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汽車行業一體壓鑄深度研究報告:新趨勢,汽車制造大變革

 發布日期:2022年11月14日     瀏覽次數:127

一、汽車輕量化大勢所趨,鋁合金材料優勢突出

 

 

1.1 政策直接推動+電動化要求,汽車輕量化大勢所趨

 

 

1.1.1 政策要求推動汽車輕量化

 

 

政策直接推動汽車輕量化發展,純電動車減重需求更為迫切。2020 年汽車工業協會發布《節 能與新能源汽車技術路線圖 2.0》,要求燃油乘用車整車輕量化系數于 2025、2030、2035 年 降低 10%、18%、25%,純電動乘用車整車輕量化系數降低 15%、25%、35%,客車整車輕量化 系數降低 5%、10%、15%。汽車輕量化的公式為 = × × 103,其中 L 為車身輕量化系數, m 為白車身骨架重量(不包含四門兩蓋及前后擋風玻璃),kTG為白車身靜態扭轉剛度,A 為白 車身四輪的正投影面積(即輪距×軸距)。由于白車身靜態扭轉剛度和白車身四輪的正投影 面積難以大幅度降低,因此整車輕量化系數的降低主要取決于白車身骨架重量的降低,其中 政策對純電動乘用車的要求最高,純電動乘用車減重需求最為迫切。

 

 

政策要求燃油車節能減排,也間接推動汽車輕量化發展。2020 年汽車工業協會發布《節能 與新能源汽車技術路線圖 2.0》要求貨車油耗于 2025、2030、2035 年較 2019 年降低 8%-10%、 10%-15%、15%-20%,客車油耗降低 10%-15%、15%-20%、20%-25%;乘用車總體新車平均油耗 在 2025、2030、2035 年分別為 4.6L/km、3.2L/km、2.0L/km,其中傳統乘用車新車為 5.6L/km、 4.8L/km、4.0L/km,混動乘用車新車為 5.3L/km、4.5L/km、4.0L/km。這一方面是要求節能 與新能源汽車的占比提高,汽車工業協會的目標是節能汽車與新能源汽車在 2035 年各占 50%;另一方面也是要求汽車本身節能減排,由于汽車輕量化能夠顯著降低汽車油耗,因此 間接推動了汽車輕量化的發展。

 

 

1.1.2 輕量化幫助燃油車節能減排,助力電動車提升續航里程

 

 

燃油車減重能夠降低油耗,電動車減重則可以增加續航里程。汽車行駛過程中會受到加速+ 爬坡阻力、滾動阻力和空氣阻力,分別占汽車受到阻力的 35%、40%和 25%,其中加速+爬坡阻力、滾動阻力與車身重量成正相關。對于燃油車來說,整車減重 10%可以降低 6%-8%的燃 油消耗、降低 4%的排放、減少 5%的制動距離、減少 6%的轉向力、提升 8%的百公里加速度; 對于電動車來說,根據《電動汽車—能量消耗率和續駛里程—試驗方法》和汽車功率平衡方 程式,可知其消耗的功率 P 與汽車重量 m 正相關,而續航里程 S 則與汽車重量 m 負相關,數 據表明電動車減少 2kg 可以提升 1.5%的續航里程,減重 150kg 則可以提升 12%的續航里程。

 

 

1.1.3 電動車的“里程焦慮”加速了輕量化進程

 

 

電動車電池系統更重,“里程焦慮”推動汽車輕量化。傳統的燃油車發動機的重量較輕,最 常用的 4 缸發動機的重量在 90-160kg,6 缸發動機的重量在 140-200kg,8 缸發動機的重量 在 180-320kg。以寶馬 3 系為例,其采用四缸發動機,整備質量為 1587kg,發動機系統的重 量占比約為 5.7%-10.1%。根據最新的 2022 年第 8 批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》 的數據,電動車電池的重量在 209-669kg,電池重量占比在 15.1%-28.3%之間,并且隨著電 動車續航里程的提高,電池重量和整備重量有提高的趨勢。在“里程焦慮”背景下,電動車 對輕量化的需求更為迫切,減重也是提高電動車續航里程、降低電池成本的重要途經。

 

 

1.2 鋁合金是汽車輕量化的關鍵材料

 

 

材料輕量化的效果最顯著,是汽車輕量化的主要方法。汽車輕量化的方法分為結構輕量化、 工藝輕量化和材料輕量化。結構輕量化是指通過符合要求強度的最優結構實現材料使用的最 小化;工藝輕量化是指使用比現有材料更精細的加工來減少材料的使用量;材料輕量化是指 用輕量化材質來代替現有鋼材,或者使用部分結合的方式實現輕量化。一般汽車中各材料的 使用比例為:鋼鐵占 64%,高分子及復合材料占 9%,鋁占 8%,彈性材料占 4%,玻璃占 3%, 銅占 2%,其他材料占 10%。分結構來看,以鋼材為主材的動力總成、車身、底盤以及懸掛部 分重量占比超過整車的 70%。因此,材料輕量化是效率最高、效果最顯著的輕量化方式。

 

 

鋁合金、鎂合金、碳纖維密度遠低于鋼,是常見的輕量化材料。汽車常用的材料有鋼、鋁合 金、鎂合金和碳纖維,其中鋼是汽車的主要材料,但是其密度高、重量大,需要使用輕量化 材料替代。鋁的密度大約為鋼的三分之一,具有導熱率高、耐腐蝕好、加工性能優良等優點, 并且鋁合金比鋼更能吸收碰撞能,大約是鋼的 2 倍,能夠有效提高汽車的碰撞安全性;鎂的 密度為鋁的三分之二,鋼的四分之一,是實際應用中質量最輕的有色金屬材料,具有很高的 比強度和比剛度,還具有阻尼減震、散熱性好和容易回收等優點;碳纖維材料的密度較鋁更 低,具有耐腐蝕、比強度和比剛度高等優點。

 

 

鋁合金密度小,價格較低,適合作為汽車輕量化的替代材料。傳統汽車使用普通鋼,輕量化 的替代材料主要有高強度鋼、鋁合金、鎂合金、金屬+碳纖維和碳纖維,其中碳纖維價格過 高,使用量較少。價格上,2022 年 10 月 10 日我國鎂錠、鑄造鋁合金、螺紋鋼的價格分別 為 27000、20300、4090 元/噸,鋁的價格約為生鐵的 5.0 倍,鎂的價格約為生鐵的 6.7 倍。 結合大眾、奧迪等歐洲品牌的輕量化技術路線來看,使用鋁合金能夠降低車身 40%的重量, 鎂合金能夠降低車身 49%的重量。我們認為鋁、鎂均適合作為汽車輕量化的替代材料,其中 鋁的價格較低,輕量化比率完全符合汽車工業協會 2035 年的要求,是一種性價比較高的選 擇。

 

 

參考飛機輕量化過程,飛機輕量化經歷了鋼→鋁→復合材料的過程。在第一階段,飛機的結 構較為簡單,主要用到的材料有木材、蒙布、金屬絲、鋼索等,早期飛機用木三夾板、木條 等來做飛機大梁和飛機骨架,采用亞麻布做機翼的翼面;在第二階段,許多國家逐漸用鋼管 代替木材做機身骨架,用鋁板做蒙皮,制造出全金屬結構飛機;在第三階段,美國道格拉斯 公司出產的 DC-T 機發動機的防火壁和短艙上首次使用了鈦材,后期鈦合金開始被應用于飛 機上,主要是發展航空發動機用的高溫鈦合金和機體用的結構鈦合金;在第四階段,機體主 要是鋁、鈦、鋼、復合材料結構。以鋁為主;在第五階段,機體主要是復合材料、鋁、鈦、 鋼結構,以復合材料為主。對比飛機輕量化的發展歷程,我們認為當前階段汽車輕量化的核 心材料為鋁。

 

 

純電動車鋁材滲透率快速提高,未來十年間單車用鋁量翻倍增長。根據國際鋁業協會的數據, 純電動車整體單車鋁用量、滲透率均高于燃油車,具體而言,2018 年純電動車單車鋁用量 為 128.4kg,整體滲透率為 31%,預計 2025 年單車鋁用量為 226.8kg,整體滲透率達到 50%,2030 年單車鋁用量進一步提升至 283.5kg,滲透率為 56%,細分來看,2018-2030 年底盤和 懸架、車輪和制動器、車身封閉件絕對鋁用量提升較大;2018 年燃油車單車鋁用量為 118.7kg, 滲透率為 24%,預計 2025 年單車鋁用量為 179.8kg,滲透率達到 38%,2030 年進一步提升至 222.8kg,滲透率為 44%,細分來看,2018-2030 年車身結構、底盤和懸架絕對用鋁量提升較 大。

 

 

汽車鋁材市場廣闊,2030 年有望達到 3292 億元。市場規模的測算基于以下假設:1)2021 年我國新能源汽車的銷量為 352 萬輛,我們預計 2030 年達到 1909 萬輛,年復合增速為 21%, 其中混動約為純電動汽車銷量的四分之一,燃油車銷量隨新能源汽車的滲透率提高而下滑, 2030 年銷量為 748 萬輛;2)根據國際鋁業協會的統計數據,2021 年純電動、混動、燃油車 的單車鋁用量分別為 173、207、145 千克,預計 2030 年分別達到 284、265、223 千克;3) 我們預計 2022 年汽車鋁材價格為 44 元/千克,整體呈波動上行的態勢。波動上行是因為鋁 一般由電解制成,電解是高耗能工藝,能耗雙控大背景下鋁產能受限,需求不斷提升,因此 未來鋁價中樞有望提升。綜上所述可得 2021 年純電動、混動、燃油車汽車鋁材的市場規模 為 232、69、1569 億元,2030 年分別為 2033、476、783 億元,年復合增速分別為 27%、23%、 -7%,汽車鋁材總規模從 2021 年的 1870 億元增長至 2030 年的 3292 億元,年復合增速為 6%。 我們認為汽車鋁材市場處于藍海市場,整個市場空間有望達到 3000 多億元,在汽車電動化 的大背景下,純電動車、混動車的鋁材的成長性更好,2021-2030 年年復合增速有望超 20%。

 

 

二、一體化壓鑄新趨勢,汽車車身制造迎來大變革

 

 

2.1 傳統車身制造工藝難以適應鋁合金用量提高的趨勢

 

 

傳統汽車主要使用鋼材,車身制造主要由沖壓、焊裝、涂裝以及總裝四大工藝構成。沖壓: 利用壓機對鋼板施加壓力,使其模具中成型。主機廠的沖壓車間主要負責生產高質量要求的 大型外覆蓋件(側圍、發動機蓋、翼子板、門外板等);內部的結構件由各零部件供應商負責 制造,主機廠采購。焊裝:沖壓好的車身板件局部加熱或同時加熱、加壓而接合在一起形成 車身總成。涂裝:對焊接完成后的車身總成進行防腐和噴漆處理,起到保護和裝飾作用。總 裝:將車身、發動機、變速器、儀表板、車燈、車門等構成整輛車的各零件裝配起來生產出 整車。

 

傳統車身制造工藝有車身重、靈活度低、成本高、效率低、零件強度低等痛點,難以適應鋁 合金用量提高的趨勢。車身結構件較多,傳統車身制造工序較為復雜,具體包括了發動機蓋、 翼子板、車門、側圍等大型外覆蓋件的沖壓,并將覆蓋件與結構件焊接形成白車身總成,共 計由 300-500 個零部件構成,焊接點位高達 4000-6000 個。傳統車身制造工藝存在以下痛 點:1)車身重:傳統工藝加工鋁合金難度高,全鋁車身普及受限;2)靈活度低:造型靈活度低,難以進行多零件一體成型;3)成本高:數百個零部件+數千個焊點導致設備成本(主 要指模具)、制造成本、人力成本較高;4)效率低:眾多零件生產和焊接工序耗費大量時間, 生產效率低;5)零件強度低:材料本身強度低以及多零件安裝焊接強度更低。

 

 

鋁合金焊接復雜,現有工藝難度大,成本高。鋁合金具有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,因此傳統焊接工藝無法滿足鋁合金材料的連接要求。目前采用的解決方法一類 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,另一類是發展新型連 接技術包括沖鉚技術、螺栓自擰緊技術和膠接技術,但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。以奧迪 A8 為例,其車身結構材料中 70%為鋁 合金,20%為熱成型鋼,鎂合金和其他材料的比例不超過 2%;為使鋁合金和熱成型鋼材等材 料實現鏈接,其采用了 16 種連接技術,復雜的連接工藝增加了制造難度,提高了制造成本。

 

 

2.2 一體化壓鑄重塑車身制造工藝

 

 

汽車鋁合金加工工藝分為鑄造和形變,其中鋁鑄件的用量最高。鑄造鋁合金是指將鋁合金加 熱至熔融狀態,流入模具中冷卻成型后加工成汽車零部件;形變鋁合金是指通過沖壓、彎曲、 軋制、擠壓(非擠壓鑄造)等工藝使其組織、形狀發生變化的鋁合金。實際應用中鑄造鋁合金 一般用于結構更加復雜的部件,例如發動機氣缸、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,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《鋁合金在新能源汽車工業的應用現狀及展望》的統計數據,2017 年我國鑄造 鋁合金約占汽車鋁合金市場份額的 77%,形變鋁合金的市場份額則為 23%。

 

 

鋁合金壓鑄具有產品質量好、生產效率高、經濟效果優良的優勢。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%。產品質量好:鋁鑄件尺寸精度高, 表面光潔度好,強度和硬度較高,強度一般比砂型鑄造提高 25-30%,但延伸率降低約 70%, 尺寸穩定,互換性好,并且可壓鑄鋁薄壁復雜的鑄件。生產效率高:鋁鑄件的壓鑄模使用次數多且適用于大批量生產,例如國產 JⅢ3 型臥式冷空壓鑄鋁機平均八小時可壓鑄鋁 600- 700 次,小型熱室壓鑄鋁機平均每八小時可壓鑄鋁 3000-7000 次。經濟效果優良:由于壓鑄 鋁件尺寸精確,表泛光潔等優點,一般不再進行機械加工而直接使用,或加工量很小,所以 既提高了金屬利用率,又降低了加工設備的用量和人員工時。

 

高壓壓鑄是生產鋁鑄件的常用工藝,流程可分為合模、配湯、 射出、開模、產品頂出等, 是指將液態或半固態金屬或合金,或含有增強物相的液態金屬或合金,在高壓下以較高的 速度填充入壓鑄型的型腔內,并使金屬或合金在壓力下凝固形成鑄件的鑄造方法。壓鑄時 常用的壓力為 4~500MPa,金屬充填速度為 0.5—120m/s。金屬液的充型時間極短,約 0.01—0.2 秒(須視鑄件的大小而不同)內即可填滿型腔,高壓、高速是壓鑄法與其他鑄 造方法的根本區別,也是重要特點。

 

 

高壓壓鑄鋁鑄件力學性能較弱,業內有降低壓力、降低速度、減少空氣含量三種技術升級 路線。高壓壓鑄工藝具有成型精密、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,業內產生了降低壓力、降低速度或者減少空氣含量三種主要技術升 級路徑,其中低壓/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;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;真空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。

 

 

一體化壓鑄采用超高真空高壓壓鑄工藝,能夠實現多個鋁合金零件的一體化成型。一體化壓 鑄是指采用特大噸位壓鑄機,將多個單獨、分散的零部件高度集成,壓鑄一次成型為幾個大 型鋁鑄件,從而替代多個零部件先沖壓再焊接或鉚接組合的方式。一體化壓鑄是對傳統壓鑄 工藝的全方位升級:(1)生產效率高:大型壓鑄機一次壓鑄加工時間通常在 80-90 秒,每小 時能夠完成 40-45 個鑄件生產,每天生產鑄件數接近 1000 個,而傳統加工流程需要 1-2 小 時,優勢明顯;2)材料回收利用率高:廢料回收可直接融化,重新鑄造,回收利用率約 95%; 3)維護成本較低:無需排查每個零部件的制造狀態,節約大量人力和時間;4)品控進一步 提升:零部件數量減少使得誤差累計大幅減少。

 

 

一體化壓鑄能夠顯著降低傳統鋁合金加工工藝的連接成本。根據信公咨詢數據,傳統鋼制車 身的重量約為 350-350kg,當前鋼材價格約為 8 元/kg,預計全鋼車身材料成本為 2800-3600 元,白車身焊接點以 3000 個進行計算,每個焊接點焊接成本 0.2 元,連接成本 600 元,合 計成本在 3400-4200 元;以鋁合金用料多的奧迪 A8 做測算,假設鋼鋁混合車身、全鋁車身 的重量分別為 280、200-250kg,當前鋁合金的單價為 20 元/kg,每個焊接點焊接成本為 0.65 元,以此推算出鋼鋁混合沖焊車身、全鋁沖焊車身、一體化壓鑄鋁合金車身的綜合成本分別 為 5666、5950-6950、4195-5195 元,一體化壓鑄鋁合金車身工藝通過減少焊接點顯著降低 了加工成本。

 

 

2.3 特斯拉引領,產業鏈上下游積極布局

 

 

2.3.1 特斯拉引領一體化壓鑄工藝發展

 

 

采用一體化壓鑄技術的 Model Y 實現了降本增效。特斯拉率先于 2020 年采用一體化壓鑄技 術,其 Model Y 將采用一體式壓鑄后底板總成,具有以下優勢:(1)總重量下降 30%,制造 成本下降 40%;(2)零件數量較 model 3 減少 79 個,焊接點由 700-800 個降低至 50 個;(3) 不需要進行熱處理,制造時間由 1-2 小時縮短至 3-5 分鐘。2022 年 Model Y 實現將 171 個 獨立零件已簡化成 2 個大型壓鑄單體零件,工廠所需機器人數量也減少到一半左右。

 

一體化壓鑄最新進展:一體式前后車身與電池包形成的三合一底盤。特斯拉 Model Y 可使 用第三代 4680 電芯采用全新的一體式底盤電池包,一體化壓鑄的前后車身與電池包形成了 三合一底盤,新結構擁有很高的結構強度和剛度,并且在電芯布置得更為集中之后還降低了 車輛的轉動慣量,更有利于操控和轉向響應。此外三合一底盤實現了 10%的輕量化,提高了 14%的續航潛力,并減少了 370 個車身零部件。

 

 

2.3.2 產業鏈上下游積極布局

 

 

一體化壓鑄產業鏈的上游為壓鑄機、材料與模具廠商,中游為鋁合金壓鑄廠,下游為主機廠。 一體化壓鑄有兩種業務模式,一種是自研模式:主機廠直接采購壓鑄機、材料和模具等物料, 自建工廠生產壓鑄件,代表車企有特斯拉、小鵬和沃爾沃;另一種為采購模式:主機廠直接 向壓鑄廠商采購壓鑄件,由壓鑄廠商采購相關的物料,生產壓鑄件后交付給主機廠,代表車 企有高合、蔚來、理想。當前自研模式的代表企業特斯拉已經開始與壓鑄廠商接觸,長期來 看,由于主機廠自建廠房與產線成本較高,并且汽車銷量可能會成為產能利用率的壓制因 素,因此采購模式有望成為長期主流。

 

 

大型壓鑄機是汽車實現一體化壓鑄的基礎。一般來說一體化壓鑄所需要的壓鑄機鎖模力都 在 6000T 以上,當前全球能生產 6000T 壓鑄機的企業有海外的意德拉集團(力勁科技全資 子公司)和瑞士布朗集團,國內的力勁科技、海天金屬和伊之密。更大噸位的壓鑄機意味著 壓鑄件的尺寸和結構可以進一步突破,目前特斯拉、力勁科技、廣東鴻圖、海天金屬等企業均在研發 12000T 以上的壓鑄機。2022 年 9 月,力勁科技與廣東鴻圖發布 12000T 超大型智 能壓鑄單元,這是迄今為止全球最大噸位的壓鑄機,有望助力整車級別一體化壓鑄件。

 

 

模具是一體化壓鑄的核心工具,壁壘較高。模具是為強迫金屬或非金屬成型的工具,可以分 為成型部分、澆注系統、模架部分、排溢系統、溫控系統等部分,是工業生產中必不可少的 工藝裝備,模具生產得到的零部件具有高效率、高一致性、低耗能耗材、精度/復雜度較高的 特點。模具制作的難點在于模具設計和原材料的選取,大型一體化壓鑄要求模具高精密度, 這提高了模具制作的難度。一般壓鑄廠商不具備大型壓鑄模具的設計能力,通過外部采購來 滿足需求,目前我國的大型壓鑄模具廠商主要有廣州型腔、寧波臻至、寧波賽維達、文燦雄 邦、合力科技和重慶廣澄模具,此外德國著名模具公司肖弗勒模具集團也于浙江建廠。

 

免熱處理合金材料能夠提高一體化壓鑄的良品率,從而降低成本。鋁合金的熱處理分為鑄錠 均勻化退火、回復再結晶退火、固溶(淬火)熱處理、時效、形變熱處理,傳統鋁合金需要 通過熱處理提高鋁合金的強度、塑性、韌性、耐蝕性、疲勞性等綜合性能。一體化壓鑄的大 型鋁合金部件對精度要求較高,熱處理過程易引起汽車零部件尺寸變形及表面缺陷,雖然通 過矯正工藝可以改善一定的尺寸精度,但會降低良品率,導致成本急劇上升,因此免熱處理 鋁合金材料是大型一體化壓鑄結構件的關鍵。國外免熱處理鋁合金材料廠商主要有美國鋁 業、德國萊茵菲爾德和特斯拉,國內廠商正在積極研發,目前立中集團、上海交大、廣東鴻 圖、湖北新金洋已研制成功。

 

 

中游壓鑄廠商紛紛布局一體化壓鑄,文燦、鴻圖、拓普等較為領先。文燦股份、廣東鴻圖、 拓普集團、旭升股份等中游壓鑄廠商分別采購大型壓鑄機,其中文燦股份、廣東鴻圖、拓普 集團在經驗積累和訂單獲取上具有先發優勢,三者與車企建立合作并開始試制一體化壓鑄件。 此外,文燦股份多個已經獲得定點的一體化壓鑄產品均試制成功,包括半片式后地板、一體 式后地板、前艙和上車體一體化大鑄件,后續產品將進入到小批量交樣過程中,公司預計在 今年 4 季度開始貢獻收入。

 

 

特斯拉、蔚來、小鵬、理想、高合、沃爾沃、長城等車企已布局汽車一體化壓鑄領域。新勢 力方面:目前特斯拉采用一體化壓鑄后地板的 Model Y 已正式交付,國內蔚來采用一體化壓 鑄后副車架的 ET5 即將交付,小鵬、理想、高合、與華為深度合作的賽力斯汽車的一體化壓 鑄已提上日程,估計在 2023 年將陸續上車,此外小米汽車搭載一體化壓鑄的車型有望于 2024 年實現量產;傳統車企方面:包括大眾、沃爾沃在內的國外傳統車企在一體化壓鑄布局時間線比較長,預計在 2025 年左右才能實現量產,國內車企中,長安、長城已開始了項目的招 投標,估計未來兩三年內將實現量產。

 

 

2.4 一體壓鑄工藝尚有待發展成熟,長期市場空間廣闊

 

 

一體化壓鑄的壁壘在于:(1)工藝壁壘:填充流程很長,易出現填充不足、冷格、壓鑄缺陷、 毛坯變形,工藝的好壞決定了良品率的高低;(2)資金壁壘:大型設備采購價格較高, 7000T/9000T/12000T 的壓鑄機單價約為 7000/9000/12000 萬元,需要大量生產降低邊際成 本,回收設備成本周期長;(3)材料壁壘:免熱處理材料技術復雜,國產材料廠商大多難以 滿足材料的強度和可加工性,并且非熱處理材料也有劣勢,沒有固溶等過程,要靠壓鑄本身 得到良好性能,還要兼顧強度、韌性、延伸率,對鋁液純凈度、含氣量、成分配比、真空度、 溫度、參數、冷卻潤滑工藝等都要求較高。 一體化壓鑄較傳統工藝也存在一些劣勢:(1)售后維修成本較高:由于零件一體化成型,可修復性降低,維修成本提高,所以目前生產的多為不易碰撞部位;(2)運輸成本高:大型一 體化壓鑄件沒有小件靈活,運輸成本高,需要就近建廠、就近供貨,因此需要與主機廠簽訂 長期合作協議。(3)折舊成本高,大型一體化壓鑄設備成本高,如果配套車型銷量低將會產 生較高的折舊成本。 因此,現階段一體化壓鑄工藝將主要應用于非關鍵、不易損壞的底盤部件,未來隨技術成熟, 應用范圍有望逐步拓寬,從一體化壓鑄的難度來看,實現先后順序可能是后地板、前地板、 中地板、結構件。雖然仍有良品率、工藝、產能等問題需要克服,但我們認為一體化壓鑄是 汽車車身加工工藝的未來重要發展趨勢,先進入廠商有望形成卡位優勢,在未來收獲較大的 行業紅利,此外,考慮到大型一體化壓鑄件或對車身部分中小壓鑄件形成替代,未及時布局 一體化壓鑄的技術的廠商長期或面臨被市場淘汰的風險。

 

 

一體化壓鑄設備市場份額快速增長,2025 年有望超百億,年復合增速為 136%。我們采用信 公咨詢的統計數據,假設:(1)根據 2021 年及截至 2022 年 9 月各大新能源廠商銷量數據, 預測出 2022 年的銷量,并在 2022 年-2025 年以每年 30%的銷量增速增長,在 2026 年-2030 年以每年 20%的銷量增速增長;(2)后地板、前地板、中地板分別對應 7000、9000、12000T 的壓鑄機,單價分別為 7000、9000、12000 萬元;(3)一臺大型一體化壓鑄機的年產能為 10 萬個壓鑄件,再結合產能利用率的爬坡以及壓鑄件數量需求,從而計算出各家新能源車企對 壓鑄機的需求。以此測算 2021 年一體化壓鑄設備的市場規模為 3.5 億元,2025、2030 年分 別達到 108.9、652.9 億元,年復合增速分別為 136%、79%。

 

 

一體化壓鑄部件空間廣闊,2025 市場規模有望達到近 500 億元。根據信公咨詢統計數據, 新能源汽車一體化壓鑄后地板、前地板、中地板的重量分別為 50-60、110、70kg,按照 50- 60 元/kg 的定價模式,單車價值量分別約為 3000、6000、3850 元。結合此前假設,測算出 2021 年一體化壓鑄部件的市場規模為 2.9 億元,預計 2025 年、2030 年分別達到 476.4、 2021.1 億元,年復合增速分別為 258%、225%。

 

 

三、投資分析

 

 

3.1 中游壓鑄廠商積極布局,業績釋放在即

 

 

3.1.1 文燦股份:一體化壓鑄即將量產,有望于四季度開始貢獻收入

 

 

國內領先的汽車鋁合金鑄件研發制造企業,已實現全球化布局。公司成立于 1998 年,總部 在南海區里水鎮,2020 年完成了對法國百煉集團的收購,在江蘇南通、無錫、天津、大連、 武漢及墨西哥、匈牙利、塞爾維亞、法國等地設有 17 個生產基地。公司掌握高壓鑄造、低 壓鑄造和重力鑄造等工藝方式,主要從事汽車鋁合金精密鑄件產品的研發、生產和銷售,致 力于為全球汽車客戶提供輕量化與高安全性的產品。

 

 

百煉集團整合著有成效,新能源業務驅動公司業績增長。2017-2021 年公司營業收入由 15.57億元增加至 41.12 億元,年復合增速達 27%;受汽車行業低迷影響 2019 年歸母凈利潤僅為 0.71 億元,此后隨著行業景氣度提升,疊加新能源產品的快速放量,公司業績企穩回升。 2022 年 H1 公司實現營業收入 24.42 億元,同比+20.15%,歸母凈利潤 1.36 億元,同比 +85.82%;主要原因系客戶缺芯緩解,公司銷售訂單得到恢復,收入帶來增長,且新能源汽 車客戶和新能源汽車產品收入占比提高,帶動公司毛利增長。

 

 

公司與國內外知名汽車整車廠商及一級零部件供應商建立了穩固的合作關系,如大眾、奔馳、 寶馬、奧迪、雷諾等國際知名整車廠商,特斯拉、蔚來汽車、理想汽車、小鵬汽車、廣汽新 能源等新能源汽車廠商,比亞迪、吉利、長城汽車、賽力斯等國內知名整車廠商,以及采埃 孚、博世、大陸、麥格納、法雷奧、本特勒等全球知名一級汽車零部件供應商。此外,公司 在 2021 年還與億緯鋰能、欣旺達及陽光電源等知名電池廠商建立了合作關系。

 

 

一體化壓鑄即將實現量產,有望于 Q4 開始貢獻收入。2022 年上半年,天津工廠和南通工廠 9000T 壓鑄機已完成新勢力客戶定點的大型一體化產品試制,這是公司繼 2021 年 11 月 6000T 壓鑄設備上首次完成半片式后地板的試制后,時隔不到半年內再次在一體化鑄件領 域取得突破,充分彰顯公司在大型一體化產品領域的先發優勢。公司目前已經獲得產品定點 的一體化壓鑄產品均取得了產品試制成功,包括半片式后地板、一體式后地板、前總成項目 和上車體一體化大鑄件,后續產品將進入到小批量交樣過程中,公司預計在 2022 年第四季 度開始貢獻收入。

 

 

3.1.2 廣東鴻圖:積極研發相關技術,一體化壓鑄進度較快

 

 

鋁壓鑄龍頭,聚焦主業并積極拓展業務。公司成立于 2000 年,專注于精密鋁合金壓鑄件的 設計和生產制造,產品主要用于汽車、通訊和機電行業。公司先后于 2011 年和 2013 年分別 在南通和武漢成立兩家壓鑄子公司,2016 年收購寶龍汽車 60%股權,實現從汽車零部件延伸 至整車、新能源汽車等領域的產業戰略布局;2017 年購買寧波四維爾 100%股權,產品線延 伸至汽車內外飾件領域。

 

 

低點已過,業績有望觸底反彈。受汽車行業低迷影響 2019 年公司歸母凈利潤達到低點,此 后觸底反彈。2022 年 H1 公司實現營業收入約 29 億元,同比-2.35%,變動原因為長春四維 爾于 2021 年 5 月完成股權轉讓,若 2021 年同期數據同步剔除長春四維爾影響,則同比 +6.14%。其中,汽車類壓鑄件產品實現營業收入 20.83 億元,同比增長 10.38%。2022 年 1 月,壓鑄板塊成功下線國產最大尺寸 6800T 超大型一體化鋁合金壓鑄結構件,并率先布局全 球首臺最大噸位 12000T 壓鑄裝備及產品的開發與導入工作。

 

 

技術研發獲新突破,一體化壓鑄成型技術國內領先。公司具備強大的技術研發自主保障能力, 專利、標準、技術獎項處于行業第一,掌握一體化壓鑄產品從結構同步設計、材料、模具設 計與制造,生產過程控制、精密加工、裝配全流程工藝技術。2022 年 H1 公司研發投入約 1.33 億元,同比增長 11.64%。2022 年 5 月,公司表示其自主研發的免熱處理鋁合金材料已獲得 國家授權發明專利,該專利材料性能及使用成本對比國內外同類產品均處于領先水平,并已應用于一體化壓鑄產品開發試制。

 

 

一體化壓鑄進度較快,順利收到客戶定點。2022 年 1 月,公司開發的 6800T 新能源汽車超 大型一體化鋁合金后地板壓鑄結構件產品成功試制,一體化結構件的試制成功標志著本公司 成為國內首家掌握超大型一體化鋁合金結構件壓鑄生產技術的民族品牌企業,攻克了超大型 一體化壓鑄的產品設計、新材料開發、工藝設計、裝備制造等難題,實現了超大型一體化壓 鑄技術的國產自主可控;同時還將向力勁科技集團采購包括 2 套 12000T 壓鑄單元在內的 8 套大型及超大型智能壓鑄單元。2022 年 6 月收到小鵬汽車發出的定點開發通知,公司成為 其某車型底盤一體化結構件產品的供應商。

 

 

3.1.3 旭升股份:深耕鋁壓鑄零部件,多維度布局一體化壓鑄

 

 

公司成長可以分為四個階段:初創階段(2003-2007)、鞏固階段(2008-2011)、轉型發展階 段(2012-2015)、加速擴張階段(2016 至今)。 1)初創階段和鞏固階段期間,公司的主要業務是鋁壓鑄工業件。公司成立于 2003 年,開始 從事模具加工業務,成立初期就為公司的主要客戶海天塑機提供注塑機零配件,2005 年開 始為上海艾熱性能泵有限公司提供泵頭、泵體等產品,并在鞏固階段與這些主要客戶建立了 長期合作關系。 2)轉型發展階段開始,公司進軍新能源汽車市場。公司在此階段逐步轉型新能源車鋁壓鑄 零部件,2013 年開始與特斯拉合作,逐步成為特斯拉的一級供應商,從個別零件起步,逐步 生產變速箱、電池組件等特斯拉的核心零部件,并開始供應裝配完畢的油泵等部件。2016 年 開始新能源汽車迎來快速增長,特斯拉業績進入高速通道,公司的產能、業績也快速增長。 目前公司已經成為了汽車精密鋁合金零部件龍頭之一。

 

 

公司產品以新能源汽車零部件為主,工業、模具類為輔。公司目前產品分為三個部分,汽車 類、工業類、模具類。汽車類產品覆蓋新能源車傳動系統、懸掛系統、電氣系統、電池系統、 液壓系統等核心系統零部件;工業類產品包括清洗機配件、電機配件、注塑機配件等;模具 類產品主要是鋁壓鑄產品的殼體,公司擁有自主設計模具的技術。

 

 

公司業績進入高速增長階段。2019-2021年,公司營業收入從10.97億元增長至30.23億元, 整體保持快速增長的趨勢,年復合增速為40.20%。2019-2021年及2022H1,公司歸母凈利分 別為2.07、3.33、4.13、2.75 億元,同比增長-29.66%、61.10%、24.16%、30.28%。在全球 綠色低碳轉型的政策環境下,特斯拉、長城等國內外主要新能源汽車廠商的產銷有望進一步 提升,汽車零部件企業將隨之受益,公司業務規模有望進一步擴大。

 

 

全球化客戶體系加深現有業務領域的優勢地位。公司客戶資源已覆蓋了“北美、歐洲、亞太” 三大全球新能源汽車的主要消費地區。除公司早期客戶特斯拉外,在新能源領域聲望較高的 車企大多成為了公司的客戶,業務合作隨著公司產能建設進度而不斷深化,包括 Rivian、 Lucid、Polaris(北極星)、比亞迪、長城汽車、蔚來、理想、小鵬、零跑等。此外,采埃 孚、法雷奧、西門子、寧德時代、賽科利、億緯鋰能等一級零部件供應商亦是公司的重要客 戶。

 

 

多維度布局一體化壓鑄。公司密切關注一體化壓鑄的發展動態,認可一體壓鑄未來的發展趨 勢,也已經做了一些前期準備工作,公司已做好材料、模具、設備配套設施等的儲備;但是 目前一體化壓鑄還處于前期階段,在產品驗收標準的確認、產品產量的穩定性、由主體廠自 制還是交由供應商供貨模式等商務條款還需確認。公司會在充分的商業條款落地以后擇時快 速切入。截至 2022 年上半年,公司已積累了大噸位壓鑄機(4400T)的使用經驗、大噸位模 具的設計與制造能力,并積極與主機廠進行溝通交流。隨著大噸位壓鑄機(8000T 及以上) 的采購到位和方案的落地,將快速推動公司一體化壓鑄的進展。

 

 

3.1.4 拓普集團:車身底盤多域 Tier0.5 平臺型供應商,進軍一體化壓鑄領域

 

 

國內 NVH 領域龍頭,進軍一體化壓鑄領域。1983 年創立,總部位于中國寧波,在汽車行業 中專注篤行近 40 年。早期主要從事汽車 NVH 業務,2000 年成立第一家 NVH 研發中心,2015 年在上交所上市,2016 年公司在巴西設立首家海外工廠,開啟全球化產業布局,2021 年, 公司橡膠減震產品實現營收 33.47 億元,同比+30.73%,同時公司于 2021 年進入車身一體式 鑄造領域。

 

 

公司產品線豐富,實現全球化產業布局。公司主要產品包括汽車 NVH 減震系統、內外飾系 統、輕量化車身、智能座艙部件、熱管理系統、底盤系統、空氣懸架、智能駕駛系統共八大 業務板塊;除汽車業務外,公司積極布局機器人產業,公司的運動執行器包括電機、電控及 減速機構等部件,樣品已獲得客戶的認可,后續發展潛力較大。公司已在全球設立 5 家研發 中心,40 家以上子公司,60 家以上制造工廠。

 

 

“內飾+NVH”是主要收入來源,底盤系統成長性較好。公司 2022 年 H1 實現營業收入 67.94 億元,同比+38.18%;實現歸母凈利潤 7.08 億元,同比+53.97%;其中,內飾功能件和減震 器分別實現營業收入 21.50 億元、18.33 億元,毛利率貢獻率分別為 17.21%、23.37%。近 年來,底盤系統增長速度較快,2022 年上半年實現營業收入 17.84 億元,較上年增長 100. 47%。

 

 

與力勁集團、華人運通戰略合作,布局一體化壓鑄。2022 年 2 月 25 日,拓普集團與華人運 通 7200T 一體式后艙下線儀式在拓普集團杭州灣制造基地舉行,該超大型結構件采用力勁 7200T 超大型智能壓鑄單元一體化壓鑄成型,長、寬分別近 1700mm 和 1500mm,實現了 15%- 20%的減重效果,隨著一體化超大壓鑄后艙的順利下線,標志著拓普集團成為了國內首個量 產超大型一體化鋁合金結構件制造技術的汽車零部件供應商。2021 年,拓普集團已簽約采 購 21 臺套力勁大型智能壓鑄裝備,包括 6 臺套 7200 噸、10 臺套 4500 噸和 5 臺套 2000 噸 的智能壓鑄單元,主要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。

 

 

3.1.5 愛柯迪:國內領先的汽車鋁合金精密壓鑄件專業供應商

 

 

國內領先的汽車鋁合金精密壓鑄件專業供應商。成立于 2003 年,主要從事汽車鋁合金精密 壓鑄件的研發、生產及銷售,營業收入中 90%以上來自汽車類壓鑄件。公司聚焦汽車輕量化、 節能環保、新能源、電動化、自動駕駛方向。2014 年公司在墨西哥注冊成立子公司 IKDFAEZA, 啟動建立第一個海外生產基地,2017 年上交所上市。

 

 

公司產品從中小鋁合金壓鑄件向中大件新能源汽車、智能化產品拓展。主要產品以中小型零 部件為主,具有產品數量較多,品種繁多,多批次、多家客戶工廠發運等特點。根據愛柯迪 智能制造科技產業園環評信息的產品方案顯示,新能源汽車車身部件的規格為 40 千克,新能源汽車電池系統單元產品的規格為 10 千克,較公司傳統中小件產品的規格有較大增加。 據公司招股書,公司傳統產品結構中占比最高的是 100-200 克,其次是 200-300 克,然后是 100 克以下,公司預計 300 克以下產品占比合計接近 60%。

 

 

 

新能源汽車+智能駕駛帶動公司整體業績增長。公司 2022 年 H1 實現營業收入 18.33 億元, 同比+16.66%;實現歸母凈利潤 2.13 億元,同比+7.51%;其中,汽車類壓鑄件實現營業收入 16.87 億元,占總營業收入 92%以上。公司明確“新能源汽車+智能駕駛”的產品定位,新能 源汽車市場占有率穩定提升,新能源汽車用產品銷售收入同比增長約 200%,智能駕駛系統 項目(激光雷達、視覺系統、中控系統等)快速增長。

 

 

募集資金購置大噸位壓鑄機,積極布局一體化壓鑄。2022 年 9 月,公司發行可轉換公司債 券募集資金 15.7 億元,用于愛柯迪智能制造科技產業園項目。該項目擬購置 45 臺壓鑄機, 其中擬購 1000T 以上壓鑄機 35 臺,包括 2 臺 8400T、2 臺 6100T 和 4 臺 4400T。

 

 

3.1.6 泉峰汽車:國內優質鋁壓鑄供應商,全面布局一體化壓鑄

 

 

國內優質鋁壓鑄供應商,注重全球化布局。公司成立于 2012 年,總部位于江蘇南京,主要 從事汽車關鍵零部件的研發、生產、銷售,以及部分洗衣機零部件產品,2019 年于上交所掛 牌上市。公司注重全球化布局,2017 年在遼寧大連設有研發中心和生產基地,分別在 2020 年、2021 年于安徽馬鞍山和天津設立分公司,2022 年匈牙利工廠主體工程基本完成,公司 預計 2023 上半年開始逐步投產。

 

 

“新能源+傳動”雙核心業務。公司產品種類眾多,重點專注于技術含量較高的汽車熱交 換系統、汽車傳動系統、汽車引擎系統、剎車與轉向系統零部件以及新能源汽車零部件的 研發與制造。2021 年,公司核心業務新能源汽車零部件業務和傳動零部件業務依然保持 快速增長,新能源汽車零部件及汽車傳動零部件銷售分別實現營收 5.65 億元、3.24 億元, 同比增長分別達到 43.25%、36.09%。

 

 

受疫情影響業績短期承壓。2022 年 H1 公司實現營業收入 7.42 億元,同比-7.86%;實現歸 屬于上市公司股東的凈利潤-0.21 億元,同比-126.76%。原因在于:(1)3 月中下旬以來吉 林、上海等地區新冠疫情的多點爆發,對公司的生產造成比較嚴重的沖擊;(2)為推動諸多 新項目的如期量產、在新能源汽車零部件業務上搶占先機,研發投入持續增加、產能進一步 擴張,研發費用與固定成本大幅增長;(3)受到芯片短缺、動力電池原材料價格上漲等影響。

 

 

全面布局一體化壓鑄。1)設備:公司目前規劃的主要大型壓鑄機都放在安徽馬鞍山生產基 地,其將成為公司壓鑄一體化的生產中心。截至 2022 上半年,一臺 4400T 的壓鑄機已經投 入使用,另有 4000T、4200T 正在調試安裝;原本的 6100T 和 8000T 壓鑄機受疫情影響,到廠時間預計推遲到 2022 年年底。2)模具:公司正在進行 5000-8000T 壓鑄機用模具的設計 和研發。3)材料:公司在免熱處理壓鑄材料應用上也取得了一定的進展,相關的技術已經 成功應用在一體化托盤的生產上。

 

 

3.2 產業鏈上下游迎來發展機遇,享受行業高速增長紅利

 

 

3.2.1 力勁科技:全球最大的壓鑄機制造商

 

 

2022 財年公司收入規模提升,壓鑄機業務是主要收入來源。公司成立于 1979 年,公司總部 位于中國香港,2006 年在香港成功上市,主營業務為設計、制造及銷售壓鑄機、注塑機和數控加工中心(CNC)。2022 財年(截至 2022 年 3 月 31 日止 12 個月)實現營業收入 53.63 億 港元,同比+33.4%,其中壓鑄機業務實現的營收連續 5 年占比 50%以上,是公司主要收入來 源;實現凈利潤 5.07 億元,同比+82%。

 

 

聯合多家企業共同推動一體化壓鑄發展。2022 年 9 月,公司舉辦“12000T 超大型智能壓鑄 單元發布儀式”,正式發布全球首臺最大噸位 12000T 超級智能壓鑄單元,該壓鑄單元由力 勁與廣東鴻圖聯合研發,目前已完成樣件試產,有望領導全球邁向大型汽車結構件“一體化 壓鑄”態勢,助推國家鑄造高質量發展。2022 年 5 月,文燦集團向力勁集團繼續采購 9 臺 壓鑄機(包括 7000T 2 臺、4500T 2 臺、3500T 3 臺、2800T 2 臺),繼續深化雙方戰略合作 關系。

 

 

3.2.2 伊之密:模壓成型設備行業領軍企業

 

 

國內領先的注塑機與壓鑄機廠商。2002 年公司成立,總部在中國廣東,2015 年于深交所創 業板上市,專注模壓成型裝備制造領域,是一家集設計、研發、生產、銷售及服務為一體的 裝備供應商,主要產品有注塑機、壓鑄機、橡膠注射機及相關配套產品等。2022 年 H1 公司 實現營業總收入 19.20 億元,同比+13.04%,其中注塑機和壓鑄機產品營收分別為 14.39 億 元、2.91 億元;歸母凈利潤為 2.4 億元,同比-9.10%。

 

 

超重型壓鑄機廠房建設即將完工,與客戶合作順利推進。2022 年 5 月,公司超重型壓鑄機 廠房動工,公司預計今年 10 月竣工,廠房建成后,公司預計可滿足 2 萬噸超大型壓鑄機交 付,具備年生產重型和超大型壓鑄機 60-80 臺的能力,遠期規劃年產能可達 100 臺。截至 2022 上半年,公司已完成 6000 噸、7000 噸、8000 噸及 9000 噸超大型壓鑄機研發,9000 噸 超大型壓鑄機已與一汽完成簽約,并已完成設備的總裝,正在進行廠內測試,公司預計在 2022 下半年可交付客戶使用;7000 噸壓鑄機已中標中國長安車身一體化壓鑄項目。

 

 

3.2.3 立中集團:全球領先的再生鋁合金、汽車輕量化產品和新材料制造商

 

 

全球領先的再生鋁合金、汽車輕量化產品和新材料制造商。公司成立于 1984 年,總部位于 河北保定,2015 年在深交所創業板掛牌上市,是專業從事鋁合金及鋁合金高端應用的國際 化企業集團,公司主要產品包括再生鑄造鋁合金,免熱處理合金、鋁合金車輪和轉向節,新 能源汽車電機殼,功能中間合金新材料,精密模具,自動熔煉裝備和鋰鈉電池新材料等,2022 年 H1 公司實現營業收入 100.52 億元,同比+16.00%;歸母凈利潤 2.77 億元,同比+0.54%。

 

 

持續推進免熱處理合金材料的市場推廣。公司從 2016 年開始立項免熱處理合金項目的研發, 于 2020 年申請并相繼獲得了國家發明專利證書,打破了國外在該領域的產品壟斷和技術封 鎖,并逐步實現了該材料的市場化應用和推廣;2022 年 5 月,公司與文燦集團簽署了《戰略合作框架協議》,在新能源汽車的大型一體化車身結構件、一體化鑄造電池盒箱體等產品 的材料開發和工藝應用領域建立了戰略合作關系。

 

 

3.2.4 合力科技:國內領先的大型高端精密模具及零部件供應商

 

 

國內領先的大型高端精密模具及零部件供應商。公司成立于 2000 年,總部位于浙江寧波, 公司主要從事汽車用鑄造模具、壓鑄模具、熱沖壓模具、鋁合金部品和汽車制動系統的研發、 設計、制造和銷售。公司主要產品為汽車用發動機模具、變速箱殼體模具、新能源汽車電池 盒模具、電機模具等大型精密模具,2017 年于上交所上市。2022H1 公司實現營業收入 3.12 億元,同比-11.14%;歸母凈利潤 0.28 億元,同比-23.9%。

 

募集資金推進大型一體化壓鑄模具項目建設。2022 年合力科技擬通過非公開發行股票方式 募集不超過 8.05 億元的資金,用于大型一體化模具及精密鋁合金部品智能制造項目以及補 充流動資金。公司本次大型一體化模具及精密鋁合金部品智能制造項目將在浙江省象山縣濱 海工業園區內購置的土地上新建廠房,并對部分已有廠房進行升級改造,打造業內領先的智 能化生產基地,項目達產后將新增 75 套中大型一體化模具的產能。


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