，車用鋁鑄件應用占比第一2.1鋁合金具備綜合優勢，單車用鋁量提升顯著
鋼鋁車身是當下主流方案，鋁合金中長期增量優勢明顯。根據現有工藝與成本因素，高強度鋼和鋁合金占據了輕量化市場較大份額。高強度鋼的材料成本因強度不同范圍跨度大，工藝技術成熟，同時在抗碰撞性能方面較鋁、鎂合金具有明顯的優勢，多用于白車身上的結構件、安全件上。高強度鋼通過提高自身強度性能減少車身鋼材用量來實現輕量化。鋁合金的優勢在于本身密度比鋼低，且優良的金屬性質使其可以更好地將材料減重與工藝、結構輕量化結合起來，綜合減重。隨著輕量化趨勢、技術和材料的不斷進步，鋁合金將成為輕量化市場最主要的材料。《節能與新能源汽車技術路線圖》中規劃了我國輕量化分階段目標，2025年與2030年單車鋁合金將分別達到250kg、350kg，用量將大幅超越高強度鋼。鎂合金減重效果優于鋁，一般應用于內飾和傳動零部件；目前主要受限于鎂自身化學性質活躍、加工生產成本高昂，價格高于鋁2-3倍，無法普遍應用于大眾車型。碳纖維復合材料減重率最優，還具有耐腐蝕性以及良好的可加工、可設計性；但碳纖維目前受限于制造加工成本與難度高、回收再利用率低等因素，價格高達120元/kg以上，多應用在賽車、超跑等豪華轎車中。
鋁合金減重率和性價比兼顧，單車用鋁量提升顯著。相比于輕量化的其他材料——高強度鋼、鎂合金和碳纖維，（1）從成本看：鋁合金材料價格略高于高強度鋼，遠低于鎂合金與碳纖維材料；（2）從減重率看：鋁合金密度為2.8g/cm3，減重率在40%~50%之間，僅弱于碳纖維和鎂合金，大幅強于高強度鋼；（3）從工藝難度看：鋁合金相關工藝已十分成熟，生產效率較高，鋁壓鑄、鋁壓延、鋁擠壓、鋁鍛造工藝已實現大規模應用；（4）從回收率上看：鋁合金的回收率最高，廣泛應用可推動再生鋁產業發展，符合當前節能減排迫切需求，同時也可進一步降低上游原材料成本。綜合上述在高比強度、高減重率、防腐性能優異等優勢，鋁合金材料在汽車上的用量逐年增長。2016-2019年，中國乘用車單車用鋁量方面，燃油車、純電動車、混動車單車用鋁量增幅分別為15.7%、33.6%、28.1%，且純電動汽車單車用鋁量增速明顯高于傳統燃油車。
2.2鋁合金產業鏈：上游受大宗商品價格影響，下游交通運輸行業用量最多
產業鏈上游為鋁合金冶煉生產、下游深加工制造應用空間廣闊。產業鏈上游為將電解鋁、再生鋁等原材料與中間合金熔煉加工為鋁合金，下游為汽車、建筑等廠商。上游純鋁等原材料價格和下游汽車建筑等行業需求對鋁合金加工公司的生產經營產生影響。
上游受大宗商品價格影響，中游具備一定議價能力。鋁合金產業鏈上游為鋁合金冶煉，鋁料從來源上分為電解鋁與再生鋁。上游材料供應商受大宗商品價格影響大，中游制造廠商一般采取成本加成定價，定期根據鋁價的變動進行調整，具備技術壁壘的鋁壓鑄制造商有一定議價能力，可以通過與下游客戶談判提高產品價格轉嫁成本，具有一定抗風險能力。但由于中游制造商在結算上對上下游存在時間差，若短時間內鋁價發生劇烈波動，產品價格未能及時調整，會在一定時間內對公司經營業績造成不利影響。2021年受宏觀經濟調控+疫情持續影響供給等因素擾動，鋁價波動較為劇烈，Q2、Q3持續上漲，一度突破20000元/噸，鋁壓鑄供應商受鋁價波動影響，毛利相對承壓。
“雙碳”調控下再生鋁產量持續提升，有望帶動行業整體成本下降。原材料方面，目前電解鋁與再生鋁的市場占比約為4：1。電解鋁又稱原鋁，由鋁土礦中的氧化鋁與用燒堿冶煉而成的預焙陽極一起電解而成；再生鋁是將工業生產與社會消費中的可回收廢鋁材重新熔煉成型。生產電解鋁消耗的電力資源較大，在“雙碳”背景下面臨限產調控的趨勢。而每利用一噸的再生鋁合金比電解鋁可降低二氧化碳、二氧化硫排放11噸，節約用電1.3萬度，能源消耗小且環境友好；此外，再生鋁價格低于電解鋁800-1000元/噸，具有成本優勢，再生鋁市場迎來機遇。一般而言，原鋁相對比再生鋁，強度、硬度、韌性、抗氧化性能更強，使用壽命更長，因此對于硬度、抗撞擊能力有要求的部件（如車身結構件）只能用原鋁，不能用回收鋁；但隨著技術的不斷進步，再生鋁的質量已經越來越接近于原生鋁。未來預計再生鋁對電解鋁的替代趨勢將會愈發顯著，助力上游原材料降本。
下游深加工應用廣泛，交通部門（含汽車）用量最多。鋁合金深加工的下游產業覆蓋廣泛，包括建筑建材、交通運輸（航空、汽車等）、電線電纜與食品醫藥包裝等。交通和建筑部門占比最高，分別為29%、26%。其中，交通板塊對鋁的需求占比將會持續保持，且總量不斷增加，因而車用鋁合金制造廠商的訂單量受下游整車廠影響較大。此外，新能源單車用鋁量普遍高于傳統燃油車近42%，隨著新能源汽車滲透率的提高，車用鋁合金的市場規模將會不斷擴大。
2.3應用：汽車鋁合金應用廣泛，汽車鋁鑄件占比超70%
2.3.1車用鋁合金覆蓋范圍廣泛，單車用鋁量持續提升
車用鋁合金目前主要應用于白車身、動力總成、底盤和內飾，且繼續向其余部件滲透。鋁合金在整車上的應用廣泛，主要包括汽車的白車身、動力系統、底盤等部分。從汽車各部件質量分布來看，車身、動力與傳動系統、底盤、內飾等占比較大，分別為27.2%、22.5%、20.4%、20.4%，合計超過整車質量90%，為輕量化的主要突破方向。北美輕型車的單車用鋁量2020年總計208.2Kg；其中，單車發動機、變速和傳動系統、車輪、覆蓋件用鋁量分別為47.2Kg、38.6kg、32.7Kg和26.8Kg，合計占比約70%。預計至2026年，車身結構件和覆蓋件鋁合金滲透率將快速增長；懸架部件的份額也會增加至7%；三電部件（如電池盒、電機外殼、轉換器外殼、BMS外殼等）將成為用鋁增量最大的部位；整車單車用鋁量將會增加至233.2Kg。
2.3.2鋁合金加工分為鑄造和形變，壓鑄工藝最為成熟與高效
車用鋁合金加工工藝分為鑄造和形變，鋁鑄件在汽車用鋁中占比最高。（1）鑄造鋁合金：將鋁合金加熱至熔融狀態，流入模具中冷卻成型后加工成汽車零部件。鑄造鋁合金具有良好的導熱性和抗腐蝕性，兼顧提高汽車在縱向和橫向震動中的性能。鑄造鋁合金被車企廣泛使用在發動機氣缸、汽車搖臂、輪轂、變速箱殼體等耐久性要求高、結構更為復雜的位置。（2）形變鋁合金：變形鋁合金是指通過沖壓、彎曲、軋制、擠壓等工藝使其組織、形狀發生變化的鋁合金。應用上，鑄造鋁合金一般用于結構更加復雜的部件，形變鋁合金則適用于結構較為簡單、對機械性能要求更高的汽車部位。根據中國船舶重工集團數據顯示目前汽車各類鋁合金實際占比為鑄鋁77%，軋制材、擠壓材各占10%，鍛造材最低，僅占3%。
形變鋁合金機械性能好但應用范圍有限，無法完成汽車精密結構件。車用形變鋁合金主要包括鍛造、擠壓和軋制鋁合金，三種形變鋁合金受力***不同，成形與性能也各不相同。（1）鍛造鋁合金質量良好，沖擊力承受能力強，應用于大型軋鋼機的軋輥、汽輪發電機組的轉子、汽車和拖拉機的曲軸、連桿等。（2）擠壓鋁合金工藝靈活度高，擠壓鋁型材作車身骨架除了可以減輕重量，還可以通過局部零部件特殊結構增加零部件強度，但存在廢料損失大、工具損耗導致成本高等問題。（3）軋制是鋁型材、鋁板的主要成型工藝，主要用在金屬材料型材、板、管材。形變鋁合金具有塑性高、機械性能好的優點，但無法完成汽車精密結構件，產品應用范圍有限。
鑄造鋁合金工藝分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類，特種鑄造更適用于汽車鋁合金加工。砂鑄是最為傳統的在砂型中生產鑄件的鑄造***，但產品精度不高且生產率較低；在其基礎上進一步發展的重力鑄造雖然可以進一步改善問題，但也存在限制鑄件體積、需嚴格控制模具溫度否則會影響鑄件質量的問題。因此，砂型鑄造在汽車零部件的應用并不廣泛。砂鑄之外的鑄造工藝統稱為特種鑄造，包括壓力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造、連續鑄造等。其中，壓力鑄造工藝最為成熟且高效；擠壓鑄造產品機械性能較好于一般壓鑄工藝，具有液態金屬利用率高、工序簡化和質量穩定等優點，但難以生產結構復雜的部件，影響產品應用范圍；而離心、連續鑄造的產品生產較為固定，離心鑄造一般用于生產管狀類器具，連續鑄造則用于生產斷面形狀不變的長鑄件。
壓鑄是鑄造工藝中最成熟、效率最高的制造技術之一，目前在汽車鑄件中占比超70%。壓鑄是利用高壓將金屬熔液壓入模具內，并在壓力下冷卻成型的制造工藝。根據中國有色金屬加工工業協會數據分析顯示，汽車用鋁中壓鑄件占鑄件的比重超70%。工藝優點：（1）壓鑄時金屬液體承受壓力高，流速快；（2）產品質量好，尺寸穩定，互換性好；（3）生產效率高，壓鑄模使用次數多；（4）適合大批量生產，經濟效益好。工藝缺點：（1）鑄件容易產生細小的氣孔和縮松，導致壓鑄件塑性低，不宜在沖擊載荷及有震動的情況下工作；（2）高熔點合金壓鑄時，壽命低，影響壓鑄生產的擴大。為了解決上述氣泡等缺點，壓鑄工藝如差壓壓鑄、真空壓鑄等也在不斷發展迭代。此前壓鑄工藝主要用于發動機缸蓋和缸體、懸臂架、變速器、發電機支架、離合器殼、汽車空調壓縮機等，目前隨著一體化、大型化壓鑄技術的進步，逐步向大型三電、車身結構件等方向延伸。
2.4市場測算：新能源助力全球鋁鑄件需求加速，預計2025年市場規模將超6600億元
2021年全球汽車鋁合金市場規模超4500億元，預計2025年將增長至6695億元。我們用單車用鋁量乘以鋁合金單價和汽車銷量得到汽車鋁合金市場容量。2021年中國燃油車單車用鋁量預計為150kg/輛，新能源車單車用鋁量預計為220kg/輛，新能源乘用車滲透率達14.2%，可算得整體單車用鋁160kg/輛；2025年單車用鋁量將達到240kg/輛。假設汽車各地區汽車銷量和鋁合金件單價（40元/kg），可算得2021年北美、歐洲、中國鋁合金市場分別為1517億元、1297億元、1759億元，全球市場容量共計4573億元，預計2025年全球鋁合金將市場容量達到6695億元。
鋁鑄件占汽車用鋁比例約77%，2021年中國汽車鋁鑄件市場規模約1355億元，全球市場規模約3521億元。根據中國有色金屬加工工業協會相關文獻顯示，汽車鑄造鋁合金在汽車各類鋁合金中實際占比約77%。我們用汽車鋁合金市場容量乘以汽車鋁鑄件占比得到汽車鋁鑄件市場容量。其余假設與前文保持不變，可算得2021年北美、歐洲、中國鋁合金市場分別為1168億元、999億元、1355億元，全球市場容量共計3521億元，預計2025年全球鋁合金將市場容量達到5155億元。（報告來源：未來智庫）
三、一體化壓鑄引領技術變革，工藝升級提升行業壁壘3.1一體化壓鑄：汽車制造的顛覆性技術革命
傳統車身制造覆蓋四大工藝，整車廠與零部件廠商分工合作。（1）沖壓：借助壓力機與模具將板材連續沖壓為小塊鈑金零件；（2）焊裝：將沖壓好的車身零件用夾具定位，采用裝配后焊接的***將其接合形成車身總成（即白車身）；（3）噴涂：噴涂油漆于白車身上，起到防腐蝕與裝飾的作用；（4）總裝：將車身、動力系統、電控系統、內外飾等各零件裝配生產為整車。傳統車身制造的各項流程由整車廠與零部件制造商合作完成，沖壓環節分為整車廠沖壓外覆蓋件以及外部零部件廠沖壓結構組件，由于結構組件的尺寸在300mm以下，一般采用中小型壓力機，而覆蓋件尺寸通常在800mm以上需要大型壓力機連續沖壓。沖壓環節完成后，零部件廠商采用多個機器人組成焊點車間進行組件焊接，之后再送至整車廠與其生產的外覆蓋件焊接成白車身，并進行涂裝和總裝。相較于零部件廠，整車廠產線使用的壓力機、模具、機器人遠高于零部件廠，產線投資也更高。
輕量化需求推動鋁合金應用，傳統壓鑄工藝多路徑改良。汽車輕量化的需求推動車身和底盤的部分零部件逐步由鋁合金件替代鋼制部件，其中鋁鑄件的占比最高。高壓壓鑄工藝是生產鋁鑄件的常用工藝。它通常指壓力為4～500MPa，金屬充填速度為0.5—120m/s的壓鑄工藝。高壓壓鑄產品具有成型精密、生產效率高等優點，但由于高速壓射時模具型腔中的氣體不能被有效排除，會形成氣孔缺陷，導致鑄件力學性能相對較弱。為了滿足汽車零部件的性能與質量要求，行業需要解決傳統高壓壓鑄工藝存在的問題，其中包括降低壓力、降低速度或者減少空氣含量三種主要技術升級路徑。
路徑一：低壓/差壓壓鑄通過降低填充壓力以提高鑄件內部質量，設備操作難度增加，工藝效率有待提升。為克服鑄件在高壓下快速填充導致的氣孔缺陷，行業開始嘗試降低液體金屬的充填型腔及凝固過程中的壓力，即低壓壓鑄。低壓采用底注式充型，金屬液充型平穩，無飛濺現象，可避免卷入氣體及對型壁和型芯的沖刷，提高了鑄件的合格率，鑄件成形性好，對于大型薄壁鑄件的成形更為有利，目前應用于輪轂、氣缸架等傳統產品。但有些鑄件的內部質量要求高，希望在較高的壓力下結晶，一般低壓鑄造時的結晶壓力不能太大，因而在低壓鑄造的基礎上發展出了差壓壓鑄。與一般鑄造***相比，差壓壓鑄使鑄件強度提高約25％，延伸率提高約50％；但設備較龐大，操作麻煩，只有特殊要求時才應用，目前應用于轉向節等產品。
路徑二：超低速壓鑄可降低工藝壓射速度，但生產效率大幅降低，且會對后續清理工作帶來困難。除了降低壓力，還可以采用超低速壓鑄***，在普通壓鑄基礎上，降低壓鑄過程中低速階段的壓射速度，并將液態金屬保持在高壓狀態下，從而以層流方式充填壓鑄模具型腔，在壓力作用下快速凝固從而獲得氣體含量很低的鑄件。但超低速壓鑄***生產效率大幅降低，且為降低速度其鑄件內澆口較粗大，給后續清理工作帶來困難，故實際應用較少。
路徑三：真空/充氧壓鑄減少型腔中空氣含量，設備成本較高，對工藝技術要求高。另一種提高鑄件力學性能和表面質量的***，即在壓鑄過程中不斷降低空氣含量。目前在這種***上，有兩種工藝。（1）真空壓鑄：通過在壓鑄過程中抽除壓鑄模具型腔內的氣體而消除或顯著減少壓鑄件內的氣孔和溶解氣體。真空壓鑄可使用較低的比壓及鑄造性能較差的合金，有可能用小機器壓鑄較大的鑄件，并通過改善充填條件，壓鑄較薄的鑄件。但真空壓鑄工藝的模具密封結構復雜，制造及安裝較困難，因而成本較高，且如果控制不當，工藝效果就不甚顯著。目前，真空壓鑄用于車架、減震塔部位等。（2）充氧壓鑄：在壓射前，向壓室及型腔內通入氧氣類活性氣體以取代型腔中的空氣，在金屬液充填時，一部分氧氣排除，另一部分與噴射金屬液經過化學反應產生金屬氧化物，并分散于鑄件內部，從而減少鑄件內部含氣量。充氧工藝對澆口速度有較高要求，且操作工序復雜、工藝參數不易控制，在實際生產中應用較少。
鋁合金焊接工藝難度較大，一體化壓鑄技術另辟蹊徑。隨著壓鑄工藝不斷發展成熟，汽車鋁壓鑄占比越來越大。但在組裝焊接的過程中，因為鋁合金表面的氧化層熔點較高等特性，采用傳統熔化焊存在熱輸入過大引起的變形、氣孔、焊接接頭系數低等問題，同時由于型材的厚度、斷面都各不相同，在焊接時就產生了很多種組合，尤其在厚度差異很大時，熱輸入非常難以控制。因此，傳統的焊接工藝已無法滿足鋁合金材料的連接要求。目前采用的解決***一類是發展先進焊接技術，包括主流的摩擦攪拌焊以及更加先進的激光焊。或者發展新型連接技術包括沖鉚技術、螺栓自擰緊技術和膠接技術。采用新型焊接和連接技術的方案在提高工藝難度的同時還會增加設備和時間成本。因此，改變傳統車身生產流程先生產結構件后焊接組裝的一體化壓鑄技術應運而生，一體化壓鑄所需生產零部件數量驟減，同時大幅減少焊接、涂膠環節，極大簡化了車身整體生產流程。特斯拉專利中給出的一體化壓鑄設備GigaPress的生產節拍范圍為60－120秒，可以顯著提高車身的生產效率。
特斯拉破局車身一體化壓鑄，掀起汽車制造革命。2020年9月22日，特斯拉宣布其ModelY將采用一體式壓鑄后底板總成，可使下車體總成重量降低30%，制造成本下降40%。由于所有零件一次壓鑄成型，ModelY的零件數量比Model3減少79個，焊點約由700-800個減少到50個；新的合金材料使特斯拉一體壓鑄的后底板總成不需要再進行熱處理，制造時間由傳統工藝的1-2小時縮減至3-5分鐘，可實現廠內直供，如果采用傳統沖壓焊接工藝必須多線并進，才能滿足生產節奏。下一步，特斯拉計劃用2-3個大型壓鑄件替換由370個零件組成的整個下車體總成，重量將進一步降低10%，對應續航里程可增加14%。ModelY的成功展現了一體壓鑄所帶來的生產效率的提升、生產成本的有效降低。在特斯拉的引領下，以蔚小理為代表的造車新勢力們積極布局一體化壓鑄技術，有望引領汽車制造業新的工藝革命。
新能源三電系統輕量化潛力巨大，電池盒輕量化是增量領域。隨著特斯拉在車身件上的成功突破和應用，其他系統和零部件的輕量化也在加速推進。新能源汽車采用電機驅動，動力傳動系統大幅優化，動力源由車載電池包提供，三電系統導致新能源車較傳統燃油車重量增加了200-300kg，極大影響了續航里程，因此新能源車三電系統的輕量化潛力巨大。在電池能量密度提升逐漸進入瓶頸期后，電池盒輕量化已成為當前的重要的技術路徑。電池盒除了對電池起到承載作用，還要求能夠保護電芯在受到外界碰撞或擠壓時不被損壞，提高動力電池系統的安全性，另一方面對其導熱、導電、防水、絕緣性能也有較高要求。因此，隨著新能源車滲透率不斷提升，滿足各項安全性能要求的輕量化電池盒是全新的增量市場。
當前電池盒生產工藝效率較低，一體化壓鑄有望釋放電池盒產能瓶頸，目前擠壓鋁合金工藝是電池托盤的主流生產方案，性能上擠壓鋁合金電池托盤具有高剛性、抗震動、擠壓及沖擊等性能，還可以通過型材的拼接及加工來滿足不同的需求，具有設計靈活、加工方便、易于修改等優點。然而，電池盒的焊道多且長，同時又要求焊道要小，這些都對生產技術提出了非常高的要求。提高生產成本的同時還會降低電池盒的生產效率，不能適配新能源車快速提升的滲透率。隨著大噸位壓鑄機工藝和新型鋁合金材料的不斷突破，一體化壓鑄技術有望生產出滿足安全性能要求的電池盒。參考特斯拉GigaPress的生產效率，一體化壓鑄工藝有潛力替代部分傳統擠壓焊接工藝產能，助力電池盒突破產能瓶頸的同時降低生產成本。
電池包內部結構不斷簡化是趨勢，一體化壓鑄電池盒前景廣闊。目前電池包的結構趨勢是從結構端往無模組方案演進。最經典的是“小模組”技術，即“電芯-模組-PACK”三層分級架構，模組即可以保護、支撐和集成電芯，同時有助于溫度控制、防止熱失控傳播也便于維修。但模組的存在，使得整個電池包的空間利用率有所下降，模組越多，零部件越多，電池盒的結構也越復雜。因此，將模組做大做少乃至于無模組是近年來電池系統工藝設計層面的主要關注點，特斯拉Model3的大模組也反映了這一趨勢。寧德時代的CTP（celltoPack）技術和比亞迪的刀片電池技術均屬于無模組方案，根據寧德時代稱，CTP能夠省掉或者減少組裝模組的端板、側板以及用于固定模組的螺釘等緊固件，零部件數量減少了約40%，電池托盤結構進一步簡化。特斯拉推出的CTC（CelltoChassis）電池集成方案是直接將電芯集成在地板框架內部，將地板上下板作為電池殼體。它是CTP方案的進一步集成，完全使用地板的上下板代替電池殼體和蓋板，與車身地板和底盤一體化設計，從根本上改變了電池的安裝形式，也為一體化壓鑄電池盒提供了廣闊的應用前景。
3.2一體化壓鑄將全面提高生產環節的資金與技術壁壘
3.2.1行業特點：汽車鋁壓鑄行業同時具備資本與技術密集型特征
汽車鋁壓鑄屬于資金密集型行業，一體化壓鑄進一步提升門檻。為了保證產品的精度、強度、可加工性等技術指標達到較高的水平，汽車鋁壓鑄企業需要投入熔煉、壓鑄、模具生產、機加工、精密檢測等加工設備，前期購置費用高。為了提升產品質量與生產效率，部分行業龍頭企業不斷推進自動化、智能化戰略，引入工業機器人廣泛應用于壓鑄、精密機加工、去毛刺、拋光等各生產工序，以提高生產效率、降低生產成本、改善工作環境、精簡生產用工、減少次品率以及提高產品質量穩定性，對企業的資金提出了更高需求。2021年以來大型化、一體化壓鑄進一步提升了大型壓鑄機的購置門檻。壓鑄機單價與噸位成正比關系：中小型壓鑄機（鎖模力50噸以下）在15萬以下，100噸以上價格隨鎖模力同步上升，1000噸以上價格增長幅度明顯加快，5000T壓鑄島單機采購金額約在1500-2000萬元左右；壓鑄機周邊配套設備通常增加20%-30%成本；國外進口壓鑄機價格更是高于國內2-3倍。大型一體化壓鑄機的采購與投產極大抬高了鋁壓鑄行業的資金門檻。
新能源滲透率提升驅動需求加速，三電技術迭代提升技術門檻。隨著新能源汽車滲透率快速提升，續航里程問題是新能源汽車積極布局輕量化技術的重要推手。特斯拉在ModelY車型首次嘗試使用一體壓鑄結構件選擇后底板進行壓鑄，很大原因是這個部位碰撞受損的幾率小，而前車身和后車身的零部件對壓鑄件的抗撞等性能要求更高，對遠澆端和近澆端性能的一致性也更苛刻，這些都對大型車身件乃至整車身的一體化壓鑄技術提出了更高的挑戰。新能源汽車三電系統通常占新能源汽車整車重量的30-40%，三電系統的輕量化是新能源汽車實現輕量化和提升續航的關鍵路徑。隨著整車廠對進行三電系統進行一體化設計，如高壓三合一（DC-DC直流轉換裝置、OBC車載充電器、PDU高壓配電箱）、驅動三合一（電機、電機控制器、減速器）等，多合一裝置的結構日益復雜，對適用于多合一裝置的鋁壓鑄殼體的結構、精度和性能的要求也愈發嚴格。因此采用一體化壓鑄技術生產結構復雜的鋁制車身結構件、三電系統缸體和殼體需要更先進的工藝和更長久參數積累來保證鑄件的良品率。新能源客戶需求的日益多樣化和高標準化，促使了鋁壓鑄企業的技術分化和賽道競爭。汽車精密壓鑄件行業的技術壁壘呈現不斷提高的趨勢。
3.2.2原材料壁壘：新型鋁合金材料是一體化壓鑄的基礎
大尺寸疊加復雜結構提高流動性要求，降低流長放大裕度抵消遠端性能下降。一體化壓鑄的車身件通常具有尺寸大和結構復雜等特征，因此壓鑄過程中鋁液在模腔內的流長較長，需要原材料具有良好的流動性。同時，一體化壓鑄件需要滿足車身不同部位對受力、強度以及韌性的不同要求。強度相關的結構件，抗拉強度通常≥210mpa，伸長率≥7％。韌性相關的結構件的抗拉強度通常≥180mpa，伸長率≥10％；然而隨著流長增加，原材料充填遠端的力學性能會有所下降，甚至與充填近端產生巨大差異，難以保證產品力學性能上的一致性。當前一方面可以在不改變產品結構外形的基礎上，可以通過降低流長來大幅度提高充填末端的力學性能。從材料改良的角度，可以通過不斷提高原材料的基礎力學性能來抵消充填遠端在力學性能上下降，通過放大原材料的性能裕度來滿足一體化壓鑄產品的尺寸越來越大的要求。
不同系列鋁合金性能差異較大，流動性和力學性能平衡是關鍵壁壘。傳統的汽車壓鑄鋁合金包括Al-Si、Al-Cu和Al-Mg三個主要系列。（1）Al-Si合金：Si元素的加入可以改善流動性。增加Si的含量話可提高鋁合金的耐磨性、硬度和強度，降低收縮率，但導電性也會降低。含硅達到16%至18%的合金可以做發動機缸體。（2）Al-Cu合金：Cu可以通過固溶強化和時效強化提高合金的強度，有較高的熱處理強化效果和較好的熱穩定性，適合鑄造高溫下使用的零件，具有較高的機械性能，較好的切削性；但缺點是鑄造性能較差，易產生裂紋，耐蝕性也不好。（3）Al-Mg合金：鋁鎂合金中鎂元素占比大于5%，具有較好的抗拉強度和硬度，抗腐蝕性好。不同系列的鋁合金材料雖然應用成熟，但性能差異較大。為保證流動性，應用于一體化壓鑄的鋁合金需要保有一定量的硅元素，但壓鑄后形成的粗晶硅又會嚴重影響材料的力學性能，這就需要加入不同的其它合金元素來細化晶粒。這又會增加材料成本，導致產品成本的大幅增加，無法批量運用。現有量產運用的材料都有著專利壁壘。
熱處理可能降低一體化產品良率，免熱處理材料進一步提升技術含量。傳統的鋁壓鑄車身件為滿足高延伸率性能，通常需要進行熱處理，但是隨著一體化鑄件尺寸越來越大，進行熱處理時容易發生形變導致良品率降低，因此需要開發免熱處理的鋁合金材料。通過在現有合金的基礎上添加新的微量元素或者調整微量元素比例以改善材料性能是免熱處理材料的開發的主流路徑。特斯拉、美國美鋁、德國萊茵菲爾德、立中集團、帥翼馳集團、華人運通與上海交大等企業均有布局。以立中集團研發的免熱合金為例，免熱合金含有更高硅量，無需經過熱加工即可具備更高強度。特斯拉自研的新型鋁合金材料強度可以調整至90MPa到150Mpa，導電性可以達到40%IACS到60%IACS。各家均對新材料配比嚴格保密，一旦新型免熱處理材料配方試制成功并獲得專利授權即可對競爭對手形成先發優勢，進一步筑牢競爭壁壘。
3.2.3設備壁壘：一體化壓鑄需要大型化設備和定制化模具
壓鑄機是鑄件生產的核心設備，噸位提升推高生產難度。壓鑄機屬于標準化機器，根據安裝的模具不同以生產多樣化零部件產品。根據工藝方式，壓鑄機分為熱室與冷室壓鑄機，其中熱室壓鑄機的自動化程度高，材料損耗少，生產效率比冷室壓鑄機更高，但受機件耐熱能力的制約，目前還只能用于鋅合金、鎂合金等低熔點材料的鑄件生產，主要用于小型鋁、鎂合金壓鑄件的生產。而冷室壓鑄機由于熔點較高，當今廣泛使用的鋁合金壓鑄件只能在冷室壓鑄機上生產，1000噸以上的大型壓鑄機均為冷室機。壓鑄機合模后，通過壓射系統將高溫熔融金屬液快速地充填至模具中，在壓力作用下使熔融金屬液冷卻成型，開模后可以得到固體金屬鑄件。壓鑄機、壓鑄模具與配套的熔煉爐、機邊爐、取件和清理噴霧機器人、切邊設備、機加工機床、檢測設備、冷卻系統、排氣系統等周邊設備組合在一起，形成壓鑄島。根據鎖模力，壓鑄機分為小型（160-400噸）、中型（400-1000噸）、大型（大于1000噸）和超大型（大于5000噸）壓鑄機。
一體化壓鑄要求更高工藝水平，壓鑄機噸位不斷突破提升。目前量產的鋁合金單體壓鑄結構零件，如后縱梁、減震塔、尾門內板以及門框加強板等，形狀規則，結構緊湊，型面變化小，料厚相對均勻，因而易于壓鑄。但一體壓鑄零件包含了整車左右側的后輪罩內板、后縱梁、地板連接板、梁內加強板等零件，型面、截面以及料厚的變化都更加劇烈。因而一體式車身對工藝上的流態、壓射比壓與速度等參數的控制更加嚴格，對設備的精準與閾值、模具的抵抗沖擊變形能力要求更為苛刻。當生產乘用車和商用車的變速箱外殼與發動機缸體等鑄件時，壓鑄機的鎖模力大致要求在5000噸以內。隨著一體化壓鑄技術的不斷突破以及行業對輕量化的需求，一體化壓鑄的車身結構件尺寸逐漸增大，需要的壓鑄機的噸位相應提升。因此一體化壓鑄工藝所需的大噸位壓鑄機仍是制約企業量產的重要因素，但隨著壓鑄機不斷地噸位突破，該難題即將解決。以特斯拉為例，已將一體式壓鑄技術作為標準工藝進行布局，14臺一體式壓鑄設備分置于四家工廠，其中，德州工廠計劃引進1臺IDRA8000噸級的壓鑄設備，和IDRA聯合研發12000噸超級壓鑄機也在進行中。
國產大噸位壓鑄機具備國際競爭力，壓鑄廠商積極布局大型壓鑄機。力勁集團率先突破6000噸合模力的大型壓鑄機成為特斯拉全球供應商，其與子公司意德拉交付與未交付的6000-9000T不同噸位的超大型壓鑄單元訂單近30臺（套）；2021年4月，美利信科技&海天金屬8800噸壓鑄機全球首發，讓國產大噸位壓鑄裝備擁有了更強的國際競爭力。目前，文燦股份與力勁集團簽訂《戰略合作協議》，擬采購包括6000T在內的7臺大型壓鑄機，用于研發及生產車身結構件、一體化電池盒托盤、電機殼、變速箱殼體等，其中6000T、4500T型號共2臺壓鑄機已通過公司預驗收。泉峰汽車南京總部的2700T和5000T壓鑄機已經進入量產使用狀態，馬鞍山生產基地將增設2000T、2200T（兩臺）、2700T（兩臺），3000T、4000T、4200T、4400T、6000T、8000T各一臺大型壓鑄設備。愛柯迪擬購入45臺壓鑄機，其中1000T以上壓鑄機35臺，包括了4臺4400T、2臺6100T、和2臺8400T，以滿足中大件壓鑄產品的生產需求。
一體化壓鑄提高了模具壁壘，抗壓力和形狀設計要求激增。模具的設計與制造是生產一體化壓鑄件的重要前端工序，隨著壓鑄機鎖模力的提高，一體化壓鑄件精度的增加以及壓鑄件“多合一”趨勢帶來設計復雜度的上升，模具的角度、熱流道和制造成型難度提升，導致模具的抗壓力、和形狀設計要求激增。（1）抗壓力。一體化壓鑄的鎖模力增強，以前的壓鑄機鎖模力大多在5000t以下，隨著6000t、8000t甚至12000t壓鑄機的不斷普及，模具在工作時將會承受更多壓力，從而造成損傷。同時，在金屬熔煉和鑄件脫模時，模具需要承受各種維度的拉力和推力的影響，容易造成裂紋，影響模具的使用壽命。（2）形狀設計。一體化壓鑄件往往是將多個零部件一體化壓鑄成型，比如長城和比亞迪的“多合一”殼體，所以模具體積更大，金屬流通通道更加復雜。在壓鑄過程中，金屬液將在模具中流動，隨著模具結構的復雜化，金屬液容易在流動通道的轉角處無法充分填充造成缺陷，同時更加容易產生氣泡對良率產生影響。
國內一體化壓鑄模具逐漸向定制化發展，鋁壓鑄企業基本具有模具自研能力。不同車型大小、空間、結構存在差異，導致一體化壓鑄件并不能成為大多數車企通用的標準件，需要根據不同車型單獨設計，進行定制化開發。由于模具壁壘的提高，鋁壓鑄企業紛紛拓展技術團隊成立單獨的子公司或者部門，加強模具自研和定制化開發能力，隨著一體化壓鑄的技術推進，鋁壓鑄企業不斷加強自主研發，部分龍頭企業已經擁有大型和復雜模具的開發能力，具有先發優勢。
3.2.4工藝壁壘：一體化壓鑄廠商需要兼具研發能力和生產經驗積累
面向客戶需求提***品方案，研發能力成為重要競爭環節。隨著一體化壓鑄技術的落地應用，因為一體化壓鑄的大型產品相對小型鑄件的結構更復雜，不同部位的需要滿足的力學性能和要求的工藝參數也可能差異巨大，所以在新產品生產前，壓鑄企業需要面向客戶的需求深入參與到一體化產品的開發設計流程，即要參與到產品前期的方案設計中，根據客戶需求和產品要求對壓鑄工藝進行針對性的參數優化、模具設計和技術改造，需要經過大量的試驗論證和優化改造環節后才能通過生產批準程序并最終進入產品制造環節。是否具有獨立開發甚至同步開發的能力是汽車一級零部件供應商和整車廠商選擇供應商的重要評審標準。產品開發環節是客戶與公司共同研發的過程，公司的技術研發能力成為核心競爭力之一，同時也是獲取訂單的重要手段之一。
一體化壓鑄工藝環節復雜，全流程操作要素確保產品質量。一體化壓鑄產品的大型化和結構復雜化趨勢，對企業的壓鑄工藝參數控制和生產流程管理等都提出了更高要求。（1）合金熔化和處理：熔化過程中要避免金屬雜質污染，快速熔化的同時不可過熱，防止金屬液氧化及偏析，氧化物和硬夾雜對鑄件的鑄造性能和力學性能都有不利影響，還需要控制熔損，保證合金的高塑性。（2）給液(澆注)方式：熔融金屬液從注入口進入模具內部，因為結構復雜，金屬液需要流經的路徑不同，如何保證壓鑄件不同部位的性能一致性問題是一體化壓鑄工藝的關鍵。（3）脫模劑噴涂工藝：脫模劑或潤滑劑可產生氣體進入鑄件，在選用脫模劑或潤滑劑時，要經過驗證，選用發氣性低和揮發性好的產品。（4）壓鑄過程：壓鑄工藝對生產合格的汽車結構件十分重要，正確地選擇壓射模式、壓射參數等有利于減少壓鑄件中的缺陷。壓鑄機性能穩定，要有靈活的編程模式和實時控制系統，保證整個壓鑄過程合理及工藝參數偏差最小。對模具溫度應進行精確控制，通過冷卻水分配器，監控各個冷卻回路的流量及溫度，形成要求的溫度分布。目前，具有傳統高壓壓鑄生產線的廠商中只有頭部的幾家掌握了一體化結構件的壓鑄工藝。可見一體化壓鑄工藝具有較高的技術門檻，行業格局將進一步向頭部企業集中。
產品精度要求不斷提升，精密機加工能力重要性凸顯。一體化壓鑄除了對原材料的熔煉、轉運保溫以及壓鑄成型等工藝要求高，對于鑄件清理和鑄件后處理等也都提出了新的要求。壓鑄成型后需要鑄件清理，將產品與輔助成型的澆道排氣板集渣包分離，采用撞擊，沖切，鋸切等方式實現；鑄件后處理指用鑄件毛刺打磨等工序確保產品符合客戶要求，通過固溶、時效處理或單獨時效處理等工序改善鑄件內部組織性能，通過研磨、噴砂、拋丸等工序實現鑄件表面質量要求。
壓鑄過程由于受到脫模斜度的要求，受到模具制造精度的限制及其熱變形、脫模變形等高壓壓鑄特定工藝的限制，導致鑄件的尺寸精度、位置精度等可能沒有達到圖紙的設計要求。而像三電殼體這類對密封性能有極高要求的部件，除了滿足機械強度等性能外，還需要嚴格保證產品的一致性和裝配的標準化，確保三電系統殼體的密封性能從而避免在一些極端溫度和高壓環境下三電系統發生失效。因此，需經過精密機械加工設備對鑄件毛坯進行精確加工。隨著一體化壓鑄產品的結構升級，汽車零部件的精度要求需要企業擁有更高的機加工能力。
3.3一體化壓鑄將全面降低產線、焊接、人工和電池成本，并提升材料利用率
壓鑄島由壓鑄機和周邊設備組成，推算特斯拉白車身一體化設備成本約3億元。壓鑄機與熔煉爐、切邊設備、機加工機床等設備組合成壓鑄島。從特斯拉實現車身一體化壓鑄進程來看，行業目前普遍遵循了先部分再總成的技術發展思路，即先實現部分難度相對較低的下車身一體化壓鑄，再實現下車身總成一體化壓鑄，最后實現全車身一體化壓鑄，預計從部分下車身到下車身總成一體化壓鑄技術成熟時間需要2-3年。根據特斯拉電池日***息，特斯拉已經使用6000T壓鑄機實現ModelY后底板量產，單套壓鑄島的價格約在5000萬元，按照目前技術階段來看，現有壓鑄機鎖模力條件需要使用2-3個壓鑄件實現下車體一體化壓鑄，待技術水平相對成熟，未來行業有可能直接使用更大噸位的壓鑄機實現下車身總成一次壓鑄成型。以特斯拉電池日公布的方案為例，我們認為特斯拉下車體將使用3個6000-8000T壓鑄機，上車體可能使用1個8000T壓鑄機，推算目前白車身所需壓鑄島設備成本需要約3億元。
全鋁壓鑄車身較傳統全鋁車身具成本優勢，未來隨著技術成熟有望實現進一步下探。傳統燃油車一般采用鋼制焊接車身，隨著輕量化需求不斷提升，鋼鋁混合車身甚至全鋁車身成為新能源汽車的選擇。最初，大眾、寶馬等車企在豪華車型上選擇嘗試全鋁焊接車身，雖然車重顯著降低但是生產和維護成本高昂，后來車企逐漸從全鋁焊接車身轉為普遍采用鋼鋁混合車身。從提高生產效率角度出發，特斯拉研發出一體化壓鑄技術節省了大量的生產和焊接環節，實現部分車身零部件的制造成本大幅下探。從目前技術發展階段來看，由于大型化壓鑄技術尚未成熟，目前全鋁非壓鑄車身成本>全鋁部分一體化壓鑄車身成本>鋼鋁混合非壓鑄車身成本>鋼鋁混合部分一體化壓鑄車身成本>鋼制車身成本，一體化壓鑄全面成熟尚需時間，未來隨著技術成熟度逐步升級逐步減少所需零部件個數和焊接環節，全鋁一體化壓鑄車身的成本會隨著壓鑄件數量增加帶來焊點減少而實現進一步下探。
一體化壓鑄將全面降低產線投資、焊接成本、人工成本和電池成本，并提升材料利用率。（1）減少產線投資。一體化壓鑄由于集成度提升顯著減少了所需生產零部件數量，過去生產單一零部件需要投入不同的產線，一體化壓鑄可以顯著降低產線數量、設備數量和模具數量。（2）減少焊接成本。一體化壓鑄件由于整體一次成型，不再需要大量焊接/涂膠工藝，節省了工藝流程。同時，沖壓后的焊接、鉚接工序多，造成設備多占地面積大，一個成品的整體成型節拍長，一體化壓鑄可以節約場地面積。
（3）節省人工成本。一體化壓鑄提升了生產效率，大幅提升產線自動化程度并減少工人數量，使得整體人工費用降低。（4）降低電池成本。以常見的100kwh電池為例，假設使用全鋁車身后整車減重10%，那么電池容量可以減少約10kwh。以磷酸鐵鋰電池pack成本800元/kwh計算，采用一體化壓鑄工藝可實現同等續航條件下節省電池成本8000元或同等電池成本提升續航里程。（5）提高材料利用率。傳統沖壓件由多種合金焊接而成，原材料回收難度大，只能作為廢品變賣。壓鑄件使用鋁合金的鋁合金含量很高，材料回用度一般能達到95%以上，顯著高于沖壓件。
四、龍頭車企躬身入局，一體化壓鑄方興未艾4.1大眾：全球率先嘗試全鋁車身，下一代SSP平臺引入一體化壓鑄
基于空間架構技術的研究，大眾率先實現全鋁車身量產。大眾是全球率先嘗試輕量化的車企，通過奧迪空間架構技術（ASF）優化車架結構，并在關鍵部位應用超高強度材質，非承重部位使用輕量化材料來達到整車輕量化的目的。大眾集團不同品牌的市場定位不同，應用的輕量化材料各異：奢華跑車保時捷大量應用碳纖維和鋁合金材料；奧迪等豪華型車采用鋁、鎂合金等輕量化金屬；桑塔納等經濟型車則采用高強度鋼板代替傳統鋼板。大眾旗下奧迪是全球第一個實現全鋁車身量產的車企，早在1982年奧迪就開始研究“高度鋁制轎車”項目，1987年首款應用全鋁車身技術的奧迪V8量產，1993年法蘭克福車展上奧迪A8橫空出世，此后二十余年逐步將全鋁車身技術推廣至其他車型。
大眾的全鋁車身并非只有鋁合金，不同材料之間的拼接提升了工藝難度。奧迪A8的車身使用了鋁合金、高強度鋼、碳纖維和鎂合金4種材料，其中車身框架和關鍵部位使用鋁合金和高強度鋼，車廂后部使用碳纖維，鎂合金使用較少。鋁合金、高強度鋼、碳纖維和鎂合金占比分別為58%、40.5%、1%和0.5%。多種材質的應用意味著連接方式的改變，新一代奧迪A8車身的連接方式達到14種，激光焊、電阻點焊、攪拌摩擦焊、MAG焊等8種焊接技術和熱熔自攻絲連接、卷邊連接、鉚接等6種連接技術。早期的全鋁車身由于制造成本高昂，加上14種連接工藝提高了工藝難度，導致未能成為快速推廣。
大眾推出下一代電動平臺SSP，引入一體化壓鑄技術與特斯拉競爭。2021年7月大眾發布2030NEWAUTO戰略，加速向電動化和軟件驅動型移動出行商轉型。大眾在燃油時代有MQB（大眾）、MSB（保時捷）、MLB（奧迪）三大平臺，出于電動轉型需要又陸續開發了電動平臺MEB（大眾）、PPE（保斯捷、奧迪）。根據最新戰略，公司計劃將燃油平臺和電動平臺整合推出下一代電動平臺SSP（ScalableSystemPlatform）用于生產車身架構更優異、能夠兼容不同電池以滿足續航需求以及支持L4級自動駕駛功能的車型。SSP平臺計劃引入一體化壓鑄技術，預計全生命周期產量超4000萬臺，首款車型Trinity將于2026年投產。
4.2特斯拉：率先推出一體化壓鑄，掀起汽車制造新革命
特斯拉率先掌握一體化壓鑄技術，成功實現ModelY后底板減重。2020年9月，特斯拉在電池日上宣布ModelY將采用一體化壓鑄后底板總成，該技術替代了傳統車身的“沖壓+焊接”工藝，通過一次壓鑄成型可以降低下車體總成重量30%，制造成本下降40%。受限于壓鑄機噸位不足，特斯拉無法將整個下車體總成一次壓鑄成型，只能將其分為前/后兩個底板或者前/中/后三個底板。目前，特斯拉已經能夠通過鎖模力6000t的壓鑄機可以減少79個零部件實現后底板一體化壓鑄，后續計劃將通過2-3個壓鑄件實現下車體370個零部件的全部替換，屆時下地板總成質量將進一步下降10%。根據特斯拉數據顯示，ModelY一體化壓鑄后車身重66kg，比尺寸更小的Model3同樣部位輕10-20kg，技術革命帶來的減重效果顯著。
體化壓鑄可以減少焊點和熱處理時間，兼顧降***造成本、提高生產效率。一體化壓鑄技術可以使得特斯拉ModelY白車身焊點從700-800個減少到50個，相比傳統的“沖壓+焊接”工藝，預計ModelY一體化壓鑄后底板減少了繁雜的焊接工序和大量人員，縮短了制造時間、降低了工廠產線的復雜程度和后期維護成本。同時，一體化壓鑄工藝與傳統壓鑄工藝相比不再需要熱處理，特斯拉披露使用一體化壓鑄后的制造時間從傳統壓鑄的1-2小時縮短至3-5分鐘，制造成本和生產效率進一步得到優化。
后底板試制成功后特斯拉再購13臺壓鑄機，實現前車身和Cybertruck一體化壓鑄。2020年8月，特斯拉加州Fremant工廠率先使用6000t壓鑄機成功實現ModelY后底板總成量產。由于6000t壓鑄機的最大壓鑄體積上限只能實現后底板一體化壓鑄，特斯拉決定再向力勁集團購買13臺6000t壓鑄機，其中8臺投放至德國工廠，3臺投放至上海工廠。除了后底板總成以外，特斯拉也將在德州工廠和柏林工廠實現ModelY前車身一體化壓鑄.。2020年3月特斯拉在財報會上宣布已經訂購8000t壓鑄機用來生產Cybertruck車身后底板。特斯拉和意德拉（力勁子公司）正在共同開發12000t壓鑄機，用于整個白車身的一體化壓鑄。
CTC技術將電池組作為車身結構件連接車身前后底板，開辟一體化壓鑄新方向。電池包技術經歷了傳統技術-CTP技術-CTC技術三代，在空間利用率和集成方案上有差異。2020年，特斯拉電池日上馬斯克提出了電池整包封裝技術CTC（CelltoChassis），取消Pack設計直接將電芯或模組安裝到車身上。第二代電池包封裝技術CTP先將電池本身集成再安裝到車身上，CTC技術則直接將車身底板作為電池上蓋。具體而言，特斯拉直接將座椅直接安裝在電池蓋上，并與一體化壓鑄成型的前后車身底板相連。該技術將在柏林工廠使用，用于生產ModelY。CTC技術是特斯拉實現汽車輕量化的又一舉措，也是一體化壓鑄發展的新方向。寧德時代也宣布將在2025年提出高度集成化的CTC電池技術。
4.3造車新勢力迅速跟進，傳統OEM處于變革前夕
蔚來ES8打造全鋁車身，率先推出車身一體化。一體化壓鑄在生產效率、制造成本上優勢顯著，由于特斯拉的帶動效應，國內造車新勢力積極跟進一體化壓鑄技術。基于輕量化考量，蔚來從造車伊始就獨立研發輕量化全鋁車身平臺，并且在車身最關鍵的傳力路徑和承載部位上也使用高性能鋁材。根據蔚來官方數據，以蔚來ES8為例，白車身重335kg，比傳統鋼制車身減重近40%，車身用鋁率高達96.4%，為全球最高。但由于ES8采用的仍是傳統鋁壓鑄工藝，所以仍然需要7種連接技術，包括鋁點焊、鉚接、膠接、激光焊接等。除了車身結構件以外，蔚來的底盤、動力總成和內外飾輕量化推進速度更快，控制臂、副車架、“三電”殼體等基本使用鋁制材料。2021年10月公司宣布與帥翼馳成功開發了制造大型壓鑄件的免熱處理材料，與文燦合作率先對后底板結構件采用一體化壓鑄。
小鵬自主研發理想積極推進，向一體化漸進式過渡。小鵬和理想的一體化壓鑄進程落后于特斯拉和蔚來，快于國內自主OEM。小鵬P7使用了高強度鋼鋁混合車身，鋼鋁合金占比達60%，兼顧了剛度和輕量化需求，但是于2021年下半年積極轉型一體化壓鑄。公司采用“兩條腿”走路的策略，一是在肇慶工廠使用廣東鴻圖的一體化壓鑄方案，二是在武漢工廠建設壓鑄島自研一體化壓鑄技術。2021年7月小鵬武漢工廠項目正式啟動，該項目占地約1500畝，規劃產能10萬輛，達產后可實現年產值300億元。公司同時宣布將打造一體化壓鑄工藝車間，計劃引進2臺7300t壓鑄機，逐步建成一條以上超大型壓鑄島及自動化生產線。理想在理想ONE車型的動力總成和底盤上已采用鋁壓鑄工藝，車身方面較小鵬和蔚來進度稍慢。目前公司正在積極跟文燦等供應商合作，計劃于2022年推出車身結構件一體化。
傳統車企普遍采用傳統鋁壓鑄工藝，部分領先企業處于變革前期。自主OEM的一體化壓鑄進程目前落后于造車新勢力，但保持積極觀望，處于變革前夕。一方面大部分傳統車企當前銷量結構仍以燃油車型和中低端電動車型為主，輕量化需求整體不如新勢力強烈，同時一體化壓鑄需要運用到全新的平臺，會涉及到產線升級和供應商更新，即使大規模量產新能源車型也會考慮傳統燃油車產線和供應鏈復用，因此推進一體化壓鑄進程相對較慢，主要以逐步替換中小壓鑄件為主。目前頭部自主OEM的動力總成和底盤構件使用鋁壓鑄技術已比較普遍，但仍然采用傳統鋁壓鑄工藝，部分新能源技術領先的車企已開始在三電系統上率先嘗試一體化壓鑄技術，車身件尚處于觀望階段。長城、比亞迪等自主OEM目前仍以鋼制車身為主，鋁合金占比不高，但是動力總成和殼體等鋁制壓鑄小件正在逐步替換。比如長城檬平臺車身仍以高強度鋼為主，占比高達77%，但是在“三電”部分已經開始逐步采用鋁壓鑄工藝，比亞迪DMI情況類似。
五、一體化壓鑄浪潮已至，龍頭企業揚帆起航5.1泉峰汽車:立足壓鑄匠心為泉，深耕新能源勇攀高峰
“2+N”擴張計劃如火如荼，新產能新訂單亟待釋放。公司是鋁壓鑄優質供應商，熱交換、引擎等傳統業務穩中有升，傳動業務受益自主DCT變速箱滲透率提升迅速增長，新能源業務圍繞“三電系統”布局新產品、新項目。2021年純電、混動等領域新訂單多點開花，持續突破比亞迪、長城、新勢力等主機廠和采埃孚、法雷奧等國際Tier1新能源零部件訂單實現收入倍增。受限產能壓制和交付壓力，公司一再加快產能建設，馬鞍山工廠于2022年春節后正式投產，歐洲工廠將在下半年完工投產，同時新增南京工廠產能。預計全部工廠達產后，公司總產值將超55億元，“2+N”擴張計劃大幅緩解產能焦慮。
重視研發構建技術壁壘，5000t一體化壓鑄訂單實現穩定供貨。公司長期重視研發，堅定以技術為本。2013年前瞻布局新能源汽車零部件，在三電領域積累深厚，2020年公司敏銳地捕捉到鋁壓鑄行業向大型化、一體化轉型趨勢，積極布局一體化壓鑄。目前已經實現5000噸一體化壓鑄訂單穩定供貨，6000噸、8000噸壓鑄機將于下半年逐步到位。2021Q1-Q3公司營收和歸母凈利潤分別為11.89億元、1.01億元，同比分別增長30.66%、76.60%。輕量化鋁壓鑄賽道迎來量價齊升的黃金時代，公司有望憑借核心技術優勢夯實護城河，充分抓住行業發展機遇。
5.2文燦股份：領先布局車身結構件，一體化壓鑄搶占先機
國內首家實現車身一體化壓鑄，壓鑄技術布局全面。文燦股份成立二十余年，是國內高壓鑄鋁結構件龍頭，總部位于廣東惠州，在廣東佛山、江蘇南通、天津多地建有工廠。2020年收購法國百煉集團后，完成鋁合金高壓、低壓、重力壓鑄全工藝全布局。2021年11月，公司率先實現車身后底板車身一體化壓鑄件量產，終端配套蔚來汽車，成為繼特斯拉之后，國內第一家擁有車身一體化壓鑄技術的公司，具有先發優勢。2021Q1-Q3，公司營收29.65億元，同比增長103.60%，海外疫情和公司整合拖累歸母凈利潤。
客戶、設備和材料國內領先，一體化壓鑄技術具有先發優勢。公司第一大客戶為大眾集團，其余重要客戶涵蓋奔馳、蔚來、特斯拉等，2020年CR5占比50.3%。隨著新客戶新項目的不斷拓展，CR5占比持續降低。2020年公司提前進行一體化壓鑄賽道的設備和研發布局，購進6000噸大型壓鑄設備，具備較強先發優勢。2021年5月向力勁集團旗下意德拉訂購7臺2800-6000T大型壓鑄機用于車身結構件和電池盒一體化壓鑄生產。同月，再次購買9000T壓鑄機，并于2022年2月交付，致力實現更高難度的一體化壓鑄技術。在材料與模具研發方面，公司與立中集團進行合作開發免熱合金，自制6000T以下的壓鑄機模具，并計劃自2022年1月份起完成9000T模具自制。目前，公司的客戶包括特斯拉、蔚來汽車、理想汽車等國內外新能源主機廠，在一體化壓鑄賽道搶占先機。
5.3旭升股份：特斯拉核心供應商，客戶結構優化成長可期
特斯拉三電系統供應商，募資突破產能瓶頸。公司作為國內領先鋁壓鑄供應商，主攻新能源汽車鋁合金零部件。2014公司與特斯拉簽訂合同，成為特斯拉三電系統供應商，2021H1特斯拉銷售收入占公司總營收40%。隨著新能源的高景氣與客戶持續放量，2021年7月，公司發行不超過13.5億的可轉債，助力公司突破產能瓶頸。其中，9.7億用于高性能鋁合金汽車零部件項目，達產后將新增新能源汽車傳動系統殼體產能234萬件、新能源汽車電池系統部件產能57萬件和新能源汽車車身部件產能50萬件；3.8億元用于汽車輕量化鋁型材精密加工項目，達產后將新增新能源汽車傳動系統殼體產能62萬件、新能源汽車電池系統部件產能95萬件。受益于其全球擴張和快速放量，公司業績持續高增長，2021年Q1-3營收（20.12億元，同比+82.10%），歸母（3.31億元，同比+43.67%）顯著優于行業。
技術持續積累逐步向一體化升級，客戶結構優化效果顯著。公司持續進行技術研發，成為國內少有的兼具壓鑄、鍛造和擠出三種鋁合金成型技術的企業。伴隨特斯拉主導的一體化壓鑄成為趨勢，公司作為特斯拉三電供應商，有望將電池盒等產品件向一體化結構升級。2021年6月，旭升與海天金屬簽訂戰略合作協議，將在未來三年內向海天金屬訂購總價約2億元的壓鑄島設備，機型覆蓋1300T-4500T、6600T和8800T，并共同開發應用于一體化壓鑄領域的超大型壓鑄機。此外，公司在浙江湖州投資建設汽車模具及核心零部件研發、制造、生產、加工項目，進一步加強公司的壓鑄與模具等配套技術的提升。隨著公司龍頭地位的鞏固，并在輕量化鋁合金零部件的核心領域構建全面經驗體系，公司的客戶結構也在不斷優化，拓展了包括長城汽車、寧德時代、億緯鋰能等重要客戶，未來將給公司帶來明顯業績彈性。
5.4廣東鴻圖：國內市占率第一壓鑄龍頭，實現一體化壓鑄彎道超車
國內市占率第一的鋁壓鑄龍頭，開拓國內新勢力合作煥發新機遇。廣東鴻圖作為老牌鋁壓鑄龍頭企業，具備良好的技術基礎與客戶儲備，長期處于國內市占率第一的地位。2021年H1公司鋁壓鑄業務營收占比63.6%，主要產品包括動力總成系統、傳動系統和新能源汽車結構件。2018年，公司營收與凈利均達到峰值，隨后進入轉型探索期，凈利率相對行業承壓。2020年，公司新能源與高精尖業務占比21.78%，新開拓的新能源產品項目按生命周期銷售占比達43%，當年凈利同比增幅達465%。2021年Q1-3，公司營收（43.49，同比+13.48%），歸母（1.92，同比+147.75%），持續保持業績增長。2021年，廣東鴻圖開拓小鵬、蔚來等國內新勢力車企客戶，并與小鵬圍繞一體化零件進行同步開發合作，為公司帶來新的增長機遇。
布局大型壓鑄設備+自研免熱合金，率先完成超大型一體化鋁壓鑄結構件。在一體化布局上，公司自主研發了高強韌免熱處理鋁合金材料，為大型一體化壓鑄提供材料基礎。2021年上半年公司開展“結構件一體化成型”項目的大型壓鑄島整體規劃，并購置一臺6800噸壓鑄設備。2022年1月公司6800噸超大型一體化鋁合金壓鑄結構件試制成功，鑄件澆注重量約100Kg，實現了超大型一體化壓鑄技術的自主可控。公司以此為契機，開啟了12000噸超級智能壓鑄單元以及新能源汽車一體化前艙總成、一體化后地板總成和一體化電池托盤等關鍵核心輕量化部件研發工作。
5.5拓普集團：平臺型零部件龍頭，建立一站式解決方案
全方位產品布局，輕量化領域經驗豐富。基于原有的NVH領域優勢，拓普集團不斷地進行研發投入，致力于打造汽車減震系統、飾件系統、智能駕駛系統、底盤輕量化系統、熱管理系統五大領域的產品矩陣。公司憑借對市場變動的高敏感性與快速反應，獲得大量傳統與國內外新勢力等主機廠訂單，包括特斯拉、比亞迪、長城、小鵬、上汽、長安等。其中，在輕量化領域，拓普逐步建立了一站式輕量化解決方案，已具備了輕合金領域高壓、真空壓鑄、低壓、差壓、擠壓鑄造、鍛造的六大工藝，已量產的產品類型涵蓋底盤系統、動力總成結構件、電池包結構件、車身結構件以及熱管理閥板等，并可為客戶提供定制輕量化服務。隨著新能源的超高景氣與車企的快速放量，2021年Q1-3公司實現了營收78.23億元、同比+81.1%，歸母凈利潤達7.53億、同比增長94.4%的高增長。
一體化壓鑄研發多管齊下，發展進程行業領先。在材料方面，拓普集團與華人運通及上海交通大學合作，全球首家成功應用了其聯合發布的TechCast?高強韌性免熱處理鋁合金材料。該材料流動性高于同級別材料15%以上、強塑積高出30%以上，保證了整車碰撞等性能達到更高維度。設備方面，公司簽署戰略協議采購21臺套壓鑄單元，包括6臺7200噸、10臺4500噸和5臺2000噸的壓鑄設備，用于新能源汽車超大型結構件，如前機艙、后車體及電池殼體等產品的生產制造。2022年2月拓普集團為華人運通生產的7200噸一體化超大壓鑄后艙正式量產下線。
5.6愛柯迪：中小件精密件鑄就護城河，抓住時機加速產品轉型
中小件鋁壓鑄龍頭，“產品超市”日趨完善。愛柯迪是全球布局的中小件鋁壓鑄龍頭，主要產品為雨刮系統、傳動系統、轉向系統等的中小型壓鑄件，在400克以下中小件產品中的全球市占率30%，成為鋁壓鑄行業細分領域的“隱形冠軍”。公司業務范圍覆蓋美、歐、亞三大汽車工業發達的洲地區，外銷營收占比持續穩定在65%以上，客戶包括法雷奧、博世、麥格納、電產、耐世特等國際知名汽車Tier1企業。此外公司持續進行技術全面布局，在提升單車價值量的同時，并不斷完善“產品超市”品類，擴大客戶配套產品范圍，以繼續保持公司在中小件產品市場的高滲透率。在行業整體承壓的境況下，公司整體經營穩健，2021年Q1-3營收23.51億元，同比增長34.92%，歸母利潤2.79億元，同比增長10.22%。
推進智能化工廠建設，引入大型化設備向一體化業務轉型。2019年9月，公司建成全國汽車產業鏈規模最大的“5G+數字化工廠”，在高度自動化的物流、倉儲及柔性加工制造能力的基礎上，引入5G、物聯網、大數據分析技術，大幅提升公司人均產值與產品質量。2021年3月，愛柯迪智能制造科技產業園項目在寧波江北開工建設，項目用地面積約118畝，預計年產鋁合金汽車零部件6500萬件。該園區擬購入1000噸以上壓鑄機35臺，包括4臺4400T、2臺6100T和2臺8400噸，體現了公司順應新能源汽車領域的新發展趨勢，大型一體化方向拓展的具體舉措。在其公布的產品方案中，車身部件規格將達到40kg，電池系統單元產品將達到10kg，相較于公司現有中小件產品有大幅提升。此外，隨著下游新能源汽車超景氣，公司推動對新能源產品的擴充。2022年2月，公司投資建設安徽工廠，擬新購全自動壓鑄單元、加工組裝單元等設備或產線，用于制造研發新能源汽車三電系統單元的鋁合金零件和汽車結構件等，體現公司對新能源業務的加速布局。
5.7嶸泰股份：新上市汽車轉向龍頭，新能源業務布局加速
新上市的汽車轉向龍頭，細分市場競爭優勢明顯。嶸泰股份于2021年1月上市，主營業務包括汽車轉向系統、傳動系統、制動系統等關鍵系統總成的鋁合金精密壓鑄件。公司憑借積淀已久的技術、質量、管理、服務等綜合優勢，在電動助力轉向器（EPS）殼體的細分領域，具有較強的競爭優勢，2020年在國內乘用車市占率達20%。公司擁有良好且穩定的客戶群體，通過博世、采埃孚、蒂森克虜伯、威伯科、博格華納、耐世特等國際知名Tier1企業供應大眾、福特、吉利、中國重汽等主機廠。
加速新能源布局，新產能落地兌現增長。為突破現有產能瓶頸，滿足新增訂單需求，公司通過IPO募集資金于珠海新設工廠，達產后將新增年產288萬件汽車轉向系統關鍵零件。此外，為抓住近年新能源汽車高速發展機遇，公司加大對新能源汽車零部件三電系統的投入和市場開發力度，預計揚州工廠在建成達產后可新增新能源電機殼體38萬件，以此豐富公司產品種類，實現量價齊升。并且，為進一步滿足歐美客戶需求并更好拓展海外市場，公司于2016年建立墨西哥子公司，并于2021年擬投入2.2億元進行擴產，預計達產后將新增181萬件鋁合金殼體的生產能力，開啟公司新一輪增長。
六、投資分析“碳中和”政策推動下，中國新能源汽車滲透率快速提升，2021年新能源汽車滲透率高達14.2%。隨著新能源車銷量超預期以及里程焦慮凸顯，汽車輕量化賽道呈現超高景氣。鋁壓鑄作為當前綜合最優的輕量化方案，在材料、設備和工藝不斷取得重大突破的背景下，技術壁壘逐漸提高，向大型化、一體化逐步升級。一體化壓鑄處于爆發前夜，目前滲透率較低，未來市場空間廣闊。隨著技術在特斯拉、造車新勢力和傳統車企的持續迭代落地，行業有望快速放量。
（本文僅供參考，不代表我們的任何投資建議。如需使用相關信息，請參閱報告原文。）
精選報告來源：【未來智庫】。未來智庫-官方網站
